CN105511469B - 一种无人智能巡逻电动车及巡逻系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人智能巡逻电动车及巡逻系统，无人智能巡逻电动车包括1至N台小型电动车辆，小型电动车辆配置可双模式自由切换的电动车速度控制系统、车体主控制装置和车体附加设备，巡逻系统还包括监控中心。本发明通过对小型电动车辆加装可双模式自由切换的电动车速度控制系统、车体主控制装置和车体附加设备，就能在不需要对原车电机和控制方法进行大规模改造情况下进行人工与自动的双模式切换控制，既可实现小型电动车辆在“人工普通驾驶”模式下的驾驶员驾车巡逻，又可实现“无人自动行驶”模式下车辆按差分导航提供的实时定位信息和预定路线自动行驶巡逻，并通过车辆上加装的视频采集和实时无线传输设备向监控中心实时传输巡逻视频图像。

Description

一种无人智能巡逻电动车及巡逻系统

技术领域

本发明涉及智能电动车技术领域，具体涉及一种无人智能巡逻电动车及巡逻系统。

背景技术

随着城市规模的不断扩大，安防工作在当今社会发挥着越来越重要的作用。长期以来，安防工作一直沿用传统的人工巡逻体制和固定地点摄像头视频监视相结合的方法。其中人工巡逻的方式由于人员的数量和体力有限，其路线、时间、频率、以及密度都不能完全满足需要，另外由于工作人员的积极性也不尽相同，在夜间、天气环境不佳的情况下往往出现怠工现象。同时由于人工巡逻无法将现场的图像等信息实时回传监控中心，给针对突发事件的指挥决策带来了不便。而固定地点摄像头视频监视的方式需要安装大量的摄像头安装和线路改造，不仅成本增大，而且广大区域不可能得到全部覆盖，存在着大量的监测盲区。特别是在公园、景区和无人厂区等区域的夜间，因为需要监控的区域很大，环境偏僻，人工巡逻无法不知疲倦的覆盖所有道路和区域，固定地点摄像头监控也无法提供全区域的监控，因此需要一种能够不知疲倦地自动巡逻，并实时发送现场视频信号到监控中心的自动巡逻设备和系统。

本发明提出了一种无人智能巡逻电动车及巡逻系统。首先在巡逻区域内建立包括多辆自动巡逻车和监控中心在内的巡逻系统。因为公园、景区等应用场景的环保要求，自动巡逻车将采用现有的四轮电动车进行改装。监控中心安装无线数传电台（包括监控显示屏）、控制器和GPS基准定位站。自动巡逻电动车在改造具有自动驾驶功能后，安装差分导航设备系统和红外摄像头（云台）及无线数传电台及前向雷达。在夜间等人员较为稀少和道路环境较固定的环境下，可设置该巡逻车按事先设定路线进行自动行驶巡逻。在巡逻过程中，通过该智能巡逻电动车上的视频采集和实时无线传输设备，监控中心可以在第一时间得到所巡逻路径中的视频信息。与本发明的无人智能巡逻电动车及巡逻系统技术方案相比，现有的专利和产品还没有类似的技术出现，相接近的发明专利包括：

1）发明名称：一种基于警车GPS定位和摄像机视频实现GIS虚拟巡逻的方法，申请号：201310317943.2，申请人：佳都新太科技股份有限公司

该发明的技术方案：该发明公开了一种基于警车GPS 定位和摄像机视频实现GIS虚拟巡逻的方法，它包括设置有GIS虚拟预演巡逻，设置有GPS 实时定位和设置有历史路径回放巡演；GIS 虚拟预演巡逻，用于预演警车可能巡逻的线路，同时打开该路径周围关联的实时视频，当预演警车所在范围有摄像机时，则打开该摄像机的实时视频；GPS 实时定位，通过警车GPS 系统与GIS 地图相结合，实现在GIS 地图中实时定位警车的位置与行驶轨迹，同时打开警车经过的摄像机实时视频，用于实时跟踪警车的位置；历史路径回放巡演，用于查询和演示警车行驶的历史轨迹，同时当警车回放演示所在周围存在摄像机时，则同步打开该警车实际经过该路段时间的录像视频。

该发明的特点和不足之处：该发明主要利用警车中自带的普通GPS进行大概位置确定，结合GIS地图进行警车巡逻位置显示，并控制警车位置周边的摄像头实现监视警车的巡逻路线并可进行虚拟预演。该发明不涉及警车的自动行驶和巡逻功能，所利用的GPS也是警车自带的普通GPS，误差较大，只可定位警车的大致位置。

2）专利名称：可伸缩多机器人巡逻方法和系统，专利号：201310090316.X，专利权人：深圳先进技术研究院

该专利的技术方案：该专利公开了一种可伸缩多机器人巡逻方法，在巡逻区域的面积变化时能够自动调整巡逻区域内的巡逻机器人的巡逻面积和巡逻子区域。通过自动调整巡逻区域内巡逻机器人的巡逻面积和巡逻子区域，能够对巡逻区域进行全面的监控，防止出现因巡逻区域扩增时一部分巡逻区域则不能被巡逻到，影响巡逻效果；也防止巡逻区域面积缩小时，部分巡逻机器人被闲置造成资源浪费。

