面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)，尤其是涉及一種面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機車駕駛是利用快速移動百兆WLAN技術(shù)覆蓋礦井大巷運輸軌道沿線的電機車，工作人員只需在地面調(diào)度中心遙控機車作業(yè)，避免在礦井坍塌或電機車相撞事故時出現(xiàn)人員的傷亡，從而使電機車能夠可靠地在井下移動并保障工作人員的安全。
[0003]由于系統(tǒng)需要將行駛過程中機車的車載攝像頭所采集的高清視頻數(shù)據(jù)和機車狀態(tài)信息實時傳送到地面監(jiān)控中心并接收相關(guān)控制指令，這對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、實時性和可靠性都有很高的要求。
[0004]目前我國礦井視頻監(jiān)控系統(tǒng)、運輸調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)和無線接入系統(tǒng)等比較成熟，但是目前還沒有一套完整的針對無人駕駛機車井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，尤其在復(fù)雜的礦井環(huán)境下，構(gòu)建井下高可靠的無線寬帶流媒體移動網(wǎng)絡(luò)，是亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，通過對井下網(wǎng)絡(luò)進行組建，提供一種面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)，從而設(shè)計出四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，自下而上依次為車內(nèi)局域網(wǎng)、移動機車接入網(wǎng)、光纖骨干網(wǎng)、運輸調(diào)度局域網(wǎng)，該結(jié)構(gòu)對于遠程遙控、自主運行的系統(tǒng)駕駛模式均適用。本發(fā)明提出的面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)通過車內(nèi)局域網(wǎng)、移動機車接入網(wǎng)、光纖骨干網(wǎng)、運輸調(diào)度局域網(wǎng)，使得運行于井下大巷的電機車與地面控制中心之間建立可靠的數(shù)據(jù)通道，上傳高清視頻圖像和機車狀態(tài)信息，下傳行車指令。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)的特點如下:
一種面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)井下巷道與井上運輸調(diào)度局域網(wǎng)之間傳輸視頻數(shù)據(jù)和控制信息的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，包括車內(nèi)局域網(wǎng)、移動機車接入網(wǎng)、光纖骨干網(wǎng)、運輸調(diào)度局域網(wǎng)；
a、所述的車內(nèi)局域網(wǎng)是基于包括車載攝像頭、機車控制器、路況分析器、視頻編碼器、底層路由器、車載通訊終端的井下機車控制以及監(jiān)測設(shè)備構(gòu)建的機車控制以及監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò);
所述的車載攝像頭拍攝行車方向路況視頻，并通過視頻流傳輸至視頻編碼器，所述視頻編碼器對視頻數(shù)據(jù)進行壓縮解碼，得到模擬視頻信號和數(shù)字視頻信號，模擬視頻信號通過底層路由器傳輸給路況分析器處理分析，路況分析器將分析判斷的路況障礙信息經(jīng)由底層路由器傳輸給機車控制器，機車控制器根據(jù)路況障礙信息判斷機車狀態(tài)、控制機車的運行;數(shù)字視頻信號經(jīng)由底層路由器傳輸至車載通訊終端，進而在無線數(shù)據(jù)流中上傳； b、所述移動機車接入網(wǎng)是基于多個軌道AP基站、安裝在井下現(xiàn)場的帶有無線通信模塊的固定攝像頭以及車載通訊終端構(gòu)建的用于實現(xiàn)移動機車在多個AP基站之間切換管理和動態(tài)接入無線移動網(wǎng)絡(luò)，進而實現(xiàn)井下移動機車相關(guān)信息和井下現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)與光纖骨干網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換，最終完成井下信息的上傳和井上調(diào)度指令的下傳的網(wǎng)絡(luò)，具體如下:
