一种基于智慧灯杆边缘计算网关的道路监测系统及监测方法

1.本发明属于信息技术领域，具体涉及一种基于智慧灯杆边缘计算网关的道路监测系统及监测方法。


背景技术：

2.汽车碳排放占我国交通领域碳排放80％以上，占全社会碳排放7.5％左右，目前，城市道路汽车、公共汽车、出租车、货车和其他类型车辆一般通过主管部门年报数据、城市统计年鉴，城市交通能耗测算，各类能源消耗，结合汽车保有量和排放系数估算碳排放。但由于城市多样性和统计数据不完备性，不能真实反映城市道路交通的碳排放量。


技术实现要素：

3.技术问题：针对现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于智慧灯杆边缘计算网关的道路监测系统和监测方法对道路上车辆碳排放进行计算，降低监测成本，减少云端压力。
4.技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
5.一种基于智慧灯杆边缘计算网关的道路监测系统，包括云端服务器和多个设置于所述灯杆上的边缘计算网关，所述边缘计算网关包括采集模块、数据处理模块、微处理器、存储模块、碳排放模块和数据传输模块；
6.所述采集模块包括设置在所述灯杆上的摄像装置和测速装置，所述摄像装置用于采集所述灯杆前的车辆图像，所述测速装置用于采集所述灯杆前的车辆车速。
7.所述数据处理模块对所述摄像装置采集的车辆图像进行识别，得到所述车辆的车牌号数据，并对测速装置采集的车辆车速进行处理得到车速数据；
8.所述微处理器用于接收所述数据处理模块发送的数据并根据预设程序将数据分析处理后发送到存储模块；
9.所述存储模块用于接收所述微处理器发送的数据，并接收所述摄像装置采集的车辆图像和测速装置采集的车辆车速进行存储；
10.所述碳排放模块与所述存储模块连接，用于获取车牌号数据和车速数据并发送到数据传输模块；
11.所述数据传输模块与所述碳排放模块连接，用于将数据发送至云端服务器并从云端服务器接收数据；
12.所述云端服务器包括车辆信息数据库和中心处理器，所述中心处理器接收多个边缘计算网关的碳排放模块数据并从所述车辆信息数据库获取与所述车牌号对应的车辆信息，计算所述车辆的碳排放。
13.优选的，所述边缘计算网关还包括灯杆信息模块，所述灯杆信息模块用于设置边缘计算网关所在灯杆的位置数据和时间数据，并将位置数据和时间数据发送到微处理器。
14.优选的，所述云端服务器还包括道路数据库，所述道路数据库包括所述多个灯杆
所在区域的道路数据。
15.优选的，所述边缘计算网关还包括与存储模块和数据传输模块分别连接的交通模块，所述交通模块用于从存储模块进行搜寻车牌号数据、速度数据。
16.优选的，所述边缘计算网关还包括与存储模块和数据传输模块分别连接的治安模块，所述治安模块用于从存储模块数据搜索车牌号数据并关联车辆图像。
17.优选的，所述数据传输模块还包括、usb接口、lan接口、wan接口和无线模块。
18.本发明还提供了一种基于智慧灯杆边缘计算网关的道路监测方法，在每个灯杆处采集经过灯杆车辆的车辆图像，并采集车辆的车速；
19.处理车辆图像和车速，利用车牌识别软件对车辆图像进行识别，得到车辆的车牌号数据，将车辆的车速转换为微处理器能够处理的速度数据；
20.将灯杆的位置数据和时间数据发送到微处理器，所述位置数据包括海拔数据和坐标数据，微处理器将灯杆的位置数据和时间数据与车牌号数据和速度数据进行处理后将处理后的数据发送到存储模块进行存储；
21.存储模块同时接收车辆原始的车辆图像和原始的车速进行存储，并与微处理器处理后的数据进行关联；
22.当需要车辆的碳排放监测时，将存储模块中的车牌号数据、速度数据、位置数据和时间数据通过数据传输模块发送到云端服务器，云端服务器根据车牌号数据从车辆信息数据库中获得车辆信息，车辆信息包括车辆碳排放初始数据，云端服务器根据多个灯杆的位置数据和时间数据，结合道路数据获得车辆在两个灯杆之间的阶段里程，云端服务器根据车辆碳排放初始数据，并结合所述阶段里程内的速度数据，得到所述阶段里程内的车辆碳排放数据，当需要计算单台车辆在区域内的碳排放数据时，将所有阶段里程内的此车辆碳排放数据相加得到此车辆的碳排放数据；当需要计算阶段时间内区域的所有车辆的碳排放数据时，通过时间数据划分阶段时间，将阶段时间内在所述阶段里程内的所有车辆的车辆碳排放数据相加得到此阶段时间和阶段里程内的所有车辆碳排放数据，将区域内此阶段时间的所有阶段里程的碳排放数据相加得到此阶段时间内区域的所有车辆的碳排放数据。