该专利的特点、不足之处以及本发明的技术创新：该专利主要着力于多个机器人巡逻时，当需要巡逻的面积发生变化时（增大或者减小时），自动调节巡逻区域各机器人的巡逻面积和区域，使新的巡逻区域能实现全方位覆盖而与不造成资源浪费的方法。该专利没有涉及巡逻车辆自动行驶的方法。

而本发明的“无人智能巡逻电动车”是一个改造后的电动车（四轮场地车或电动新能源车），可以在人工驾驶下行驶，也可以切换至自动驾驶情况下在RTK-GPS（差分导航）的指引下在道路上自动行驶。

）专利名称：巡逻机器人，专利号：201120358746.1，专利权人：南京优睿创智能科技有限公司该专利的技术方案：该专利涉及一种巡逻机器人，尤其是遥控或者自动控制的巡逻机器人，其包括高空作业平台、视频采集及无线传输装置，而高空作业平台包括底座、安装在底座上的回转台、一端安装在回转台上的升降臂以及安装在升降臂另一端的作业槽，视频采集以及无线传输装置都安装在所述高空作业平台上。该专利的巡逻机器人以遥控或自主导航巡逻为目的，基于高空作业平台，形成一种新颖的装备系统，能够实现不同地形、不同高度的视频监控和险情监测。

该专利的特点、不足之处以及本发明的技术创新：该专利的巡逻机器人主要在遥控的方式下基于高空作业平台，形成一种新颖的装备系统，能够实现不同地形、不同高度的视频监控和险情监测。另外，该专利提出机器人还能进行自动控制，根据视频采集装置和/或音频采集装置以及其他感应装置所采集的信号，自行工作，但没有提出具体的巡逻定位方式。

而本发明的“无人智能巡逻电动车”是一个改造后的电动车（四轮场地车或电动新能源车），可以在人工驾驶下行驶，也可以切换至自动驾驶情况下在RTK-GPS（差分导航）的指引下在道路上自动行驶。另外，本发明提出在RTK-GPS（差分导航）的指引下进行精确定位，要对原有车辆进行改造后实现控制功能。

4）发明名称：具影像辨识及自动巡逻路径设定的机器人监视系统，申请号：201410335310.9，申请人：深圳奇沃智联科技有限公司该发明的技术方案：该发明公开了一种具影像辨识及自动巡逻路径设定的机器人监视系统，其中应用机器人预先建立的影像路径，可以提供使用者预先设定监控点，因此使用者仅需要指令机器人进行自动巡逻，该机器人即可依据预先设定的影像路径到各个监控点进行巡逻的作业，并将所摄录的影像传送到远程的监控器上；也可以设定定时操作，而令该机器人在固定的时间做固定的巡逻动作，以有效的取代原先人员的巡逻；再者遇到有异常状况或人员时，也可以提供有效的辨识予远程的监控者，达到警示及信息提供的目的。

该发明的特点、不足之处以及本发明的技术创新：该发明涉及一种具影像辨识及自动巡逻路径设定的机器人监视系统。首先从主体上看，上述“具影像辨识及自动巡逻路径设定的机器人监视系统”的技术方案涉及一个小型机器人，而本发明的“无人智能巡逻电动车”是一个改造后的电动车（四轮场地车或电动新能源车），是可以行驶在道路上得；其次本发明的“无人智能巡逻电动车”是可以载人的电动车，可以在人工驾驶下行驶，也可以切换至自动驾驶情况下在RTK-GPS（差分导航）的指引下在道路上行驶。二者相比，最主要的是巡逻的方法不一样。上述“具影像辨识及自动巡逻路径设定的机器人监视系统”的机器人既可依据预先设定的影像路径到各个监控点进行巡逻的作业，并将所摄录的影像传送到远程的监控器上；也可以设定定时操作，而令该机器人在固定的时间做固定的巡逻动作，以有效的取代原先人员的巡逻；而本发明的“无人智能巡逻电动车”，自动驾驶情况下在RTK-GPS（差分导航）的指引下在道路上行驶。

5）专利名称：道路巡逻机器人及道路巡逻系统，专利号：201420078817.6，专利权人：宁波众信智能科技有限公司，项振茂 该专利的技术方案和特点：该专利公开了一种道路巡逻机器人，它包括中央控制器、电源管理单元、GPS 定位器、摄像机、图像处理单元、存储单元、行走控制单元、行走单元。该专利还涉及一种道路巡逻系统，系统包括通过无线网络与道路巡逻机器人实现连接的终端机，与终端机连接的后台管理中心。该专利中的道路巡逻机器人，无论道路是否拥挤都能够对道路的实时交通情况进行移动监控，还能在行走过程中对违规车辆拍摄取证并进行识别处理，从而获取违规车辆信息和违规地点。

