CN116071892A - 基于5g+iot的局地灾害性天气预警物联网发布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其应用于云边端协同预警系统，包括以下步骤：S1、终端层气象数据采集；S2、边缘计算层气象数据运算与加工；S3、通过云边端协同技术在边缘计算层的LED屏幕、云服务层的管理系统端进行气象灾情预警实时发布。本发明基于云边端协同技术，实现5G+IoT预警快速发布一体化方案，完成局地主要气象灾害10秒内快速智能识别、10秒内气象应急预警发布的快速闭环，实现5G在防灾减灾上新的突破。

Description

基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法
技术领域
本发明属于气象预警领域，尤其涉及一种基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法。
背景技术
近年来，受我国特殊的自然地理环境影响，极端天气频发，气象灾害给国家和人民造成了严重损失，因此，如何提高气象灾害预报预警的准确性、及时性和有效性，成为气象领域研究的重点方向。
其中，尤其是针对一些对灾害性天气的实时、快速预警有强烈需求的局部地区，如高速公路、港口码头等的气象灾害预警服务，还需要提供更具有低时延、稳定性和安全性的天气预警发布方法。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明基于云边端协同技术+5G+IoT技术，通过构建端边集成一体化气象站，并借助5G、物联网组网通信技术，实现局地主要气象灾害10秒内快速智能识别、10秒内气象应急预警发布的快速闭环，提供更具有低时延、稳定性和安全性的局地灾害性天气预警发布方法。
为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的一种基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其应用于云边端协同预警系统，包括以下步骤：
S1、终端层气象数据采集；
S2、边缘计算层气象数据运算与加工；
S3、通过云边端协同技术在边缘计算层LED屏幕、云服务层管理系统端进行气象灾情预警实时发布。
进一步地，所述步骤S1、终端层气象数据采集，具体为：
终端层采用设备直连方式采集至少包括传感器数据及图片数据的气象数据；所述传感器数据包括但不限于温度、降水、湿度气象数据；所述图片数据为终端周边环境和天气的360度监控图片气象数据。
进一步地，所述步骤S2、边缘计算层气象数据运算与加工，具体包括步骤：
S21、边缘计算层通过RS485协议获取终端层气象传感器数据；
S22、边缘计算层通过网线连接、调用摄像头驱动程序获取图片数据；
S23、边缘计算层通过部署于本地的气象灾害性天气AI模型进行气象数据运算与加工，识别灾情性天气。
进一步地，所述步骤S3、通过云边端协同技术在边缘计算层LED屏幕、云服务层管理系统端进行气象灾情预警实时发布，具体为：
S31、通过云边端协同技术在边缘计算层LED屏幕进行气象灾情预警实时发布，具体为：
S311、边缘计算层借助IoT，采用Zigbee物联网通讯协议技术与终端层LED屏幕建立连接；
S312、边缘计算层进行节目创建；
S313、边缘计算层获取需要发布展示的数据，调用驱动接口在边缘计算层LED屏幕进行展示；
S32、通过云边端协同技术在云服务层管理系统端进行气象灾情预警实时发布，具体为：
边缘计算层与云服务层管理系统端之间采用5G通讯切片服务技术，实现边缘计算层与云端之间视频、监测数据的高效传输，将一个物理网络切割成多个虚拟的网络切片，每个虚拟网络切片具备不同的功能，面向低延时、大容量需求进行服务。
进一步地，所述步骤S3中云边端协同技术具体为：
云边端协同技术采用MQTT技术构建基础通讯框架，将MQTT代理作为终端层气象传感器设备和边缘计算层、云服务层的感知设备管理节点之间的通信管道，负责接收终端层设备发送的数据，并将接收到的数据发送到已经订阅MQTT代理的感知设备管理节点上，通过云边端协同技术实现终端层、边缘计算层、云服务层不同设备主体、边缘计算层端与云服务层服务端之间的实时异步消息传输。
进一步地，所述步骤S3中云边端协同技术的通讯步骤如下：
