CN112702431A - 基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统及方法；所述系统包括厂区管理中心和至少一子定位模块；每一子定位模块分别对应设置于一子分区内，子定位模块包括边缘计算服务器和至少一工业移动设备；工业移动设备与边缘计算服务器连接，用于获取对应工业移动设备的实时状态信息，并将实时状态信息发送至边缘计算服务器；边缘计算服务器与厂区管理中心连接；本发明将工业移动设备上位机运行的部分复杂计算能力需求的模块上移到现场的边缘计算服务器，以满足工业移动设备日益增长的计算需求；除工业移动设备原有的复杂计算以外，各种各样的AI能力扩展成为可能，实现云化工业移动设备大规模密集部署、大范围无缝切换以及应用拓展。

Description

基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统及方法

技术领域

本发明适用于工业、矿山、电力等行业的工业移动设备定位控制技术领域，特别是涉及一种基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统及方法。

背景技术

目前在工业移动设备导航领域中，基于激光雷达的激光即时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping，SLAM)和基于机器视觉的视觉SLAM研究和应用较多，较多的是采用工业移动设备本地处理运算，工业移动设备在生产作业时受到车间内生产节拍快、行驶环境多变复杂等影响，对车间的生产环境及人员安全带来威胁，为安全行驶、避免碰撞，工业移动设备采用了安全传感器、缓冲器、机械防撞装置等防撞和安全行驶技术，行驶速度和调度实时性是影响工业移动设备生产效率和安全行驶的关键因素。

工业移动设备的操控和行驶需考虑与操作对象、车间设备、建筑物、生产工厂的安全距离，在高效率作业的同时需降低对周边物品存在的可能影响，多台工业移动设备共同作业时，工业移动设备之间冲突概率增加，工业移动设备传送行驶数据至调度系统及调度系统下达路线行进命令的过程受传输网络的时延变化和不确定性，导致工业移动设备不能在预定时间接收到指令，是工业移动设备出现相遇、碰撞等行驶冲突和安全事件的不确定性因素，因此，工业移动设备进行停车及重新启动等冲突避让和路线变化时需要耗费一定时间，降低了生产作业效率，且通常，现有厂区使用一中心机房数据服务器，该厂区内所有的数据均上传至该服务器内进行计算、处理，并通过这一服务器实现对厂区内所有工业移动设备的导航调度，大量数据的上报、调用，一方面，给传输网络带来很大的承载压力，同时，使得该服务器的运算量较大；另一方面，增大了数据从产生到调用过程中的时延，也会造成生产作业效率的降低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统及方法，用于解决现有工业移动设备定位导航过程中存在的功耗及运算量大，生产作业效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，应用于工业厂区中，将所述工业厂区划分为至少一子分区；所述工业移动设备定位系统包括：厂区管理中心和至少一子定位模块；每一所述子定位模块分别对应设置于一所述子分区内，所述子定位模块包括：边缘计算服务器和至少一工业移动设备；所述工业移动设备与所述边缘计算服务器连接，用于获取对应所述工业移动设备的实时状态信息，并将所述实时状态信息发送至所述边缘计算服务器；所述边缘计算服务器与所述厂区管理中心连接，用于对所述工业移动设备进行导航调度，和用于将所述实时状态信息发送至所述厂区管理中心，及用于从所述厂区管理中心获取另一所述子分区内的工业移动设备的实时状态信息；当所述工业移动设备在其所在的所述子分区内工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，实现在所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度；当所述工业移动设备跨区工作时，所述边缘服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，及所述工业移动设备所跨子分区内的工业移动设备的实时状态信息，实现在不同所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度。

于本发明的一实施例中，所述工业移动设备上设有：运动控制模块、第一视频监控设备及SLAM定位模块；所述运动控制模块与所述边缘计算服务器连接，用于检测所述工业移动设备的运行状态，获取运行状态数据，并将所述运行状态数据发送至所述边缘计算服务器，及用于在所述边缘计算服务器的作用下，实现对所述工业移动设备的导航调度；所述第一视频监控设备与所述边缘计算服务器连接，用于对所述工业移动设备在工作过程中的实时环境进行监控，获取对应的工作环境数据，并将所述工作环境数据发送至所述边缘计算服务器；所述SLAM定位模块与所述边缘计算服务器连接，用于对所述工业移动设备进行实时定位，获取实时定位数据，并将所述实时定位数据发送至所述边缘计算服务器；所述实时状态信息包括：对应所述工业移动设备的所述运行状态数据、所述工作环境数据及所述实时定位数据。

