一种远程控制仿真设备在真实场景下进行操作模拟的方法与流程

1.本发明涉及虚拟仿真模拟技术领域，具体涉及到一种远程控制仿真设备在真实场景下进行操作模拟的方法。


背景技术：

2.vr是一种非常常用的视频处理技术，能够让使用者获得沉浸式的体验，现有技术中，已经具有多种方法能够将普通视频处理成vr视频。例如，在cn201611158785.0 视频播放模式转换方法、装置及移动终端中公开了：检测浏览器页面中是否存在视频内容；当浏览器页面中存在需要播放的视频内容时，在该页面中插入一转换按钮；当侦测到用户对所述转换按钮的操作时，将所述视频内容的播放模式在普通视频播放模式和vr视频播放模式之间进行转换。如此，使得用户可以在浏览器上将网站页面上的普通视频转换为vr视频进行观看。
3.从上述专利中可以得知，将普通视频处理成vr视频已经属于常规技术，本发明也是利用现有视频处理方法将获取的普通视频处理成vr视频。
4.现有技术中无论是汽车驾驶员还是飞机驾驶员，均需要操作训练车辆或者教练机以获得训练经验；然而这种方式具有以下缺点：1、需要购买训练车辆，然而训练车辆的成本非常高。2、每次训练也仅仅能够一人完成操作，对场地也有较高要求，同时为了防止撞人事故，也必须有人员陪同。3、对于获得驾驶证的人员来说，必须要租车或者购买车；对于进入驾校培训的学员来说，必须要交纳学费，使得训练成本也比较高。
5.此外，现有技术中的人们也可以通过游戏设备来获得驾驶乐趣，例如一般大型游乐场都具有驾驶模拟设备，这类设备能够通过控制遥控器或者遥控装置来进行操作，并通过显示屏来呈现操作结果；这种娱乐驾驶的方式，也不真实，玩家的体验度也较差。
6.进一步，遥控车辆通过远程控制后，其必须要配套更好的安全防护距离，现有技术中的安全距离大多为预设值，即当低于或者靠近安全距离时采取相应动作，这种方法也没有考虑到被遥控的无人载具、飞行航模的使用环境的具体要求。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种远程控制仿真设备在真实场景下进行操作模拟的方法；其目的能够解决以下技术问题：1、解决现有技术中驾驶训练只能够到训练场地进行训练，需要购买车辆才能够实现驾驶的问题；解决人们要进行驾驶训练需要租车或者购买车辆，或者交纳学费，满足驾驶训练所产生的成本非常高的问题。
8.2、解决进行驾驶娱乐活动时，无法呈现更加真实的驾驶模拟感受的问题；解决驾驶员不能够进行远程训练的问题。
9.3、解决现有技术中无人载具的安全距离是静态的问题。
10.为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种远程控制仿真设备在真实场景
下进行操作模拟的方法，包括：步骤（1）建立等比例缩放的场景模拟系统，获取缩放比例g；场景模拟系统包括模拟沙盘、在模拟沙盘上运行移动的无人载具以及场景控制器；无人载具上加装有外设系统，外设系统包括摄像装置、测距传感器和姿态传感器；场景控制器将外设系统产生的信号转发至服务器，并将服务器发送的控制指令下发至无人载具；模拟沙盘上建立多条车道，每条车道上设置有至少一个无人载具，无人载具与对应的车道进行关联，赋予不同的编号；步骤（2）建立操作模拟系统；操作模拟系统包括动感座椅、控制无人载具运行的遥控器、vr装置和操作控制器；步骤（3）接收用户的控制请求，判断当前用户是否具有无人载具的遥控权限；当用户获取遥控权限后，判断所有无人载具的工作状态，并为该用户分配一个处于空闲状态的无人载具，用户获得对应无人载具的遥控权限；步骤（4）当用户获取遥控权限后：（4-1）获取用户操作遥控器的信号，并上传至操作控制器；操作控制器将接收的遥控指令上传至服务器，服务器将遥控指令下发至场景控制器，场景控制器将其转发至无人载具，无人载具根据遥控指令进行移动；（4-2）采集摄像装置拍摄得到的视频，将该视频经过3d处理后发送至vr装置进行显示；（4-3）获取姿态传感器采集得到的运动姿态数据，并根据该运动姿态数据控制动感座椅的运动姿态；（4-3）获取距离传感器检测得到的无人载具与障碍物之间的距离，设定无人载具的动态安全距离。