P1、在边缘计算层设备上配置访问后台代理服务端的IP地址信息，边缘计算层设备初次连接云服务层服务端，服务端自动对该连接进行身份验证，验证通过后的边缘计算层设备允许使用不同的消息队列服务；
P2、边缘计算层设备程序监听不同主题的消息队列，一旦收到消息，程序按照预先设定的步骤进行处理；
P3、云服务层服务器程序监听不同主题的消息队列，接收客户端发送的数据，按照设定的程序进行处理。
进一步地，所述步骤S23中边缘计算层使用的气象灾害性天气AI模型的发布与运行步骤具体为：
W1、云服务层通过服务器发送训练好的模型文件至对应主题“更新模型文件至边缘计算设备”。
W2、边缘计算层设备程序通过所述对应主题获取模型文件，创建模型运行环境；
W3、边缘计算层设备程序创建会话对象，加载模型，查询会话以获取输入参数，将图片主题消息队列中的图片数据转换成数组，调用会话对象的预测函数，进行模型调用；
W4、模型运行获取预测函数返回结果数据，将数据发送对应消息队列主题，包括LED发布预警模块自动监听数据进行LED展示及管理系统监听该消息进行前端网页展示。
进一步地，所述发布方法还包括云服务层管理系统端在检测到边缘计算程序发生异常、未向LED发送展示预警信息时，云服务层管理系统端会进行模型运行、生成气象预警信息，并远程发送至LED展示数据队列进行数据展示，采用双备份形式保证系统能够进行不间断的气象信息预警发布。
进一步地，所述云边端协同预警系统由端边集成一体化气象站及云端服务器组成。
进一步地，所述端边集成一体化气象站由终端层及边缘计算层一体集成，终端层包括多个气象监测传感器及5G摄像头，边缘计算层包括边缘计算设备及LED屏。
本发明的有益效果为：
1、本发明将终端层及边缘计算层的一体集成，构建端边集成一体化气象站，基于云边端协同技术+5G+IoT技术，实现全天候气象要素、灾害性天气实时监测，并基于5G网络快速、低延时、稳定等特性，将视频图片持续传输至边缘计算设备，部署在边端的气象灾害性天气AI识别模型快速发现灾情，同时借助IoT实现去中心化的局地物联网预警快速发布，实现局地主要气象灾害10秒内快速智能识别、10秒内气象应急预警发布的快速闭环，实现5G在防灾减灾上新的突破；
2、本发明的云边端协同技术采用基于MQTT通讯的关键技术，将MQTT代理作为气象传感器和感知设备管理节点之间的通信管道，负责接收传感器发送的数据，并将接收到的数据发送到已经订阅该数据的感知设备管理节点上。通过云边端协同技术实现不同设备、边缘端与服务端之间实时异步消息传输，该传输模式信息传输效率对比同步阻塞模式高，采用该模式会使服务器处理消息能力可以随站点增加进行动态增加，该基础结构支持动态扩容，保障系统的高扩展性；
3、本发明边缘计算设备与LED屏之间采用Zigbee物联网通讯协议技术，具有短距离、低功耗的特点，能提供更高的数据传输速率，同时由于网格配置降低了能耗效率，保证了信息发布不受运营商网络、平台故障的影响；
4、本发明边缘计算设备与云服务之间采用5G通讯技术，其中核心特性切片服务能力保障了云端之间视频、监测数据的高效传输，具备将一个物理网络切割成多个虚拟的网络切片的特性，每个虚拟网络切片具备不同的功能特点，可以面向低延时、大容量等不同的需求进行服务。
附图说明
图1是本发明基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明的一个实施例应用的云边端协同预警系统的结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的云边端协同技术的结构示意图；
图4是本发明的一个实施例的边缘计算层设备程序获取图片初始化SDK流程图；
图5是本发明的一个实施例的边缘计算层设备程序获取图片登录设备流程图；
图6是本发明的一个实施例的边缘计算层设备程序获取图片调用抓图服务流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例作进一步说明。
目前，5G作为电子信息市场新的重要增长极，具有低时延、稳定性、安全性等特征，可以契合物联网大连接、低延时的业务需求，“5G+智慧气象”的技术研究及应用推广是气象行业创新发展的新机遇，推进“5G+智慧气象”深入融合将加速我国向更高水平气象现代化高地进发，实现气象部门“监测精密、预报精准、服务精细”最新要求的实践。
IoT(Internet of Things)"物联网"指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。