于本发明的一实施例中，所述工业移动设备上还设有：D2D通信模块及无线传输模块；所述D2D通信模块用于与同一所述子分区内，对应另一所述工业移动设备的D2D通信模块连接，以实现同一所述子分区内，两个所述工业移动设备之间的无线通信连接；所述无线传输单元分别与所述边缘计算服务器、所述运动控制模块、所述第一视频监控设备及所述SLAM定位模块连接。

于本发明的一实施例中，还包括：第二视频监控设备；所述子分区之间通过纵横交错的车道实现互联；所述第二视频监控设备设置在所述车道的端点处，且所述第二视频监控设备与所述边缘计算服务器连接，用于实时监控所述子分区内的分区环境数据，并将所述分区环境数据发送至所述边缘计算服务器；所述分区环境数据包括以下任意一种或几种组合数据：对所述子分区内的所有的生产设备进行监控获得的数据、对所述子分区内所有的工业移动设备进行监控获得的数据及对所述子分区内所有的工作人员进行监控获得的数据。

于本发明的一实施例中，所述第二视频监控设备包括：摄像头；所述摄像头支持1080P格式，且码率为2～8Mbps。

于本发明的一实施例中，所述第一视频监控设备包括：摄像头；所述摄像头支持720P格式，且码率为200Mbps。

于本发明的一实施例中，还包括：智能终端；所述智能终端与所述厂区管理中心连接，用于实现对所述工业厂区的操控。

于本发明的一实施例中，所述边缘计算服务器还用于从所述厂区管理中心获取以下任意一种或几种组合数据：盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心的调度数据。

本发明提供一种采用上述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统实现的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法，应用于工业厂区中，包括以下步骤：将所述工业厂区划分为至少一子分区；获取对应每一所述子分区内的工业移动设备的实时状态信息，并将每一所述工业移动设备对应的所述实时状态信息发送至所述子分区内的边缘计算服务器；所述边缘计算服务器将对应每一所述子分区内的所有的工业移动设备的实时状态信息发送至厂区管理中心；当一所述工业移动设备在其所在的所述子分区内工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，实现在所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度；当一所述工业移动设备跨区工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，及所述工业移动设备所跨子分区内的工业移动设备的实时状态信息，实现在不同所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度。

于本发明的一实施例中，还包括以下步骤：所述工业移动设备获取对应所述工业移动设备的运行状态数据、在工作过程中的工作环境数据及实时定位数据；所述实时状态信息包括：所述运行状态数据、所述工作环境数据及所述实时定位数据；所述边缘计算服务器从所述厂区管理中心获取特殊数据信息，以使所述边缘计算服务器根据所述实时状态信息和所述特殊数据信息，实现对所述工业移动设备在一所述子分区内或在不同所述子分区内的导航调度；所述特殊数据信息包括以下任意一种或几种组合数据：盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心的调度数据。

如上所述，本发明所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统及方法，具有以下有益效果：

(1)与现有技术相比，本发明将工业移动设备上位机运行的部分复杂计算能力需求的模块上移到现场的边缘计算服务器，以满足工业移动设备日益增长的计算需求；这相当于在云端为工业移动设备增加了一个大脑，除工业移动设备原有的复杂计算以外，各种各样的AI能力扩展成为可能，实现云化工业移动设备大规模密集部署、大范围无缝切换以及应用拓展，对无线接入网络提出了相关需求，即满足通信调度及业务数据实时交互需求，以及集成其它视觉应用的通信需求。

(2)本发明支持行驶环境视频调阅、行驶冲突即时处置、作业工序重排等移动应用，与部署在传统网络的相同应用系统比较，实现了导航地图数据拼接、历史事件视频调阅和行驶冲突的处理时间降低至少2倍，支持工业移动设备在多区域跨网段切换过程中作业不卡顿情况下，同等数据量的行驶环境感知数据获取时间比传统方式缩短1倍。

