CN111918064A - 一种危险环境下的无线通信与远程控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种危险环境下的无线通信与远程控制系统，属于无线通信与远程控制技术领域。所述系统包括：控制台、无线通信系统和执行系统，其中，所述控制台通过所述无线通信系统与所述执行系统进行通信；所述控制台，用于根据执行系统发送的视频数据包计算丢包率，并将丢包率发送给执行系统；所述执行系统，用于根据接收到的丢包率调整视频编码的码率对获取的视频信息实时进行自适应压缩编码，将编码后的视频信息发送给所述控制台。采用本发明，能够提升所述无线通信与远程控制系统应用于复杂、危险环境下的应急救援、抢险救灾时的视频帧率，并能够利用有限的信道带宽传输更多信息。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信与远程控制技术领域，特别涉及是指一种危险环境下的无线通信与远程控制系统。
背景技术
近年来，我国城市内涝和矿井水灾频发，造成了严重的人员伤亡和经济损失。城市内涝已成为我国城市化进程中面临的一个重大问题。城市内涝和矿井水灾的抢险作业环境复杂、危险因素多，为保障作业人员安全，需要依靠具备遥控作业能力的强涉水、多功能、高机动装备协同进行地面-水下清障和地表-地下排水抢险作业。对作业装备进行远程遥控需要以作业装备周边的环境信息为基础，在超视距的遥控距离下，通过图像观测是最直接、有效的观测方法。
现有的无线通信与远程控制系统一般应用于室内场景，或基础设施较完善的室外场景，上述应用场景有良好无线通信设备覆盖。当无线通信与远程控制应用于复杂、危险环境下的应急救援、抢险救灾时，无线信号容易受到时变的电磁传播环境干扰，系统的通信速率也会发生波动。若系统始终以固定的码率传输图像信息，信号不良时会导致帧率降低，妨碍作业人员正常操作；信号正常时无法充分利用带宽传输更多信息。
发明内容
本发明实施例提供了危险环境下的无线通信与远程控制系统，能够提升所述无线通信与远程控制系统应用于复杂、危险环境下的应急救援、抢险救灾时的视频帧率，并能够利用有限的信道带宽传输更多信息。
本发明实施例提供了一种危险环境下的无线通信与远程控制系统，该系统包括：控制台、无线通信系统和执行系统，其中，所述控制台通过所述无线通信系统与所述执行系统进行通信；
所述控制台，用于根据执行系统发送的视频数据包计算丢包率，并将丢包率发送给执行系统；
所述执行系统，用于根据接收到的丢包率调整视频编码的码率对获取的视频信息实时进行自适应压缩编码，将编码后的视频信息发送给所述控制台。
进一步地，所述控制台包括：控制台上位机；所述执行系统包括：车载计算机和与所述车载计算机相连的摄像机；其中，
所述控制台上位机，用于在接收到车载计算机发送的视频数据包时更新已收到的视频数据包数量，并计算视频数据包发送时间与接收时间的差值，每经过固定时间间隔，根据上一时间段内新增的视频数据包接收量nr与新增的视频数据包发送量ns更新视频数据包丢包率
并向车载计算机发送丢包率；其中，车载计算机发送的视频数据包包括：车载计算机编码后的视频信息、发送视频信息的当前时刻与已发送的视频数据包数量；
所述车载计算机，用于根据接收到的丢包率调整下一时间段内的视频编码的码率，根据调整后的视频编码的码率对摄像机采集的视频信息实时进行自适应压缩编码，将编码后的视频信息发送给所述控制台上位机。
进一步地，当丢包率大于预设的阈值时，则降低下一时间段中视频编码的码率，否则，则提高下一时间段中视频编码的码率。
进一步地，所述车载计算机与控制台上位机均采用UDP协议进行信息传输。
进一步地，所述控制台还包括：与所述控制台上位机相连的显示设备和控制器；其中，
所述控制台上位机，还用于接收控制器发送的输入设备信号并对接收到的输入设备信号进行处理得到相应的指令，将得到的指令发送给执行系统，接收并处理来自执行系统的装备状态信息，解码来自执行系统的视频信息；
所述显示设备，用于显示解码得到的视频信息以及接收到的装备状态信息。
进一步地，所述执行系统还包括：与所述车载计算机相连的装备状态监测传感器和执行单元控制器；
所述车载计算机，还用于接收控制台上位机发送的指令，并根据接收到的指令通过执行单元控制器控制执行器执行相应动作，获取装备状态监测传感器采集的装备状态信息并发送给控制台上位机。
进一步地，所述装备状态监测传感器包括：电机转速传感器、加速度传感器、倾角传感器、电机电流传感器和温度传感器中的一种或多种。
进一步地，所述执行单元控制器包括：电机控制器与作业机构控制器，其中，
所述电机控制器，用于控制驱动电机，带动驱动轮转动；