本发明提供一种基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，应用于云边端协同预警系统，如附图2所示，云边端协同预警系统包括端边集成一体化气象站及云端服务器，其中，端边集成一体化气象站由终端层及边缘计算层一体集成。
终端层主要包括气象监测传感器、5G摄像头两个部分。气象传感器可实时监测温度、降水、湿度、光照等气象要素，5G摄像头可360度监控周边环境和天气情况，终端层可通过5G、IoT等通信组件与云端、边缘端建立高速通信，解决监测“盲区盲点”问题。
边缘计算层由边缘计算设备与LED屏组成。边缘计算设备采集终端层气象监测传感器数据，利用部署在边缘计算层的气象灾害性天气AI模型快速识别灾情性天气，并根据应急预案直接发布相应预警信息至LED屏幕。考虑终端算力有限，算法模型的持续智能调优在云端完成，并实现边缘计算层侧的算法动态更新。
云服务层包括分布式感知设备管理、深度学习模型训练、局地灾害性天气智能识别与预警发布协同等模块，实现终端设备管理、灾害性天气识别AI建模、业务模型更新、预警信息多渠道发布，同时借助5G技术实现边缘计算设备与灾害性天气智能识别与预警发布系统中算法模型的动态更新。云服务层服务器端部署管理系统、消息队列服务。管理系统支持管理人员远程管理端边集成一体化气象站点，查实时监测与预警信息。消息队列服务用于接受边缘端设备发送的连接请求完成相应数据处理、存储。管理系统包括预警配置信息、LED屏展示信息、站点信息、发布模型文件功能。用户可以通过浏览器在地图上进行实时监测、预警信息查看；预警阈值配置、LED展示配置等操作。服务端管理系统还具备与边缘端相同的预警信息计算分析功能，在管理系统中部署模型运行、预警信息生成服务。
如附图1所示，本发明提供一种基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，包括以下步骤：
S1、终端层气象数据采集；
终端层采用设备直连方式采集至少包括传感器数据及图片数据的气象数据；传感器数据包括但不限于温度、降水、湿度气象数据；图片数据为终端周边环境和天气的360度监控图片气象数据。
S2、边缘计算层气象数据运算与加工；
具体包括步骤：
S21、边缘计算层通过RS485协议获取终端层气象传感器数据；
边缘端计算设备程序通过RS485协议获取气象传感器数据。本方法基于RS485协议定义了获取传感器的指令。边缘端计算设备程序通过协议会向传感器发送不同指令、气象传感器基于指令反馈相应数据，边缘计算层端计算设备程序通过协议获取对应的十六进制格式数据，再转换成十进制数据后，发送至对应的消息队列，供其他模块调用。下面介绍指令规则：
1、获取风速风向指令：
发送 C8 03 00 00 00 02 D5 92
响应 C8 03 04 00 64 01 54 E2 8F
解析响应码：如0x64表示风速为1.00m/s；如0x154表示风速为340°。
2、获取温度、湿度、气压指令：
发送 66 03 00 00 00 03 0D DC
响应 66 03 06 09 D0 17 7C 27 24 B1 8B
解析响应码：如0x09D0表示温度为25.12度；如0x177C表示湿度为60.12%；如0x2724表示气压为100.20kPa。
3、获取光照指令：
发送 CC 03 00 03 00 02 24 16
响应 CC 03 04 00 00 00 33 CRC 51
解析响应码：如 0X33 =51 ，光照= 51 Lux。
4、获取雨量指令：
读取：C9 03 00 00 00 02 D4 43
回复：C9 03 04 00 00 00 01 72 3F
上述数据均为16进制，下方运算前需转换为十进制。
解析响应码雨量为：（00 * 16777216 + 00*65536 + 00*256 + 01）/100 =0.01mm。
S22、边缘计算层通过网线连接、调用摄像头驱动程序获取图片数据；
边缘计算设备程序通过网线连接摄像头调用摄像头驱动程序获取图片，图片保存在对应消息队列主题，后台服务监听到图片消息后进行图片获取并保存。下面介绍获取图片的技术步骤：
第一步：初始化摄像头驱动程序SDK资源。
如附图4所示，边缘端设备程序进行摄像头驱动程序的SDK资源初始化，设置断线重连回调函数、网络参数等信息。
