CN112822447B - 一种基于5g网络的机器人远程监控视频传输方法及系统 - Google Patents

一种基于5g网络的机器人远程监控视频传输方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法及系统，包括S101，采集机器人的视觉视频信息数据，并传输至编码器；S102，通过编码器对视觉视频信息数据进行编码，并传输至5G‑CPE；S103，通过5G‑CPE将编码后的视觉视频信息数据传输至解码器，并利用MEC、5G切片技术和SRT网络传输技术，为机器人的视觉视频信息数据实时传输提供高优先级的传输路径；S104，通过解码器对编码后的视觉视频信息数据进行解码，并输出至机器人遥控器上显示。本申请能够有效减少现有的视频传输模式下的中间服务器的处理延时、从中间服务器获取视频信息的传输延时，从而高可靠、低延时地完成机器人的远程监控视频传输过程。

Description

一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法及系统
技术领域
本申请涉及电力系统稳定性分析技术领域，尤其涉及一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法及系统。
背景技术
随着电力发展步伐的加快，电力负荷及电压等级不断提高、电网规模不断扩大，电力设备的数量及品类呈数量级增长，给设备安装、检测、运维等电力作业带来较大挑战。随着物联网和AI技术的发展，电力系统也进入构建智能电网的时代，其中数字化和自动化是其中重要的环节，电力巡检机器人及无人机等智能化装备迅速发展，代替人工开展视频监控、设备检测及数据采集等工作。
目前，电力数据的自动采集和分析相对成熟，但视频监控数据的传输还存在一些问题，涉及到海量数据、高带宽、低延时等指标，特别是一些远程实时操控的视频，需要走远程公网通讯并实现低延时的传输。高速、稳定、安全的视频传输是机器代替人类进行监控及作业的前提，远端技术人员能够在超低延时的情况下进行类似“第一视觉”的监控，能够大大提高自动化设备的安全可靠性。
现有的大部分无人机或巡检机器人使用基于图传和数传模块的遥控器在现场操作巡检，智能化水平有限，并且，现有的实时视频传输大多是在局域网内使用以太网的有线传输方式实现，此种网络环境下，线路传输延时较小，但无法实现远程的监控。而且，由于图传模块视频通过互联网转接，延时会增大到几秒，这对安全性和稳定性要求较高的线路、变电站等场所的电力行业来说不可接受。
另一方面，由于智能化水平及通讯网络技术的限制，现有技术中的电力巡检无人机，视频监控、红外检测、X射线检测等变电站巡检机器人必须由技术人员在现场进行近距离的操控及数据分析，不能实现远程监控，并且作业任务繁多、人工成本较高、作业效率较低、诊断可靠性较差、通讯延时较大及智能化水平较低。
发明内容
本申请提供了一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法及系统，以解决现有技术中存在的不能实现远程监控，并且作业任务繁多、人工成本较高、作业效率较低、诊断可靠性较差、通讯延时较大及智能化水平较低的问题。
第一方面，本申请提供一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法，具体包括以下步骤：
S101，通过机器人摄像头采集机器人的视觉视频信息数据，并将所述视觉视频信息数据通过HDMI接口传输至编码器；
S102，通过所述编码器对所述视觉视频信息数据进行编码，并将编码后的视觉视频信息数据通过网口传输至5G-CPE；
S103，通过所述5G-CPE将所述编码后的视觉视频信息数据传输至解码器，并利用MEC、5G切片技术和SRT网络传输技术，为所述机器人的视觉视频信息数据实时传输提供高优先级的传输路径；
S104，通过所述解码器对所述编码后的视觉视频信息数据进行解码，并将解码后的视觉视频信息数据通过所述HDMI接口输出至机器人遥控器上显示，高可靠、低延时地完成机器人的远程监控视频传输过程。
采样上述技术方案，能够有效减少现有的视频传输模式下的中间服务器的处理延时、从中间服务器获取视频信息的传输延时。
第二方面，本申请提供一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，用于对存在电力专网的电力巡检机器人的远程监控视频进行传输，具体包括：