11.本发明优化的方案中，无人载具为能够进行远程控制的遥控汽车，外设系统安装在遥控汽车上，摄像装置用于获取遥控汽车在移动过程中拍摄到的视频，测距传感器用于检测遥控汽车与障碍物之间的距离，姿态传感器用于检测遥控汽车在移动过程中的运动姿态。
12.本发明优化的方案中，缩放比例的g的计算方法：获取场景模拟系统中模拟沙盘的模拟车道宽度n；获取标准车道宽度m；计算缩放比例g=n/m。
13.本发明优化的方案中，无人载具的遥控器的控制动作包括移动、停止、制动、加速和转向。
14.本发明优化的方案中，当用户获取遥控权限后为该用户设立倒计时间，并在倒计时间结束后接触用户的遥控权限，无人载具在接触遥控权限后循迹返回初始位置。
15.本发明优化的方案中，每个场景模拟系统的场景控制器建立多个独立的通信通道，每个通信通道分别一个无人载具和该无人载具上加装的外设系统进行通信连接。
16.本发明优化的方案中，无人载具上的外设系统还包括速度传感器，速度传感器用于监控无人载具的运行速度。
17.本发明优化的方案中，无人载具的动态安全距离的计算方法为：
a1、设定无人载具的最小安全距离l；获取无人载具的预设最大速度v；获取无人载具在最大速度下的制动距离f以及无人载具的宽度y；a2、获取无人载具在每个检测时间节点采集得到的距离参数和速度参数，判断距离传感器检测的距离参数是否减少，并建立距离减小集合；距离减小集合中的上一检测时间节点获得的距离参数均大于当前检测时间节点获得的距离参数；设定lip为距离减小集合中第i个距离传感器在当前检测时间节点获得的距离参数；设定liq为距离减小集合中第i个距离传感器在上一检测时间节点获得的距离参数；a3、获取距离减小集合中当前检测时间节点时所有距离传感器检测得到的最小距离参数lmin和模拟车道宽度n；获取当前检测时间节点无人载具的移动速度vp；a4、计算动态安全距离lm：；其中g为缩放比例。
18.其中，为了本发明更方便的叙述，指定：。
19.在本发明中，若相邻两个检测时间节点中的距离传感器获得的参数变化越大，则动态安全距离lm的数值应当越大；当vp与v的比值越大，则动态安全距离lm的数值应当越大；当制动距离f的值越大，则表示需要更长的制动长度，动态安全距离lm的数值应当越大；当无人载具的宽度y越大，表示在同样的情况下，行驶过程中无人载具与周边之间的距离更小，无人载具所能够获得的移动区间越小，则动态安全距离lm的数值应当越小。
20.本发明的优化方案中，无人载具计算动态安全距离后，判断动态安全距离lm与最小距离参数lmin的大小关系；当动态安全距离lm小于最小距离参数lmin时，无人载具的速度上限为预设最大速度v；当动态安全距离lm大于最小距离参数lmin时，无人载具减速行驶。
21.综上所述，本发明具有以下优点：1、本发明建立了场景模拟系统和操作模拟系统，场景模拟系统内设置有无人载具，操作模拟系统能够让用户进行操作控制下发遥控指令，并能够通过vr装置观看到场景模拟系统中的无人载具的运行移动视频，从而实现远程操作下也能够实时查看到真实场景的情况，获得良好的训练效果和娱乐观感效果；能够实现远程训练以及多个用户共用训练场地和训练设备的效果，降低使用费用。
22.2、本发明还根据现场情况设定了无人载具的动态安全距离，根据各种情况设定安全距离后能够动态保护无人载具的安全。
具体实施方式
23.本发明提供了一种远程控制仿真设备在真实场景下进行操作模拟的方法，包括：步骤（1）建立等比例缩放的场景模拟系统，获取缩放比例g。
24.场景模拟系统包括模拟沙盘、在模拟沙盘上运行移动的无人载具以及场景控制器；无人载具上加装有外设系统，外设系统包括摄像装置、测距传感器和姿态传感器。