第二步：登录设备。
如附图5所示，边缘计算设备程序访问本地的摄像头网络IP地址，登录摄像头，按照流程进行设备登录。
第三步：调用抓图服务。
如附图6所示，边缘端计算程序按照步骤调用摄像头驱动程序SDK进行抓图。
S23、边缘计算层通过部署于本地的气象灾害性天气AI模型进行气象数据运算与加工，识别灾情性天气。边缘计算层使用的气象灾害性天气AI模型的发布与运行步骤具体为：
在算法服务器中采用不同的模型框架进行模型训练，将训练好的模型导出至onnx文件格式。Open Neural Network Exchange（ONNX，开放神经网络交换）格式，是一个用于表示深度学习模型的标准，可使模型在不同框架之间进行转移，用于存储训练好的模型。它使得不同的人工智能框架（如Pytorch, MXNet）可以采用相同格式存储模型数据并交互。通过以下步骤在边缘计算设备端运行气象业务模型：
第一步：通过服务器发送训练好的模型文件至对应主题【更新模型文件至边缘计算设备】。
第二步：边缘端计算设备程序通过主题获取模型文件，创建模型运行环境。
在边缘计算端设备安装ONNXRuntime引擎用于运行ONNX格式的机器学习模型，通过在java运行环境jvm中安装onnxruntime包，安装ONNX运行时环境。
第三步：设置模型运行参数。
程序创建会话对象，加载ONNX模型，查询会话以获取输入参数，将图片主题消息队列中的图片数据转换成数组，调用会话对象的预测函数，进行模型调用。
第四步：模型运行获取运行结果。
等待预测函数返回结果数据，将数据发送对应消息队列主题，主要分两个应用方向：1、LED发布预警模块自动监听数据，进行LED展示；2、管理系统监听该消息进行前端网页展示。
S3、通过云边端协同技术在边缘计算层LED屏幕、云服务层管理系统端进行气象灾情预警实时发布，具体为：
S31、通过云边端协同技术在边缘计算层LED屏幕进行气象灾情预警实时发布：
前端LED屏幕主要完成预警信息、实时监测数据展示。边缘端计算程序通过主题【更新LED展示配置指令至边缘计算设备】获取LED配置信息，设置LED展示区域与样式，再通过主题【LED屏展示消息主题】获取需要显示的数据进行信息动态展示，下面介绍边缘计算端设备程序基于LED屏驱动程序完成与LED屏的交互步骤。
第一步：与LED屏幕建立连接。
对控制器交互之前，需要先与控制器建立连接。
第二步：进行节目创建。
节目主要用于组合屏上显示的内容，它由多个区域组成。控制器同一时间只能播放一个节目，它是控制器显示内容可以单独更新的最小单位。
节目创建（将包括一个图文区和一个时间区）包括如下步骤：创建节目文件、创建图文区，并将其添加到节目中创建时间区。
1、创建节目文件，并设置了其边框属性。创建节目时需要传入两个参数。其中，第一个参数表示节目名称。其长度为4个字符，第一个字符必需为P，后三位为数字，例如P042。节目名称用于对节目进行唯一标识。第二个参数为显示屏属性。
2、创建图文区域控制器支持的区域有很多种，例如：图文区、时间区、传感器区等。其中，最常用的图文区（TextCaptionBxArea）。图文区可以用于显示文本和图片，文字或图片可以按数据页依次添加到区域中，每页数据均可设置特技方式，停留时间等属性。
3、创建时间区，时间区的创建过程大致如下：创建DateTimeBxArea对象设置各时间单元显示方式将DateTimeBxArea添加到节目中。
第三步：获取需要发布展示的数据，调用驱动接口进行展示。
LED驱动程序提供多组接口，可分为两类。一类为同步接口，一类为异步接口。同步接口发送时，会阻塞主线程。异步接口会新建一个线程来发送节目，不会阻塞主线同步接口包括：writeProgram(),writePrograms()。
异步接口包括：writeProgramAsync(),writeProgramsAsync()。
边缘计算程序监听到待发布数据队列中的数据消息，调用上述接口进行数据发布。
S32、通过云边端协同技术在云服务层管理系统端进行气象灾情预警实时发布：
边缘计算层与云服务层管理系统端之间采用5G通讯切片服务技术，实现边缘计算层与云端之间实现视频、监测数据不同类别数据的高效传输，将一个物理网络切割成多个虚拟的网络切片，每个虚拟网络切片具备不同的功能，面向低延时、大容量需求进行服务。
