一种室外型无固定通讯网络的AGV交通避让方法及装置与流程

一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让方法及装置
技术领域
1.本发明涉及智能交通避让技术领域，特别是指一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让方法及装置。


背景技术：

2.自动导引运输车(automated guided vehicle，简称agv)，属于移动机器人的范畴，近10间，国内外的推广应用越来越广泛，主要应用于环境布局相对简单且规范的室内环境，在室外环境中，由于常规的通讯网络部署复杂、困难，且4g信号受制于通信供应商的通信基站的部署，信号不稳定，一些偏僻地区的4g信号很差，尤其是在雨、雪等不稳定的天气下，信号会变的更差；如果遇到通信供应商维修基站，则相关企业会面临停产的风险；此外，agv与社会车辆的交通避让是通过交通灯管控来实现的，往往需要对交通灯进行通讯改造，从而获取到交通灯的实时状态，而对交通灯的通讯改造非常费时费力，不适合简单的agv物流运输应用，若采用机器视觉方式来识别交通灯的状态，雨雾天气中的识别率会大打折扣。
3.申请号为202110764342.0的发明专利中，公开了一种车辆行驶控制方法及装置，包括：获取目标路口范围内的车辆状态信息，其中，所述车辆状态信息包括有人驾驶车辆状态信息和无人驾驶车辆状态信息，所述有人驾驶车辆状态信息和所述无人驾驶车辆状态信息的每个分别包括车辆位置信息和/或车速信息；至少根据所述目标路口范围内的车辆状态信息，确定对应所述目标路口的虚拟交通灯状态；其中，所述虚拟交通灯用于标示所述目标路口各个行驶方向的可通行状态；基于所述虚拟交通灯状态对所述目标路口范围内的、沿各个行驶方向驶入所述目标路口范围的无人驾驶车辆进行控制。既公开了在目标路口设置有虚拟交通灯，该虚拟交通灯设置在没有实际交通灯的目标路口，用于对没有实际交通灯的路口进行控制；而车辆的行驶状态的确定通过在无人驾驶车辆内设置定位模块、路口的监控设备或卫星监控设备实现，通过定位模块、路口的监控设备或卫星监控设备向服务器上报车辆位置信息以及行驶速度等信息；因此，该虚拟交通灯用于标示目标路口的各个行驶方向的可通行状态，与实际的交通灯作用相同，只是适用于没有设置交通灯的路口，功能单一，且当定位模块、路口的监控设备或卫星监控设备发生故障时，无法及时发现车辆状态，若此时该车辆在路口发生故障造成拥堵，无法及时规避，将产生一系列的问题；同时，使用车辆上的定位模块、路口的监控设备或卫星的监控设备与服务器进行连接，都需要对服务器、定位模块、路口的监控设备及卫星监控设备进行改造，而这些改造也非常费时费力，不适合简单的agv物流运输；
4.另外，在专利号为cn 214704958 u的实用新型专利中，公开了一种智能公路，包括交通灯控制器(1)、加装的终端控制器(2)、供电模块(3)、云服务器(4)、网络通信系统(5)、加装的led控制器(6)、led灯(7)、车载终端(8)、3d高精地图(9)、虚拟交通信号灯(10)，其中所述交通灯控制器(1)与加装的终端控制器(2)之间通过有线方式进行连接，所述供电模块(3)为加装的终端控制器(2)和加装的led控制器(6)提供工作所需电源，所述加装的led控制器(6)与加装的终端控制器(2)通过有线的方式进行连接，所述加装的终端控制器(2)通
过网络通信系统(5)与云服务器(4)、车载终端(8)、3d高精地图(9)、虚拟交通信号灯(10)进行双向通信，所述led灯(7)铺设于路面上，所述led灯(7)与led控制器(6)电性连接。即，该虚拟交通灯是以新的3d高精地图为载体，在地图测绘后制图人员按现实世界采集的信息绘制虚拟世界的电子地图并做出信息的标注和加工并按我们的设计制作虚拟交通灯信号，并通过程序设计将终端设备获取的物理世界交通灯信息加载到虚拟交通灯上显示；是一种简单的交通灯信号的复制，目的是便于驾驶员在3d高精地图显示范围内清晰的获取的现有交通灯信号信息，并做出相应的驾驶操作，避免因遮挡或拥堵时越线或闯红灯行为引发的交通事故，交通灯信号控制器通过终端控制器与地面上的led控制器相连接并控制led灯交通标志显示相应的交通标志形状和颜色，地面的led交通标志将增强提醒行人的交通意识和行为避免行人闯红灯，特别是在夜晚更为清晰，驾驶人也会更加醒目的获取交通灯和道路交通信息，实现了公路信息化，智能化导航，从而增强了交通安全意识，在以后智能交通和智慧城市的发展中能够起到积极的提升作用；