该专利的不足之处以及本发明的技术创新：该专利涉及一种道路巡逻机器人及巡逻系统。首先从主体上看，上述“道路巡逻机器人”是一个小型机器人，依附于道路的隔离护栏行走；而本发明的“无人智能巡逻电动车”涉及一个改造后的电动车（四轮场地车或电动新能源车），是可以行驶在道路上得。其次本发明的“无人智能巡逻电动车”是可以载人的电动车，可以在人工驾驶下行驶，也可以切换至自动驾驶情况下在差分导航的指引下在道路上行驶。另外是行驶方式不一致，上述“道路巡逻机器人”是依附于道路的隔离护栏，在护栏上行驶，没有护栏的依托将无法行驶；而本发明的“无人智能巡逻电动车”是在现有道路上行驶，只要是实现勘测过的道路都可行驶。最后就是二者的技术方案实现的方法完全不一样。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种无人智能巡逻电动车及巡逻系统，本发明的无人智能巡逻电动车包括一台或多台小型电动车辆，巡逻系统包括监控中心；对小型电动车辆配置具有可双模式自由切换的电动车速度控制系统、车体主控制装置和车体附加设备，通过对小型电动车辆加装可双模式自由切换的电动车速度控制系统、车体主控制装置和车体附加设备，就能在不需要对原车电机和控制方法进行大规模改造的情况下进行人工与自动的双模式切换控制，既可以实现小型电动车辆在“人工普通驾驶”模式下的驾驶员驾车巡逻，又可以实现“无人自动行驶”模式下的车辆按差分导航提供的实时定位信息和预定路线自动行驶巡逻，并通过车辆上加装的视频采集和实时无线传输设备向监控中心实时传输巡逻视频图像。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种无人智能巡逻电动车，包括小型电动车辆，小型电动车辆装置有主控制系统和车体附加设备，主控制系统包括可双模式自由切换的电动车速度控制系统和车体主控制装置；车体主控制装置与车体附加设备、可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接；该无人智能巡逻电动车可以实现小型电动车辆在双模式控制模式下的人工普通驾驶巡逻，或者无人自动行驶巡逻及其巡逻视频采集、数据无线传输的智能控制过程。

优选的是，所述车体主控制装置包括电控转向装置、电控制动系统和自动速度控制器，所述电控转向装置、电控制动系统、自动速度控制器与车体附加设备及可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电控转向装置串联连接于小型电动车辆的方向盘和机械转向系统之间。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电控转向装置包括转向控制电机的控制器、扭矩传感器、角度传感器和机械连接装置，所述转向控制电机的控制器连接车辆的CAN总线，所述扭矩传感器连接车辆的方向盘，所述机械连接装置和所述角度传感器与车辆转向系统相连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电控制动系统设置于小型电动车辆的制动踏板和液压制动系统之间。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电控制动系统包括控制电机的控制器和机械推杆，所述控制电机的控制器连接车辆的CAN总线，所述机械推杆连接车辆的制动踏板和液压制动系统。

在上述任一技术方案中优选的是，所述自动速度控制器设置于小型电动车辆的加速踏板和换挡开关之间；所述自动速度控制器连接车辆的加速踏板和换挡开关，并与车辆的CAN总线相连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述车体附加设备包括前向壁障雷达、差分导航系统、无线数传电台、红外摄像机及云台，所述前向壁障雷达、差分导航系统、无线数传电台、红外摄像机及云台与车体主控制装置及可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述前向壁障雷达安装于小型电动车辆的车体前向部位。

在上述任一技术方案中优选的是，所述前向壁障雷达为激光前向壁障雷达。

在上述任一技术方案中优选的是，所述前向壁障雷达为毫米波前向壁障雷达。

在上述任一技术方案中优选的是，所述差分导航系统装置于小型电动车辆的车载终端，并与车载终端的定位装置和无线数传电台相连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述差分导航系统为RTK—GPS载波相位差分导航系统，所述RTK—GPS载波相位差分导航系统同车辆的定位装置和无线数传电台配合工作。

在上述任一技术方案中优选的是，所述红外摄像机固定装置于云台的运动台面上，所述红外摄像机配置有红外摄像机网络接口。

在上述任一技术方案中优选的是，所述云台配置有360度水平调节机构、俯仰调节机构和遥控通讯接口。

在上述任一技术方案中优选的是，所述无线数传电台通过其无线通讯装置与巡逻系统的监控中心相连接，所述无线数传电台与监控中心的无线数传电台矩阵配合使用。

在上述任一技术方案中优选的是，所述小型电动车辆包括电动浏览车、电动巡逻车、电动高尔夫球车、小型新能源电动汽车。

本发明还公开了一种无人智能巡逻电动车的巡逻系统，该巡逻系统包括如上任一项所述的无人智能巡逻电动车，该巡逻系统还包括监控中心，巡逻系统的监控中心通过无线网络与无人智能巡逻电动车相连接。该巡逻系统可以实现无人智能巡逻电动车在人工普通驾驶时的导航数据采集，以及人工普通驾驶模式切换至无人自动行驶模式时的车辆自动行驶和视频采集、数据无线传输的智能控制。

在上述任一技术方案中优选的是，所述无人智能巡逻电动车根据巡逻路线配置1至N台，所述1至N台无人智能巡逻电动车采用路径规划和差分导航定位的方式进行行驶。

在上述任一技术方案中优选的是，所述监控中心包括GPS基准定位站、无线数传电台矩阵、视频显示器、控制器，所述GPS基准定位站、无线数传电台矩阵、视频显示器与控制器相连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述GPS基准定位站与无线数传电台矩阵相连接，所述GPS基准定位站为巡逻系统内所有的无人智能巡逻电动车上的差分导航设备提供基准位置信息，基准位置信息通过无线数传电台矩阵发送。