附图说明

图1显示为本发明的工业厂区于一实施例中的平面结构示意图。

图2显示为本发明的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统于一实施例中的工作原理框图。

图3显示为本发明的工业厂区内的工业移动设备于一实施例中的网络接入及分区拓扑结构示意图。

图4显示为本发明的工业移动设备在其所在子分区内工作于一实施例中的导航指令流示意图。

图5显示为本发明的工业移动设备在不同子分区内跨区工作于一实施例中的导航指令流示意图。

图6显示为本发明的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法于一实施例中的流程图。

标号说明

1 厂区管理中心

2 子定位模块

21 边缘计算服务器

22 工业移动设备

221 运动控制模块

222 第一视频监控设备

223 SLAM定位模块

224 D2D通信模块

225 无线传输模块

23 第二视频监控设备

S61～S63 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统及方法，与现有技术相比，本发明将工业移动设备上位机运行的部分复杂计算能力需求的模块上移到现场的边缘计算服务器，以满足工业移动设备日益增长的计算需求；这相当于在云端为工业移动设备增加了一个大脑，除工业移动设备原有的复杂计算以外，各种各样的AI能力扩展成为可能，实现云化工业移动设备大规模密集部署、大范围无缝切换以及应用拓展，对无线接入网络提出了相关需求，即满足通信调度及业务数据实时交互需求，以及集成其它视觉应用的通信需求；本发明支持行驶环境视频调阅、行驶冲突即时处置、作业工序重排等移动应用，与部署在传统网络的相同应用系统比较，实现了导航地图数据拼接、历史事件视频调阅和行驶冲突的处理时间降低至少2倍，支持工业移动设备在多区域跨网段切换过程中作业不卡顿情况下，同等数据量的行驶环境感知数据获取时间比传统方式缩短1倍。

如图1所示，于一实施例中，将本发明的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统应用于一工业厂区中。

具体地，结合位置与功能等因素，将所述工业厂区划分为至少一子分区(如图1中的子分区A、B、C、D)。

进一步地，各子分区通过之间通过纵横交错的车道实现互联(如图1中的工业厂区上除子分区A、B、C、D以外的区域即为车道)；具体地，该工业厂区内生产所用的零部件、生产设备及加工区域等分布在该车道的两侧(分别对应图1中的子分区A、B、C、D)。

需要说明的是，用于实现装载、搬运等的工业移动设备在车道上行驶；具体地，该工业移动设备包括但并不限于：无人搬运车、叉车等等；其中，采用该无人搬运车实现货物的搬运，采用该叉车用于实现货物的装卸作业。

下面将结合附图详细解释说明本发明的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统。

如图2所示，于一实施例中，该基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统包括厂区管理中心1和至少一子定位模块2。

需要说明的是，该子定位模块2的数量与子分区的数量相等，每一所述子定位模块2分别对应设置于一所述子分区内。

如图2所示，于一实施例中，所述子定位模块2包括边缘计算服务器21和至少一工业移动设备22。

下面的实施例中均以一工业厂区内包括四个子分区，分别为A、B、C、D；每一子分区内包含两个工业移动设备(分别对应图2和图3中的工业移动设备1和工业移动设备2)为例进行解释说明。

具体地，所述工业移动设备22与所述边缘计算服务器21连接，用于获取对应所述工业移动设备22的实时状态信息，并将所述实时状态信息发送至所述边缘计算服务器21；所述边缘计算服务器21与所述厂区管理中心1连接，用于对所述工业移动设备22进行导航调度，和用于将所述实时状态信息发送至所述厂区管理中心1，及用于从所述厂区管理中心1获取另一所述子分区内的工业移动设备的实时状态信息。

如图3所示，显示为工业厂区内的工业移动设备于一实施例中的网络接入及分区拓扑结构示意图；其中，厂区管理中心1对应图3中的中心机房。

具体地，在该厂区管理中心1内设置有一制造企业生产过程执行管理系统(MES系统)，用来实现对整个工业厂区的管理控制。

需要说明的是，MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

需要说明的是，于图3中，描述了工业移动设备的网络数据接入，及每一子分区内的工业移动设备1与工业移动设备2之间的连接通信和不同子分区之间的网络拓扑。

具体地，在工业厂区无线网络覆盖的基础上，通过对工业移动设备加装相应的网络接入模块并实现相关接口，实现工业移动设备接入无线传输网络，并通过D2D通信实现工业移动设备之间的低延时移动边缘直连通信；工业厂区内的固定视频采集等设备则通过有线网络接入。

