4g通信的远程驾驶系统车载终端构建与视频传输系统【字数：13096】
摘 要随着近年来人工智能技术的发展，自动驾驶技术在产业界开始走向商业化，但其技术实际上尚不成熟，安全隐患较大。而远程驾驶汽车由于其实际上仍由驾驶员驾驶，在复杂路况和紧急情况下能够做出正确决定来保障车辆安全，未来可能全面实现自动驾驶，但现阶段远程驾驶也许将是无人驾驶汽车的重要组成部分。本课题针对这一情况，基于基站数量众多的4G蜂窝网，设计并构建了适合低速行驶的远程驾驶系统。本论文将阐述整个系统中4G车载终端的构建，以及基于RTMP协议的视频传输系统的实现。该系统在成功进行了实际测试，效果良好。
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题研究的选题背景 1
1.1.1 无人驾驶汽车现状 1
1.1.2 移动通信技术现状 2
1.2 课题研究的目的和现实意义 2
1.3 课题的最终目标 3
2. 远程驾驶的影响 4
2.1 对社会的影响 4
2.1.1 对认知的冲击 4
2.1.2 对日常生活的改变 4
2.2 对法律的影响 4
2.2.1 交通规则的变化 4
2.2.2 事故责任人的改变 4
3. 开发工具及相关技术 6
3.1 车载终端开发工具 6
3.1.1 C程序设计语言 6
3.1.2 Keil μVision4 6
3.1.3 STM32F4系列单片机及EC20通讯模块 7
3.2 视频传输系统开发工具及技术 8
3.2.1 Python及OpenCV 8
3.2.2 nginx服务器 9
3.2.3 ffmpeg多媒体视频处理工具 9
4. 车载终端与视频传输系统框架设计 10
4.1 系统总体架构简介 10
4.2 车载终端结构设计 10
4.2.1 硬件结构设计 10
4.2.2 软件结构设计 11
4.2.3 数据协议格式制定 12
4.3 视频传输系统设计 15
5. 系统具体实现 17
5.1 远程控制指令转发实 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
现 17
5.1.1 远程数据接收 17
5.1.2 数据解析及协议转换 18
5.1.3 can协议数据下发 20
5.1.4 心跳包功能实现 21
5.2 状态数据上传实现 22
5.2.1 车辆数据接收 22
5.2.2 数据解析与转换 23
5.2.3 状态数据上传 24
5.3 视频传输实现 25
5.3.1 Python脚本实现 25
5.3.2 nginx服务器配置 26
6. 系统测试及结语 28
6.1 系统测试情况 28
6.1.1 架空远程控制测试 28
6.1.2 视频传输测试 29
6.1.3 真实测试 30
6.2 结语 32
致谢 34
参考文献 35
1. 绪论
随着近年来科技与经济的发展，无人驾驶逐步走入人们的视线，人工智能、传感技术的不断成熟也推动着无人驾驶的快步前进。但是，由电脑控制的自动驾驶现阶段无法在所有情况下都作出完美的决策，安全性无法得到保障。为了解决这一问题，将无人驾驶安全而高效的落地，同时降低无人驾驶成本，远程驾驶似乎已经成为了最优解。
1.1 课题研究的选题背景
1.1.1 无人驾驶汽车现状
当今社会，无人驾驶技术已然成为汽车产业最新的发展方向，得益于人工智能和通信传感技术的应用及推广，其在环境感知、精准定位、决策与规划、控制与执行、高精地图与车联网 V2X 等方面实现了全面提升。无人驾驶技术能够全面提升交通的有序性和舒适性，适应日益提高的市场需求，为交通管理及生活生产方式带来变革。
例如国内的百度Apollo、新石器，国外的waymo、Uber以及特斯拉等企业都在无人驾驶领域开展研究并取得较大的成果。以百度Apollo为例，Apollo3.5无人驾驶级别定位于L4级（SAE分级标准），已经具备城市复杂路况的无人驾驶能力，可以应对城市中心、住宅区等驾驶场景，面对窄车道、减速带、人行道、十字路口、无信号灯路口通行、借道错车行驶等多达十几种路况都可以有效处理。