5.同时，在申请号为201810763462.7的发明专利中，公开了一种虚拟的斑马线的生成方法及装置，获取车辆当前的位置；生成所述车辆当前的位置与前方的预定位置之间的距离信息；判断所述距离信息是否为预设距离；若所述距离信息为预设距离时，获取与预定位置对应的交通灯的颜色；判断与预定位置对应的交通灯的颜色是否为红色；若判断出所述交通灯的颜色为红色时，显示虚拟的斑马线；主要解决的是“现有的斑马线是由多条相互平行的白实线组成，斑马线只能通过在外在的视觉对司机进行提醒，一旦司机走神或是视线转移时，很可能发生意外，造成不必要的交通事故，此外司机在夜间行驶时，由于光线相比于白天较暗，司机对斑马线的辨识度低，导致司机在行驶过程中发生意外的能性会增加”的问题；
6.上述三个文件，均是利用虚拟技术的现有技术的代表，在使用过程中均无法完全满足自动驾驶技术的简单实施，无法满足在简单应用场合(难以对交通灯进行通讯连接或者无法获取稳定网络的场合)对agv应用。


技术实现要素：

7.本发明提出一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让方法，通过设置虚拟交通灯，采用agv调度系统进行控制，实现了在无实际交通灯的路段或区域内的车辆的规范行驶，对实际交通灯与agv调度系统进行时钟同步，无需对实际的交通灯进行改造，系统简单，控制高效，有效解决了室外无固定通讯网络的环境下多agv之间的协同避让以及agv与社会车辆之间的安全避让。
8.本发明的技术方案是这样实现的：
9.一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让方法，该避让方法通过agv调度系统生成agv路径，并针对路径中的冲突路段，生成管控信息下发给agv，agv在运行过程中自主判断交通规则，进行交通避让。所述agv冲突路段包括有实际交通灯的十字路口、没有实际交通灯但与其他agv的路线有交叉的十字路口、与其他agv的运行路线有重叠的部分路段；
10.包括：
11.a、所述agv调度系统对所有agv路径中的实际交通灯的运行规律进行同步；
12.b、所述agv调度系统分析agv的所有路线，在有交通冲突但是并没有实际交通灯的
冲突路段，设定虚拟交通灯；
13.c、所述agv调度系统给agv下发任务，同时下发交通灯信息和自身时钟信息；
14.d、所述agv根据实际交通灯或者虚拟交通灯设定的通行时间的剩余时间是否大于所述agv的通行时间确定是否进入交通灯管制区域；
15.进一步，还包括e，在所述e中，所述agv调度系统对所述agv进行离散的监控。
16.进一步，在a中：
17.1)若实际交通灯接受集中管控，则agv调度系统与实际交通灯管控系统进行通讯对接，获取到所有实际交通灯的运行状态，分析实际交通灯运行的时钟规律，并同步到自身的系统中；
18.2)若实际交通灯不接受集中管控，则agv调度系统提供人工校准界面，由人工定期将实际交通灯在调度系统中进行对应校准。
19.进一步，在b中，所述agv调度系统根据不同的所述agv的行驶速度、结合所述冲突段的距离长短来设定虚拟交通灯的通行时长。
20.进一步，在c中，agv调度系统分析每一台agv的路径，依次关联上通过的实际交通灯。然后根据目前其他agv的运行路线和任务，分析是否存在所述冲突段，关联上必要的虚拟交通灯，然后将路径和关联到的所有交通灯信息一并发给agv。
21.进一步，在d中：
22.所述agv调度系统下发给agv的交通灯信息中包含了每个方向的通行时间，agv在通过交通灯管制区域之前，结合自身的速度，判断实际交通灯或者虚拟交通灯的剩余通行时间是否大于agv实际通行所需的时间；