在上述任一技术方案中优选的是，该巡逻系统选用宽带无线电台提供监控中心和无人智能巡逻电动车之间的无线数据通信。

在上述任一技术方案中优选的是，所述宽带无线电台传输的无线通信数据包括：无人智能巡逻电动车载摄像头的实时视频信号，车载差分导航设备同监控中心GPS基准设备的交互信息，监控中心对无人智能巡逻电动车的特殊控制命令。

在上述任一技术方案中优选的是，所述监控中心对无人智能巡逻电动车的特殊控制命令包括对云台的控制指令、特殊情况下对车辆行驶的控制命令以及巡逻路线设置命令。

在上述任一技术方案中优选的是，所述视频显示器具有视频接收和解码处理模块，所述视频显示器与无线数传电台矩阵相连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述视频显示器根据无人智能巡逻电动车数量配置1至N台，所述1至N台视频显示器组成视频显示墙。

在上述任一技术方案中优选的是，所述监控中心的无线数传电台矩阵具有无线数传模块，所述监控中心的无线数传电台矩阵同巡逻系统内的1至N台无人智能巡逻电动车所配置的无线数传电台实时进行通信，所述监控中心的无线数传电台矩阵接受各个无人智能巡逻电动车的视频信号并显示在监控中心的视频显示墙上的对应的视频显示器上；GPS基准信号也通过该矩阵同时发送给不同巡逻车的无线数传电台。

本发明的无人智能巡逻电动车及巡逻系统配置有“可双模式自由切换的电动车速度控制系统”，可双模式自由切换的电动车速度控制系统与车体主控制装置、车体附加设备相连接，实现小型电动车辆在双模式控制模式下的人工普通驾驶或无人自动行驶，以及视频采集和数据无线传输的智能控制过程。

应用于智能电动车辆速度控制系统的“可双模式自由切换的电动车速度控制系统”及控制方法，是在对原车电机和整车控制器不进行大规模改造的情况下，即可对电动车车辆速度、档位、制动系统实现“计算机控制模式”和“人工驾驶模式”两种控制，并实现两种控制模式的自由切换以及在相应模式下将对应的控制信号输入到原车电机控制器中。

这种“可双模式自由切换的电动车速度控制系统”包括原车速度控制器，以及原车电机控制器，还包括自动速度控制器；自动速度控制器加装于原车电机控制器前端；原车电机控制器的控制信号来自原车的加速踏板、档位开关和制动踏板，自动速度控制器接在原车电机控制器和原车的加速踏板、档位开关和制动踏板之间，可以根据计算机控制模式或人工驾驶模式的不同，选择接受计算机的控制信号或者原车加速踏板、档位开关和制动踏板的控制信号。这种“可双模式自由切换的电动车速度控制系统”：自动速度控制器包括嵌入式控制系统，自动速度控制器以嵌入式控制系统为核心，实现原车速度控制信号和计算机控制信号的合理切换，以及在相应模式下即可将对应的控制信号输入到原车电机控制器中；原车电机控制器为电动车原有的电机控制器，可控制驱动电机实现电动车的档位转换、速度调节和制动功能，原电动车通过档位开关、电子油门踏板和制动踏板将相应的控制电信号发送给原车电机控制器；自动速度控制器还包括电源系统、模拟控制信号产生系统、电子开关、模式转换开关、CAN总线接口，所述电源系统、模拟控制信号产生系统、电子开关、模式转换开关、CAN总线接口与嵌入式控制系统及原车电机控制器相连接；电源系统为控制系统供电，电源系统将输入的车载12V电源转换为嵌入式控制系统和模拟控制信号所需的电源，并且包括原车控制电机需要的电源；模拟控制信号产生系统通过数据线与嵌入式控制系统、电子开关相连接，模拟控制信号产生系统自动产生和原电动车控制信号特征完全相同的控制信号；模拟控制信号产生系统包括模拟信号发生器，所述模拟信号发生器采用电子的方式产生三类模拟控制信号。所述三类模拟控制信号包括模拟档位控制信号、模拟制动控制信号和模拟速度位控制信号；电子开关与原车电机控制器相连接，电子开关向原车电机控制器传输的三组信号包括：档位控制信号、制动控制信号、速度控制信号；电子开关以每组2选1的控制方式由嵌入式控制系统完成，嵌入式控制系统根据模式选择命令（按钮给予和CAN总线给予）来打开相应的通道，将控制信号送入到原车电机控制器。；电子开关以每组2选1的选通方式，以及每组2路的控制信号输入方式，分别对应于人工驾驶模式和计算机控制模式的信号，这两路信号一个来自原车的按钮、电子油门踏板或制动踏板中任意一个部件输出的信号，另一个来自模拟控制信号产生系统；模式转换开关外接于嵌入式控制系统IO接口的2值，当模式转换开关置于高电平或者低电平时，嵌入式控制系统控制电子开关完成信号切换；模式转换开关通过CAN总线连接嵌入式控制系统，嵌入式控制系统通过CAN总线接受命令，控制电子开关完成控制信号切换。