电力巡检机器人，主要包括机器人摄像头、编码器和5G-CPE，所述机器人摄像头用于采集机器人的视觉视频信息数据；所述编码器通过HDMI接口连接所述机器人摄像头，用于接收所述机器人的视觉视频信息数据并进行编码；所述5G-CPE的一端通过网口连接所述编码器，所述5G-CPE的另一端通过5G-SIM卡连接变电站5G基站，用于将接收到的编码后的机器人的视觉视频信息数据进行联网传输；
变电站端MEC中心单元，所述变电站端MEC中心单元主要包括用户面服务器，所述用户面服务器用于存储并转发所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区控制中心单元，所述园区控制中心单元通过电力专网连接所述变电站端MEC中心单元，所述园区控制中心单元主要包括解码器和机器人遥控器，所述解码器用于对接收到的所述编码后的机器人的视觉视频数据信息进行解码；所述机器人遥控器通过HDMI接口连接所述解码器，用于接收并显示解码后的机器人的视觉视频数据信息。
在本申请的较佳实施例中，所述变电站端MEC中心单元和所述园区控制中心还包括防火墙，用于保证所述编码后的机器人的视觉视频数据信息传输的安全性。
采用上述技术方案，能够避免视觉视频信息数据进入核心网和IP网，在本地完成视频的转发，有效减少了视觉视频信息数据传输的网络节点，从而降低了传输延时，并保证了视觉视频信息数据传输的安全性。
第三方面，本申请提供一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，用于对不存在电力专网的电力巡检机器人的远程监控视频进行传输，具体包括：
电力巡检机器人，主要包括机器人摄像头、编码器和第一5G-CPE，所述机器人摄像头用于采集机器人的视觉视频信息数据；所述编码器通过HDMI接口连接所述机器人摄像头，用于接收所述机器人的视觉视频信息数据并进行编码；所述第一5G-CPE的一端通过网口连接所述编码器，所述第一5G-CPE的另一端通过第一5G-SIM卡连接变电站5G基站，用于将接收到的编码后的机器人的视觉视频信息数据进行联网传输；
核心网，所述核心网用于传输并转发所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区MEC中心单元，所述园区MEC中心单元主要包括用户面服务器，所述用户面服务器用于接收、存储并转发所述核心网传输的所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区控制中心单元，所述园区控制中心单元通过园区5G基站连接所述园区MEC中心单元，所述园区控制中心单元主要包括第二5G-CPE、解码器和机器人遥控器，所述第二5G-CPE通过第二5G-SIM卡连接所述园区5G基站，用于接收所述用户面服务器传输的所述编码后的机器人的视觉视频信息数据，所述解码器的一端通过网口连接所述第二5G-CPE，另一端通过HDMI接口连接所述机器人遥控器，所述解码器用于对接收到的所述编码后的机器人的视觉视频数据信息进行解码；所述机器人遥控器用于接收并显示解码后的机器人的视觉视频数据信息。
在本申请的较佳实施例中，所述核心网和所述园区MEC中心单元还包括防火墙，用于保证所述编码后的机器人的视觉视频数据信息传输的安全性。
采用上述技术方案，能够避免视觉视频信息数据进入IP网，有效减少了视觉视频信息数据传输的网络节点，从而降低了传输延时，并一定程度上保证了视觉视频信息数据传输的安全性。
在本申请的较佳实施例中，所述机器人摄像头采用工业高清低延时摄像头。
在本申请的较佳实施例中，所述编码器和所述解码器均采用与所述机器人摄像头分离的硬件编码器和硬件解码器。
本申请的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法及系统，相较于现有技术而言，具有以下有益效果：
本申请通过将5G无线网络通讯与5G切片技术、移动边缘计算(MEC)以及SRT规范相结合，将视频传输中部署在公网上的服务变为部署在MEC中心单元，有效保证视频数据信息的安全性，并且利用5G切片技术为远程实时操控视频传输提供了一条优先级较高的网络传输通道，能够有效减少视频信息进入IP网络所造成的阻塞和高延时，同时，采用SRT规范，并结合实时动态获取IP地址的技术，实现了实时视频端到端的传输，有效减少了现有的视频传输模式下的中间服务器的处理延时，从中间服务器获取视频信息的传输延时，实现高清视频的实时传输，能够高可靠、低延时地完成远程监控视频的实时传输过程。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法的流程图；
图2为本申请的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统的结构示意图；
图3本申请的另一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统的结构示意图；
图4为本申请的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法的原理流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
本申请中说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”、等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明(Unlessotherwise indicated)。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换，例如能够根据本申请实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。
网络切片就是将一个物理切割成多个虚拟的端到端的网络，每一个都可获得逻辑独立的网络资源，且各切片之间可相互绝缘，并且能够让网络运营商自己选择每个切片所需的特性，例如低延迟、高吞吐量、连接密度、频谱效率、流量容量和网络效率。5G切片技术就是将5G网络切出多张虚拟网络，从而支持更多业务，具有高带宽及低延时的优点。
SRT(Secure Reliable Transport)是一种开源、免费和应用灵活的规范，是一种能够在复杂网络环境下实时、准确地传输数据流的网络传输技术，SRT传输技术在传输层使用UDP协议，音视频流从SRT源设备传输到SRT到解码器的过程中，SRT会实时地检测和适应两台设备间不断变化的网络状态，抵抗由于网络拥塞而导致的带宽抖动，凭借其强大的错误恢复机制，将网络丢包的可能性降到最低，但SRT的端到端传输功能，需要编码器和解码器中至少有一端为固定的IP地址。
5G-CPE：5G路由器。
MEC：移动边缘计算。
HDMI接口：高清多媒体接口。
在本实施例1、2和3中，5G-CPE采用中兴的MC801，其上行速率可达到200Mbps，编码器采用H.264编码，并且支持SRT互联网点对点传输，同时支持RTP/RTSP/RTMP/RTMPS/HLS/TS-UDP/Onvif等多种国际通用流媒体协议。
实施例1
参见图1，为一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法的流程图。
如图1所示，本申请提供一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法，具体包括以下步骤：
S101，通过机器人摄像头采集机器人的视觉视频信息数据，并将所述视觉视频信息数据通过HDMI接口传输至编码器；
S102，通过所述编码器对所述视觉视频信息数据进行编码，并将编码后的视觉视频信息数据通过网口传输至5G-CPE；
S103，通过所述5G-CPE将所述编码后的视觉视频信息数据传输至解码器，并利用MEC、5G切片技术和SRT网络传输技术，为所述机器人的视觉视频信息数据实时传输提供高优先级的传输路径；
S104，通过所述解码器对所述编码后的视觉视频信息数据进行解码，并将解码后的视觉视频信息数据通过所述HDMI接口输出至机器人遥控器上显示，高可靠、低延时地完成机器人的远程监控视频传输过程。
如图4所示，为本申请的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法的原理流程图，首先，电力巡检机器人的机器人摄像头201采集视觉视频信息数据，并将采集到的视觉视频信息数据通过HDMI接口传输至SRT视频编码器202，SRT视频编码器202通过网线接入机器人端5G-CPE203，从而接入网络，由于SRT视频编码器202具有心跳功能，能够实时主动上报自身IP地址，从而MEC中心单元204能够通过机器人端5G-CPE203的TCP连接获取SRT视频编码器202的固定IP地址；然后SRT视频解码器206通过遥控器端5G-CPE205的TCP连接至MEC中心单元204，从而实时动态地获取数据库中机器人端的IP地址，从而重新调整SRT里的视频源端的配置信息，配置完成后进入正常的端对端视频传输，获取视频源端SRT视频编码器402的视频信息，由SRT视频解码器206解码后传输至机器人遥控器207上进行显示。
采样上述技术方案，能够有效减少现有的视频传输模式下的中间服务器的处理延时、从中间服务器获取视频信息的传输延时。
实施例2
如图2所示，本申请还提供了一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，用于对存在电力专网的电力巡检机器人的远程监控视频进行传输，具体包括：
电力巡检机器人，主要包括机器人摄像头、编码器和5G-CPE，所述机器人摄像头用于采集机器人的视觉视频信息数据；所述编码器通过HDMI接口连接所述机器人摄像头，用于接收所述机器人的视觉视频信息数据并进行编码；所述5G-CPE的一端通过网口连接所述编码器，所述5G-CPE的另一端通过5G-SIM卡连接变电站5G基站，用于将接收到的编码后的机器人的视觉视频信息数据进行联网传输；
变电站端MEC中心单元，所述变电站端MEC中心单元主要包括用户面服务器，所述用户面服务器用于存储并转发所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区控制中心单元，所述园区控制中心单元通过电力专网连接所述变电站端MEC中心单元，所述园区控制中心单元主要包括解码器和机器人遥控器，所述解码器用于对接收到的所述编码后的机器人的视觉视频数据信息进行解码；所述机器人遥控器通过HDMI接口连接所述解码器，用于接收并显示解码后的机器人的视觉视频数据信息。
需要进一步说明的是，在本实施例2中，所述变电站端MEC中心单元和所述园区控制中心还包括防火墙(图2中未示出)，用于保证所述编码后的机器人的视觉视频数据信息传输的安全性。
采用上述技术方案，能够避免视觉视频信息数据进入核心网和IP网，在本地完成视频的转发，有效减少了视觉视频信息数据传输的网络节点，从而降低了传输延时，并保证了视觉视频信息数据传输的安全性。
实施例3
如图3所示，本申请还提供了一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，用于对不存在电力专网的电力巡检机器人的远程监控视频进行传输，具体包括：
电力巡检机器人，主要包括机器人摄像头、编码器和第一5G-CPE，所述机器人摄像头用于采集机器人的视觉视频信息数据；所述编码器通过HDMI接口连接所述机器人摄像头，用于接收所述机器人的视觉视频信息数据并进行编码；所述第一5G-CPE的一端通过网口连接所述编码器，所述第一5G-CPE的另一端通过第一5G-SIM卡连接变电站5G基站，用于将接收到的编码后的机器人的视觉视频信息数据进行联网传输；
核心网，所述核心网用于传输并转发所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区MEC中心单元，所述园区MEC中心单元主要包括用户面服务器，所述用户面服务器用于接收、存储并转发所述核心网传输的所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区控制中心单元，所述园区控制中心单元通过园区5G基站连接所述园区MEC中心单元，所述园区控制中心单元主要包括第二5G-CPE、解码器和机器人遥控器，所述第二5G-CPE通过第二5G-SIM卡连接所述园区5G基站，用于接收所述用户面服务器传输的所述编码后的机器人的视觉视频信息数据，所述解码器的一端通过网口连接所述第二5G-CPE，另一端通过HDMI接口连接所述机器人遥控器，所述解码器用于对接收到的所述编码后的机器人的视觉视频数据信息进行解码；所述机器人遥控器用于接收并显示解码后的机器人的视觉视频数据信息。
需要进一步说明的是，在本实施例3中，所述核心网和所述园区MEC中心单元还包括防火墙(图3中未示出)，用于保证所述编码后的机器人的视觉视频数据信息传输的安全性。
采用上述技术方案，能够避免视觉视频信息数据进入IP网，有效减少了视觉视频信息数据传输的网络节点，从而降低了传输延时，并一定程度上保证了视觉视频信息数据传输的安全性。
需要特别说明的是，在本实施例2和本实施例3中，变电站端MEC中心单元、园区控制中心单元、核心网以及园区MEC中心单元还包括营运商传输设备、交换机等，附图中均未示出，其功能和作用为本领域技术人员所公知，此处不做过多赘述。
需要进一步说明的是，在本实施例1和本实施例2以及本实施例3中，所述机器人摄像头采用工业高清低延时摄像头。
需要进一步说明的是，在本实施例1和本实施例2以及本实施例3中，所述编码器和所述解码器均采用与所述机器人摄像头分离的硬件编码器和硬件解码器。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S101，通过机器人摄像头采集机器人的视觉视频信息数据，并将所述视觉视频信息数据通过HDMI接口传输至编码器；
S102，通过所述编码器对所述视觉视频信息数据进行编码，并将编码后的视觉视频信息数据通过网口传输至5G-CPE；并实时主动上报自身IP地址；
S103，通过所述5G-CPE将所述编码后的视觉视频信息数据传输至解码器，并利用MEC、5G切片技术和SRT网络传输技术，获取编码器的固定IP地址，并实时动态地获取数据库中机器人端的IP地址，从而重新调整视频源端的配置信息，配置完成后进入正常的端对端视频传输，为所述机器人的视觉视频信息数据实时传输提供高优先级的传输路径，获取编码器的视频信息；
S104，通过所述解码器对所述编码后的视觉视频信息数据进行解码，并将解码后的视觉视频信息数据通过所述HDMI接口输出至机器人遥控器上显示，高可靠、低延时地完成机器人的远程监控视频传输过程。
2.一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法，用于对存在电力专网的电力巡检机器人的远程监控视频进行传输，具体包括：
电力巡检机器人，主要包括机器人摄像头、编码器和5G-CPE，所述机器人摄像头用于采集机器人的视觉视频信息数据；所述编码器通过HDMI接口连接所述机器人摄像头，用于接收所述机器人的视觉视频信息数据并进行编码；所述5G-CPE的一端通过网口连接所述编码器，所述5G-CPE的另一端通过5G-SIM卡连接变电站5G基站，用于将接收到的编码后的机器人的视觉视频信息数据进行联网传输；
变电站端MEC中心单元，所述变电站端MEC中心单元主要包括用户面服务器，所述用户面服务器用于存储并转发所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区控制中心单元，所述园区控制中心单元通过电力专网连接所述变电站端MEC中心单元，所述园区控制中心单元主要包括解码器和机器人遥控器，所述解码器用于对接收到的所述编码后的机器人的视觉视频数据信息进行解码；所述机器人遥控器通过HDMI接口连接所述解码器，用于接收并显示解码后的机器人的视觉视频数据信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，其特征在于，所述变电站端MEC中心单元和所述园区控制中心还包括防火墙，用于保证所述编码后的机器人的视觉视频数据信息传输的安全性。
4.一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输方法，用于对不存在电力专网的电力巡检机器人的远程监控视频进行传输，具体包括：
电力巡检机器人，主要包括机器人摄像头、编码器和第一5G-CPE，所述机器人摄像头用于采集机器人的视觉视频信息数据；所述编码器通过HDMI接口连接所述机器人摄像头，用于接收所述机器人的视觉视频信息数据并进行编码；所述第一5G-CPE的一端通过网口连接所述编码器，所述第一5G-CPE的另一端通过第一5G-SIM卡连接变电站5G基站，用于将接收到的编码后的机器人的视觉视频信息数据进行联网传输；
核心网，所述核心网用于传输并转发所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区MEC中心单元，所述园区MEC中心单元主要包括用户面服务器，所述用户面服务器用于接收、存储并转发所述核心网传输的所述编码后的机器人的视觉视频信息数据；
园区控制中心单元，所述园区控制中心单元通过园区5G基站连接所述园区MEC中心单元，所述园区控制中心单元主要包括第二5G-CPE、解码器和机器人遥控器，所述第二5G-CPE通过第二5G-SIM卡连接所述园区5G基站，用于接收所述用户面服务器传输的所述编码后的机器人的视觉视频信息数据，所述解码器的一端通过网口连接所述第二5G-CPE，另一端通过HDMI接口连接所述机器人遥控器，所述解码器用于对接收到的所述编码后的机器人的视觉视频数据信息进行解码；所述机器人遥控器用于接收并显示解码后的机器人的视觉视频数据信息。
5.根据权利要求4所述的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，其特征在于，所述核心网和所述园区MEC中心单元还包括防火墙，用于保证所述编码后的机器人的视觉视频数据信息传输的安全性。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，其特征在于，机器人摄像头采用工业高清低延时摄像头。
7.根据权利要求2-5任意一项所述的一种基于5G网络的机器人远程监控视频传输系统，其特征在于，编码器和解码器均采用与机器人摄像头分离的硬件编码器和硬件解码器。
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