然而，随着人工智能技术的高速发展，自动驾驶技术也在不断地进行快速迭代，目前来说并不是完美的无人驾驶方案。在面对复杂路况以及突发意外情况时，自动驾驶的决策仍然无法让人满意，甚至其导致的交通事故引发了人们的广泛关注，安全性无法为大众所肯定。
5G技术的成熟，使得远程驾驶呈现在了人们的眼前，其与自动驾驶一样同属于无人驾驶。在远程驾驶下，司机足不出户就可以在搭载模拟器的固定地点控制行驶中的无人驾驶车辆，不仅能提供良好的工作环境，而且可以有效解决无人驾驶遇到的诸多难题，增加无人驾驶的安全性和可靠性。远程驾驶具有广泛的应用场景，尤其在恶劣环境和危险区域如无人区、矿区、垃圾运送区域等人员无法达到的区域，在管控中心的每一名安全员可以同时远程监管、控制若干辆车，将极大提升操作效率并节省人力。
目前国内的通信公司与传统车企合作利用5G技术已经验证实现了远程驾驶技术。例如河北移动、长城汽车在雄安新区测试完成5G远程驾驶。而国外方面，在斯卡尼亚已经实现了远程操控采矿卡车，使得远程驾驶在特定场合发挥了作用。
1.1.2 移动通信技术现状
移动通信技术早在20世纪90年代就已经被正式使用，例如NMT和AMPS，其被称为第一代移动通信系统(1G)。1G使用模拟语音调制技术，传输速率约为2.4kbit/s，是最早的移动通信系统，存在着质量差、速度低等诸多问题。到了第二代移动通信系统(2G)，使用了更加密集的复用结构技术，同时引入了智能天线和双频段技术，解决了由于业务量增加所引起的容量问题。而自适应语音编码技术(AMR)则大大提高了通话质量，为人们带来更好的体验感，并且2G的传输速率已经可达115/384kbit/s，初步解决了多媒体业务的需求。但是尽管2G技术不断地成熟完善，依旧无法适应不断扩大的需求规模，无法真正满足移动多媒体。之后的第三代移动通信系统(3G)时代，在用户静止的时候传输速率已经可以达到2Mbps，当用户在高速移动时速率可达144Kbps。但是3G依然无法满足日益增长的需要，3G的速率还不够快，对频谱的利用率也还不高，同时由于通讯标准多样，还存在相互兼容的问题，这对于实际的生产生活需求及其致命。
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题研究的选题背景 1
1.1.1 无人驾驶汽车现状 1
1.1.2 移动通信技术现状 2
1.2 课题研究的目的和现实意义 2
1.3 课题的最终目标 3
2. 远程驾驶的影响 4
2.1 对社会的影响 4
2.1.1 对认知的冲击 4
2.1.2 对日常生活的改变 4
2.2 对法律的影响 4
2.2.1 交通规则的变化 4
2.2.2 事故责任人的改变 4
3. 开发工具及相关技术 6
3.1 车载终端开发工具 6
3.1.1 C程序设计语言 6
3.1.2 Keil μVision4 6
3.1.3 STM32F4系列单片机及EC20通讯模块 7
3.2 视频传输系统开发工具及技术 8
3.2.1 Python及OpenCV 8
3.2.2 nginx服务器 9
3.2.3 ffmpeg多媒体视频处理工具 9
4. 车载终端与视频传输系统框架设计 10
4.1 系统总体架构简介 10
4.2 车载终端结构设计 10
4.2.1 硬件结构设计 10
4.2.2 软件结构设计 11
4.2.3 数据协议格式制定 12
4.3 视频传输系统设计 15
5. 系统具体实现 17
5.1 远程控制指令转发实 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
现 17
5.1.1 远程数据接收 17
5.1.2 数据解析及协议转换 18
5.1.3 can协议数据下发 20
5.1.4 心跳包功能实现 21
5.2 状态数据上传实现 22
5.2.1 车辆数据接收 22