23.优选的，当需要交通监测时，将存储模块中的车牌号数据、速度数据、位置数据和时间数据进行分析，计算车辆是否超速违章以及在每个灯杆处交通拥挤情况，并通过数据传输模块发送到云端服务器。
24.优选的，当需要治安监测时，将存储模块中的车牌号数据、速度数据、位置数据和时间数据通过数据传输模块发送到云端服务器，云端服务器根据接收的搜索车牌指令对车牌号数据进行检索，当匹配到与搜索车牌相同或相似的车牌号数据时，将所在灯杆的位置数据和时间数据发送到云端服务器，并关联存储模块内原始车辆图像供云端服务器调用。
25.有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、通过在灯杆处的边缘计算网关设置采集模块、数据处理模块、微处理器、存储模块、碳排放模块等模块，以灯杆为分界点对过往车辆进行数据采集和处理，本地实时智能处理，降低云端服务器计算压力，云端服务器结合车辆信息对每个车辆碳排放进行计算，区域道路上整体碳排放计算贴合实际情况，真实地反映了城市道路交通的碳排放量；2、碳排放计算以灯杆到灯杆为最小单位，结合道路信息，既能计算单台车辆在区域内任一阶段的碳排放量，也可以计算在固定时间区域内的所有车辆的碳排放量；3、结合灯杆海拔数据和车速数据，在车辆碳排放初始数据基础上
进行修正，贴合实际情况，计算碳排放量更准确；4、将处理后的数据传输到云端，处理后的数据占用空间极小，减少从网关到云端的数据流量，缓解流量压力；5、设置交通模块，为智能交通监测提供硬件基础和数据基础，硬件和数据共用，降低成本；6、设置治安模块，降低职能部门对道路车辆采集视频排查的工作量，提高排查效率。
附图说明
26.图1是本发明系统结构示意图；
27.图2是本发明方法实施场景图。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
29.如图1和图2所示，一种基于智慧灯杆边缘计算网关的道路监测系统，包括云端服务器和边缘计算网关，边缘计算网关设置在道路两旁的灯杆上，通过有线或无线的方式与云端服务器连接，从而对此区域内进行监测，边缘计算网关包括采集模块、数据处理模块、微处理器、存储模块、碳排放模块、灯杆信息模块、交通模块、治安模块和数据传输模块；
30.采集模块包括的摄像装置和测速装置，摄像装置采用带摄像头的摄像机，测速装置采用带雷达头的测速雷达，摄像头和雷达头设置在灯杆的横杆上，摄像机采集灯杆前的车辆图像，测速雷达测量灯杆前的车辆车速。
31.数据处理模块内置有现有的车牌识别软件，通过对摄像装置采集的车辆图像进行分析识别，得到车辆的车牌号数据，从而将车辆图像这种占用空间极大的视频数据转换为占用空间极小的文本数据，处理模块设有测速雷达的数据处理软件，将采集的车辆车速进行处理得到车速数据，车速数据也可以是占用空间极小的文本数据；
32.微处理器接收数据处理模块发送的车牌号数据和车速数据，并根据预设程序将车牌号数据和车速数据进行关联、计数、分类，并将处理后的数据发送到存储模块；对超出程序设定的车速或程序内已标记的车牌号还可以将相关数据通过数据传输模块发送到云端服务器，供交通或治安等相关职能部门调用。
33.存储模块接收微处理器发送的数据，并接收摄像装置采集的车辆图像和测速装置采集的车辆车速进行存储，微处理器处理后的数据是占用空间极小的文本数据，其与摄像装置采集的车辆图像和测速装置采集的车辆车速的占用空间大的数据进行关联，存储模块采用现有硬盘可进行阶段时间的数据循环覆盖，车辆图像和车速这种占用空间大的数据可以根据硬盘大小设置成留存3个月或半年删除，车牌号数据和车速数据这种占用空间小的文本数据，可设置成留存5年或10年再删除；
34.灯杆信息模块用于设置边缘计算网关所在灯杆的位置数据和时间数据，位置数据包括海拔数据和坐标数据，时间数据是灯杆所在地的时间，在边缘计算网关安装在灯杆上时，根据灯杆所在处的海拔和地理位置坐标在设置好海拔和坐标，灯杆信息模块将位置数据和时间数据发送到微处理器，通过微处理器处理后与车牌号数据和车速数据进行关联并储存到存储模块。
35.碳排放模块与存储模块连接，碳排放模块获取车牌号数据和车速数据，同时获取
关联的灯杆位置数据和时间数据，将这些数据通过数据传输模块发送到云端服务器，供碳排放监测使用；
36.交通模块用于从存储模块搜寻车牌号数据、速度数据，同时获取关联的灯杆位置数据和时间数据，将这些数据通过数据传输模块发送到云端服务器，供交通监测使用；
37.治安模块，所述治安模块用于从存储模块数据搜索车牌号数据并关联车辆图像，同时获取关联的灯杆位置数据和时间数据，将这些数据通过数据传输模块发送到云端服务器，供治安监测使用
