一种用于无人驾驶机车的行进线路规划装置的制作方法

本发明属于导航设备技术领域，涉及一种行进路线规划装置，特别是一种用于无人驾驶机车的行进线路规划装置。

背景技术：
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随着北斗卫星组网完善和全球卫星导航系统的建立，卫星导航已基本取代无线电导航技术，成为导航领域中最为先进的技术，并且在精度、实时性和全天候等方面有了革命性的突破。目前，卫星导航多用于飞机航路引导和机场降落、船舶远洋导航、导弹等各种精确打击、灾情救援、处置突发事件、太空器定位与导航、车辆跟踪、城市智能交通监测和管理等，这些领域大多实现了卫星辅助导航，然而一些特定领域如码头、无人港区，亟需基于卫星定位实现无人驾驶机车自主导航，以提高日常工作效率。自主导航系统需要在一种无人为的控制下，完成无人驾驶机车沿预定路线自动前进，到达目的地行使任务，它的实现需要软硬件和集成系统的配合，有能力实现无人驾驶机车基于北斗和无线的自主导航，从而帮助码头、无人港区等领域完成无人驾驶机车导航行驶，降低人工成本、减少日常工作量，提高企业运营能力。同时自主导航系统需要满足以下几点要求：一是高精度性，系统作用于局部区域，由于区域面积较小，导航轨迹需要更高的精度定位，使定位精度达到米级，防止在导航过程中偏离轨道过大；二是易用性，作为一个强大的自主导航系统，包括各种不同软硬件系统和各种不同的应用功能模块组成，因此，整个系统除了具有完善的软件体系结构和标准的内部模块接口，还需要满足各种数据应用服务的灵活配置，提供不同类型信息查询、数据分析功能，并可以通过工作门户视图和权限管理设定不同角色视图，不仅可以给不同角色提供不同信息，也可以灵活方便的进行信息安全控制；三是可靠性，系统应采用高可用性结构、容错结构或其他可靠性技术，系统主要设备必需具备冗余备份、容灾防御、按需切换功能，支持对系统自身故障的管理能力，具有自我诊断和故障定位等功能，以及，数据采集机应该具有可靠的重传机制，防止由于系统当机影响数据的及时更新，另外，系统需要支持各项系统运行安全性指标，包括系统信息安全性，用户信息安全性和系统软件安全性；四是快速反应，遇到问题时，系统能帮助调度员在最快时间内通知各相应岗位，避免使运输工作被迫停止和堆积堵塞等事故，造成严重损失。因此涉及制备一种用于无人驾驶机车的行进线路规划装置，能够具备以上性能，满足使用者的需求。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，寻求设计一种精度高、可靠性好、易使用、并且实用性好的用于无人驾驶机车的行进线路规划装置，能够在基于北斗导航的条件下实现自动行进和避让，能够完成行进路线规划，并能够妥善处理遇到的各种紧急情况。

为了实现上述目的，本发明所述的用于无人驾驶机车的行进线路规划装置的主体结构包括：下位机和上位机，两者通过上位机无线数传装置和下位机无线数传装置实现通信连接，所述下位机的主体结构包括：ARM7处理器、下位机无线数传装置、北斗接收机、移动车辆模块和下位机存储装置；北斗接收机用以实时接收北斗卫星组网传输的移动车辆当前的位置数据，再将其传输至ARM7处理器，经由ARM7 处理器后再通过ARM7处理器传输至上位机，所述下位机无线数传装置用以将移动车辆当前的位置数据传输至上位机，并接收上位机发送的控制车辆的信息，包括路径规划信息，下位机在接收上述信息后将其传输至ARM7处理器，经由ARM7处理器传输至移动车辆模块，由移动车辆模块作出相应的决策来实现移动车辆前进、左转、右转和停止的自动导航运行。