需要说明的是，每个子分区内均包含一台边缘计算服务器，用于支持区域内工业移动设备进行局部导航调度，并支持数据共享和服务订阅，提供数据现场缓存、就近发布的能力。

需要说明的是，在搭建该基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统时，需事先完成网络部署，实现网络部署需要支持该工业厂区范围内的所有工业移动设备、监控设备及传感器采集设备等不同种类的设备均可接入无线传输网络，并且该无线传输网络还支持不同类型数据的高效缓存、就近发布(特指一工业移动设备将其自身的实时状态信息进行上传，实现数据共享)及数据订阅(特指一工业移动设备在跨区调度过程中，能够获取目的地子分区的实时状态信息)等等，为自动化人机协作作业环境建立提供低延时、高带宽的信息通道基础，为建立统一工业互联网智造应用平台实施监控管理提供支撑。

于一实施例中，所述边缘计算服务器21还用于从所述厂区管理中心1获取但并不限于以下任意一种或几种组合数据：盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心的调度数据。

需要说明的是，该盲区视频和目的地视频都是由边缘计算服务器21从厂区管理中心1上下发的，可认为工业移动设备在工作过程中，其周围的环境属于已知环境，而除此之外的环境即为盲区环境，对应该盲区环境采集到的视频数据即为该盲区视频；同样，在一工业移动设备预达到某一目的地时，该目的地所处的环境对于该工业移动设备来说，也是未知的，此时，通过该边缘计算服务器21从该厂区管理中心1上下发对应该目的地所处的环境数据，即为该目的地视频；该行进路线障碍物数据以及其它工业移动设备的运行定位可认为是该边缘计算服务器21与工业移动设备之间数据共享及分发，从而实现对工业移动设备的路线规划和调度；该调度数据是针对该厂区管理中心1设置的一系列数据(盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心1的调度数据，均是事先上传至该厂区管理中心1上的，以便在使用的时候，边缘计算服务器21直接从其上下发)。

于一实施例中，所述工业移动设备22上设有运动控制模块221、第一视频监控设备222及SLAM定位模块223。

具体地，所述运动控制模块221与所述边缘计算服务器21连接，用于检测所述工业移动设备22的运行状态，获取运行状态数据，并将所述运行状态数据发送至所述边缘计算服务器21，及用于在所述边缘计算服务器21的作用下，实现对所述工业移动设备22的导航调度；所述第一视频监控设备222与所述边缘计算服务器21连接，用于对所述工业移动设备22在工作过程中的实时环境进行监控，获取对应的工作环境数据，并将所述工作环境数据发送至所述边缘计算服务器21；所述SLAM定位模块223与所述边缘计算服务器21连接，用于对所述工业移动设备22进行实时定位，获取实时定位数据，并将所述实时定位数据发送至所述边缘计算服务器21。

需要说明的是，上述运动控制模块221、第一视频监控设备222及SLAM定位模块223可通过无线网络将状态、视频、位置等数据接入无线传输网络，为厂区管理中心1提供相关数据，通过标识(EID)支持内容就近发布及各类数据的去中心化高效存储。

需要说明的是，所述实时状态信息包括但并不限于：对应所述工业移动设备的所述运行状态数据、所述工作环境数据及所述实时定位数据。

需要说明的是，上述的运动控制模块221和SLAM定位模块223均为领域内常见的结构，采用领域内常用的技术手段，其具体的结构组成、连接关系及工作原理均不作为限制本发明的条件，所以，在此也不再详细赘述。

进一步地，通过上述的运动控制模块221、第一视频监控设备222及SLAM定位模块223，借助无线传输网络，实现数据交换，将工业移动设备的位置、自身状态、视频等数据接入无线传输网络，为厂区管理中心1提供视频数据，形成内容发布，也可订阅无线传输网上发布的内容，诸如，盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心1的调度数据等。

于一实施例中，所述第一视频监控设备包括摄像头。

需要说明的是，所述摄像头支持720P格式，且码率为200Mbps。

于一实施例中，所述工业移动设备22上还设有D2D通信模块224及无线传输模块225。

具体地，所述D2D通信模块224用于与同一所述子分区内，对应另一所述工业移动设备22的D2D通信模块连接，以实现同一所述子分区内，两个所述工业移动设备22之间的无线通信连接。