25.场景控制器将外设系统产生的信号转发至服务器，并将服务器发送的控制指令下发至无人载具；模拟沙盘上建立多条车道，每条车道上设置有至少一个无人载具，无人载具与对应的车道进行关联，赋予不同的编号。
26.模拟沙盘可以理解为一个能够让无人载具移动的场地，模拟沙盘可以根据用户需要或者场景来选择模拟沙盘的类型。模拟沙盘上布置有多条车道，车道是用于无人载具或者遥控汽车运行的场地，这样也是为了能够真实的模拟汽车在车道上驾驶的感官。
27.例如，模拟沙盘选择模拟城市沙盘时，外形上可以模拟城市建筑物或者街道，在街道建筑物之间设置车道；当选择模拟山地沙盘时就选择山地的环境，在山地环境中设置弯曲的车道即可。但是，模拟沙盘的外形与本发明的模拟操作的技术效果并不有关系，本发明的模拟沙盘仅仅是提供一个能够让无人载具移动的场地，无论是模拟城市建筑物或者山地环境，均只是让用户具有不同的视觉感受，不会对操作模拟有任何影响。
28.本发明的模拟沙盘不一定要进行单独建造，可以利用自然环境或者现有的建筑地理条件等，只要能够形成车道即可。当采用实际的自然地理条件时，能够让用户具有更好的感官；只是将对应的物体大小按照比例g进行设计即可。模拟沙盘除了能够让用户体验真实的感官外，还能够用于布置外设，为外设或者其他硬件设备的安装固定提供位置。
29.本发明的实现主要是依靠让无人载具携带相关的外设设备，实时采集无人载具在运动过程中的姿态以及实时传输视频，让用户能够实时看到相关的环境内容。
30.本发明的车道是按照等比例进行缩放的，缩放后的车道匹配缩放后的无人载具。例如若设定本发明的标准车道宽度m是3.5米，车辆的宽度为2米；当设置的比例g为0.25，即所有物体包括模拟沙盘、模拟沙盘的车道以及无人载具均缩小为原有的四分之一即可，此时场景模拟系统中的模拟车道宽度n为0.875m，选用的遥控车辆的宽度y为0.5m。
31.场景模拟系统中的模拟沙盘可以是安装其他外设、硬件系统或者通信装置的载体，场景模拟系统可以是多个用户共用的。操作模拟系统是每个用户单独操作的系统，即用户需要使用场景模拟系统来实现自己对无人载具的移动操作以及观看现场的视频影像。
32.步骤（2）建立操作模拟系统；操作模拟系统包括动感座椅、控制无人载具运行的遥控器、vr装置和操作控制器。
33.操作模拟系统也是由硬件部分和软件部分构成的，动感座椅是能够实现移动、摇晃、震动等功能的座椅，该座椅与常见的4d座椅或者电影院使用多维座椅相同，能够让人感觉到摇晃、颠婆的感觉。
34.例如，在电影院观看4d电影时的座椅在信号的控制下出现上述动作。本发明通过采集得到的姿态数据来控制动感座椅的动作，实际上是为了将当前无人载具在移动过程中的姿态复制到动感座椅上，让用户能够更加真实的感受驾驶。
35.本发明的无人载具可以为遥控汽车，遥控汽车受到遥控器的控制；但是本发明的遥控器可以为控制无人载具的所有类型的遥控器。例如，为了能够让用户得到更真实的体
验，可以将遥控器设计为包括油门踏板、刹车踏板、方向盘等与现有技术中汽车相同的操作方式；也可以为简单的摇杆方式的遥控器。
36.vr装置选择现有任意一种能够实现虚拟现实视频播放的设备，能够让用户进入沉浸式体验。操作控制器是操作模拟系统中的信号传输设备，能够实现服务器与操作模拟系统中的设备进行通信连接，例如便于将姿态数据传输至动感座椅的处理器，将遥控器产生的控制信号上传至服务器，将vr装置所需的视频信息下发至vr装置。
37.每个用户在进行仿真训练时，均需要单独控制一个操作模拟系统，因此一个场面模拟系统具有多个道理进而可以配置多个操作模拟系统；让多个用户同时在线进行同时体验，进而能够总体上提高使用率，降低运行成本。
38.步骤（3）接收用户的控制请求，判断当前用户是否具有无人载具的遥控权限；当用户获取遥控权限后，判断所有无人载具的工作状态，并为该用户分配一个处于空闲状态的无人载具，用户获得对应无人载具的遥控权限。