所述ARM7处理器包括串口0和串口1，所述串口0用以上位机传输的差分北斗数据，所述串口1用以向上位机发送位置数据，并接收上位机发送过来的控制信息，所述ARM7处理器包括以下功能模块：用户管理模块、车辆信息管理模块、地图管理模块、指挥监控模块、路线显示模块、报警救援模块；所述用户管理模块用以管理用户的注册、删除、权限信息的管理信息，具体包括以下子模块：a、新建用户子模块，用以添加使用用户，用户信息包括所属部门、使用人、联系电话以及用户所在部门职务信息；b、删除用户子模块，通过选择要删除的用户，点击删除会弹出验证密码，如果密码正确，则该用户成功删除，否则则取消删除；c、权限信息管理子模块，用以对系统的各使用用户赋予相关的使用权限，包括但不限于浏览、管理调度；所述车辆信息管理模块用以提供无人驾驶机车的信息分组、录入管理，为车辆自主导航管理提供基础数据，该模块信息主要包括车辆的编号、车载北斗定位设备序列号、车辆状态、车辆油量、电量信息、车辆分组号，详细功能包括新增车辆、车辆信息修改、车辆分组、车辆路线选定；该车辆信息管理模块主要包括以下子模块：a、新增车辆子模块，管理员用户登录后，在车辆信息管理模块下点击新增车辆子模块后能够弹出车辆基本信息录入界面，按照界面提供信息将车辆录入系统；b、信息修改子模块，用以使管理员用户通过该模块对车辆信息进行修改，选定指定车辆，该模块弹出车辆原有信息窗口，将对应的信息修改后，点击保存，信息重新入库；c、车辆分组子模块，所述车辆信息管理模块用以通过树状结构和列表形式显示车辆信息，能够新建分组信息，提供多辆车辆的选定，选取指定组号，保存信息车辆分组成功，树状列表会自动刷新；d、车辆路线选定子模块，用以选定车辆行进路线，该在功能模块下，需先指定车辆，点击路线选定，弹出系统保存的路线信息，选定路线点击确定，路线则与车辆匹配入库；所述地图管理模块用以提供导航区内地图的浏览、标注、路线的定制、编辑，其主体结构包括以下子模块：a、地图信息标注子模块，管理员用户用以把导航区内变动的信息包括但不限于目的地、中转站信息添加到地图上，便于后续导航，用户需通过经纬度在地图上精确定位，添加标注和相关属性；b、路线定制子模块，用以提供路线新增，该子模块只对管理员权限用户开放，能够在地图上绘制指定路线添加保存，同时也支持路径信息数据文件的导入，此外也提供对原有路径的修改，管理员需先指定要修改的路径，通过属性修改添加或修改新的路径拐点，也可绘制路径，最后保存路径修改成功，点击刷新地图，实现地图重新加载；c、地图浏览子模块，该子模块对登录系统的所有用户开放，用户能够使用导航区地图的放大、缩小、平移、鹰眼这些地图基本显示功能；所述指挥监控模块用以给调度人员提供可视化信息展示，包括但不限于车辆实时监控、日常的指挥调度、安全管理信息，主要包括以下子模块，a、实时监控子模块，用以使用户按组或按车辆编号查询，选择指定组号或输入车辆号，地图跳转定位到选定的车辆，也能够提供相关显示标签，包括位置信息、使用的状况及路径的查看；b、日常管理子模块，在该模块下，车辆以树状列表形式显示出各车辆的使用状态，当车辆油量、电量低于警戒值，此车辆信息会红色标记显示，调度人员能够在列表中，选择选定红色标注车辆，发出指令远程控制车辆到指定中转站供维护人员给车辆进行包括加油充电维护服务；c、指挥调度子模块，任务列表中包括几种预设的任务，用户指挥调度时能够按照组号给车辆指定路线、中转点、选定指定的调度任务、设置车辆在交汇会点停止和行进顺序来进行调度；所述路线显示模块用以在导航区地图上实时绘制，位置显示通过调用GIS地图空间中动态跟踪层来实现；所述报警救援模块用以当车辆行进过程中出现故障，ARM7处理器会通过下位机无线数传装置给上位机发送报警信息，同时短信下发给相应的调度员，调度员接到报警信息后，根据报警类型能够进行分析，若车辆故障能够发出重启指令或对发出救援调度命令，控制车辆行驶到安全区然后交给维护人员处理，若是存在车辆交汇停止，则调度交汇车辆行进避让顺序，让各车辆有序行进。

所述上位机用以对接收到的北斗数据进行差分处理即提取经纬度及坐标转换，然后与当前的导航轨道进行比较，发出对无人驾驶机车的控制信号，包括前进、停止、左转、右转四种控制信号，其主体结构包括上位机服务器和上位机无线数传装置，上位机无线数传装置用以接收下位机传输的移动车辆当前的位置数据并将其发送到上位机服务器，还用以接收北斗卫星发送的位置信息；所述上位机服务器用以分析接收到的移动车辆当前的位置数据并通过路径规划算法来进行决策分析，并把分析后得到的控制信息通过串口传输至上位机无线数传装置，再通过上位机无线数传装置把得到的控制信息传输至下位机。

本发明所述的路径规划算法是在上位机服务器环境下运用GIS 模型实现，并通过上位机无线数传装置实时接收下位机发送的移动车辆位置信息，并对该位置信息进行数据处理和分析，制定导航规划信息，最后将该导航规划信息通过上位机无线数传装置传输至下位机。