本发明发布方法还包括云服务层管理系统端在检测到边缘计算程序发生异常未向LED发送展示预警信息时，云服务层管理系统端会进行模型运行、预警信息生成，通过远程形式发送数据至展示数据队列进行数据展示，采用双备份形式保证系统能够进行不间断的气象信息预警发布。
本发明提供一种基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法中，应用如下技术：
一、云边端协同关键技术
如附图3所示，云边端协同采用MQTT通讯的关键技术，将MQTT代理服务作为气象传感器和感知设备管理节点之间的通信管道，负责接收传感器发送的数据，并将接收到的数据发送到已经订阅该数据的感知设备管理节点上。通过云边端协同技术实现不同传感器、边缘端与服务端之间实现实时异步消息传输，该传输模式的信息传输效率对比同步阻塞模式高，采用该方式可以使服务器处理消息能力随站点增加进行动态增加，从基础结构上支持动态扩容，保障系统的高扩展性。
云边端协同通讯方式是本方法的核心组成部分，通过构造一套全新的通讯方式，满足云边端的协同通讯需求。（云服务层的）服务器、（边缘计算层的）边缘计算设备、（终端层的）前端传感器，LED屏之间需要实现双向通讯。即服务端向客户端主动发送指令，客户端根据指令向服务端发送数据。前端设备采用普通的带宽服务，不需要特殊的专线服务，以无线或有线方式连接服务端完成双向通信。
随着端边集成一体化气象站点的增加，需满足动态增加服务端服务容量以匹配增加的气象站点连接需求。在进行动态扩容时，不影响已接入站点的通讯，在管理系统中可以看到新接入的站点信息，功能不发生变化。
为满足上述云边端协同通讯需求，采用MQTT技术构建基础通讯框架。MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议，它工作在TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议。在服务端部署MQTT代理服务，边缘计算端程序以长连接形式与代理服务建立连接。在日常项目中,大多的时候我们用的是短连接,一个请求过来,一个线程处理完该请求,线程被线程池回收,这个请求就关闭了。虽然这能满足很大部分的需求,但是也有些问题,比如说:如果客户端发的请求比较多,比较频繁,服务端就会忙于建立连接处理请求,由于服务端的线程数也有限,并发比较大的话有可能会造成服务端的崩溃。长连接解决上面的问题，提供了比较少的连接，一个线程可以处理多个连接。MQTT消息队列类比为每个通讯主体设置专属的收件箱与发件箱，每个通讯主体只需关注自身的收发件箱，实现去中心化的并发通讯机制。该通讯结构支持随着站点增加，服务端能力动态扩容的需求。通过复制不同的服务端代理程序，站点按照范围接入不同的代理程序，站点内部设备之间的通讯随着站点增加不受影响。需要通讯的主体包括边缘计算设备、LED屏、服务端三个。围绕该通讯主体按照功能需求，构建不同的消息队列。
接下来介绍该模型的通讯步骤：
第一步：在边缘计算设备上配置访问后台代理服务端的IP地址信息，边缘计算设备初次连接服务端，服务端会自动对该连接进行身份验证，验证通过后的边缘计算设备允许使用不同的消息队列服务。
第二步：边缘计算设备程序会监听不同主题的消息队列，一旦收到消息，程序会按照设定的步骤进行处理，如边缘计算设备程序会通过该步骤接受服务端发送的指令。
第三步服务器程序监听不同主题的消息队列，接收客户端发送的数据，按照设定的程序进行处理。
本方法定义主题消息队列命名格式采用前缀+站点ID+功能名称的命名形式，如更新告警设置的消息队列主题名称为meteorologica_001_upwarningset，其中meteorologica为前缀、001为站点编号、upwarningset为功能名称。
本方法定义了7个需要通讯的应用场景：
1、更新告警设置至边缘计算设备
服务端向边缘计算设备发送告警设置信息，边缘计算程序会监听该主题的消息队列，一旦获取到新消息，则对应程序开始处理。
2、更新LED展示配置至LED屏
服务端向边缘计算设备发送LED配置信息，边缘计算程序会监听该主题的消息队列，一旦获取到新消息，则对应程序开始处理。
3、更新模型文件至边缘计算设备
服务端向边缘计算设备发送模型文件，边缘计算程序会监听该主题的消息队列，一旦获取到新消息，则对应程序进行模型文件更新。
4、边缘计算设备发布监测数据至服务端
边缘计算程序向服务端发送监测数据，服务端程序会监听该主题的消息队列，一旦获取到新消息，则对应程序进行监测数据保存入库。