这种“可双模式自由切换的电动车速度控制系统”的控制方法包括：在原车速度控制器的前端增加一个自动速度控制器，加装的自动速度控制器以嵌入式控制系统为核心并具有电源系统、模拟控制信号产生系统、电子开关、模式转换开关、CAN总线接口；原车电机控制器的控制信号来自电动车的原车加速踏板、档位开关和制动踏板，自动速度控制器接在原车电机控制器和原车的加速踏板、档位开关和制动踏板之间，可以根据计算机控制模式或人工驾驶模式的工作状态的不同，来选择接受计算机的控制信号或者原车加速踏板、档位开关和制动踏板的信号；在人工驾驶模式，对档位速度的控制信号来源于原车的加速踏板和档位开关；而在计算机控制模式，控制系统将自动切换控制信号到计算机的嵌入式控制系统所产生的模拟控制信号；采用不同的可控制信号来源来实现计算机控制模式和人工驾驶的两种模式，实现原车速度控制信号和计算机控制信号的合理切换，以及在相应模式下可将对应的控制信号输入到原车电机控制器中。

这种“可双模式自由切换的电动车速度控制系统”是一种在“人工驾驶模式”和“计算机控制模式”之间可双模式自由切换的电动车速度控制系统，是在原电动车的基础上，在电动车原有的速度控制器的前端加装一个新的自动速度控制器，加装的这个自动速度控制器具有嵌入式控制系统及电源系统、模拟控制信号产生系统、电子开关、模式转换开关、CAN总线接口等部件，嵌入式控制系统是其核心。自动速度控制器加装于原电动车的速度控制器的前端并与电动车原有的电机控制器相连接；电动车原有的电机控制器，其控制信号来自原车的加速踏板、档位开关和制动踏板，加装的自动速度控制器接在电动车原有的电机控制器和电动车原有的加速踏板、档位开关和制动踏板之间，可以根据智能或人工驾驶模式的不同来选择接受计算机的控制信号或者原车加速踏板、档位开关和制动踏板的信号，不仅实现原车速度控制信号和计算机控制信号的合理切换，并且确保在相应模式下即可将对应的控制信号输入到原车电机控制器中。这种可双模式自由切换的电动车速度控制方法可应用于小型电动车辆，如电动浏览车、电动巡逻车、电动高尔夫球车等，利用该控制方法可以实现对小型电动车辆实现人工驾驶和计算机（嵌入式系统）控制驾驶“双模式”速度控制，并可以实现两种模式的自由切换，由该控制方法控制的电动车辆可以实现在一定场景下由计算机控制车辆档位、速度、制动实现程控驾驶，而再另外的场景下可自由切换到驾驶员人工驾驶模式；即：利用该控制方法控制的小型电动车辆在安装必要的传感器后可以实现固定场景下的自动安防巡逻、自动乘客接驳等功能，也可轻松切换到驾驶人人工模式，完成复杂道路的驾驶。

与现有技术相比，本发明的无人智能巡逻电动车及巡逻系统可基于现有的小型电动车辆（如电动浏览车、电动巡逻车、电动高尔夫球车、小型新能源电动汽车）改造实现，在公园、景区等环境中往往存在着大量此类电动车辆作为人员巡逻、物资运输使用，利用本发明的无人智能巡逻电动车控制方法实现的双模式（人工与自动）控制电动车辆不需对原车电机和控制方法进行大的改造，从而实现在人工模式下驾驶员像普通车辆一样驾驶电动车，在自动模式下车辆按差分导航提供的实时定位信息和预定路线自动行驶，并通过智能巡逻电动车上的视频采集和实时无线传输设备向监控中心实时传输视频图像。实现双模式(人工与自动) 控制的无人智能巡逻电动车和巡逻系统主要包括以下要点：（1）巡逻系统包括监控中心和无人智能巡逻电动车（可以是多辆）两部份；（2）监控中心包括GPS基准定位站、无线数传电台、视频显示和控制器四部分；（3）无人智能巡逻电动车可实现人工和自动两种模式行驶，人工模式时驾驶方法和原来改造前的电动车没有区别，计算机控制控制失效；（4）计算机控制和人工驾驶只能有一种模式处于工作状态，且可以方便的自由切换；（5）无人智能巡逻电动车包括前车雷达，具备障碍物检测及避障功能；（6）无人智能巡逻电动车包括红外（可见光）摄像头/云台及无线数传电台，可以实时向监控中心传输视频信号。

附图说明

图1为现有技术中普通电动车的主体结构示意图；

图2为按照本发明的无人智能巡逻电动车及巡逻系统的一优选实施例的无人智能巡逻电动车主体结构示意图；

图3为按照本发明的无人智能巡逻电动车及巡逻系统的一优选实施例的巡逻系统结构示意图；

图4为按照本发明的无人智能巡逻电动车及巡逻系统的一优选实施例的无人智能巡逻电动车及巡逻系统工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明，以下描述仅作为示范和解释，并不对本发明作任何形式上的限制。