本发明所述的用户管理模块、车辆信息管理模块、地图管理模块、指挥监控模块、路线显示模块、报警救援模块均通过对应的程序来实现，而上述程序均存储于下位机存储装置中，根据ARM7处理器的指令来调用相应的程序。

本发明所述的上位机无线数传装置和下位机无线数传装置均选用FC-210/SH型无线数传装置。

所述ARM7处理器通过中断的方式接受北斗卫星组网传输的数据和上位机传输的控制信息；所述ARM7处理器接收完一条完整的北斗卫星组网传输的数据后，马上通过下位机无线数传装置传输至上位机，上位机经过数据处理之后通过下位机无线数传装置返回相应的控制信号，下位机接收控制信号后，按照下位机无线数传装置控制小车走向，下位机控制程序包括主程序、串口0中断程序和串口1中断程序。

本发明所述的用于无人驾驶机车的行进线路规划装置进行定位导航的过程中，其可靠性依赖于导航地图的精度，要制作较高精度的点在导航地图，就必须建立包括空间数据库和属性数据库的GIS数据，本发明所述的空间数据库的建立由两部分构成，第一部分是完成导航区域内基础地理信息数据的采集、分类和分层存储，第二部分内容是从基础地理信息库中提取专题现状信息，建立为GIS应用系统服务的现状专题图形库，在自主导航系统中主要提取道路网络信息，如道路关键点的位置、拐点、停靠点位置的相关图形信息，以建立导航系统专题图层；并采用文件集合关系数据库的管理模式对GIS数据进行管理，空间数据记录的是地理实体的空间位置和相互之间的拓扑关系，属性数据记录的是地理实体的属性特征。

本发明在使用时，具体按照如下步骤进行：在进行无人驾驶行进时，设置小车的行进任务和航道，再通过上位机无线数传装置将收到的北斗信息发送到上位机服务器端，上位机服务器经过数据处理和 GIS空间决策分析，所述数据处理方式为对接收到的北斗数据进行差分处理，即提取经纬度及坐标转换，然后与当前的导航轨道进行比较，发出对无人驾驶机车的控制信号，包括前进、停止、左转、右转四种控制信号，然后把控制信号通过串口传给上位机无线数传装置，上位机无线数传装置把控制信号传给下位机去，下位机通过ARM7处理器的串口0接收差分北斗数据，通过ARM7处理器的串口1和下位机无线数传模块向上位机发送位置数据，并接收上位机发送过来的控制信息，下位机按照上位机的决策，控制机动小车前进、左转、右转，如果到达终点，则控制其停止；本发明在进行导航区内多组无人驾驶机车的管理时，包括车辆基本信息、调度和报警信息，控制室能够可视化，所有无人驾驶机车要求基于北斗实现自动行进导航，按照服务器端设计的既定行驶路线行进避让，当操控室端发出调度信息时，对应编号的无人驾驶机车会加载启动，接收服务器端的调度指令，自动在导航区内行进，行进的轨迹能够在后台控制室多通道实时显示，行进过程中小车偏离轨道时会自动做好调整，到达目的地完成服务器端下达的任务，当中途出现故障时，能向服务器发送报警信息供管理员及时处理。

本发明与现有技术相比，运用北斗差分技术，使定位精度达到米级，以保证在导航过程中偏离轨道误差极小；具有完善的软件体系结构和标准的内部模块接口，还具有满足各种数据应用服务的灵活配置，提供不同类型信息查询、数据分析功能，并可以通过工作门户视图和权限管理设定不同角色视图，不仅可以给不同角色提供不同信息，也可以灵活方便的进行信息安全控制；对系统自身故障具有良好的管理能力，能够进行自我诊断和故障定位；遇到问题时，系统能帮助调度员在最快时间内通知各相应岗位，避免使运输工作被迫停止和堆积堵塞等事故，造成严重损失；该发明架构设计构思巧妙，使用灵活方便，具有极高的精确性和安全性，应用环境友好，市场前景广阔。

附图说明：

图1为本发明的框架原理示意图。

图2为本发明涉及的上位机控制方式流程图。

图3为本发明涉及的车辆行进状态控制流程图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

包括下位机1和上位机2，两者通过上位机无线数传装置9和下位机无线数传装置4实现通信连接，所述下位机1的主体结构包括： ARM7处理器3、下位机无线数传装置4、北斗接收机5、移动车辆模块6和下位机存储装置7；北斗接收机5用以实时接收北斗卫星组网传输的移动车辆当前的位置数据，再将其传输至ARM7处理器3，经由ARM7处理器3后再通过ARM7处理器3传输至上位机2，所述下位机无线数传装置4用以将移动车辆当前的位置数据传输至上位机2，并接收上位机2发送的控制车辆的信息，包括路径规划信息，下位机 1在接收上述信息后将其传输至ARM7处理器3，经由ARM7处理器3 传输至移动车辆模块6，由移动车辆模块6作出相应的决策来实现移动车辆前进、左转、右转和停止的自动导航运行。

