CN112885093A - 用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，涉及边缘计算装置技术领域，包括交通事件监测系统外场设备、边缘计算基础设施、边缘计算操作系统单元、边缘计算应用单元、高速公路监控中心单元和电源，所述电源的输出端分别与交通事件监测系统外场设备、边缘计算基础设施、边缘计算操作系统单元、边缘计算应用单元和高速公路监控中心单元的输入端电性连接，所述边缘计算基础设施包括CPU、GPU、存储、网络、供配电和通信接口。该用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，通过路侧边缘计算可以在融合各系统数据的基础上承载部分应用，替代中心平台的部分应用功能，实现分布式边缘计算，从而降低时延，提高系统时效性。

Description

用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置

技术领域

本发明涉及边缘计算装置技术领域，具体为用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置。

背景技术

随着国内高速公路的发展建设，高速公路已成为出行、物流的重要方式。如何提高通行效率、提高安全水平，一直是高速公路研究与建设的主题。交通事件监测系统作为保证效率与安全的重要手段，可以采集交通信息、识别交通事件，为高速公路及时响应异常交通状况提供保障，伴随着高速公路的发展建设，各种采用不同传感器、通信信道、通信协议、数据格式、数据处理平台和管控终端，采用不同架构的交通事件监测系统陆续被研发出来并投入使用。

目前很多高速公路部署有不同时期、不同技术和不同架构的交通事件监测系统，提供了较全面的监测功能，但也导致这些系统各自独立、整合不足。独立运作的多个系统经常因描述同一事件的相关数据不同步、不匹配，不仅无法利用多源数据提高准确率和精度，甚至因为大量无效数据降低了系统效能，运维监控也非常不便，经常因为有限的监控维护人员难以兼顾多个系统，死机、掉电、断网、部件损坏等故障无法及时被发现，有鉴于此，本申请实施例提供一种用于交通事件监测系统的边缘计算方法及装置，在路侧边缘提供一个平台，统一承载各系统，实现系统融合、数据融合，从而解决高速公路各种交通事件监测系统独立运作带来的数据不同步、冗余大、时效性差以及系统可维护性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，包括交通事件监测系统外场设备、边缘计算基础设施、边缘计算操作系统单元、边缘计算应用单元、高速公路监控中心单元和电源，所述电源的输出端分别与交通事件监测系统外场设备、边缘计算基础设施、边缘计算操作系统单元、边缘计算应用单元和高速公路监控中心单元的输入端电性连接。

优选的，所述边缘计算基础设施包括CPU、GPU、存储、网络、供配电和通信接口，所述通信接口的输出端分别与CPU、GPU、存储和网络的输入端电性连接。

优选的，所述边缘计算操作系统单元包括虚拟化引擎单元和操作系统单元，所述虚拟化引擎单元的输出端与操作系统单元的输入端电性连接。

优选的，所述边缘计算应用单元包括交通事件监测单元，所述交通事件监测单元的输出端电性连接有数据融合单元，所述数据融合单元的输出端电性连接有应用单元。

优选的，所述高速公路监控中心单元包括动环监控单元和网络监控单元，所述动环监控单元和网络监控单元的输出端均电性连接有云管平台单元。

优选的，所述供配电为外场设备供电，提供多种供电模式，包括PoE/DC/AC等。

优选的，所述交通事件监测系统外场设备的输出端与通信接口的输入端电性连接。

优选的，所述CPU、GPU、存储和网络的输出端均与虚拟化引擎单元的输入端电性连接。

优选的，所述操作系统单元的输出端与交通事件监测单元的输入端电性连接。

优选的，所述应用单元的输出端与网络监控单元的输入端电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在路侧边缘将现有独立式的交通事件监测系统整合到一起，实现协同工作、统一监控、统一运维，可以更精确的同步时钟，可以高效的监控各系统运行状态、方便的执行运维操作，各交通事件监测系统传感器采集到的数据可以在路侧得到必要的加工处理，实现多源数据融合，避免大量无效数据上传中心，节约计算、网络、存储等资源，路侧边缘计算可以在融合各系统数据的基础上承载部分应用，替代中心平台的部分应用功能，实现分布式边缘计算，从而降低时延，提高系统时效性。