所述作业机构控制器，用于控制作业机构进行作业。
进一步地，所述车载计算机与所述装备状态监测传感器、执行单元控制器通过MODBUS协议进行串口通讯；
所述车载计算机中的指令操作、视频操作与串口操作不在同一线程中进行，不同线程间通过状态机进行信息交互；
所述状态机中存储装备的下一个待执行指令以及装备状态信息，且待执行指令由来自控制台上位机的指令确定。
进一步地，所述无线通信系统由2个以上的无线自组网电台组成，每一个无线自组网电台视作一个节点，节点可随时加入或退出无线通信系统而不影响原有无线通信系统的正常运行。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例中，根据丢包率评估当前信道质量，根据信道质量调整视频编码的码率对获取的视频信息实时进行自适应压缩编码，使所述无线通信与远程控制系统采用的码率随信道质量的波动改变，能够提升所述无线通信与远程控制系统应用于复杂、危险环境下的应急救援、抢险救灾时的视频帧率，并能够利用有限的信道带宽传输更多信息，保证所述无线通信与远程控制系统中执行系统与控制台间信息交互的实时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的危险环境下的无线通信与远程控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的控制台上位机的工作流程示意图；
图3为本发明实施例提供的车载计算机的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种危险环境下的无线通信与远程控制系统，该系统包括：控制台、无线通信系统和执行系统，其中，所述控制台通过所述无线通信系统与所述执行系统进行通信；
所述控制台，用于根据执行系统发送的视频数据包计算丢包率，并将丢包率发送给执行系统；
所述执行系统，用于根据接收到的丢包率调整视频编码的码率对获取的视频信息实时进行自适应压缩编码，将编码后的视频信息发送给所述控制台。
本发明实施例所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，根据丢包率评估当前信道质量，根据信道质量调整视频编码的码率对获取的视频信息实时进行自适应压缩编码，使所述无线通信与远程控制系统采用的码率随信道质量的波动改变，能够提升所述无线通信与远程控制系统应用于复杂、危险环境下的应急救援、抢险救灾时的视频帧率，并能够利用有限的信道带宽传输更多信息，保证所述无线通信与远程控制系统中执行系统与控制台间信息交互的实时性。
在前述危险环境下的无线通信与远程控制系统的具体实施方式中，进一步地，所述控制台包括：控制台上位机；所述执行系统包括：车载计算机和与所述车载计算机相连的摄像机；其中，
所述控制台上位机，用于在接收到车载计算机发送的视频数据包时更新已收到的视频数据包数量，并计算视频数据包发送时间与接收时间的差值，每经过固定时间间隔，根据上一时间段内新增的视频数据包接收量nr与新增的视频数据包发送量ns更新视频数据包丢包率
并向车载计算机发送丢包率；其中，车载计算机发送的视频数据包包括：车载计算机编码后的视频信息、发送视频信息的当前时刻与已发送的视频数据包数量；
所述车载计算机，用于根据接收到的丢包率调整下一时间段内的视频编码的码率，根据调整后的视频编码的码率对摄像机采集的视频信息实时进行自适应压缩编码，将编码后的视频信息发送给所述控制台上位机。
本实施例中，所述执行系统设置在被控装备上，被控的装备可以是应急救援车辆、无人清障车辆等车辆。
如图2和图3所示，控制台上位机启动后对参数(包括：控制台上位机的IP地址、端口号)进行初始化，车载计算机启动后也对相应的参数(包括：车载计算机的IP地址、端口号)进行初始化，控制台上位机与车载计算机彼此之间建立连接，并打开串口；控制台上位机的线程可分为可分为主线程、图像线程与数据接收线程；车载计算机的线程可分为图像线程、主线程与串口管理线程；其中，控制台上位机的图像线程接收编码后的视频信息并进行解码及显示，更新数据包接收量与数据包发送量，计算丢包率并反馈给车载计算机。
参照图2与图3中的图像线程，视频自适应编码的具体步骤包括：
A1，控制台上位机与车载计算机在控制系统启动时进行时间同步；
A2，车载计算机发送编码后的视频信息的同时，发送当前时刻和已发送的视频数据包数量；
A3，控制台上位机收到视频数据包时更新已收到的视频数据包数量，并计算视频数据包发送时间与接收时间的差值；
A4，每经过固定时间间隔，控制台上位机根据上一时间段内新增的视频数据包接收量nr与新增的视频数据包发送量ns更新丢包率