39.例如，当用户成为会员或者进行充值付费等操作后，能够使用操作模拟系统进行训练驾驶的体验。用户戴上vr装置，通过遥控器进行控制场景模拟系统中的无人载具进行移动，从而通过vr装置实时观看到场景模拟系统的实景。
40.步骤（4）当用户获取遥控权限后：（4-1）获取用户操作遥控器的信号，并上传至操作控制器；操作控制器将接收的遥控指令上传至服务器，服务器将遥控指令下发至场景控制器，场景控制器将其转发至无人载具，无人载具根据遥控指令进行移动。在操作模拟系统中操作控制器主要起到信号传输和解析的作用。
41.（4-2）采集摄像装置拍摄得到的视频，将该视频经过3d处理后发送至vr装置进行显示。场景模拟装置的摄像装置拍摄得到的视频属于普通视频，但是可以通过安装多个摄像装置，将其获得的视频生成能够让vr装置播放的视频即可，由于该技术属于现有技术，本发明不具体限定对应的方法。
42.（4-3）获取姿态传感器采集得到的运动姿态数据，并根据该运动姿态数据控制动感座椅的运动姿态。
43.（4-3）获取距离传感器检测得到的无人载具与障碍物之间的距离，设定无人载具的动态安全距离。
44.本发明的实施例中，无人载具可以为能够进行远程控制的遥控汽车，外设系统安装在遥控汽车上，摄像装置用于获取遥控汽车在移动过程中拍摄到的视频，测距传感器用于检测遥控汽车与障碍物之间的距离，姿态传感器用于检测遥控汽车在移动过程中的运动姿态。
45.本发明的实施例中，缩放比例的g的计算方法：获取场景模拟系统中模拟沙盘的模拟车道宽度n；获取标准车道宽度m；计算缩放比例g=n/m。
46.本发明的实施例中，无人载具的遥控器的控制动作包括移动、停止、制动、加速和转向。
47.本发明的实施例中，当用户获取遥控权限后为该用户设立倒计时间，并在倒计时间结束后接触用户的遥控权限，无人载具在接触遥控权限后循迹返回初始位置。
48.本发明的实施例中，每个场景模拟系统的场景控制器建立多个独立的通信通道，
每个通信通道分别一个无人载具和该无人载具上加装的外设系统进行通信连接。
49.本发明的实施例中，无人载具上的外设系统还包括速度传感器，速度传感器用于监控无人载具的运行速度。
50.本发明的实施例中，无人载具的动态安全距离的计算方法为：a1、设定无人载具的最小安全距离l；获取无人载具的预设最大速度v；获取无人载具在最大速度下的制动距离f以及无人载具的宽度y；a2、获取无人载具在每个检测时间节点采集得到的距离参数和速度参数，判断距离传感器检测的距离参数是否减少，并建立距离减小集合；距离减小集合中的上一检测时间节点获得的距离参数均大于当前检测时间节点获得的距离参数；设定lip为距离减小集合中第i个距离传感器在当前检测时间节点获得的距离参数；设定liq为距离减小集合中第i个距离传感器在上一检测时间节点获得的距离参数；a3、获取距离减小集合中当前检测时间节点时所有距离传感器检测得到的最小距离参数lmin和模拟车道宽度n；获取当前检测时间节点无人载具的移动速度vp；a4、计算动态安全距离lm：；其中g为缩放比例。
51.本发明的优化方案中，无人载具计算动态安全距离后，判断动态安全距离lm与最小距离参数lmin的大小关系；当动态安全距离lm小于最小距离参数lmin时，无人载具的速度上限为预设最大速度v；当动态安全距离lm大于最小距离参数lmin时，无人载具减速行驶。
52.本发明的无人载具可以为遥控汽车，然后在遥控汽车上配置对应的外设系统。一般遥控汽车的最大移动速度在出厂时进行设定好的，其最大移动速度受到遥控汽车的使用场景、遥控汽车硬件配置和用途的影响。
53.本发明的无人载具可以选择现有的遥控汽车，其预设最大最大速度为30km/h，即遥控汽车在良好的路况下能够被允许的最大移动速度为30km/h；其制动距离f为3.2m。
54.本发明的动态安全距离在每个时间节点检测得到的数据均是在无人载具的最小安全距离l的基础上进行变化的，例如可以设定每间隔0.1s~0.3s进行一次数据检测，优选0.2s进行一次检测。