23.1)若大于实际通行所需时间，则进入冲突段；
24.2)若小于实际通行所需时间，则在入口处等待下一个通行周期；
25.3)若agv超时仍未通过冲突段，无论是因自身故障停在了冲突段还是正常的障碍物避让降速影响了通行效率，该agv通过车载wifi向四周所有的agv进行广播以告知自身的位置和报警信息，其他的agv接收到该agv的报警位置后，可暂停进入该冲突段或者已经进入该冲突段的及时停止。
26.进一步，所述agv调度系统通过设置在室外的离散的信号站点是否监控到所述agv来对所述agv进行离散的监控，将agv的路线起点、终点及在agv的行驶路线上所经过的布置有wifi网络的所有区域设定为agv的离散的信号站点，agv在通过这些信号站点时，会不断地申请连接agv调度系统的调度服务器，并向agv调度系统上报自身的位置、速度等监控信息。
27.进一步，在e中：
28.调度系统获取到agv在某一时刻的监控信息后，会根据其速度自动预估到达下一个离散信号点的时间，如果超时很多仍未在下一个离散站点监测到agv，则认为agv在中途发生故障，agv调度系统输出agv可能存在的位置区域供人员进行故障处理。
29.进一步，所述下一个离散站点为行驶过程中经过的有wifi网络覆盖的站点或者终点。
30.更进一步，一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让装置，包括所述agv调度系统，agv调度系统是一台上位机服务器，是整个系统的控制中枢，负责获取交通灯的运行时
钟规律并下发任务给agv，同时对agv的运行情况进行离散监控、执行任务下发、交通灯模拟、路径分析、任务完成情况上报、行程预估和超时报警；
31.交通灯同步模块，所述agv调度系统中设置有与实际交通灯控制系统一样的交通灯同步模块，所述交通灯同步模块将实际交通灯的运行规律模拟到agv调度系统中，agv调度系统通过交通灯同步模块实现对实际交通灯的时钟同步，agv调度系统将交通灯同步信息与agv的任务路径一并下发给agv，使得agv在运行过程中自动按照交通灯的控制时钟进行交通避让；
32.wifi通讯模块，所述agv调度系统及agv内均设置有wifi通讯模块，所述wifi通讯模块用于实现agv与agv调度系统、不同的agv之间的无线通讯；
33.所述agv，agv是适合于室外运行的，自身具备防水和适应不同温度气候的室外型agv；
34.使用所述交通灯同步模块对时钟同步的校准方式包括人工校准方式和自动通信校准方式；
35.所述agv为惯性导航agv，agv经过的路段的地面内均埋设有用于惯性导航校准的磁钉。
36.本发明具有以下效果及优点：
37.1.传统的控制方式，是agv调度系统实时获取交通灯的通行状态，再下发给agv，“绿灯行，红灯停”，这种控制方式对通讯的依赖性很强；本技术直接将交通灯的运行规律(即时钟信息)下发给agv，使得agv在交通避让过程中根据时钟信息自行判断，赋予了agv自主判断能力；
38.2.无需对agv硬件和交通灯做过多的改造，无需对agv加入视觉系统等设备来识别交通灯状态，完全通过软件的方式来进行时钟模拟(只获取实际交通灯的时钟信息，并将实际交通灯的时钟信息与虚拟交通灯的时钟信息下发给agv即可，利用的是时钟，无需对交通灯进行改造，时钟关联后，当出现时间差时，人为干预进行修改更加简单)，适合于简单场景下的室外物流运输应用；
39.3.agv调度系统下发任务时，将路径和交通灯信息全部交给agv，这种方式使得agv在运行过程中完全脱离了对agv调度系统的依赖，agv自己可对前方的避让情况做出判断决策，使得agv自身具备了更多的智能性；同时agv调度系统也并没有完全放弃对agv的监控，利用了路线中的离散网络热点，对agv进行离散监控和行程预估，发现问题后，能够及时通知人员进行处理。
40.4.抛弃了agv在室外对4g通讯的依赖，并充分利用了路线周围离散的室内网络信号热点，杜绝了因通讯信号不稳定所造成的交通避让隐患和运行效率不稳定的风险；