bl、所述車載通訊終端通過無線方式動態(tài)接入附近軌旁AP基站，所述軌旁AP基站接收來自車載通訊終端上傳的視頻數(shù)據(jù)，隨機車不斷移動，伴隨著一系列的軌旁AP切換過程；b2、軌旁AP基站、固定攝像頭通過網(wǎng)線連接到接入交換機上，所述接入交換機連接有接入服務(wù)器；
b3、在接入服務(wù)器的控制下，通過接入交換機將軌旁AP基站、固定攝像頭的所有混合數(shù)據(jù)流匯總傳入光纖骨干網(wǎng)；
c、所述光纖骨干網(wǎng)是采用帶有光纖接口的光纖交換機通過光纖連接以光纖環(huán)網(wǎng)方式構(gòu)建的長距離有線網(wǎng)絡(luò)，用于連通移動機車接入網(wǎng)和運輸調(diào)度局域網(wǎng)；
d、所述運輸調(diào)度局域網(wǎng)是將包括多個遙控駕駛臺、視頻服務(wù)器、分發(fā)交換機、機車運行服務(wù)器、調(diào)度服務(wù)器在內(nèi)的井上設(shè)備進行互聯(lián)，完成井下信息的接收和井上調(diào)度的進行和調(diào)度指令下傳，以及井下視頻信息在遙控駕駛臺與電視墻同時播放的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述機車運行服務(wù)器實現(xiàn)資源管理、綁定管理、監(jiān)控服務(wù)、操作查詢，管控?zé)o人駕駛系統(tǒng)，為遙控操作臺和機車之間建立鏈接、實現(xiàn)綁定，記錄機車運行數(shù)據(jù)和圖像;所述調(diào)度服務(wù)器根據(jù)收到的各類信息實現(xiàn)井下鐵路運輸調(diào)度;具體如下:
dl、所述調(diào)度服務(wù)器，根據(jù)通過有線以太網(wǎng)接口接收設(shè)置在各軌道上的記軸器采集的軌道信息，遠程操控轉(zhuǎn)轍機、信號機來完成道岔的轉(zhuǎn)換、進路防護與開放，并發(fā)送調(diào)度命令給機車運行服務(wù)器，實現(xiàn)井下鐵路運輸調(diào)度；
d2、通過有線局域網(wǎng)方式，機車運行服務(wù)器為遙控操作臺和機車之間建立鏈接、實現(xiàn)綁定；
d3、采用OpenFlow技術(shù)的分發(fā)交換機，將混合數(shù)據(jù)流一部分發(fā)給視頻服務(wù)器進行信息緩存、提取、過濾、組合，并由電視墻由其完成軟件解碼播放以減小時延，一部分輸出到遙控操作臺由其完成軟件解碼播放；
d4、所述遙控操作臺通過分發(fā)交換機接收視頻，交互數(shù)據(jù)，通過USB接口采集各類操縱桿狀態(tài)，并將操縱桿狀態(tài)轉(zhuǎn)換為操作命令數(shù)據(jù)并通過交換機傳輸?shù)侥繕?biāo)自控機車；
d5、所述視頻數(shù)據(jù)由兩部分提供:車載攝像頭和定點攝像頭，視頻服務(wù)器對這兩種攝像頭的視頻流均進行保存，以備后續(xù)查詢使用。
[0007]所述的車載攝像頭為高清防爆攝像頭，包括安裝在機車上的前置攝像頭和后置攝像頭。
[0008]所述視頻編碼器是“二進二出”型視頻編碼器，自帶485通訊控制輸出端口。
[0009]所述軌旁AP基站是指間隔安裝在巷道壁的基站。
[0010]所述的安裝在井下現(xiàn)場的礦料裝車區(qū)、卸載區(qū)以及巷道得攝像頭。
[0011]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
本發(fā)明將傳統(tǒng)的井下作業(yè)與寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，機車?yán)冒惭b于機車上的攝像機實時采集視頻數(shù)據(jù)，同時獲取機車狀態(tài)數(shù)據(jù)和位置信息數(shù)據(jù);機車通過車載通訊終端無線方式接入軌旁AP，使得機車在行進過程中能夠?qū)崟r動態(tài)接入移動機車接入網(wǎng)絡(luò);移動機車接入網(wǎng)通過光纖將數(shù)據(jù)傳入運輸調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，利用地面機車運行服務(wù)器實現(xiàn)資源管理、綁定管理、監(jiān)控服務(wù)、操作查詢；利用視頻服務(wù)器進行視頻數(shù)據(jù)的解碼、網(wǎng)絡(luò)接入、視頻信號輸出；利用遙控操作臺查看視頻圖像和機車狀態(tài)信息、下發(fā)調(diào)度指令，進而遠程遙控駕駛;利用地面調(diào)度人員下達調(diào)度指令和路況分析器識別路況進行自主駕駛;該發(fā)明實現(xiàn)多路流媒體的跨AP實時傳輸，遙控操作臺控制指令實時響應(yīng)，實現(xiàn)無人駕駛和自主駕駛模式，提高了井下作業(yè)的安全性，為礦井軌道運輸?shù)臒o線通信網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新和發(fā)展做出探索性工作。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所涉及的面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)車內(nèi)局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明所涉及的面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明所涉及的面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)遙控駕駛模式工作過程；