并向车载计算机发送丢包率dl；
A5，车载计算机根据接收到的丢包率dl选择下一时间段内的视频编码的码率，根据调整后的视频编码的码率对摄像机采集的视频信息实时进行自适应压缩编码，其中，当丢包率大于预设的阈值时，则信道质量差，降低下一时间段中视频编码的码率，否则，则信道质量好，提高下一时间段中视频编码的码率。
本实施例中，车载计算机与控制台上位机均采用UDP协议进行信息传输，当信道质量不佳导致当前数据包(包括：视频数据包)丢失时，继续发送下一个数据包，避免重复发送数据包带来的指令与信息延迟，为避免UDP丢包导致的指令丢失，控制台上位机以一定的时间间隔循环发送当前指令，以保证指令被接收。
在前述危险环境下的无线通信与远程控制系统的具体实施方式中，进一步地，所述控制台还包括：与所述控制台上位机相连的显示设备和控制器；其中，
所述控制台上位机，还用于接收控制器发送的输入设备信号(其中，输入设备信号具体包括：驱动电机操纵杆信号(包括：左驱动电机操纵杆信号和右驱动电机操纵杆信号)、转速档位选择按钮信号等)并对接收到的输入设备信号进行处理得到相应的指令，将得到的指令发送给执行系统(具体为：执行系统中的车载计算机)，接收并处理(处理操作包括：保存、检测异常值)来自执行系统的装备状态信息，解码来自执行系统的视频信息；
所述显示设备，用于显示解码得到的视频信息以及接收到的装备状态信息。
本实施例中，所述控制台上位机发送的指令包括：驱动电机目标转速、作业机构动作及其他车载电器的控制指令，其中，其他车载电器包括：继电器模块、照明设备、装备状态监测传感器等。
如图2所示，控制台上位机的主线程处理输入设备信号，根据操作逻辑对接收到的输入设备信号进行处理得到相应的指令(例如，根据当前的转速档位对驱动电机操纵杆输入量乘以相应的系数，得到驱动电机目标转速)，向车载计算机发送指令；控制台上位机的数据接收线程用于接收装备状态信息并进行显示。
本实施例提供的无线通信与远程控制系统是一种可视化的无线通信与远程控制系统，有利于操作人员对作业现场环境进行观察，从而提高作业效率。
在前述危险环境下的无线通信与远程控制系统的具体实施方式中，进一步地，所述执行系统还包括：与所述车载计算机相连的装备状态监测传感器和执行单元控制器；
所述车载计算机，还用于接收控制台上位机发送的指令，并根据接收到的指令通过执行单元控制器控制执行器(例如，驱动电机、铲斗、机械臂等)执行相应动作，获取装备状态监测传感器采集的装备状态信息并发送给控制台上位机。
在前述危险环境下的无线通信与远程控制系统的具体实施方式中，进一步地，所述装备状态监测传感器包括：电机转速传感器、加速度传感器、倾角传感器、电机电流传感器和温度传感器中的一种或多种。
在前述危险环境下的无线通信与远程控制系统的具体实施方式中，进一步地，所述执行单元控制器包括：电机控制器与作业机构控制器，其中，
所述电机控制器，用于控制驱动电机，带动驱动轮转动；
所述作业机构控制器，用于控制作业机构(如铲斗、机械臂等)进行作业。
本实施例中，驱动电机、铲斗、机械臂都可以称为执行器。
本实施例中，当车载计算机超过一定时间没有接收到来自控制台上位机的指令，将驱动电机转速降至0，并暂停作业机构动作，等待下一指令的发送，避免在通信中断后持续工作带来的意外情况。
在前述危险环境下的无线通信与远程控制系统的具体实施方式中，进一步地，所述车载计算机与所述装备状态监测传感器、执行单元控制器通过MODBUS协议进行串口通讯。
如图3所示，车载计算机中的指令操作、视频操作与串口操作不在同一线程中进行，分别由图像线程、主线程与串口管理线程完成，不同线程间通过状态机进行数据交互。所述状态机中存储装备的下一个待执行指令以及装备状态信息，且待执行指令由来自控制台上位机的指令确定。串口管理线程负责管理车载计算器与装备状态监测传感器、执行单元控制器之间的串口通信，图3中串口消息包括：对执行单元控制器的目标转速写入，当前转速、电流、温度请求，以及对装备状态监测传感器的加速度、倾角数据请求。
在前述危险环境下的无线通信与远程控制系统的具体实施方式中，进一步地，所述无线通信系统由2个以上的无线自组网电台组成，每一个无线自组网电台视作一个节点，节点可随时加入或退出无线通信系统而不影响原有无线通信系统的正常运行。
本实施例中，采用多节点无线自组网作为媒介，基于UDP协议进行信息传输，避免了信道堵塞带来的传输卡顿。
本实施例中，所述无线通信系统对控制台与执行系统产生的信息(包括：视频数据包、丢包率、编码后的视频信息、指令、装备状态信息等)进行转发。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。