附图说明

图1为本发明用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置的架构流程示意图；

图2为本发明用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置的结构示意图；

图3为本发明用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置的交通事件监测系统统一运维监控示意图；

图4为本发明用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置的交通事件监测系统数据融合示意图；

图5为本发明用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置的应用分布式边缘计算示意图。

1、交通事件监测系统外场设备；2、边缘计算基础设施；21、CPU；22、GPU；23、存储；24、网络；25、供配电；26、通信接口；3、边缘计算操作系统单元；31、虚拟化引擎单元；32、操作系统单元；4、边缘计算应用单元；41、交通事件监测单元；42、数据融合单元；43、应用单元；5、高速公路监控中心单元；51、动环监控单元；52、网络监控单元；53、云管平台单元；6、电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，包括交通事件监测系统外场设备1、边缘计算基础设施2、边缘计算操作系统单元3、边缘计算应用单元4、高速公路监控中心单元5和电源6，电源6的输出端分别与交通事件监测系统外场设备1、边缘计算基础设施2、边缘计算操作系统单元3、边缘计算应用单元4和高速公路监控中心单元5的输入端电性连接，边缘计算基础设施2包括CPU21、GPU22、存储23、网络24、供配电25和通信接口26，供配电25为外场设备供电，提供多种供电模式，包括PoE/DC/AC等，通信接口26的输出端分别与CPU21、GPU22、存储23和网络24的输入端电性连接，交通事件监测系统外场设备1的输出端与通信接口26的输入端电性连接，边缘计算操作系统单元3包括虚拟化引擎单元31和操作系统单元32，虚拟化引擎单元31的输出端与操作系统单元32的输入端电性连接，CPU21、GPU22、存储23和网络24的输出端均与虚拟化引擎单元31的输入端电性连接，边缘计算应用单元4包括交通事件监测单元41，交通事件监测单元41的输出端电性连接有数据融合单元42，操作系统单元32的输出端与交通事件监测单元41的输入端电性连接，数据融合单元42的输出端电性连接有应用单元43，高速公路监控中心单元5包括动环监控单元51和网络监控单元52，应用单元43的输出端与网络监控单元52的输入端电性连接，动环监控单元51和网络监控单元52的输出端均电性连接有云管平台单元53。

本发明提供了用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置具有如下优点：

本发明通过在路侧边缘将现有独立式的交通事件监测系统整合到一起，实现协同工作、统一监控、统一运维，可以更精确的同步时钟，可以高效的监控各系统运行状态、方便的执行运维操作，各交通事件监测系统传感器采集到的数据可以在路侧得到必要的加工处理，实现多源数据融合，避免大量无效数据上传中心，节约计算、网络、存储等资源，路侧边缘计算可以在融合各系统数据的基础上承载部分应用，替代中心平台的部分应用功能，实现分布式边缘计算，从而降低时延，提高系统时效性。

用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置的具体使用步骤：

当需要对交通事件监测系统外场设备1的供配电25纳入统一管理时，掉电、电压不稳等供电问题是高速公路交通事件监测系统最常见的故障之一，边缘计算装置的供配电25提供了各种常见供配电模式并集成了供电参数测量功能，道路沿线的传感器、RCU等交通事件监测系统外场设备1的电源6接入后，由动环监控单元51即可采集到各外场设备的用电状态。当发生跳闸、断路、电流、电压异常等情况时，高速公路监控中心单元5可第一时间得到准确信息。

当需要对交通事件监测系统通信链路纳入统一管理时，高速公路交通事件监测系统从沿线传感器到高速公路监控中心单元5往往经过多段通信链路，传统网络监控系统很难监控到“最后100米”，而独立的交通事件监测系统发生链路故障时很难被感知。边缘计算装置的通信接口26为交通事件监测系统的传感器、RCU等外场设备提供了统一的通信接口26。交通事件监测系统外场设备1的通信线接入边缘计算装置的通信接口26后，由网络监控单元52统一监控。支持SNMP协议的，利用协议提供的功能采集通信链路状态数据，不支持的利用心跳监视。