38.数据传输模块与碳排放模块连接，用于将数据发送至云端服务器并从云端服务器接收数据，数据传输模块上设有usb接口、lan接口、wan接口和无线模块，可以通过5g、4g、3g、wifi、有线方式入网；
39.云端服务器包括车辆信息数据库、道路数据库和中心处理器，车辆信息数据库与车管所等管理部门联网，库内含有车辆信息，车辆信息包括车的发动机排量、年限、品牌、百公里油耗等信息，道路数据库包括多个灯杆所在区域的道路数据，用来结合灯杆位置数据和时间数据，计算车辆的行驶里程，中心处理器通过数据传输模块与边缘计算网关连接，用来接收数据并处理，同时云端服务器还与pc端、移动端连接，用来将数据发送到pc端、移动端并从pc端、移动端接收指令经过处理后发送到边缘计算网关。
40.计算车辆的碳排放时通过接收多个边缘计算网关的数据并从车辆信息数据库获取与车牌号对应的车辆信息，根据车辆信息对应的车辆碳排放原始数据，例如：一辆排量为1.6l的轿车，平均百公里油耗是8升，每公里平均碳排放量为0.2kg，通过车辆行驶的里程和车速，设置计算公式来计算车辆的碳排放。
41.本发明实施例还提供了一种应用于上述基于智慧灯杆边缘计算网关系统的监测方法，在每个灯杆处通过采集模块采集经过灯杆车辆的车辆图像，并采集车辆的车速；
42.数据处理模块处理车辆图像和车速，利用车牌识别软件对车辆图像进行识别，得到车辆的车牌号数据，将车辆的车速转换为微处理器能够处理的速度数据；
43.数据处理模块将灯杆的位置数据和时间数据发送到微处理器，位置数据包括海拔数据和坐标数据，微处理器将灯杆的位置数据和时间数据与车牌号数据和速度数据进行处理后将处理后的数据发送到存储模块进行存储；
44.存储模块同时接收车辆原始的车辆图像和原始的车速进行存储，并与微处理器处理后的数据进行关联；
45.当需要对轿车66进行碳排放监测时(如图2所示)，将存储模块中轿车66的车牌号数据和速度数据以及灯杆101、灯杆102、灯杆103、灯杆104的位置数据和时间数据通过数据传输模块发送到云端服务器，云端服务器根据轿车66的车牌号数据从车辆信息数据库中获得轿车66的车辆信息，车辆信息包括车辆碳排放初始数据，云端服务器根据多个灯杆的位置数据和时间数据，结合道路数据获得车辆在两个灯杆之间的阶段里程d1，云端服务器根据轿车66的碳排放初始数据，并结合阶段里程d1内轿车66的速度数据，得到阶段里程d1内轿车66的碳排放数据，同理可计算轿车66在阶段里程d2和阶段里程d3内的碳排放数据，其中在计算轿车66在阶段里程d2时，阶段里程d2是上坡，需要将灯杆102和灯杆103的海拔数据引入对碳排放数据进行修正，使其更贴近实际的碳排放数据，当需要计算轿车66在区域d内的碳排放数据时，将阶段里程d1、阶段里程d2和阶段里程d3内轿车66的碳排放数据相加
得到轿车66的碳排放数据；当需要计算阶段时间(例如早上八点到中午12点这四个小时)内区域d的所有车辆的碳排放数据时，通过时间数据在边缘计算网关内划分阶段时间(0800-1200，即早八点到中午12点)，将阶段时间(0800-1200)内在阶段里程d1内的所有车辆(轿车66和轿车77)的车辆碳排放数据相加得到阶段时间(0800-1200)和阶段里程d1内的所有车辆碳排放数据，同理可计算阶段里程d2和阶段里程d3的数据，将区域d内此阶段时间(0800-1200)的所有阶段里程(阶段里程d1、阶段里程d2、阶段里程d3)的碳排放数据相加得到此阶段时间(0800-1200)内区域d的所有车辆的碳排放数据。
46.当需要交通监测时，将存储模块中的车牌号数据、速度数据、位置数据和时间数据进行分析，交通模块根据预设的程序计算车辆是否超速违章以及在每个灯杆处交通拥挤情况，通过数据传输模块发送到云端服务器。
47.当需要治安监测时，将存储模块中的车牌号数据、速度数据、位置数据和时间数据通过数据传输模块发送到云端服务器，云端服务器根据pc端操作进行治安排查，例如轿车77是涉案车辆需要对其进行排查，云端服务器根据接收的搜索轿车77车牌指令对轿车77的车牌号数据进行检索，当匹配到与搜索车牌相同或相似的车牌号数据时，将所在灯杆(灯杆101－灯杆104)的位置数据和时间数据发送到云端服务器，并关联存储模块内原始车辆图像供云端服务器调用，由于车牌号数据、速度数据、位置数据和时间数据是文本数据，占用通信空间极小，缓解流量压力，极大地方便了相关部门的排查，原始车辆图像这种占用空间大的视频数据储存在边缘计算网关本地，减少了云端服务器的存储压力，数据处理模块本地对车辆图像进行处理，极大地减少了云端服务器的处理压力。
48.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。