一种基于边缘计算节点的城市交通监测系统及部署方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于边缘计算节点的城市交通监测系统及部署方法，部署方法包括以下步骤：将待部署的城市交通按预设条件划分为若干网格，统计每个网格中的交通路段平均通行流量；根据所述每个网格确定第一边缘节点的部署位置；根据所述第一边缘节点的部署位置以及所述每个网格中的交通路段平均通行流量构建距离矩阵和交通流量矩阵；根据所述距离矩阵和所述交通流量矩阵设置目标函数和约束条件；对所述目标函数和所述约束条件进行编程求解，得到第二边缘节点的部署位置。本发明专利技术的城市交通部署方法通过求解最优化模型，得到了在最小化第一边缘节点部署数量的基础上，保证最低服务质量，降低了城市交通中边缘节点的部署成本。

A Urban Traffic Monitoring System and Deployment Method Based on Edge Computing Node

The present invention relates to a urban traffic monitoring system and deployment method based on edge computing nodes. The deployment method includes the following steps: dividing the urban traffic to be deployed into several grids according to the preset conditions, counting the average traffic flow of each grid section; determining the deployment position of the first edge node according to each grid; and according to the part of the first edge node. Deployment location and average traffic flow in each grid are used to construct distance matrix and traffic flow matrix; objective function and constraints are set according to the distance matrix and the traffic flow matrix; and the objective function and constraints are solved by programming to obtain the deployment location of the second edge node. By solving the optimization model, the urban traffic deployment method of the present invention obtains the minimum quality of service and reduces the deployment cost of the edge nodes in urban traffic on the basis of minimizing the deployment number of the first edge nodes.