55.将遥控汽车布置在场景模拟系统中的车道后进行手动控制，在移动运行过程中每间隔固定时间检测一次相关数据，检测的数据包括移动速度、每个距离传感器采集得到的距离参数，该距离参数表征无人载具与障碍物之间的距离。
56.1、本发明的一个实施例中场景模拟系统和操作模拟系统中选择的参数为：
从道路安全法规中可以得知，城市车道机动车辆与人行道的安全距离一般为0.5m~0.8m；本发明的场景模拟系统中的模拟沙盘内设置的车道一般为单向车道，或者若设置有多个同向车道时，每个车道之间均被分隔开，形成单向车道，这样有能够让不同用户使用不同车道，避免在同一车道上出现大量遥控汽车，容易导致事故。因此本发明的最小安全距离l即根据车辆与人行道的安全距离来进行设定，同时需要考虑到缩放比例，因此本发明的l为0.5g~0.8g；优选l=0.6g；并且，现有技术中的单行道路设定的标准车道宽度m是3.5米，大部分车辆的宽度为2米左右；因此本发明的实施例中模拟沙盘的模拟车道宽度n为0.875米，经过计算得到本发明实施例中设置的缩放比例g为0.25。
57.2、遥控汽车当前检测时间节点（位置2）和上一检测时间节点（位置1）采集得到的数据如下表所示：本发明的遥控汽车上布置有4个距离传感器，分别在遥控汽车的两侧均匀设置两个距离传感器；例如将距离传感器1和传感器2布置在左侧位置，传感器3和传感器4布置在右侧位置，其中传感器1和传感器4位置水平相互对应，传感器2和传感器3位置对应。从上表可以看出，遥控汽车在靠向左侧位置移动；将本实施例检测得到的数据带入后得到：
实施例2：遥控汽车当前检测时间节点（位置2）和上一检测时间节点（位置1）采集得到的数据如下表所示：将本实施例检测得到的数据带入后得到：从上述实验数据可以看出，当速度提高后，其动态安全距离的数值略有提高，这表面本发明中速度提高后安全距离也是对应提高的。本发明检测出当前位置的动态安全距离后，能够判断当前位置是否处于安全位置或者安全系数，并可以根据当前位置检测得到的距离参数来判断下一步遥控汽车的动作。
58.例如本发明的优化方案中，无人载具计算动态安全距离后，判断动态安全距离lm与最小距离参数lmin的大小关系；当动态安全距离lm小于最小距离参数lmin时，无人载具的速度上限为预设最大速度v；当动态安全距离lm大于最小距离参数lmin时，无人载具减速行驶。

技术特征：
1.一种远程控制仿真设备在真实场景下进行操作模拟的方法，其特征在于，包括：步骤（1）建立等比例缩放的场景模拟系统，获取缩放比例g；所述场景模拟系统包括模拟沙盘、在模拟沙盘上运行移动的无人载具以及场景控制器；所述无人载具上加装有外设系统，所述外设系统包括摄像装置、测距传感器和姿态传感器；所述场景控制器将外设系统产生的信号转发至服务器，并将服务器发送的控制指令下发至无人载具；模拟沙盘上建立多条车道，每条车道上设置有至少一个无人载具，无人载具与对应的车道进行关联，赋予不同的编号；步骤（2）建立操作模拟系统；所述操作模拟系统包括动感座椅、控制无人载具运行的遥控器、vr装置和操作控制器；步骤（3）接收用户的控制请求，判断当前用户是否具有无人载具的遥控权限；当用户获取遥控权限后，判断所有无人载具的工作状态，并为该用户分配一个处于空闲状态的无人载具，用户获得对应无人载具的遥控权限；步骤（4）当用户获取遥控权限后：（4-1）获取用户操作遥控器的信号，并上传至操作控制器；操作控制器将接收的遥控指令上传至服务器，服务器将遥控指令下发至场景控制器，场景控制器将其转发至无人载具，无人载具根据遥控指令进行移动；（4-2）采集摄像装置拍摄得到的视频，将该视频经过3d处理后发送至vr装置进行显示；（4-3）获取姿态传感器采集得到的运动姿态数据，并根据该运动姿态数据控制动感座椅的运动姿态；（4-3）获取距离传感器检测得到的无人载具与障碍物之间的距离，设定无人载具的动态安全距离。