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本发明具体实施例中的一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让方法涉
及的室外agv交通避让装置的结构图；
43.图2为本发明具体实施例中的一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让方法的虚拟交通灯的示意图；
44.图3为一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让方法中的agv调度系统在交通管控过程中的算法流程图；
45.图4为agv在交通避让运行过程中的算法流程；
46.其中图2中圆圈表示交通灯，交通灯可以为实际交通灯也可以为虚拟交通灯。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.在本发明的具体实施例中，见图1-图4，一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让方法，其中附图1是本发明实施例提供的一种室外型无固定通讯网络的agv交通避让装置，具体包含室外型的agv、wifi通讯模块、agv调度系统和交通灯同步模块四部分；
49.其中室外型agv是适合于室外运行的，自身具备防水和适应不同温度气候的室外型agv，一般为惯性导航agv，在地面埋设磁钉用于惯性导航的校准，无视雨雪、温度等室外环境的影响，是目前可用于室外物流运输的一种比较高效可靠的agv，agv在agv路径中的行驶速度是提前设定好的，agv上自身带有障碍物传感器，障碍物传感器设置在agv的前进端，相同方向的agv之间不会发生碰撞；
50.agv调度系统是一台上位机服务器，是整个系统的控制中枢，负责获取交通灯的运行时钟规律并下发任务给agv，同时对agv的运行情况进行离散监控、执行任务下发、交通灯模拟、路径分析、任务完成情况上报、行程预估和超时报警；
51.交通灯同步模块是为了将实际交通灯的运行规律与调度系统的时钟信息校准同步到一起，分为人工校准和自动通信校准两种方式。
52.在本发明的具体实施例中，见图2，一台agv从a到b运行，另一台agv从c到d运行，在ef路段发生冲突(agv冲突路段包括有实际交通灯的十字路口、没有实际交通灯但与其他agv的路线有交叉的十字路口、相向行驶agv的运行路线有重叠的部分路段)，如图颜色加黑部分所示，若e、f两处没有实际交通灯，则需要设置虚拟交通灯。一个交通灯管控的是一整段避让区域。两个方向的通道交替开放、根据避让区域的长度设定通行时间，这个时间一般设置为大于正常通行时间的1.5倍。当agv超时通过避让区时(该方向的通行许可结束之时，仍处在避让区中)，一般有两种情况，一种是因前方障碍物减速避让耽误了时间，另一种则是agv在避让区中发生了故障。发生这两种情况时，在避让区中的agv尝试向所有其他agv发送警告信息和位置信息。使得其他agv暂停进入避让区或者已经进入避让区的紧急停止，防止发生碰撞。
53.参考附图3，agv调度系统在本发明中的算法流程如下：
54.a、将所有的实际交通灯在agv调度系统中进行模拟校准、时钟同步，同步方式分为自动通讯方式和人工定期校准两种；
55.b、对没有实际交通灯，但是agv与agv之间的路线可能会产生冲突的路段，设置虚拟交通灯，这里的冲突路段指的是交叉路口或者相向行驶的路径重叠部分；
56.c、当调度系统需要调度一台agv去完成任务时，先生成路径，关联上路径中通过的实际交通灯，并根据其他agv的运行情况，关联上必要的虚拟交通灯。例如，若可确定当前时间段内，当前路线上只会有一台agv，则无需关联虚拟交通灯；或者若其他agv与当前agv的路线是同向的，其交通避让可通过车载障碍物传感器来完成，则也无需关联虚拟交通灯。
57.d、调度系统提前设定好所有路线中可以获取到通讯wifi信号的点，作为信号站点(一般来说，至少起点和终点是可以获得通讯信号的)，生成路径后，也关联上这些信号站点。当agv经过这些信号站点时，会主动与调度系统连接，上报自身的位置信息和运行状态，调度系统根据这些信息估算到下一个信号站点的时间，若超时则输出报警，通知人员到两个信号点之间的区域排查故障。