普通电动车的控制结构如图1所示，普通电动车的控制主要包括转向、制动（包括加速）、档位三部分；转向部分通常使用方向盘和机械转向系统，从而控制电动车的前轮转向，方向盘通常没有助力系统；车辆的制动通常用两种方式实现：一种是人力踩动制动踏板后，牵引制动钢丝绳作用于制动器对车轮进行制动；另一种是人力踩动制动踏板后，作用于液压制动器对车轮进行制动。由于电动车通常采用电机驱动（直流/交流电机），整车具有专用的电机控制器，车辆的加速往往通过对电机控制器的信号传输来完成加速和档位控制。例如，采用电子加速踏板实现速度控制，该电子加速踏板在根据人工踩踏的程度不一输出0-5V对应的电压信号至电机控制器，原车电机控制器根据不同的信号电压调节不同的车辆速度。电动车通常分为前进（D）档、空（N）挡、后退（R）档，通常实现的方法是人工按动车辆的档位开关，输出不同的信号（又例如，两路输出信号A/B，在空挡是输出为0V/0V，在前进档时输出12V/0V，在后退档时输出为0V/12V)。电机控制器根据档位开关信号的输出调节电机正向，停止和反向运转从而实现前进（D）档、空（N）挡、后退（R）档运行。

与现有技术相比，本发明的无人智能巡逻电动车是基于现有的小型电动车辆来改造实现，不需要对原车电机和控制方法进行大的改造，通过双模式（人工与自动）控制电动车辆，就可以实现在人工模式下驾驶员像普通车辆一样驾驶电动车，或者在自动模式下车辆按差分导航提供的实时定位信息和预定路线自动行驶，并通过智能巡逻电动车上的视频采集和实时无线传输设备向监控中心实时传输视频图像。

无人智能巡逻电动车的主体结构如图2所示。无人智能巡逻电动车包括1至N台根据巡逻路线配置的小型电动车辆，小型电动车辆可以是电动浏览车、电动巡逻车、电动高尔夫球车或小型新能源电动汽车。在现有的小型电动车辆上加装主控制系统和车体附加设备，主控制系统具有可双模式自由切换的电动车速度控制系统以及车体主控制装置，车体主控制装置与车体附加设备、可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接。通过对小型电动车辆加装可双模式自由切换的电动车速度控制系统、车体主控制装置和车体附加设备，在不需要对原车电机和控制方法进行大规模改造的情况下进行人工与自动的双模式切换控制，既可以实现小型电动车辆在“人工普通驾驶”模式下的驾驶员驾车巡逻，又可以实现“无人自动行驶”模式下的车辆按差分导航提供的实时定位信息和预定路线自动行驶巡逻，并通过车辆上加装的视频采集和实时无线传输设备向监控中心实时传输巡逻视频图像。

车体主控制装置包括电控转向装置、电控制动系统和自动速度控制器，电控转向装置、电控制动系统、自动速度控制器与车体附加设备及可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接。将电控转向装置、电控制动系统和自动速度控制器加装于原车控制系统中，具体方式如下：

电控转向装置串联连接于小型电动车辆的方向盘和机械转向系统之间；电控转向装置包括转向控制电机的控制器、扭矩传感器、角度传感器和机械连接装置，转向控制电机的控制器连接车辆的CAN总线，扭矩传感器连接车辆的方向盘，机械连接装置和所述角度传感器与车辆转向系统相连接。在自动模式下，转向控制电机的控制器从CAN总线接受控制命令，按实际要求角度控制电机转动，并通过机械连接装置带动原车转向系统转动车轮转动，角度传感器反馈实际转动的角度，从而对控制命令进行修正。扭矩传感器感知方向盘上的外加扭力，从而判断是否有人为的方向盘动作。当有人为转动方向盘动作时，认为要进行人工操作，电机控制器停止作用，并处于脱机（无阻力）模式，驾驶员可以人工转动方向盘从而转动车轮。

电控制动系统设置于小型电动车辆的制动踏板和液压制动系统之间；电控制动系统包括控制电机的控制器和机械推杆，控制电机的控制器连接车辆的CAN总线，机械推杆连接车辆的制动踏板和液压制动系统。当要求自动制动时，制动电机控制器通过CAN总线接受制动命令，驱动电机，推动机械推杆实现液压制动。当人工制动时，驾驶员踏动制动踏板，推动机械推杆实现液压制动。

自动速度控制器设置于小型电动车辆的加速踏板和换挡开关之间，自动速度控制器连接车辆的加速踏板和换挡开关并与车辆的CAN总线相连接。在自动模式下，该控制器通过CAN总线接受速度改变或者档位变换命令，并发送给原车电机控制器实现换挡和速度改变。在人工模式下，该控制器继续接受原车加速踏板和换挡开关的信号并传递给原车电机控制器实现换挡和速度改变。

另外，车体附加设备包括前向壁障雷达、差分导航系统、无线数传电台、红外摄像机及云台，前向壁障雷达、差分导航系统、无线数传电台、红外摄像机及云台与车体主控制装置及可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接。像车体主控制装置一样，将车体附加设备加装于原车控制系统中，具体方式如下：

前向壁障雷达安装于小型电动车辆的车体前向部位。在无人智能巡逻电动车自动巡逻的过程中，在既定的道路上可会突发出现行人和障碍物等情况，为了保证自动行驶的安全，在车前向安装避障雷达。根据车辆的行驶速度和安全距离，前向壁障雷达可选择激光雷达或者毫米波雷达。

