一种基于4G物联网技术的无人船云控制系统的制作方法

本发明涉及无人船监控领域，特别涉及一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统。

背景技术：

无人船是一种集智能化、网络化、集成化、机动化、无人化于一体的新型小型水面自主航行交通工具，主要用于在各种水域环境下执行任务，在民用和军用具有广泛的应用前景。

其中特别是微型无人船，具有机动灵活、易操控、携带使用方便、易于开展实验、成本低、效率高、对监控环境要求低等特点，已经被广泛应用于湖泊和内河水质监测、湿地环境监测、海洋环境监测、水产养殖环境监控、水下环境测量等各种水域环境下的民用和军用的诸多领域。

但是，现有的无人船控制系统主要是通过数字电台来实现无人船与地面控制中心之间的通信，这种方式的通信速率较低，且需要多个中继站才能实现远距离通信，系统部署工作量大，成本较高，实时性和实用性较差。在无人船与地面控制中心的无线通信技术方面，现有的无人船控制系统主要以gprs通信技术为主，系统实时性较差，无法适用较复杂的应用场合。因此，迫切需要一种新的技术方案解决上述技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统，用以克服现有技术中的缺陷。

具体的，本发明提出了以下具体的实施例：

本发明实施例提出了一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统，应用于无人船，该监控系统包括：船载系统、云服务器转发系统、地面站控制系统；其中，

所述船载系统包括控制信息4g串口收发模块、定位模块、驱动控制模块、作业视频采集模块、作业视频4g发送模块；

所述控制信息4g串口收发模块用于接收所述云服务器转发系统所转发的控制参数数据，以及将所述无人船的状态信息发送给所述云服务器转发系统；

所述定位模块用于确定所述无人船的实时状态信息，并将所确定的实时状态信息发送给所述驱动控制模块；

所述驱动控制模块用于获取所述定位模块的状态信息，并将所述状态信息发送给所述控制信息4g串口收发模块；还用于获取所述控制信息4g串口收发模块的控制参数数据，并基于所述控制参数数据对所述无人船进行控制；

所述作业视频采集模块用于获取所述无人船的实时作业视频，并发送给所述作业视频4g发送模块；

所述作业视频4g发送模块用于通过rtmp协议将所述作业视频采集模块获取的实时作业视频推送给所述云服务器转发系统；

所述云服务器转发系统用于接收并转发所述状态信息、所述作业视频给所述地面站控制系统；还用于接收所述地面站控制系统的控制参数数据，并将所述控制参数数据转发给所述船载系统；

所述地面站控制系统通过mavlink协议将所述控制参数数据发送给所述云服务器转发系统；接收所述云服务器转发系统转发的所述无人船的状态信息；并通过rtmp协议获取所述云服务器转发系统的作业视频。

在一个具体的实施例中，所述作业视频采集模块包括所述无人船上的船载摄像头；

所述作业视频通过所述无人船上的船载摄像头进行拍摄得到，其中所述作业视频4g发送模块发送所述船载摄像头获取到的所述作业视频。

在一个具体的实施例中，所述云服务器转发系统包括：控制信息转发系统和实时视频转发系统；其中，

所述控制信息转发系统用于将所述地面站控制系统的控制参数数据转发给所述船载系统；并将所述无人船的状态信息转发给所述地面站控制系统；

所述实时视频转发系统用于将所述船载系统的实时作业视频转发给所述地面站控制系统。

在一个具体的实施例中，所述状态信息包括实时航向、实时航速、实时位置信息。

在一个具体的实施例中，所述地面站控制系统包括：地面控制模块、系统通信性能统计功能模块、后台服务处理模块；其中，

所述地面控制模块用于控制无人船航线、航速及实时显示无人船作业视频；

所述系统通信性能统计功能模块用于计算传输时延、传输速率通信性能并进行可视化显示；

所述后台服务处理模块用于以mavlink协议的方式将所述控制参数数据通过所述云服务器转发系统转发至所述船载系统，并通过所述云服务器转发系统接收所述船载系统的状态信息；以及基于rtmp协议获取所述云服务器转发系统转发的作业视频。