圖4為本發(fā)明所涉及的面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)自主駕駛模式工作過程；
以下通過【具體實施方式】，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
【具體實施方式】
[0013]以下通過【具體實施方式】，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述:
一種面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:包括車內(nèi)局域網(wǎng)、移動機車接入網(wǎng)、光纖骨干網(wǎng)、運輸調(diào)度局域網(wǎng)；
1、參見圖1，所述的車內(nèi)局域網(wǎng)是基于包括車載攝像頭、機車控制器、路況分析器、視頻編碼器、底層路由器、車載通訊終端的井下機車控制以及監(jiān)測設(shè)備構(gòu)建的機車控制以及監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)，其中:
所述車載攝像頭是位于機車頂部的前置高清防爆攝像頭和后置高清防爆攝像頭，用于拍攝機車行車方向路況；
所述機車控制器是判斷機車狀態(tài)、控制機車運行的設(shè)備；
所述路況分析器是運用圖像識別技術(shù)分析行車視頻圖像，判斷前方障礙信息的設(shè)備；所述視頻編碼器是“二進二出”型號，自帶485通訊口控制輸出，將視頻圖像壓縮、編碼為網(wǎng)絡(luò)包數(shù)據(jù)并進行傳輸?shù)脑O(shè)備；
所述底層路由器負責(zé)車載攝像頭、機車控制器、路況分析器之間的有線局域網(wǎng)互聯(lián)；
所述車載通訊終端是安裝于機車上的WIFI接口模塊，其外接天線位于機車頂部；
上傳井下信息時工作流程如下: a 1、所述車載攝像頭拍攝行車方向路況視頻圖像；
a2、將al中獲取的視頻圖像經(jīng)由視頻流傳輸至視頻編碼器，視頻編碼器處理獲得模擬視頻信號和數(shù)字視頻信號，模擬視頻信號通過底層路由器傳輸給路況分析器，數(shù)字視頻信號經(jīng)由底層路由器傳輸至車載通訊終端；
a3、所述路況分析器對模擬視頻信號進行軟件消抖，實時分析行進方向攝取的視頻信號，從而獲知行車方向路況狀況信息，并把路況狀況信息經(jīng)過底層路由器傳輸給機車控制器，機車控制器根據(jù)路況障礙信息判斷機車狀態(tài)、控制機車的運行；
a4、所述車載通訊終端將獲得的數(shù)字視頻信號無線數(shù)據(jù)流中以無線方式傳送到移動機車接入網(wǎng)中。
[0014]2、參見圖2，本發(fā)明面向無人駕駛機車的井下移動寬帶流媒體網(wǎng)絡(luò)，還包括移動機車接入網(wǎng)、光纖骨干網(wǎng)、運輸調(diào)度局域網(wǎng)。
[0015]2.1所述移動機車接入網(wǎng)是基于多個安裝間隔安裝在巷道壁的軌道AP基站、安裝在井下現(xiàn)場的帶有無線通信模塊的固定攝像頭以及車載通訊終端構(gòu)建的用于實現(xiàn)移動機車在多個AP基站之間切換管理和動態(tài)接入無線移動網(wǎng)絡(luò)，進而實現(xiàn)井下移動機車相關(guān)信息和井下現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)與光纖骨干網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)，最終完成井下信息的上傳和井上調(diào)度指令的下傳；
所述車載通訊終端通過軌旁AP基站實現(xiàn)機車的無線移動網(wǎng)絡(luò)接入；
所述固定攝像頭安裝在井下現(xiàn)場的礦料裝車區(qū)、卸載區(qū)以及巷道，拍攝對應(yīng)的現(xiàn)場圖像，并通過機車軌道AP基站上傳圖像，實現(xiàn)道路安全監(jiān)測及列車運行情況監(jiān)測。
[0016]基于以上設(shè)備的移動機車接入網(wǎng)工作流程如下:
bl、所述車載通訊終端通過無線方式動態(tài)接入附近軌旁AP基站，所述軌旁AP基站接收來自車載通訊終端上傳的視頻數(shù)據(jù)，隨機車不斷移動，伴隨著一系列的軌旁AP切換過