需要说明的是，同一子分区内的两个工业移动设备(工业移动设备1和工业移动设备2)之间通过D2D通信模块实现无线通信连接，进行数据交换，可直接将一工业移动设备的实时状态信息通过D2D通信的方式发送至该子分区内的另一工业移动设备，从而在该子分区内的边缘计算服务器21出现故障等问题时，通过这一手段，仍能够实现对该子分区内工业移动设备的导航调度，从而有效保证该工业移动设备的正常工作；同时，通过该D2D通信模块，还可实现订阅无线传输网上发布的内容，诸如，盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心1的调度数据等。

具体地，所述无线传输单元225分别与所述边缘计算服务器21、所述运动控制模块221、所述第一视频监控设备222及所述SLAM定位模块223连接。

需要说明的是，该无线传输单元225用于实现对工业移动设备22对应的实时状态信息的发布及下发另一工业移动设备22的实时状态信息，以实现内容发布和数据共享。

于一实施例中，还包括第二视频监控设备23。

具体地，所述第二视频监控设备23设置在所述车道的端点处(设置在每一子分区内)，且所述第二视频监控设备23与所述边缘计算服务器21连接，用于实时监控所述子分区内的分区环境数据，并将所述分区环境数据发送至所述边缘计算服务器21。

需要说明的是，所述分区环境数据包括但并不限于以下任意一种或几种组合数据：对所述子分区内的所有的生产设备进行监控获得的数据、对所述子分区内所有的工业移动设备进行监控获得的数据及对所述子分区内所有的工作人员进行监控获得的数据。

于一实施例中，所述第二视频监控设备23包括摄像头。

需要说明的是，所述摄像头支持1080P格式，且码率为2～8Mbps。

于一实施例中，还包括智能终端3。

需要说明的是，该智能终端3包括并不限于智能手机、平板电脑、PDA以及其他具有数据处理功能的终端设备；通常，智能终端是指具有独立的操作系统，可以由用户自行安装软件、游戏等第三方服务商提供的程序，通过此类程序来不断对手持设备的功能进行扩充，并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入的这样一类终端设备。

具体地，所述智能终端3与所述厂区管理中心1连接，用于实现对所述工业厂区的操控。

需要说明的是，作业人员手持的智能终端3通过WiFi接入无线传输网络，然后作业人员通过手持该智能终端中的基于安卓系统的互交APP，实现基于无线传输网络获取工业厂房内的监控设备所拍的视频，及实现数据订阅查看、作业流程管理，包括作业进度确认、作业工序重排、作业工序的取消等；以及在该智能终端3上进行工业移动设备的运行状态显示、移动视频查看、位置监控、调度管理、作业控制等等。

需要说明的是，由于工业厂区内可能存在多台基于无线传输的边缘计算服务器，其分别分布在多个不同的子分区内；当工业移动设备在这些子分区内工作时，会不断地进出分属不同边缘计算服务器控制的子分区，形成工业移动设备接入的无线传输网络、边缘计算服务器的不断切换，从而造成工业移动设备导航控制服务的不断切换。

进一步地，为了运行的工业移动设备在无线传输网络的不断切换过程中，保证无线传输网络连接的稳定性，利用了无线传输具有标识寻址获取数据能力；工业移动设备向无线传输网络结合自身的无线MAC地址向全局域名服务器申请独有的EID，将EID与不同服务端口绑定，形成无线传输网络内唯一的访问入口，服务包括导航视频、小车运行姿态、电机运行状态，以便无线传输网络中边缘计算服务器访问工业移动设备。

需要说明的是，为了保证工业移动设备的导航功能，均衡网络负担，在边缘计算服务器上开辟一片基于5秒循环存储的缓存区域；具体地，该缓存区域主要用来缓存工业移动设备在行驶过程中的传感数据和相应的无线传输边缘计算服务导航数据。

进一步地，为了保证工业移动设备的正常运行，导航控制节点发布的控制命令具有不同的等级(0～9，其中，0为最高，将其作为紧急事件使用，1为人工控制命令，9为最低)，主控导航节点命令等级为2，在两个边缘导航节点控制区域接壤处形成一定重叠空间。

下面结合图4和图5分别对工业移动设备在其所在的子分区内工作及在不同子分区内进行跨区工作的原理进行解释说明。

需要说明的是，当所述工业移动设备在其所在的所述子分区内工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，实现在所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度。