5、边缘计算设备读取摄像头图片
边缘计算程序采集到摄像头图片，向该主题的消息队列发送图片数据，部署在服务端的程序会监听该主题消息队列，进行监测图片信息获取与保存，同时运行模型模块程序监听该主题消息队列，一旦获取图片信息，则模型预测程序会获取输图片数据进行处理。
6、边缘计算设备发布预警信息至服务端
边缘计算设备向服务端发送预警数据，部署在服务端的程序会监听该主题消息队列，一旦有获取预警信息，预警信息模块获取预警数据进行保存。
7、LED屏展示消息主题
边缘计算设备程序向LED屏发送需要动态展示的信息。上述消息队列中传递的消息采用Json形式字符串，传递丰富信息内容。以下举例介绍告警配置信息消息格式：
二、5G+Iot快速预警信息发布关键技术
边缘计算设备与LED屏之间采用Zigbee物联网通讯协议技术，具有短距离、低功耗的特点，能提供更高的数据传输速率，同时由于网格配置降低了能耗效率，保证了信息发布不受运营商网络、平台故障的影响。
边缘计算设备与云服务之间采用5G通讯技术，其中核心特性切片服务能力保障了云端之间视频、监测数据的高效传输，具备将一个物理网络切割成多个虚拟的网络切片的特性，每个虚拟网络切片具备不同的功能特点，可以面向低延时、大容量等不同的需求进行服务。
边缘端计算设备内部程序高内聚、低耦合在最靠近数据源位置，开展数据采集、加工、发布，减少数据传输流程与缩短传输时间。数据采集：采用设备直连方式获取传感器数据、图片数据；数据加工：通过边缘端本地计算环境、模型运行环境进行数据运算与加工；数据发布：借助云边端协同技术在LED屏幕、管理系统端高效实时发布数据，达成局地主要气象灾害10秒内快速智能识别、10秒内气象应急预警发布的快速闭环。
终端层、边缘计算层硬件设备集成
 本方法通过搭建气象传感器、LED屏、摄像头、边缘计算设备等硬件设备集成结构，构造局地主要气象灾害10秒内快速智能识别、10秒内气象应急预警发布的快速闭环的前端装置----端边集成一体化气象站。硬件配置清单如下表1所示：
通过以上硬件设备集成，组装成便捷、易部署、美观大方的一体化气象站点，方便安装在需要气象监测的高速公路、港口码头等位置。
四、云服务层服务器端部署管理系统、消息队列代理服务。管理系统支持管理人员远程管理端边集成一体化气象站点，查实时监测与预警信息。消息队列代理服务用于接受边缘端设备发送的连接请求完成相应数据处理，保存至数据库。管理系统包括预警配置信息、LED屏展示信息、站点信息、发布模型文件功能。用户可以通过浏览器基于地图进行实时监测、预警信息查看；预警阈值远程配置、LED展示远程配置等操作。服务端管理系统承担预警信息备份计算功能，在管理系统中部署模型运行、预警信息生成服务。在检测到边缘计算程序异常未向LED发送展示预警信息同时，服务端会进行模型运行、预警信息生成。通过远程形式发送至LED展示数据队列进行数据展示，采用双备份形式保证系统能够进行不间断的气象信息预警发布。
本发明基于云边端协同的边缘计算和5G+IoT技术，实现预警快速发布一体化方案，构建端边集成一体化气象站，开展多种实时灾害性天气及灾情的视频图像AI智能识别，并借助5G、物联网组网通信技术，实现局地主要气象灾害10秒内快速智能识别、10秒内气象应急预警发布的高速应用闭环。
可选地，在本实施例中，本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取器（Random Access Memory，RAM）、磁盘或光盘等。
上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，其应用于云边端协同预警系统，其包括以下步骤：
S1、终端层气象数据采集；
S2、边缘计算层气象数据运算与加工；
S3、通过云边端协同技术在边缘计算层LED屏幕、云服务层管理系统端进行气象灾情预警实时发布。
2.根据权利要求1所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述步骤S1、终端层气象数据采集，具体为：
终端层采用设备直连方式采集至少包括传感器数据及图片数据的气象数据；所述传感器数据包括但不限于温度、降水、湿度气象数据；所述图片数据为终端周边环境和天气的360度监控图片气象数据。
3.根据权利要求1所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述步骤S2、边缘计算层气象数据运算与加工，具体包括步骤：