5.2.2 数据解析与转换 23
5.2.3 状态数据上传 24
5.3 视频传输实现 25
5.3.1 Python脚本实现 25
5.3.2 nginx服务器配置 26
6. 系统测试及结语 28
6.1 系统测试情况 28
6.1.1 架空远程控制测试 28
6.1.2 视频传输测试 29
6.1.3 真实测试 30
6.2 结语 32
致谢 34
参考文献 35
1. 绪论
随着近年来科技与经济的发展，无人驾驶逐步走入人们的视线，人工智能、传感技术的不断成熟也推动着无人驾驶的快步前进。但是，由电脑控制的自动驾驶现阶段无法在所有情况下都作出完美的决策，安全性无法得到保障。为了解决这一问题，将无人驾驶安全而高效的落地，同时降低无人驾驶成本，远程驾驶似乎已经成为了最优解。
1.1 课题研究的选题背景
1.1.1 无人驾驶汽车现状
当今社会，无人驾驶技术已然成为汽车产业最新的发展方向，得益于人工智能和通信传感技术的应用及推广，其在环境感知、精准定位、决策与规划、控制与执行、高精地图与车联网 V2X 等方面实现了全面提升。无人驾驶技术能够全面提升交通的有序性和舒适性，适应日益提高的市场需求，为交通管理及生活生产方式带来变革。
例如国内的百度Apollo、新石器，国外的waymo、Uber以及特斯拉等企业都在无人驾驶领域开展研究并取得较大的成果。以百度Apollo为例，Apollo3.5无人驾驶级别定位于L4级（SAE分级标准），已经具备城市复杂路况的无人驾驶能力，可以应对城市中心、住宅区等驾驶场景，面对窄车道、减速带、人行道、十字路口、无信号灯路口通行、借道错车行驶等多达十几种路况都可以有效处理。
然而，随着人工智能技术的高速发展，自动驾驶技术也在不断地进行快速迭代，目前来说并不是完美的无人驾驶方案。在面对复杂路况以及突发意外情况时，自动驾驶的决策仍然无法让人满意，甚至其导致的交通事故引发了人们的广泛关注，安全性无法为大众所肯定。
5G技术的成熟，使得远程驾驶呈现在了人们的眼前，其与自动驾驶一样同属于无人驾驶。在远程驾驶下，司机足不出户就可以在搭载模拟器的固定地点控制行驶中的无人驾驶车辆，不仅能提供良好的工作环境，而且可以有效解决无人驾驶遇到的诸多难题，增加无人驾驶的安全性和可靠性。远程驾驶具有广泛的应用场景，尤其在恶劣环境和危险区域如无人区、矿区、垃圾运送区域等人员无法达到的区域，在管控中心的每一名安全员可以同时远程监管、控制若干辆车，将极大提升操作效率并节省人力。
目前国内的通信公司与传统车企合作利用5G技术已经验证实现了远程驾驶技术。例如河北移动、长城汽车在雄安新区测试完成5G远程驾驶。而国外方面，在斯卡尼亚已经实现了远程操控采矿卡车，使得远程驾驶在特定场合发挥了作用。
1.1.2 移动通信技术现状
移动通信技术早在20世纪90年代就已经被正式使用，例如NMT和AMPS，其被称为第一代移动通信系统(1G)。1G使用模拟语音调制技术，传输速率约为2.4kbit/s，是最早的移动通信系统，存在着质量差、速度低等诸多问题。到了第二代移动通信系统(2G)，使用了更加密集的复用结构技术，同时引入了智能天线和双频段技术，解决了由于业务量增加所引起的容量问题。而自适应语音编码技术(AMR)则大大提高了通话质量，为人们带来更好的体验感，并且2G的传输速率已经可达115/384kbit/s，初步解决了多媒体业务的需求。但是尽管2G技术不断地成熟完善，依旧无法适应不断扩大的需求规模，无法真正满足移动多媒体。之后的第三代移动通信系统(3G)时代，在用户静止的时候传输速率已经可以达到2Mbps，当用户在高速移动时速率可达144Kbps。但是3G依然无法满足日益增长的需要，3G的速率还不够快，对频谱的利用率也还不高，同时由于通讯标准多样，还存在相互兼容的问题，这对于实际的生产生活需求及其致命。
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