如图4所示，于一实施例中，假设一子分区内的工业移动设备1在其所在的子分区内工作；具体地，在该工业移动设备1上电后，搜索无线信号最强AP作为接入点并申请向所属子分区的边缘计算服务器提出导航服务申请，在收到该边缘计算服务器应答后建立服务逻辑链路，将该边缘计算服务器作为主控导航节点，该边缘计算服务器中的导航系统向支撑系统提出工作令请求，并依据支撑系统分配的工作令内容(时间、路径、起点和终点等信息)进行导航服务作业，并向无线传输数据开放服务器注册相关信息，包括工业移动设备开放的数据服务，导航系统开放数据服务(工业移动设备的位置等)，同时订阅工业移动设备的传感数据，实现在该子分区内对该工业移动设备1的导航控制。

进一步地，导航系统的边缘计算服务器在无线传输交换的就近放置，促使工业移动设备的导航视频数据在经过最短网络路径传输后得到及时处理，减少了导航视频数据对于全网络带宽的冲击，均衡了整体网络数据带宽压力；利用无线传输数据开放服务器实现工业移动设备数据信息服务的注册，为跨区域导航作业提供了必要的信息获取端口。

需要说明的是，当所述工业移动设备跨区工作时，所述边缘服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，及所述工业移动设备所跨子分区内的工业移动设备的实时状态信息，实现在不同所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度。

如图5所示，于一实施例中，假设一子分区A内的工业移动设备从子分区A向子分区B进行跨区作业；具体地，当进入重叠区域时(子分区B内的边缘计算服务器下属的AP收到工业移动设备1的无线信号，且该信号质量值达到可稳定建立连接的下限)，子分区B内的边缘计算服务器从无线传输数据开放服务器获取工业移动设备1导航系统相关信息，读取子分区A内的边缘计算服务器中关于工业移动设备1的相关实时状态数据(包括视频数据、位置、控制等缓存数据)，并开始复盘计算(5秒的历史数据)，并向子分区A内的边缘计算服务器发送复盘计算结果。

需要说明的是，子分区A内的基于无线传输的边缘计算服务器收到子分区B的信息后与本系统技术数据比较，判断子分区B计算误差等级，并将结果返回给子分区B的边缘计算服务器；如果等级超过预设阈值，则工业移动设备1进入多源导航模式，同时，子分区A的边缘计算服务器通知子分区B的边缘计算服务器进入多源态，子分区B的边缘计算服务器收到消息后开始向工业移动设备1发送相应等级指令(6级)，子分区A导航系统将针对工业移动设备1控制指令等级降低到3，工业移动设备1等待子分区B内的边缘计算服务器的指令稳定后主动切换导航控制节点；具体地，首先，向子分区B的边缘计算服务器发出确认导航命令提升操作指令等级，一般为等级2；随后，向子分区A的边缘计算服务发出脱离导航命令，此后，子分区A的边缘计算服务器不再向工业移动设备1订阅数据和发送指令，而子分区B节点成功作为工业移动设备1的导航控制节点，从而完成跨区跨网段切换操作。

进一步地，当超过两个边缘计算服务器以上切换的方法基本也如上述处理，但是，最后工业移动设备1切换导航服务器的评估条件可以依据AP信号的强度、预计行径路线占有区域面积等参数选取导航节点。

需要说明的是，导航系统采用无线传输网络提供的基于标识会话管理技术，实现工业移动设备在无线传输无线AP所覆盖的区域内具有百ms级AP间快速切换能力，保证边缘端计算控制连续性、流畅性；与传统IP网络相比，应用层连接访问更为方便、坚实可控，减少了在服务切换过程工业移动设备与导航服务的寻找连接次数；现有IP组播在多网段中实现需要依靠路由配置无法自动实现，而无线传输网络基于名字标识的自治组播技术可以有效的突破这一屏障，使工业移动设备同时向两个以上边缘计算服务器发送传感数据，在节省的无线数据带宽同时将数据的分发量压制到了最小；利用无线传输网络网内缓存，采用带有标识数据块封装工业移动设备传感数据和导航系统的指令数据实现就近存储，在工业移动设备切换区域时异区的边缘计算服务器可采用网络网内缓存进行上下文切换操作，避免了原边缘计算服务器负担增加，平衡整体网络链路带宽。

进一步地，子分区内路径即时协同规划，工业移动设备在厂区内行驶过程中会遇到某些不可预知的障碍，例如道路中有意外零件洒落造成，道路不可通行等，此时，工业移动设备在行进过程中检测到障碍物判断无法绕行的情况下会向控制中心告警并请求新的作业路径，但在基于无线传输网络边缘计算服务器导航系统中，由于导航系统管理着整个片区域的所有工业移动设备运行状态，多个工业移动设备共享、更新统一地图信息，通过边缘计算服务器可方便地就近完成新的路径规划，并同时调整其他工业移动设备的作业路径，实现本地化的路径规划管控，升级工业移动设备避障能力，保证了区域实时地图新鲜度。

如图1所示，于一实施例中，本发明的采用上述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统实现的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法应用于图1中的工业厂区中。

如图6所示，于一实施例中，本发明的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法包括以下步骤：

步骤S61、将所述工业厂区划分为至少一子分区。

步骤S62、获取对应每一所述子分区内的工业移动设备的实时状态信息，并将每一所述工业移动设备对应的所述实时状态信息发送至所述子分区内的边缘计算服务器。

步骤S63、所述边缘计算服务器将对应每一所述子分区内的所有的工业移动设备的实时状态信息发送至厂区管理中心。

需要说明的是，当一所述工业移动设备在其所在的所述子分区内工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，实现在所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度；当一所述工业移动设备跨区工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，及所述工业移动设备所跨子分区内的工业移动设备的实时状态信息，实现在不同所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度。

于一实施例中，该基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法还包括以下步骤：

(1)所述工业移动设备获取对应所述工业移动设备的运行状态数据、在工作过程中的工作环境数据及实时定位数据。

需要说明的是，所述实时状态信息包括但并不限于：所述运行状态数据、所述工作环境数据及所述实时定位数据。

(2)所述边缘计算服务器从所述厂区管理中心获取特殊数据信息，以使所述边缘计算服务器根据所述实时状态信息和所述特殊数据信息，实现对所述工业移动设备在一所述子分区内或在不同所述子分区内的导航调度。

需要说明的是，所述特殊数据信息包括但并不限于以下任意一种或几种组合数据：盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心的调度数据。

需要说明的是，该基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法的工作原理与上述基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统的工作原理相同，在此不再详细赘述。

需要说明的是，本发明所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

综上所述，本发明的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统及方法，与现有技术相比，本发明将工业移动设备上位机运行的部分复杂计算能力需求的模块上移到现场的边缘计算服务器，以满足工业移动设备日益增长的计算需求；这相当于在云端为工业移动设备增加了一个大脑，除工业移动设备原有的复杂计算以外，各种各样的AI能力扩展成为可能，实现云化工业移动设备大规模密集部署、大范围无缝切换以及应用拓展，对无线接入网络提出了相关需求，即满足通信调度及业务数据实时交互需求，以及集成其它视觉应用的通信需求；本发明支持行驶环境视频调阅、行驶冲突即时处置、作业工序重排等移动应用，与部署在传统网络的相同应用系统比较，实现了导航地图数据拼接、历史事件视频调阅和行驶冲突的处理时间降低至少2倍，支持工业移动设备在多区域跨网段切换过程中作业不卡顿情况下，同等数据量的行驶环境感知数据获取时间比传统方式缩短1倍；所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，应用于工业厂区中，其特征在于，将所述工业厂区划分为至少一子分区；所述工业移动设备定位系统包括：厂区管理中心和至少一子定位模块；

每一所述子定位模块分别对应设置于一所述子分区内，所述子定位模块包括：边缘计算服务器和至少一工业移动设备；

所述工业移动设备与所述边缘计算服务器连接，用于获取对应所述工业移动设备的实时状态信息，并将所述实时状态信息发送至所述边缘计算服务器；

所述边缘计算服务器与所述厂区管理中心连接，用于对所述工业移动设备进行导航调度，和用于将所述实时状态信息发送至所述厂区管理中心，及用于从所述厂区管理中心获取另一所述子分区内的工业移动设备的实时状态信息；

当所述工业移动设备在其所在的所述子分区内工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，实现在所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度；

当所述工业移动设备跨区工作时，所述边缘服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，及所述工业移动设备所跨子分区内的工业移动设备的实时状态信息，实现在不同所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度。