所述ARM7处理器3包括串口0和串口1，所述串口0用以上位机2传输的差分北斗数据，所述串口1用以向上位机2发送位置数据，并接收上位机2发送过来的控制信息，所述ARM7处理器3包括以下功能模块：用户管理模块、车辆信息管理模块、地图管理模块、指挥监控模块、路线显示模块、报警救援模块；所述用户管理模块用以管理用户的注册、删除、权限信息的管理信息，具体包括以下子模块： a、新建用户子模块，用以添加使用用户，用户信息包括所属部门、使用人、联系电话以及用户所在部门职务信息；b、删除用户子模块，通过选择要删除的用户，点击删除会弹出验证密码，如果密码正确，则该用户成功删除，否则则取消删除；c、权限信息管理子模块，用以对系统的各使用用户赋予相关的使用权限，包括但不限于浏览、管理调度；所述车辆信息管理模块用以提供无人驾驶机车的信息分组、录入管理，为车辆自主导航管理提供基础数据，该模块信息主要包括车辆的编号、车载北斗定位设备序列号、车辆状态、车辆油量、电量信息、车辆分组号，详细功能包括新增车辆、车辆信息修改、车辆分组、车辆路线选定；该车辆信息管理模块主要包括以下子模块：a、新增车辆子模块，管理员用户登录后，在车辆信息管理模块下点击新增车辆子模块后能够弹出车辆基本信息录入界面，按照界面提供信息将车辆录入系统；b、信息修改子模块，用以使管理员用户通过该模块对车辆信息进行修改，选定指定车辆，该模块弹出车辆原有信息窗口，将对应的信息修改后，点击保存，信息重新入库；c、车辆分组子模块，所述车辆信息管理模块用以通过树状结构和列表形式显示车辆信息，能够新建分组信息，提供多辆车辆的选定，选取指定组号，保存信息车辆分组成功，树状列表会自动刷新；d、车辆路线选定子模块，用以选定车辆行进路线，该在功能模块下，需先指定车辆，点击路线选定，弹出系统保存的路线信息，选定路线点击确定，路线则与车辆匹配入库；所述地图管理模块用以提供导航区内地图的浏览、标注、路线的定制、编辑，其主体结构包括以下子模块：a、地图信息标注子模块，管理员用户用以把导航区内变动的信息包括但不限于目的地、中转站信息添加到地图上，便于后续导航，用户需通过经纬度在地图上精确定位，添加标注和相关属性；b、路线定制子模块，用以提供路线新增，该子模块只对管理员权限用户开放，能够在地图上绘制指定路线添加保存，同时也支持路径信息数据文件的导入，此外也提供对原有路径的修改，管理员需先指定要修改的路径，通过属性修改添加或修改新的路径拐点，也可绘制路径，最后保存路径修改成功，点击刷新地图，实现地图重新加载；c、地图浏览子模块，该子模块对登录系统的所有用户开放，用户能够使用导航区地图的放大、缩小、平移、鹰眼这些地图基本显示功能；所述指挥监控模块用以给调度人员提供可视化信息展示，包括但不限于车辆实时监控、日常的指挥调度、安全管理信息，主要包括以下子模块，a、实时监控子模块，用以使用户按组或按车辆编号查询，选择指定组号或输入车辆号，地图跳转定位到选定的车辆，也能够提供相关显示标签，包括位置信息、使用的状况及路径的查看；b、日常管理子模块，在该模块下，车辆以树状列表形式显示出各车辆的使用状态，当车辆油量、电量低于警戒值，此车辆信息会红色标记显示，调度人员能够在列表中，选择选定红色标注车辆，发出指令远程控制车辆到指定中转站供维护人员给车辆进行包括加油充电维护服务；c、指挥调度子模块，任务列表中包括几种预设的任务，用户指挥调度时能够按照组号给车辆指定路线、中转点、选定指定的调度任务、设置车辆在交汇会点停止和行进顺序来进行调度；所述路线显示模块用以在导航区地图上实时绘制，位置显示通过调用GIS地图空间中动态跟踪层来实现；所述报警救援模块用以当车辆行进过程中出现故障，ARM7处理器3会通过下位机无线数传装置4给上位机2发送报警信息，同时短信下发给相应的调度员，调度员接到报警信息后，根据报警类型能够进行分析，若车辆故障能够发出重启指令或对发出救援调度命令，控制车辆行驶到安全区然后交给维护人员处理，若是存在车辆交汇停止，则调度交汇车辆行进避让顺序，让各车辆有序行进。