差分导航系统装置于小型电动车辆的车载终端，并与车载终端的定位装置和无线数传电台相连接。该无人智能巡逻电动车使用的差分导航系统为RTK—GPS载波相位差分导航系统，RTK—GPS载波相位差分导航系统同车辆的定位装置和无线数传电台配合工作。无人智能巡逻电动车自动巡逻是在车辆控制改造的基础上按预先设定的巡逻路线进行。车载的RTK—GPS导航系统同整个系统的定位装置和无线电台配合工作，在设定巡逻路线时，要求人工驾驶该车辆按路线行驶，并采集相应路线的GPS数据，并保留这些数据作为导航路线数据；在自动巡逻时，按预先存储的导航路线数据形成虚拟路线，并从车载的RTK—GPS导航实时接收本车当前的准确位置和航向角，从而计算并发出对车辆的修正命令，控制整个车辆按预定路线的方向行驶。

红外摄像机固定装置于云台的运动台面上。车载的红外摄像机及云台是巡逻监视的工具，红外摄像机（主动式或者被动式红外摄像机）具有网络接口，其云台配置有360度水平调节机构、俯仰调节机构和遥控通讯接口。云台具备360度水平和一定的俯仰调节能力，以及具有本地遥控手柄控制和远程网络控制的能力。

无线数传电台通过其无线通讯装置与巡逻系统的监控中心相连接，无线数传电台与监控中心的无线数传电台矩阵配合使用，具有高清视频的实时传输能力。

无人智能巡逻电动车与监控中心组成巡逻系统。监控中心通过无线网络与无人智能巡逻电动车相连接，巡逻系统可以实现无人智能巡逻电动车在人工普通驾驶时的导航数据采集，以及人工普通驾驶模式切换至无人自动行驶模式时的车辆自动行驶和视频采集、数据无线传输的智能控制。

如图3所示，巡逻系统分为监控中心和无人智能巡逻电动车两部分，无人智能巡逻电动车可以根据巡逻路线的多少配置1至N台车辆，1至N台无人智能巡逻电动车采用路径规划和差分导航定位的方式进行行驶；监控中心包括GPS基准定位站、无线数传电台矩阵、视频显示器、控制器，所述GPS基准定位站、无线数传电台矩阵、视频显示器与控制器相连接。GPS基准定位站与无线数传电台矩阵相连接，GPS基准定位站为巡逻系统内所有的无人智能巡逻电动车上的差分导航设备提供基准位置信息，基准位置信息通过无线数传电台矩阵发送。由于移动通信提供商的移动通信信号（如2G、3G、4G等）信号受基站设置的影响，为保证在任何场景的通信覆盖，无人智能巡逻电动车的巡逻系统选用宽带无线电台提供监控中心和无人智能巡逻电动车之间的无线数据通信。宽带无线电台传输的无线通信数据包括：（1）无人智能巡逻电动车载摄像头的实时视频信号（车到监控中心），（2）车载差分导航设备同监控中心GPS基准设备的交互信息（双向数据传输），（3）监控中心对无人智能巡逻电动车的特殊控制命令（包括对云台的控制指令和特殊情况下对车辆行驶的控制命令以及巡逻路线设置命令等）。视频显示器具有视频接收和解码处理模块，视频显示器与无线数传电台矩阵相连接；视频显示器根据无人智能巡逻电动车数量配置1至N台，1至N台视频显示器组成视频显示墙。监控中心的无线数传电台矩阵具有无线数传模块，监控中心的无线数传电台矩阵同巡逻系统内的1至N台无人智能巡逻电动车所配置的无线数传电台实时进行通信，监控中心的无线数传电台矩阵接受各个无人智能巡逻电动车的视频信号并显示在监控中心的视频显示墙上的对应的视频显示器上。GPS基准信号也通过该矩阵同时发送给不同巡逻车的无线数传电台。

无人智能巡逻电动车及巡逻系统的整体工作过程如图4所示。在一个新的环境下使用本巡逻系统，要进行一次初始导航数据的采集。在确保差分导航设备工作正常的情况下，人工驾驶巡逻车在预定巡逻的所有道路上行驶，采集巡逻车设备的位置数据。在所有路线数据采集完后，将完整数据上传至监控中心。监控中心将所有路线的导航数据碎片化，保存为n段片段线路数据文件。在每次巡逻开始时，监控中心选择各车巡逻路线，按保存的片段线路数据形成完成的巡逻数据文件，并发送给巡逻车。巡逻车启动按当前实际位置信息和航向信息与预期巡逻路线的偏差控制自动驾驶车辆行驶。在行驶过程中，巡逻车的红外（可见光）摄像机实时采集视频并通过无线数传电台传输回监控中心显示。在巡逻途中，车前向雷达探测巡逻路线上的障碍物，如发现预期道路上存在障碍物，可以根据情况采取避障或者停车的措施。

以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (27)

1.一种无人智能巡逻电动车，包括小型电动车辆，其特征在于：所述小型电动车辆装置有主控制系统和车体附加设备，所述主控制系统包括可双模式自由切换的电动车速度控制系统和车体主控制装置；所述车体主控制装置与所述车体附加设备、所述可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接，实现小型电动车辆在双模式控制模式下的人工普通驾驶巡逻，或者无人自动行驶巡逻及其巡逻视频采集、数据无线传输的智能控制过程。