在一个具体的实施例中，所述地面控制模块用于设置无人船航速及通过卫星地图设置无人船航线，并以vlc播放器实时显示无人船作业视频。

在一个具体的实施例中，所述定位模块具体为gps卫星定位模块。

在一个具体的实施例中，所述作业视频采集模块具体包括船载摄像头模块和视频处理模块；所述作业视频通过所述无人船上的船载摄像头进行拍摄得到，并由所述视频处理模块进行格式转换处理，其中所述作业视频4g发送模块通过所述视频处理模块获取到所述作业视频。

在一个具体的实施例中，所述控制信息4g串口收发模块具体为4g串口透传模块。

在一个具体的实施例中，所述船载系统还包括：供电电池，其中所述供电电池用于给所述控制信息4g串口收发模块、所述定位模块、所述驱动控制模块、所述作业视频采集模块、所述作业视频4g发送模块进行供电。

以此，本发明实施例公开了一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统，应用于无人船，该监控系统包括：船载系统、云服务器转发系统、地面站控制系统；其中，所述船载系统包括控制信息4g串口收发模块、定位模块、驱动控制模块、作业视频采集模块、作业视频4g发送模块；所述控制信息4g串口收发模块用于接收所述云服务器转发系统所转发的控制参数数据，以及将所述无人船的状态信息发送给所述云服务器转发系统；所述定位模块用于确定所述无人船的实时状态信息，并将所确定的实时状态信息发送给所述驱动控制模块；所述驱动控制模块用于获取所述定位模块的状态信息，并将所述状态信息发送给所述控制信息4g串口收发模块；还用于获取所述控制信息4g串口收发模块的控制参数数据，并基于所述控制参数数据对所述无人船进行控制；所述作业视频采集模块用于获取所述无人船的实时作业视频；所述作业视频4g发送模块用于通过rtmp协议将所述作业视频采集模块获取的实时作业视频推送给所述云服务器转发系统；所述云服务器转发系统用于接收并转发所述状态信息、所述作业视频给所述地面站控制系统；还用于接收所述地面站控制系统的控制参数数据，并将所述控制参数数据转发给所述船载系统；所述地面站控制系统通过mavlink协议将所述控制参数数据发送给所述云服务器转发系统；接收所述云服务器转发系统转发的所述无人船的状态信息；并通过rtmp协议获取所述云服务器转发系统的所述无人船的实时作业视频。通过双4g通道，信息传输速率高，实时性好；且支持多媒体数据传输，适用于更为复杂的无人船应用场合；通过4g视频通信模块和rtmp音视频传输协议，完成视频流向服务器的转发，与现有采用gprs通信技术的无人船通信系统相比，实时性更强；采用4g通信技术实现对无人船的控制，相比于现有采用数字电台对无人船控制的通信方式，控制距离更远，速率更高，更易于部署，实现更简单；通过云端数据转发技术，可以减少无人船端的数据流量，降低无人船系统能耗，延长无人船作业时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提出的一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统组成的结构示意图；

图2为本发明实施例提出的一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统总体架构的结构示意图；

图3为本发明实施例提出的一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统具体结构的示意图；

图4为本发明实施例提出的一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统架构中控制信息以及状态信息传递过程的示意图；

图5为本发明实施例提出的一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统架构中实时作业视频传递过程的示意图。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本发明实施例1公开了一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统，应用于无人船，如图1以及图2所示，该监控系统包括：船载系统、云服务器转发系统、地面站控制系统；其中，

所述船载系统包括控制信息4g(the4thgenerationmobilecommunicationtechnology，第四代移动通信技术)串口收发模块、定位模块、驱动控制模块、作业视频采集模块、作业视频4g发送模块；

所述控制信息4g串口收发模块用于接收所述云服务器转发系统所转发的控制参数数据，以及将所述无人船的状态信息推送给所述云服务器转发系统；

所述定位模块用于确定所述无人船的实时状态信息，并将所确定的实时状态信息发送给所述驱动控制模块；

所述驱动控制模块用于获取所述定位模块的状态信息，并将所述状态信息发送给所述控制信息4g串口收发模块；还用于获取所述控制信息4g串口收发模块的控制参数数据，并基于所述控制参数数据对所述无人船进行控制；

所述作业视频采集模块用于获取所述无人船的实时作业视频，并发送给所述作业视频4g发送模块；

所述作业视频4g发送模块用于通过rtmp协议将所述作业视频采集模块获取的实时作业视频推送给所述云服务器转发系统；

所述云服务器转发系统用于接收并转发所述状态信息、所述作业视频给所述地面站控制系统；还用于接收所述地面站控制系统的控制参数数据，并将所述控制参数数据转发给所述船载系统；

所述地面站控制系统通过mavlink(microairvehiclelink，微型航空器连接协议)协议将所述控制参数数据发送给所述云服务器转发系统；接收所述云服务器转发系统转发的所述无人船的状态信息；并通过rtmp(realtimemessagingprotocol，实时消息传输协议)协议获取所述云服务器转发系统的作业视频。

在一个具体的实施例中，所述作业视频采集模块包括所述无人船上的船载摄像头；

所述作业视频通过所述无人船上的船载摄像头进行拍摄得到，其中所述作业视频4g发送模块发送所述船载摄像头获取到的所述作业视频。

在另一个实施例中，所述作业视频采集模块具体包括船载摄像头模块和视频处理模块；所述作业视频通过所述无人船上的船载摄像头进行拍摄得到，并由所述视频处理模块进行格式转换处理，其中所述作业视频4g发送模块通过所述视频处理模块获取到所述作业视频。

在一个具体的实施例中，所述云服务器转发系统包括：控制信息转发系统和实时视频转发系统；其中，

所述控制信息转发系统用于将所述地面站控制系统的控制参数数据转发给所述船载系统；还用于将所述无人船的状态信息转发给所述地面站控制系统。

所述实时视频转发系统用于将所述船载系统的实时作业视频转发给所述地面站控制系统。

在一个具体的实施例中，所述状态信息包括实时航向、实时航速、实时位置信息。

在一个具体的实施例中，所述地面站控制系统包括：地面控制模块、系统通信性能统计功能模块、后台服务处理模块；其中，

所述地面控制模块用于控制无人船航线、航速及实时显示无人船作业视频；

所述系统通信性能统计功能模块用于计算通信性能并进行可视化显示；具体的，通信性能例如可以包括传输时延、传输速率等。

所述后台服务处理模块用于以mavlink协议的方式将所述控制参数数据通过所述云服务器转发系统转发至所述船载系统，并通过所述云服务器转发系统接收所述船载系统的状态信息；以及基于rtmp协议获取所述云服务器转发系统转发的作业视频。

在一个具体的实施例中，所述地面控制模块用于设置无人船航速及通过卫星地图设置无人船航线，并以vlc播放器实时显示无人船作业视频。

在一个具体的实施例中，所述定位模块具体为gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)卫星定位模块。

当然除了gps以外还可以为北斗卫星定位系统或者伽利略卫星定位系统或者格洛纳斯卫星定位系统。

在一个具体的实施例中，所述控制信息4g串口收发模块具体为4g串口透传模块。

在一个具体的实施例中，所述船载系统还包括：供电电池，其中所述供电电池用于给所述控制信息4g串口收发模块、所述定位模块、所述驱动控制模块、所述作业视频采集模块、所述作业视频4g发送模块进行供电。

实施例2

为了对本发明进行进一步的说明，在一个具体的实施例中，本发明实施例2还公开了一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统，参见图3、图4、图5，包括船载系统、云服务器转发系统、地面站控制系统。船载系统包括4g串口收发模块、视频采集模块、4g视频传输模块，可接收航线控制信息及发送自身实时航向、航速、位置等信息及作业视频至云服务器转发系统。云服务器转发系统用来转发控制信息、无人船实时航向、航速位置等信息及无人船作业视频。地面站控制系统，可控制无人船航线、航速及实时监控无人船作业状态，并实时统计控制系统通信性能。

所述的船载系统，还包括定位模块、驱动控制模块。船载系统由电池供电。无人船体积小巧，携带方便，可灵活应用于各种水域环境。

所述的无人船控制信息及实时航向、航速、位置等信息传输系统，使用网络透传模式收发数据，使用者不需要关注串口数据与网络数据包之间的数据转换过程，只需要设置相关参数，即可实现串口设备与网络服务器之间的数据透明通信。

所述的无人船实时视频监控系统，包括视频采集模块、4g视频传输模块、云服务器转发系统、地面站控制系统。视频采集模块采集无人船实时作业视频，采用4g技术以rtmp协议形式传输至云服务器转发系统，地面站控制系统基于rtmp协议接入云服务器转发系统获取无人船实时作业视频，通过vlc播放器监控。

所述的地面站控制系统的监控界面，可实时监控无人船在实际水域的工作状态。

所述的地面站控制系统可实时监控本控制系统的通信性能。

一种基于4g物联网技术的无人船云控制系统的工作过程如下：

步骤1、所述无人船上电运行后，所述定位模块获取当前位置信息，通过所述4g串口收发模块以mavlink协议数据格式发送至所述云服务器转发系统，经由所述云服务器转发系统转发至所述地面站控制系统；

步骤2、所述地面站控制系统收到所述无人船位置信息，计算所述无人船航线，通过所述云服务器转发系统以mavlink协议数据格式转发至所述无人船的4g串口收发模块。

步骤3、所述无人船的4g串口收发模块收到航线信息后，由所述驱动控制模块控制所述无人船进行自主航行，并将实时的航向、航速、位置等信息通过所述4g串口收发模块以mavlink协议数据格式发送至所述云服务器转发系统，经由所述云服务器转发系统转发至所述地面站控制系统。

步骤4、所述无人船的视频采集模块与步骤3)同时进行工作，采集无人船实时作业视频，通过所述4g视频传输模块以rtmp协议形式发送至所述云服务器转发系统，所述地面站控制系统接入所述云服务器转发系统获取所述无人船的实时作业视频，由vlc实时播放，同时统计本监控系统通信性能并显示。

以此，本发明实施例公开了一种基于4g的无人船云控制系统，应用于无人船，该控制系统包括：船载系统、云服务器转发系统、地面站控制系统；其中，所述船载系统包括控制信息4g串口收发模块、定位模块、驱动控制模块、作业视频采集模块、作业视频4g发送模块；所述控制信息4g串口收发模块用于接收所述云服务器转发系统所转发的控制参数数据，以及将所述无人船的状态信息推送给所述云服务器转发系统；所述定位模块用于确定所述无人船的实时状态信息，并将所确定的实时状态信息发送给所述驱动控制模块；所述驱动控制模块用于获取所述定位模块的状态信息，并将所述状态信息发送给所述控制信息4g串口收发模块；还用于获取所述控制信息4g串口收发模块的控制参数数据，并基于所述控制参数数据对所述无人船进行控制；所述作业视频采集模块用于获取所述无人船的实时作业视频；所述作业视频4g发送模块用于通过rtmp协议将所述作业视频采集模块获取的实时作业视频推送给所述云服务器转发系统；所述云服务器转发系统用于接收并转发所述状态信息、所述作业视频给所述地面站控制系统；还用于接收所述地面站控制系统的控制参数数据，并将所述控制参数数据转发给所述船载系统；所述地面站控制系统通过mavlink协议将所述控制参数数据发送给所述云服务器转发系统；接收所述云服务器系统转发的所述无人船的状态信息；并通过rtmp协议获取所述云服务器转发系统转发的所述无人船的作业视频。通过双4g通道，信息传输速率高，实时性好；且支持多媒体数据传输，适用于更为复杂的无人船应用场合；通过4g视频通信模块和rtmp音视频传输协议，完成视频流向云服务器的转发，与现有采用gprs通信技术的通信系统相比，实时性更强；采用4g通信技术实现对无人船的控制，相比于现有采用数字电台对无人船控制的通信方式，控制距离更远，速率更高，更易于部署，实现更简单；通过云端数据转发技术，可以减少无人船端的数据流量，降低无人船系统能耗，延长无人船作业时间。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。