当需要对交通事件监测系统日志、报警统一管理时，各交通事件监测系统日志、报警的实现方式不同，但大都开放相应接口。边缘计算装置针对接入的交通事件监测系统开发相应应用，接管各系统日志和报警数据，并由网络监控单元52统一采集。

当需要统一运维操作时，主要运维操作除利用监控模块查看系统运行状态外，常见操作还有开关机、重启、备份等，边缘计算装置利用供配电25可对交通事件监测系统外场设备1实现开关机、重启操作。网络监控单元52则可统一完成系统日志的备份。

当需要对交通事件监测系统数据融合处理时，首先传感器是交通事件监测系统的主要外场设备，如高速公路沿线部署的摄像头、雷达、电磁、压力等，不同传感器采集到不同类型、不同格式的数据，数据预处理和特征提取以图像数据为例：基于视频数据的事件监测系统则以人工神经网络为核心，结合事件监测算法，实现了越来越多种类的交通事件自动监测。摄像头采集到的图像数据经过筛选、剪裁、拼接、调整等预处理工作后，利用训练好的神经网络模型进行特征提取，提取到的特征数据为结构化数据，数据量大大少于提取前的非结构化图像数据，相对于去除了应系统用不需要的冗余数据，得到特征数据以后，结合其他数据(如其他摄像头、雷达等传感器采集的特征数据)进行融合计算，进一步提高准确率、减少冗余。常用算法有最大合并分集、概率神经网络、学习矢量量化网络等。

传统交通事件监测系统监测到的交通数据提供给高速公路监控中心的应用单元43使用。在高速公路沿线部署边缘计算装置以后，应用单元43的部分模块、功能可以分布到路侧边缘的应用单元43。不仅可以减轻中心系统的压力，还因为减少了中间环节，提高了应用的时效性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，包括交通事件监测系统外场设备(1)、边缘计算基础设施(2)、边缘计算操作系统单元(3)、边缘计算应用单元(4)、高速公路监控中心单元(5)和电源(6)，其特征在于：所述电源(6)的输出端分别与交通事件监测系统外场设备(1)、边缘计算基础设施(2)、边缘计算操作系统单元(3)、边缘计算应用单元(4)和高速公路监控中心单元(5)的输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述边缘计算基础设施(2)包括CPU(21)、GPU(22)、存储(23)、网络(24)、供配电(25)和通信接口(26)，所述通信接口(26)的输出端分别与CPU(21)、GPU(22)、存储(23)和网络(24)的输入端电性连接。

3.根据权利要求1所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述边缘计算操作系统单元(3)包括虚拟化引擎单元(31)和操作系统单元(32)，所述虚拟化引擎单元(31)的输出端与操作系统单元(32)的输入端电性连接。

4.根据权利要求1所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述边缘计算应用单元(4)包括交通事件监测单元(41)，所述交通事件监测单元(41)的输出端电性连接有数据融合单元(42)，所述数据融合单元(42)的输出端电性连接有应用单元(43)。

5.根据权利要求1所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述高速公路监控中心单元(5)包括动环监控单元(51)和网络监控单元(52)，所述动环监控单元(51)和网络监控单元(52)的输出端均电性连接有云管平台单元(53)。

6.根据权利要求1所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述供配电(25)为外场设备供电，提供多种供电模式，包括PoE/DC/AC等。

7.根据权利要求1所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述交通事件监测系统外场设备(1)的输出端与通信接口(26)的输入端电性连接。

8.根据权利要求2所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述CPU(21)、GPU(22)、存储(23)和网络(24)的输出端均与虚拟化引擎单元(31)的输入端电性连接。

9.根据权利要求3所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述操作系统单元(32)的输出端与交通事件监测单元(41)的输入端电性连接。

10.根据权利要求4所述的用于高速公路交通事件监测的边缘计算装置，其特征在于：所述应用单元(43)的输出端与网络监控单元(52)的输入端电性连接。

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