2.根据权利要求1所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，其特征在于，所述工业移动设备上设有：运动控制模块、第一视频监控设备及SLAM定位模块；

所述运动控制模块与所述边缘计算服务器连接，用于检测所述工业移动设备的运行状态，获取运行状态数据，并将所述运行状态数据发送至所述边缘计算服务器，及用于在所述边缘计算服务器的作用下，实现对所述工业移动设备的导航调度；

所述第一视频监控设备与所述边缘计算服务器连接，用于对所述工业移动设备在工作过程中的实时环境进行监控，获取对应的工作环境数据，并将所述工作环境数据发送至所述边缘计算服务器；

所述SLAM定位模块与所述边缘计算服务器连接，用于对所述工业移动设备进行实时定位，获取实时定位数据，并将所述实时定位数据发送至所述边缘计算服务器；

所述实时状态信息包括：对应所述工业移动设备的所述运行状态数据、所述工作环境数据及所述实时定位数据。

3.根据权利要求2所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，其特征在于，所述工业移动设备上还设有：D2D通信模块及无线传输模块；

所述D2D通信模块用于与同一所述子分区内，对应另一所述工业移动设备的D2D通信模块连接，以实现同一所述子分区内，两个所述工业移动设备之间的无线通信连接；

所述无线传输单元分别与所述边缘计算服务器、所述运动控制模块、所述第一视频监控设备及所述SLAM定位模块连接。

4.根据权利要求1所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，其特征在于，还包括：第二视频监控设备；

所述子分区之间通过纵横交错的车道实现互联；

所述第二视频监控设备设置在所述车道的端点处，且所述第二视频监控设备与所述边缘计算服务器连接，用于实时监控所述子分区内的分区环境数据，并将所述分区环境数据发送至所述边缘计算服务器；所述分区环境数据包括以下任意一种或几种组合数据：对所述子分区内的所有的生产设备进行监控获得的数据、对所述子分区内所有的工业移动设备进行监控获得的数据及对所述子分区内所有的工作人员进行监控获得的数据。

5.根据权利要求4所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，其特征在于，所述第二视频监控设备包括：摄像头；所述摄像头支持1080P格式，且码率为2～8Mbps。

6.根据权利要求1所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，其特征在于，所述第一视频监控设备包括：摄像头；所述摄像头支持720P格式，且码率为200Mbps。

7.根据权利要求1所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，其特征在于，还包括：智能终端；

所述智能终端与所述厂区管理中心连接，用于实现对所述工业厂区的操控。

8.根据权利要求1所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统，其特征在于，所述边缘计算服务器还用于从所述厂区管理中心获取以下任意一种或几种组合数据：盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心的调度数据。

9.一种采用权利要求1至8中任一项所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位系统实现的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法，应用于工业厂区中，其特征在于，包括以下步骤：

将所述工业厂区划分为至少一子分区；

获取对应每一所述子分区内的工业移动设备的实时状态信息，并将每一所述工业移动设备对应的所述实时状态信息发送至所述子分区内的边缘计算服务器；

所述边缘计算服务器将对应每一所述子分区内的所有的工业移动设备的实时状态信息发送至厂区管理中心；

当一所述工业移动设备在其所在的所述子分区内工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，实现在所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度；

当一所述工业移动设备跨区工作时，所述边缘计算服务器根据所述子分区内除所述工业移动设备以外的工业移动设备的实时状态信息，及所述工业移动设备所跨子分区内的工业移动设备的实时状态信息，实现在不同所述子分区内，对所述工业移动设备的导航调度。

10.根据权利要求9所述的基于分布式边缘计算的工业移动设备定位方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述工业移动设备获取对应所述工业移动设备的运行状态数据、在工作过程中的工作环境数据及实时定位数据；所述实时状态信息包括：所述运行状态数据、所述工作环境数据及所述实时定位数据；

所述边缘计算服务器从所述厂区管理中心获取特殊数据信息，以使所述边缘计算服务器根据所述实时状态信息和所述特殊数据信息，实现对所述工业移动设备在一所述子分区内或在不同所述子分区内的导航调度；所述特殊数据信息包括以下任意一种或几种组合数据：盲区视频、目的地视频、行进路线障碍物数据及所述厂区管理中心的调度数据。

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