Claims (10)
1.一种危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，包括：控制台、无线通信系统和执行系统，其中，所述控制台通过所述无线通信系统与所述执行系统进行通信；
所述控制台，用于根据执行系统发送的视频数据包计算丢包率，并将丢包率发送给执行系统；
所述执行系统，用于根据接收到的丢包率调整视频编码的码率对获取的视频信息实时进行自适应压缩编码，将编码后的视频信息发送给所述控制台。
2.根据权利要求1所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，所述控制台包括：控制台上位机；所述执行系统包括：车载计算机和与所述车载计算机相连的摄像机；其中，
所述控制台上位机，用于在接收到车载计算机发送的视频数据包时更新已收到的视频数据包数量，并计算视频数据包发送时间与接收时间的差值，每经过固定时间间隔，根据上一时间段内新增的视频数据包接收量nr与新增的视频数据包发送量ns更新视频数据包丢包率
并向车载计算机发送丢包率；其中，车载计算机发送的视频数据包包括：车载计算机编码后的视频信息、发送视频信息的当前时刻与已发送的视频数据包数量；
所述车载计算机，用于根据接收到的丢包率调整下一时间段内的视频编码的码率，根据调整后的视频编码的码率对摄像机采集的视频信息实时进行自适应压缩编码，将编码后的视频信息发送给所述控制台上位机。
3.根据权利要求2所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，当丢包率大于预设的阈值时，则降低下一时间段中视频编码的码率，否则，则提高下一时间段中视频编码的码率。
4.根据权利要求2所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，所述车载计算机与控制台上位机均采用UDP协议进行信息传输。
5.根据权利要求2所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，所述控制台还包括：与所述控制台上位机相连的显示设备和控制器；其中，
所述控制台上位机，还用于接收控制器发送的输入设备信号并对接收到的输入设备信号进行处理得到相应的指令，将得到的指令发送给执行系统，接收并处理来自执行系统的装备状态信息，解码来自执行系统的视频信息；
所述显示设备，用于显示解码得到的视频信息以及接收到的装备状态信息。
6.根据权利要求5所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，所述执行系统还包括：与所述车载计算机相连的装备状态监测传感器和执行单元控制器；
所述车载计算机，还用于接收控制台上位机发送的指令，并根据接收到的指令通过执行单元控制器控制执行器执行相应动作，获取装备状态监测传感器采集的装备状态信息并发送给控制台上位机。
7.根据权利要求6所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，所述装备状态监测传感器包括：电机转速传感器、加速度传感器、倾角传感器、电机电流传感器和温度传感器中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，所述执行单元控制器包括：电机控制器与作业机构控制器，其中，
所述电机控制器，用于控制驱动电机，带动驱动轮转动；
所述作业机构控制器，用于控制作业机构进行作业。
9.根据权利要求6所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，所述车载计算机与所述装备状态监测传感器、执行单元控制器通过MODBUS协议进行串口通讯；
所述车载计算机中的指令操作、视频操作与串口操作不在同一线程中进行，不同线程间通过状态机进行信息交互；
所述状态机中存储装备的下一个待执行指令以及装备状态信息，且待执行指令由来自控制台上位机的指令确定。
10.根据权利要求1所述的危险环境下的无线通信与远程控制系统，其特征在于，所述无线通信系统由2个以上的无线自组网电台组成，每一个无线自组网电台视作一个节点，节点可随时加入或退出无线通信系统而不影响原有无线通信系统的正常运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201110 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |