自動駕駛客車的監(jiān)控管理系統(tǒng)設計方案

謝勇波， 李 祥， 馮 拔， 王文明

(1.長沙中車智馭新能源科技有限公司， 湖南 長沙 410083； 2.中車時代電動汽車股份有限公司， 湖南 株洲 412007)

自動駕駛客車配備毫米波雷達、激光雷達、遠程車載套件等設備，采集自動駕駛客車的車輛運行數據、感知數據、場景數據，上傳到自動駕駛客車監(jiān)控管理系統(tǒng)，進而相應地進行存儲、分析、展示[1-2]。本文提出構建自動駕駛客車監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計方案，以滿足自動駕駛客車進行數據(感知、場景)采集、存儲、分析的要求[3]。自動駕駛客車監(jiān)控管理系統(tǒng)設計方案主要包含業(yè)務框架、功能框架、技術框架、視覺框架。

1 業(yè)務框架

自動駕駛客車監(jiān)控平臺以自動駕駛客車為載體，聚焦自動駕駛客車實時監(jiān)控、場景回溯、車速建議、路徑下發(fā)等功能的應用，聯(lián)通車端、路端、云端數據[4]，滿足自動駕駛車輛產品對云平臺的要求，從而配套自動駕駛項目的落地。 其中，車端數據主要包含現有車輛數據、 感知數據；路端數據包括紅綠燈數據、其他路側設備數據；云端對車端、路端的數據進行管理。

自動駕駛客車監(jiān)控平臺業(yè)務架構分為四層：用戶登錄層、業(yè)務描述層、服務支持層、數據支持層，如圖1所示。

圖1 業(yè)務架構

1) 用戶登錄層。用戶輸入賬號、密碼、驗證碼進行登錄操作。

2) 業(yè)務描述層。包含監(jiān)控總覽、線路監(jiān)控、實時監(jiān)控、場景回溯、路徑下發(fā)、車速建議。

3) 服務支持層。包含定時任務、異常監(jiān)控、權限登錄。

4) 數據支持層。包含數據中心。

2 功能框架

通過分析業(yè)務框架，可知自動駕駛客車監(jiān)控管理系統(tǒng)所包含的功能有：監(jiān)控總覽、線路監(jiān)控、實時監(jiān)控、場景回溯、路徑下發(fā)、車速建議。

1) 監(jiān)控總覽。默認為查看全國所有城市匯總的自動駕駛線路、車輛在線和行駛情況。若選擇指定城市則查看對應城市的線路、車輛運行情況。地圖支持通過鼠標進行由全國到省市縣地區(qū)精準縮放顯示，默認為查看城市維度的各城市車輛的當前在線數匯總，進一步放大后為查看該城市各線路車輛在線數匯總，放至最大時展示具體某條線路上的車輛運行情況及軌跡，包含展示數據總覽、線路總覽以及圖層設置。其中，數據總覽涵蓋自動駕駛道路里程、自動駕駛路線數、智慧站臺數、路側設備數；線路總覽即自動駕駛線路的總體情況；圖層設置包含RSU、路側雷達、信號機、攝像頭、5G基站、自動駕駛客車在地圖上的分布情況。

2) 線路監(jiān)控。顯示某區(qū)域下自動駕駛線路的具體路線、路線上自動駕駛客車的分布、自動駕駛客車運行位置情況。線路監(jiān)控由三個部分構成：第一部分為選擇線路，選擇需要查看的線路，可通過菜單在選擇指定城市后在選項卡中選擇線路總覽后選擇，或通過在地圖上進行縮放操作縮放至線路界面選擇，若已通過其他頁面?zhèn)鬟f線路參數則跳過本界面直接進入線路詳情界面；第二部分為線路詳情，由線路運行模擬視圖、線路快捷切換下拉菜單及地圖構成，其中線路運行模擬視圖根據已選擇線路展示當前該線路車輛運行情況及站點數據；第三部分為到站預測，由線路運行模擬視圖、線路快捷切換下拉菜單及地圖構成，其中線路運行模擬視圖根據已選擇車輛展示當前該車輛在所屬線路的到站情況與到站預測數據。

3) 實時監(jiān)控。包含自動駕駛客車行駛在智慧公交線路上的實時狀態(tài)，如自動駕駛客車感知數據(障礙物的名稱、位置)、自動駕駛模式、方向盤轉角、自動駕駛客車當前速度、自動駕駛客車當前位置、自動駕駛客車車門狀態(tài)、自動駕駛客車轉向燈狀態(tài)、信號機紅綠燈狀態(tài)及轉換秒數、自動駕駛客車踏板狀態(tài)。

4) 場景回溯。對自動駕駛客車在過去某段時間內的監(jiān)控狀態(tài)進行回溯，內容包括自動駕駛客車感知數據(障礙物的名稱、位置)、自動駕駛模式、方向盤轉角、自動駕駛客車速度、自動駕駛客車位置、自動駕駛客車車門狀態(tài)、自動駕駛客車轉向燈狀態(tài)、信號機紅綠燈狀態(tài)及轉換秒數、自動駕駛客車踏板狀態(tài)。

5) 路徑下發(fā)。自動駕駛客車監(jiān)控平臺下發(fā)路徑指令，自動駕駛客車收到路徑下發(fā)指令后，執(zhí)行新的行駛路徑。自動駕駛客車監(jiān)控平臺管理者可根據實際情況更換車輛行駛路徑，并提供相應的地圖變更。在對路徑下發(fā)操作時，需要進行權限驗證，若密碼驗證和短信驗證碼驗證均失敗，則無權進行權限驗證操作；在驗證成功的前提下，生成路徑下發(fā)任務。

6) 車速建議。自動駕駛客車監(jiān)控平臺下發(fā)車速指令，自動駕駛客車收到車速建議指令后執(zhí)行相應的車速，并計算車輛預計到達下一站的時間，如果預計到達時間 > 計劃到達時間,則判定為即將超時，此時便觸發(fā)車速建議任務。其詳細計算公式為建議車速=當前車輛位置與下一站距離 /(下一站計劃到達時間-當前時間)，并發(fā)出相應的車速提示。

3 技術框架

WEB端自動駕駛客車監(jiān)控平臺包含的技術框架有前端技術框架和后端技術框架。

3.1 前端技術

技術框架包括VUE[5]、ElemntUI，相關說明如下：

1) VUE：自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)前端開發(fā)的漸進式框架。

2) ElemntUI：自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)前端開發(fā)UI組件。

3.2 后端技術

技術框架相關說明如下：

1) Java：面向對象的編程語言,作為自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)后端開發(fā)的基礎開發(fā)語言。

2) Springboot：專注于框架的框架[6]，用于簡化自動駕駛客車后端開發(fā)。

3) SpringCloud：開發(fā)自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)遵循微服務框架的規(guī)范。

圖2 監(jiān)控總覽

圖4 實時監(jiān)控及場景回溯

4) Fegin：一個聲明WEB服務客戶端，實現自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)服務間的接口遠程調用。

5) Sentinel：輕量級流量控制框架，用于自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)流量控制、熔斷降級等。

6) Seata：用于處理自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)分布式事務。

7) SkyWalking：對自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)的接口訪問進行監(jiān)控、追蹤。

8) Tomcat：用于部署自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)的容器。

9) Nigix：高性能的http服務器及反向代理服務器。

10) Redis：內存高速緩存數據庫[7]。

11) Kafka：高吞吐量的分布式發(fā)布訂閱消息系統(tǒng)[8]，用于處理自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)議的消息。

12) Mybatis：ORM持久層框架。

13) Druid：自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)所用的數據庫連接池。

14) HBase：存儲自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)非關系型數據[9]。

15) MySQL：存儲自動駕駛客車監(jiān)控系統(tǒng)關系型數據。

4 視覺框架

本文的視覺框架主要指網頁客戶端設計[10]，其原型[11]及UI設計[12]效果如圖2、圖3、圖4所示。

圖2所示的監(jiān)控總覽是對整個監(jiān)控平臺的數據總覽，包含內容有自動駕駛道路里程、自動駕駛路線、智慧站臺、路測設備、自動駕駛客車車輛總數以及相應的圖層設置。

圖3所示的線路監(jiān)控是對智慧公交線路下的自動駕駛客車進行監(jiān)控，包含線路的上下行、車輛當前位置、線路的站點數、配車數。

圖4所示的實時監(jiān)控是對自動駕駛客車當前感知的信息、位置信息、行駛記錄信息、視頻數據進行實時監(jiān)控；所示的場景回溯則是對歷史數據的回溯，回溯的內容與實時監(jiān)控數據一致。

路徑下發(fā)如圖5所示，自動駕駛客車監(jiān)控平臺的管理者出于對實際情況的考慮，需要更換自動駕駛客車的行駛路徑時，可通過此平臺對某輛車下發(fā)相應的路徑指令。

圖5 路徑下發(fā)

根據業(yè)務框架、功能框架設計出以上的原型及UI效果圖，再根據技術框架中的詳細技術最終編碼實現自動駕駛客車監(jiān)控平臺的開發(fā)。

5 結束語

本文對自動駕駛客車監(jiān)控平臺[13-14]的業(yè)務框架、功能框架、技術框架、視覺框架進行的方案設計，為自動駕駛客車監(jiān)控平臺的實現提供了理論支撐，對智能網聯(lián)技術發(fā)展有一定地推動作用，同時也有利于新能源汽車產業(yè)升級。