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算节点的城市交通监测系统及部署方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于边缘计算节点的城市交通监测系统及部署方法。
技术介绍
随着我国的经济水平的持续增长和城市化进程的加快，汽车在日常生活中的角色越来越重要。随着汽车数量的骤增，引发了一系列的城市交通问题，如私人交通工具泛滥直接导致城市道路交通拥塞、交通事故增多、公共交通衰落等。交通拥塞问题已经成为制约我国各大城市经济发展和人民生活质量提高的主要瓶颈。对城市交通状况进行实时监测可以为城市交通管理部门进行合理的分流措施提供数据支持，还可以为驾驶员的路径选择提供预警信息，从而降低城市交通拥塞的程度。目前车辆一般从云服务器获取交通信息，且只能获取部分路段的交通信息，这种局部的交通状况信息对于缓解城市交通和减少出行时间上并不能提供有效的帮助；只有在全局的交通状况信息下，城市交通部门才能制定合理的交通管制措施，驾驶人员也才能合理的规划路径。且随着车辆数量的增加，云服务器的压力也越来越大，边缘计算应运而生。通过在城市中部署边缘节点，每个边缘节点都监测某个区域的交通状况，再通过边缘节点间的数据同步就可以对整个城市的交通状况实现监测。车辆在任意一个边缘节点覆盖范围内都可以获得整个城市的交通信息，同时也减小了云服务器的压力，提升了服务质量；N.HMotlagh等在2016年提出了使用无人机作为边缘计算节点，该方法通过线性规划的方式来优化无人机的能耗和运行时间；BauzaR等利用车辆间的群智感知和模糊逻辑来估计交通拥塞情况。无人机作为边缘计算节点的方式带来的缺点是：无人机本身需要消耗大量的能源，如果再给无人机添加计算的功能，其功耗将会变得无比巨大。且无人机造价成本高，受到天气等因素的影响严重；利用车辆间的群智感知和模糊逻辑来估计交通拥塞情况的这种方法只能获取某个路段的交通信息状况，对于整体的交通情况无法得到，不能规划合理的路线来减少拥堵时间，提升驾乘体验。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于边缘计算节点的城市交通监测系统及部署方法，本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种基于边缘计算节点的城市交通部署方法，包括以下步骤：将待部署的城市交通按预设条件划分为若干网格，统计每个网格中的交通路段平均通行流量；根据所述每个网格确定第一边缘节点的部署位置；根据所述第一边缘节点的部署位置以及所述每个网格中的交通路段平均通行流量构建距离矩阵和交通流量矩阵；根据所述距离矩阵和所述交通流量矩阵设置目标函数和约束条件；对所述目标函数和所述约束条件进行编程求解，得到第二边缘节点。在本专利技术的一个实施例中，根据所述每个网格确定其边缘节点的部署位置，包括：获取所述每个网格中所有的交通路段；确定所述交通路段的中心坐标；在所述每个网格中找到距离所述中心坐标最短的位置，作为第一边缘节点的部署位置。在本专利技术的一个实施例中，所述目标函数为：其中，rj为区域判断矩阵，rj为0时表示不部署所述第二边缘节点，rj为1时表示部署所述第二边缘节点，j表示节点。在本专利技术的一个实施例中，所述约束条件包括：所述第二边缘节点范围内的区域距离小于其覆盖半径，且所述第二边缘节点所管理的流量总数小于或等于所述第二边缘节点的最大服务数量，且所述每个网格对应的所述第二边缘节点的数量等于1，且所述第二边缘节点所覆盖的网格数量大于或等于1。在本专利技术的一个实施例中，所述第二边缘节点范围内的区域距离的计算公式为：L＝pijxij其中，pij表示所述距离矩阵，xij表示网格判断矩阵，xij为0表示网格不被所述第二边缘节点覆盖，xij为1表示所述网格被所述第二边缘节点覆盖，i表示所述网格，j表示所述节点。在本专利技术的一个实施例中，所述第二边缘节点所管理的流量总数的计算公式为：其中，xij表示网格判断矩阵，Ci表示所述交通流量矩阵，n为网格数量。在本专利技术的一个实施例中，对所述目标函数和所述约束条件进行编程求解，得到第二边缘节点，包括：利用数据处理软件Matlab或Lingo对所述目标函数和所述约束条件进行编程求解，得到所述第二边缘节点。本专利技术的另一个实施例提供了一种基于边缘计算节点的城市交通监测系统，包括：若干局部交通监测模块，用于采集不同区域的交通数据；第二边缘节点获取模块，用于根据上述任一实施例所述的方法获取第二边缘节点；所述第二边缘节点，用于接收所述交通数据并进行计算分析，得到局部交通信息；云服务器，用于接收所述局部区域交通信息并进行存储和整合，并反馈给所述第二边缘节点。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术提供的城市交通部署方法实现了对整个城市交通状况的监测，为交通管理部门进行交通控制、驾驶人员合理规划行进线路提供了数据支持，有利于缓解城市交通的拥塞情况；2.本专利技术的城市交通部署方法通过求解最优化模型，得到了在最小化第一边缘节点部署数量的基础上，保证最低服务质量，降低了城市交通中边缘节点的部署成本；3.本专利技术的城市交通检测系统通过第二边缘节点模块来实现对城市局部交通状况的监测，通过节点间的数据同步来实现对全局的交通状况进行监测，该系统既减轻了云服务的压力，同时也保证了服务质量。附图说明图1为一种基于边缘计算节点的城市交通部署方法的流程示意图；图2为一种基于边缘计算节点的城市交通监测系统的结构示意图；图3为另一种基于边缘计算节点的城市交通监测系统的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为一种基于边缘计算节点的城市交通部署方法的流程示意图。一种基于边缘计算节点的城市交通部署方法，包括以下步骤：步骤(a)：将待部署的城市交通按预设条件划分为若干网格，统计每个网格中的交通路段平均通行流量。将待部署的城市交通按设定的面积划分为若干网格，例如，以500米为单位，将待部署的城市交通按照500×500的网格进行划分，统计每个网格中的交通路段平均通行的车辆数，如果该网格中没有交通路段，则将此网格移除。进一步地，将城市分为n个网格，将每个网格当成一个点，一般情况下，这n个点都可以部署第一边缘节点。步骤(b)：根据每个网格确定第一边缘节点的部署位置。第一边缘节点进行部署的原则是对应网格中的路段到该网格中部署边缘节点的距离最小，以保证服务质量。需要说明的是，在边缘计算中，一般会部署边缘计算服务器，这个服务器被称为边缘节点。进一步地，步骤(b)可以包括以下步骤：步骤(b1)：获取每个网格中所有的交通路段。步骤(b2)：确定交通路段的中心坐标。步骤(b3)：在每个网格中找到距离中心坐标最短的位置，作为第一边缘节点的部署位置。需要说明的是，第一边缘节点指的是一个网格中位置最优的边缘节点。步骤(c)：根据第一边缘节点的部署位置以及每个网格中的交通路段平均通行流量构建距离矩阵和交通流量矩阵。建立各个网格之间可部署第一边缘节点位置之间的距离矩阵Pij和每个网格中统计的交通流量矩阵Ci，其中，i表示网格，j表示节点。步骤(d)：根据距离矩阵和交通流量矩阵设置目标函数和约束条件。本专利技术实施例利用目标函数和约束条件构建了一个优化模型，利用该优化模型对第一边缘节点的数量和位置进行优化，得到最优数量和位置的第二边缘节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘计算节点的城市交通部署方法，其特征在于，包括以下步骤：将待部署的城市交通按预设条件划分为若干网格，统计每个网格中的交通路段平均通行流量；根据所述每个网格确定第一边缘节点的部署位置；根据所述第一边缘节点的部署位置以及所述每个网格中的交通路段平均通行流量构建距离矩阵和交通流量矩阵；根据所述距离矩阵和所述交通流量矩阵设置目标函数和约束条件；对所述目标函数和所述约束条件进行编程求解，得到第二边缘节点。

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算节点的城市交通部署方法，其特征在于，包括以下步骤：将待部署的城市交通按预设条件划分为若干网格，统计每个网格中的交通路段平均通行流量；根据所述每个网格确定第一边缘节点的部署位置；根据所述第一边缘节点的部署位置以及所述每个网格中的交通路段平均通行流量构建距离矩阵和交通流量矩阵；根据所述距离矩阵和所述交通流量矩阵设置目标函数和约束条件；对所述目标函数和所述约束条件进行编程求解，得到第二边缘节点。2.根据权利要求1所述的基于边缘计算节点的城市交通部署方法，其特征在于，根据所述每个网格确定其边缘节点的部署位置，包括：获取所述每个网格中所有的交通路段；确定所述交通路段的中心坐标；在所述每个网格中找到距离所述中心坐标最短的位置，作为第一边缘节点的部署位置。3.根据权利要求1所述的基于边缘计算节点的城市交通部署方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，rj为区域判断矩阵，rj为0时表示不部署所述第二边缘节点，rj为1时表示部署所述第二边缘节点，j表示节点。4.根据权利要求1所述的基于边缘计算节点的城市交通部署方法，其特征在于，所述约束条件包括：所述第二边缘节点范围内的区域距离小于其覆盖半径，且所述第二边缘节点所管理的流量总数小于或等于所述第二边缘节点的最大服务数量，且所述每个网格对应的所述第二边缘节点的数量等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，惠强，吕宁，裴庆祺，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61