所述上位机2用以对接收到的北斗数据进行差分处理即提取经纬度及坐标转换，然后与当前的导航轨道进行比较，发出对无人驾驶机车的控制信号，包括前进、停止、左转、右转四种控制信号，其主体结构包括上位机服务器8和上位机无线数传装置9，上位机无线数传装置9用以接收下位机1传输的移动车辆当前的位置数据并将其发送到上位机服务器8，还用以接收北斗卫星组网发送的位置信息；所述上位机服务器8用以分析接收到的移动车辆当前的位置数据并通过路径规划算法来进行决策分析，并把分析后得到的控制信息通过串口传输至上位机无线数传装置9，再通过上位机无线数传装置9把得到的控制信息传输至下位机1。

本实施例所述的路径规划算法是在上位机服务器8环境下运用 GIS模型实现，并通过上位机无线数传装置9实时接收下位机1发送的移动车辆位置信息，并对该位置信息进行数据处理和分析，制定导航规划信息，最后将该导航规划信息通过上位机无线数传装置9传输至下位机1。

本实施例所述的用户管理模块、车辆信息管理模块、地图管理模块、指挥监控模块、路线显示模块、报警救援模块均通过对应的程序来实现，而上述程序均存储于下位机存储装置7中，根据ARM7处理器3的指令来调用相应的程序。

本实施例所述的上位机无线数传装置9和下位机无线数传装置4 均选用FC-210/SH型无线数传装置。

本实施例所述的ARM7处理器3通过中断的方式接受北斗卫星组网传输的数据和上位机2传输的控制信息；所述ARM7处理器3接收完一条完整的北斗卫星组网传输的数据后，马上通过下位机无线数传装置4传输至上位机2，上位机2经过数据处理之后通过下位机无线数传装置4返回相应的控制信号，下位机1接收控制信号后，按照下位机无线数传装置4控制小车走向，下位机1控制程序包括主程序、串口0中断程序和串口1中断程序。

本实施例所述的用于无人驾驶机车的行进线路规划装置进行定位导航的过程中，其可靠性依赖于导航地图的精度，要制作较高精度的点在导航地图，就必须建立包括空间数据库和属性数据库的GIS数据，本实施例所述的空间数据库的建立由两部分构成，第一部分是完成导航区域内基础地理信息数据的采集、分类和分层存储，第二部分内容是从基础地理信息库中提取专题现状信息，建立为GIS应用系统服务的现状专题图形库，在自主导航系统中主要提取道路网络信息，如道路关键点的位置、拐点、停靠点位置的相关图形信息，以建立导航系统专题图层；并采用文件集合关系数据库的管理模式对GIS数据进行管理，空间数据记录的是地理实体的空间位置和相互之间的拓扑关系，属性数据记录的是地理实体的属性特征。

本实施例在使用时，具体按照如下方式进行：在进行无人驾驶行进时，设置小车的行进任务和航道，再通过上位机无线数传装置9将收到的北斗信息发送到上位机服务器8端，上位机服务器8经过数据处理和GIS空间决策分析，所述数据处理方式为对接收到的北斗数据进行差分处理，即提取经纬度及坐标转换，然后与当前的导航轨道进行比较，发出对无人驾驶机车的控制信号，包括前进、停止、左转、右转四种控制信号，然后把控制信号通过串口传给上位机无线数传装置9，上位机无线数传装置9把控制信号传给下位机1去，下位机1 通过ARM7处理器3的串口0接收差分北斗数据，通过ARM7处理器3 的串口1和下位机1无线数传模块向上位机2发送位置数据，并接收上位机2发送过来的控制信息，下位机1按照上位机2的决策，控制机动小车前进、左转、右转，如果到达终点，则控制其停止；本实施例在进行导航区内多组无人驾驶机车的管理时，包括车辆基本信息、调度和报警信息，控制室能够可视化，所有无人驾驶机车要求基于北斗实现自动行进导航，按照服务器端设计的既定行驶路线行进避让，当操控室端发出调度信息时，对应编号的无人驾驶机车会加载启动，接收服务器端的调度指令，自动在导航区内行进，行进的轨迹能够在后台控制室多通道实时显示，行进过程中小车偏离轨道时会自动做好调整，到达目的地完成服务器端下达的任务，当中途出现故障时，能向服务器发送报警信息供管理员及时处理。