基于边缘计算的高速公路车辆实时管控方法及系统与流程

本发明涉及高速公路管控，尤其涉及一种基于边缘计算的高速公路车辆实时管控方法及系统。

背景技术：

1、在现代交通系统中，如在高速公路上，实时监控和管理车辆状态对于保障交通安全、缓解交通拥堵、提升道路使用效率具有重要意义。随着交通流量的增加和驾驶环境的复杂化，传统的中央处理方式面临着数据处理延迟高、无法实时响应交通状况变化等挑战。因此，急需一种能够快速响应、处理大量实时数据的交通监控系统。

2、传统的交通监控系统通常依赖于中央服务器进行数据处理，这意味着从车辆和道路传感器收集的所有数据都需要发送到远程服务器上进行分析和处理。这种架构在处理实时数据时，由于网络传输延迟和中央处理节点的数据处理瓶颈，难以满足高速公路交通管理对实时性的要求。此外，中央处理方式还存在资源利用不均、无法根据交通状况动态调整资源分配的问题，这进一步限制了系统的效率和响应能力。

3、我国发明专利“一种基于边缘计算的高速公路车辆实时管控方法”，申请号：“cn202110812044.4”，主要包括：s1：构建高速公路车辆实时管控系统，在高速公路上间隔额定距离设置一组管控单元；s2：管控单元实时监测高速公路不同断面区域的车辆行驶速度，判断不同断面区域的道路交通状态，通过边缘计算获得建议车速；s3：每组管控单元在高速公路上方分别对应发布不同车道的建议车速。通过实时监控不同断面区域计算建议车速，在高速公路上方分别对应发布不同车道的建议车速，与车辆通信指引变速与变道，完善诱导信息发布途径。

4、但上述技术至少存在如下技术问题：在对基于边缘计算的高速公路车辆实时管控时数据准确性和可靠性较低以及管控效率较低的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于边缘计算的高速公路车辆实时管控方法及系统，解决了在对基于边缘计算的高速公路车辆实时管控时数据准确性和可靠性较低以及管控效率较低的技术问题。

2、本发明的一种基于边缘计算的高速公路车辆实时管控方法及系统，具体包括以下技术方案：

3、一种基于边缘计算的高速公路车辆实时管控方法，包括以下步骤：

4、s1. 在高速公路的关键位置部署边缘节点，并引入动态边缘布局优化算法，动态调整边缘节点的部署，收集车辆数据；基于车辆数据获得每个边缘节点的交通状况，基于边缘节点的交通状况动态调整资源以进行资源分配；

5、s2. 在资源分配完成后，对车辆数据在边缘节点上实施数据处理，得到车辆边缘数据；构建车辆状态评估模型，分析车辆边缘数据，得到车辆状态量化参数；具体模型构建如下：

6、，

7、其中，为车辆边缘数据；是环境状态信息集合；是交通流量信息集合；表示道路状况信息集合；表示车辆状态量化参数；

8、基于车辆状态量化参数给出车辆行驶建议，实时管控高速公路车辆。

9、优选的，所述s1，具体包括：

10、所述动态边缘布局优化算法的具体实现过程如下：

11、第一步，定义关键位置集合；

12、第二步，初始边缘节点部署评估；

13、第三步，量化当前部署方案的覆盖效率，利用覆盖效率公式计算：

14、，

15、其中，表示覆盖效率；是区域重要性权重；表示每个区域的车流量密度；表示衰减参数；是关键位置与边缘节点之间的距离；是关键位置的位置坐标；是边缘节点位置坐标；是边缘节点处理能力；是关键位置的总数；是边缘节点的总数；