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述无人载具为能够进行远程控制的遥控汽车，外设系统安装在遥控汽车上，摄像装置用于获取遥控汽车在移动过程中拍摄到的视频，测距传感器用于检测遥控汽车与障碍物之间的距离，姿态传感器用于检测遥控汽车在移动过程中的运动姿态。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缩放比例的g的计算方法：获取场景模拟系统中模拟沙盘的模拟车道宽度n；获取标准车道宽度m；计算缩放比例g=n/m。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人载具的遥控器的控制动作包括移动、停止、制动、加速和转向。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当用户获取遥控权限后为该用户设立倒计时间，并在倒计时间结束后接触用户的遥控权限，无人载具在接触遥控权限后循迹返回初始位置。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述场景模拟系统的场景控制器建立多个独立的通信通道，每个通信通道分别一个无人载具和该无人载具上加装的外设系统进行通信连接。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述无人载具上的外设系统还包括速度传感器，速度传感器用于监控无人载具的运行速度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述无人载具的动态安全距离的计算方法为：a1、设定无人载具的最小安全距离l；获取无人载具的预设最大速度v；获取无人载具在最大速度下的制动距离f以及无人载具的宽度y；a2、获取无人载具在每个检测时间节点采集得到的距离参数和速度参数，判断距离传感器检测的距离参数是否减少，并建立距离减小集合；距离减小集合中的上一检测时间节点获得的距离参数均大于当前检测时间节点获得的距离参数；设定lip为距离减小集合中第i个距离传感器在当前检测时间节点获得的距离参数；设定liq为距离减小集合中第i个距离传感器在上一检测时间节点获得的距离参数；a3、获取距离减小集合中当前检测时间节点时所有距离传感器检测得到的最小距离参数lmin和模拟车道宽度n；获取当前检测时间节点无人载具的移动速度vp；a4、计算动态安全距离lm：；其中g为缩放比例。9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述无人载具计算动态安全距离后，判断动态安全距离lm与最小距离参数lmin的大小关系；当动态安全距离lm小于最小距离参数lmin时，无人载具的速度上限为预设最大速度v；当动态安全距离lm大于最小距离参数lmin时，无人载具减速行驶。

技术总结
本发明公开了一种远程控制仿真设备在真实场景下进行操作模拟的方法，包括建立等比例缩放的场景模拟系统；建立操作模拟系统；判断当前用户是否具有无人载具的遥控权限；当用户获取遥控权限后，判断所有无人载具的工作状态，并为该用户分配一个处于空闲状态的无人载具，用户获得对应无人载具的遥控权限；当用户获取遥控权限后，用户远程操作无人载具的动作，获得VR视频和运动姿态数据。本发明建立了场景模拟系统和操作模拟系统，操作模拟系统能够让用户进行操作控制下发遥控指令，并能够通过VR装置观看到场景模拟系统中的无人载具的运行移动视频，从而实现远程操作下也能够实时查看到真实场景的情况，获得良好的训练效果和娱乐观感效果。娱乐观感效果。


技术研发人员：牟磊
受保护的技术使用者：四川睿谷联创网络科技有限公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2022/3/7