2.如权利要求1所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述车体主控制装置包括电控转向装置、电控制动系统和自动速度控制器，所述电控转向装置、电控制动系统、自动速度控制器与车体附加设备及可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接。

3.如权利要求2所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述电控转向装置串联连接于小型电动车辆的方向盘和机械转向系统之间。

4.如权利要求2或3所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述电控转向装置包括转向控制电机的控制器、扭矩传感器、角度传感器和机械连接装置，所述转向控制电机的控制器连接车辆的CAN总线，所述扭矩传感器连接车辆的方向盘，所述机械连接装置和所述角度传感器与车辆转向系统相连接。

5.如权利要求2所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述电控制动系统设置于小型电动车辆的制动踏板和液压制动系统之间。

6.如权利要求2或5所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述电控制动系统包括控制电机的控制器和机械推杆，所述控制电机的控制器连接车辆的CAN总线，所述机械推杆连接车辆的制动踏板和液压制动系统。

7.如权利要求2所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述自动速度控制器设置于小型电动车辆的加速踏板和换挡开关之间；所述自动速度控制器连接车辆的加速踏板和换挡开关，并与车辆的CAN总线相连接。

8.如权利要求1所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述车体附加设备包括前向壁障雷达、差分导航系统、无线数传电台、红外摄像机及云台，所述前向壁障雷达、差分导航系统、无线数传电台、红外摄像机及云台与车体主控制装置及可双模式自由切换的电动车速度控制系统相连接。

9.如权利要求8所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述前向壁障雷达安装于小型电动车辆的车体前向部位。

10.如权利要求8或9所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述前向壁障雷达为激光前向壁障雷达。

11.如权利要求8或9所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述前向壁障雷达为毫米波前向壁障雷达。

12.如权利要求8所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述差分导航系统装置于小型电动车辆的车载终端，并与车载终端的定位装置和无线数传电台相连接。

13.如权利要求8或12所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述差分导航系统为RTK—GPS载波相位差分导航系统，所述RTK—GPS载波相位差分导航系统同车辆的定位装置和无线数传电台配合工作。

14.如权利要求8所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述红外摄像机固定装置于云台的运动台面上，所述红外摄像机配置有红外摄像机网络接口。

15.如权利要求8所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述云台配置有360度水平调节机构、俯仰调节机构和遥控通讯接口。

16.如权利要求8所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述无线数传电台通过其无线通讯装置与巡逻系统的监控中心相连接，所述无线数传电台与监控中心的无线数传电台矩阵配合使用。

17.如权利要求1所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：所述小型电动车辆包括电动浏览车、电动巡逻车、电动高尔夫球车、小型新能源电动汽车。

18.一种无人智能巡逻电动车的巡逻系统，包括如权利要求1至17中任一项所述的无人智能巡逻电动车，其特征在于：该巡逻系统还包括监控中心，所述监控中心通过无线网络与所述无人智能巡逻电动车相连接，实现无人智能巡逻电动车在人工普通驾驶时的导航数据采集，以及人工普通驾驶模式切换至无人自动行驶模式时的车辆自动行驶和视频采集、数据无线传输的智能控制。

19.如权利要求18所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：所述无人智能巡逻电动车根据巡逻路线配置1至N台，所述1至N台无人智能巡逻电动车采用路径规划和差分导航定位的方式进行行驶。

20.如权利要求18所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：所述监控中心包括GPS基准定位站、无线数传电台矩阵、视频显示器、控制器，所述GPS基准定位站、无线数传电台矩阵、视频显示器与控制器相连接。

21.如权利要求20所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：所述GPS基准定位站与无线数传电台矩阵相连接，所述GPS基准定位站为巡逻系统内所有的无人智能巡逻电动车上的差分导航设备提供基准位置信息，基准位置信息通过无线数传电台矩阵发送。

22.如权利要求18所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：该巡逻系统选用宽带无线电台提供监控中心和无人智能巡逻电动车之间的无线数据通信。

23.如权利要求22所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：所述宽带无线电台传输的无线通信数据包括：无人智能巡逻电动车载摄像头的实时视频信号，车载差分导航设备同监控中心GPS基准设备的交互信息，监控中心对无人智能巡逻电动车的特殊控制命令。

24.如权利要求23所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：所述监控中心对无人智能巡逻电动车的特殊控制命令包括对云台的控制指令、特殊情况下对车辆行驶的控制命令以及巡逻路线设置命令。

25.如权利要求20所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：所述视频显示器具有视频接收和解码处理模块，所述视频显示器与无线数传电台矩阵相连接。

26.如权利要求20或25所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：所述视频显示器根据无人智能巡逻电动车数量配置1至N台，所述1至N台视频显示器组成视频显示墙。

27.如权利要求20所述的无人智能巡逻电动车的巡逻系统，其特征在于：所述监控中心的无线数传电台矩阵具有无线数传模块，所述监控中心的无线数传电台矩阵同巡逻系统内的1至N台无人智能巡逻电动车所配置的无线数传电台实时进行通信，所述监控中心的无线数传电台矩阵接受各个无人智能巡逻电动车的视频信号并显示在监控中心的视频显示墙上的对应的视频显示器上。