16、第四步，动态调整边缘节点布局；

17、第五步，迭代第三步和第四步直至收敛。

18、优选的，所述s2，具体包括：

19、在对车辆数据在边缘节点上实施数据处理的过程中，首先，对车辆数据进行预处理，并创建综合数据集；进一步，对综合数据集进行数据校准。

20、优选的，在所述s2，还包括：

21、在对综合数据集进行数据校准的过程中，引入多维智能校准算法，具体实现过程如下：

22、引入时间同步优化算法对综合数据集进行时间戳的校正与初步时间偏差计算，对于第个数据点，计算其时间戳与参考时间戳之间的初步时间偏差：

23、，

24、其中，是第个数据点的初步时间偏差；

25、引入校正系数来校正时间戳；

26、，

27、其中，是校正后的时间戳；

28、基于校正后的时间戳，进行时间戳同步；

29、引入空间校正映射算法对时间同步后的数据的位置信息进行位置校准，具体公式为：

30、，

31、其中，是原始空间偏差，是基于地图数据校准标准测得的偏差修正量；是空间校正系数；是校准后的车辆位置；是原有的车俩位置。

32、优选的，在所述s2，还包括：

33、在对车辆边缘数据进行分析的过程中，对车辆边缘数据进行数据交换；基于数据交换后的车辆边缘数据，得到车辆状态量化参数。

34、优选的，在所述s2，还包括：

35、在对车辆边缘数据进行数据交换的过程中，计算车辆边缘数据的信息增益，基于得到的信息增益，选择信息增益高的车辆边缘数据构成数据集，得到数据交换后的车辆边缘数据集。

36、一种基于边缘计算的高速公路车辆实时管控系统，应用于上述的基于边缘计算的高速公路车辆实时管控方法，包括以下部分：

37、边缘节点部署模块，边缘数据获取模块，动态资源分配模块，边缘数据处理模块，车辆状态分析模块，智能管控模块；

38、所述边缘节点部署模块，用于在高速公路的关键位置部署边缘节点；关键位置包括出入口、重要交汇点以及易发生拥堵的区域，为边缘数据获取模块提供依据；

39、所述边缘数据获取模块，用于在边缘节点部署完成后，利用数据收集装置收集车辆数据，并将车辆数据发送至边缘数据处理模块；同时基于车辆数据，获得每个边缘节点的交通状况，并将边缘节点的交通状况发送给动态资源分配模块；

40、所述动态资源分配模块，用于根据当前边缘节点的交通状况动态调整资源以进行资源分配，响应紧急情况，为边缘数据处理模块提供处理条件；

41、所述边缘数据处理模块，用于在资源分配完成后，对车辆数据在边缘节点上实施数据预处理和校准处理，得到车辆边缘数据，并将车辆边缘数据发送至车辆状态分析模块；

42、所述车辆状态分析模块，用于构建车辆状态评估模型，并对车辆边缘数据进行分析，得到车辆状态量化参数，并将车辆状态量化参数发送至智能管控模块；

43、所述智能管控模块，基于车辆状态量化参数，给出车辆行驶建议，实时管控高速公路车辆。

44、本发明的技术方案的有益效果是：

45、1、本发明通过在高速公路的关键位置部署边缘节点，并基于实时车辆数据动态调整计算资源，能够确保数据在产生地点附近就被处理，减少了数据传输时间和延迟，提高了数据处理的实时性和准确性；利用动态边缘布局优化算法，结合关键位置的交通流量密度和重要性权重，能够动态调整节点布局和计算资源，确保计算资源被有效分配到需求更高的区域，从而提高整个系统的效率和响应能力。

46、2、本发明通过采用多维智能校准算法对收集的车辆数据进行精准的时间和空间校准，确保了数据的准确性和可靠性，对后续的数据分析和车辆状态评估至关重要，为做出准确的车辆行驶建议提供了坚实的数据基础；通过构建车辆状态评估模型，对准确的车辆边缘数据进行模型分析，得到车辆状态量化参数，进而能够基于这些参数提出实时的车辆行驶建议，能够帮助管理者实现更高效、更科学的交通管控，优化交通流量，减少交通拥堵。