S21、边缘计算层通过RS485协议获取终端层气象传感器数据；
S22、边缘计算层通过网线连接、调用摄像头驱动程序获取图片数据；
S23、边缘计算层通过部署于本地的气象灾害性天气AI模型进行气象数据运算与加工，识别灾情性天气。
4.根据权利要求1所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述步骤S3、通过云边端协同技术在边缘计算层LED屏幕、云服务层管理系统端进行气象灾情预警实时发布，具体为：
S31、通过云边端协同技术在边缘计算层LED屏幕进行气象灾情预警实时发布，具体为：
S311、边缘计算层边缘计算设备借助IoT，采用Zigbee物联网通讯协议技术与LED屏幕建立连接；
S312、边缘计算层进行节目创建；
S313、边缘计算层获取需要发布展示的数据，调用驱动接口在边缘计算层LED屏幕进行展示；
S32、通过云边端协同技术在云服务层管理系统端进行气象灾情预警实时发布，具体为：
边缘计算层与云服务层管理系统端之间采用5G通讯切片服务技术，实现边缘计算层与云端之间视频、监测数据的高效传输，将一个物理网络切割成多个虚拟的网络切片，每个虚拟网络切片具备不同的功能，面向低延时、大容量需求进行服务。
5.根据权利要求1所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述步骤S3中云边端协同技术具体为：
云边端协同技术采用MQTT技术构建基础通讯框架，将MQTT代理作为终端层气象传感器设备和边缘计算层、云服务层的感知设备管理节点之间的通信管道，负责接收终端层设备发送的数据，并将接收到的数据发送到已经订阅MQTT代理的感知设备管理节点上，通过云边端协同技术实现终端层、边缘计算层、云服务层不同设备主体、边缘计算层端与云服务层服务端之间的实时异步消息传输。
6.根据权利要求1所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述步骤S3中云边端协同技术的通讯步骤如下：
P1、在边缘计算层设备上配置访问后台代理服务端的IP地址信息，边缘计算层设备初次连接云服务层服务端，服务端自动对该连接进行身份验证，验证通过后的边缘计算层设备允许使用不同的消息队列服务；
P2、边缘计算层设备程序监听不同主题的消息队列，一旦收到消息，程序按照预先设定的步骤进行处理；
P3、云服务层服务器程序监听不同主题的消息队列，接收客户端发送的数据，按照设定的程序进行处理。
7.根据权利要求3所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述步骤S23中边缘计算层使用的气象灾害性天气AI模型的发布与运行步骤具体为：
W1、云服务层通过服务器发送训练好的模型文件至对应主题“更新模型文件至边缘计算设备”；
W2、边缘计算层设备程序通过所述对应主题获取模型文件，创建模型运行环境；
W3、边缘计算层设备程序创建会话对象，加载模型，查询会话以获取输入参数，将图片主题消息队列中的图片数据转换成数组，调用会话对象的预测函数，进行模型调用；
W4、模型运行获取预测函数返回结果数据，将数据发送对应消息队列主题，包括LED发布预警模块自动监听数据进行LED展示及管理系统监听该消息进行前端网页展示。
8.根据权利要求1所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述发布方法还包括云服务层管理系统端在检测到边缘计算层程序异常未向LED发送展示预警信息时，云服务层管理系统端会进行模型运行、预警信息生成，并通过远程形式发送至LED展示数据队列进行数据展示，采用双备份形式保证系统能够进行不间断的气象信息预警发布。
9.根据权利要求1所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述云边端协同预警系统由端边集成一体化气象站及云端服务器组成。
10.根据权利要求9所述的基于5G+IOT的局地灾害性天气预警物联网发布方法，其特征在于，所述端边集成一体化气象站由终端层及边缘计算层一体集成，终端层包括多个气象监测传感器及5G摄像头，边缘计算层包括边缘计算设备及LED屏。
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