58.e、调度系统将路径与关联好的交通灯信息和离散信号站点一并下发给agv，此后不再对agv进行控制，进入监测模式，不断监听agv上报的监控信息，若收到一帧信息后，自动根据agv当前的位置和速度估算到达下一个信号站点的时间，若超时很多仍未收到监控信息，则认为agv中途发生故障，立即通知工作人员前往两个信号点之间的区域排查故障。
59.上述中的虚拟交通灯与实际交通灯的作用类似或者相同，其并不局限于控制交叉路口，也包含控制有冲突的公共交通通道或双向通道，确保在某一时刻只允许一个方向的agv车辆进入到冲突区域内，保证有冲突的路段能够被合理的疏通，不会越来越堵，从而有效缓解交通压力，保证agv的高效运行；
60.参考附图4，agv在运行过程中的交通避让算法流程如下：
61.a、agv接收到任务后，开始按照路线行走；
62.b、若前方到达交通灯管控区域(避让区)，则进入c，若前方没有交通灯管控区域(避让区)，则进入e；
63.c、有避让区时，agv自身通过分析其他的agv的报警信息结合当前交通灯的时钟信息确定是否进入避让区，若收到前方避让区内其他agv的报警信息或者当前交通灯剩余通行时间已不足，则在入口处原地等待，否则进入e；
64.d、agv进入避让区后，若前方障碍物传感器检测到障碍物信号或者收到了来自同一避让区的其他agv的报警信号，则agv立即停止，防止发生碰撞事故。等待障碍物消除并且收不到其他agv的报警信息后，恢复运行。若在交通灯通行时间内未通过避让区(超时)，agv向所有的agv尝试广播位置信息以进行报警；
65.e、若前方到达信号站点附近，agv主动连接调度系统，上报自身的位置和速度等状态信息；
66.f、如果agv到达终点，结束，若未到达终点，返回b，继续运行。
67.综上，本发明实施例提供的室外agv交通避让技术，其装置包含室外型agv、wifi通讯模块、agv调度系统和交通灯同步系统；该技术包括：
68.(1)agv调度系统与所有实际交通灯进行模拟校准和时钟同步；
69.(2)分析agv的所有路线，在有交通冲突但是并没有实际交通灯的区域，设定虚拟交通灯。虚拟交通灯的设定位置不限于交通路口，也可以在行驶路段上，且虚拟交通灯开启与否取决于当前agv是否会在交通灯管控区域内与其他agv发生交通冲突；
70.(3)agv调度系统下发任务给某一辆agv时，同时下发交通灯信息和自身时钟信息，保证时钟同步和交通管控信息的一致性，从而保障所有agv通行顺畅；
71.(4)agv在通过交通灯管制区域之前，要确保剩余时间大于通行时间；若在通行过程中超时或者自身故障停留在了避让区域中，则向所有agv尝试广播位置信息报警，当后面的agv接收到报警信息后，可以自行判断能否进入避让区内，已经处于避让区内的及时作出避让决策，防止发生碰撞事故；
72.(5)将室内网络离散地应用到室外路线中，使得调度系统对agv进行离散地监控。
73.在实际运行中，agv严格按照agv调度系统给下发的交通灯信息，进行交通避让。若agv在交通灯通行时间内仍停留在避让区中，则向周围所有agv广播发送警告信息，距离近的其他agv收到报警信息后，可及时判断并执行避让措施。在运行到wifi信号覆盖区域时，与agv调度系统进行连接，汇报自身的状态和位置。agv调度系统则根据agv上传的离散监控信息，动态估算其连续位置，若超时仍未收到agv到达下一个信号地点的监控信息，则及时输出故障agv所处的大体区域，供人员进行故障排除；
74.以上对本发明实施例提供的一种适用于室外的agv交通避让方法和配套的实现装置进行了详细介绍，相对于目前采用4g信号，完全依赖于无线通讯进行交通避让的方式，更简单可靠，无需对交通灯进行通讯改造，也无需添加视觉检测等辅助手段来获取交通灯的实时状态，以软件的方式进行同步，适合于简单场景下的室外物流运输应用。
75.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。