CN111988397A - 一种基于边缘计算的防震减灾救灾方法和*** - Google Patents

一种基于边缘计算的防震减灾救灾方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于边缘计算的防震减灾救灾方法和***，该***包括用于获取所处场景的灾情数据的若干个终端节点；用于调度下属的终端节点以获取其上传数据、并根据上传数据作出损失评估计算和结果的若干个边缘侧节点；用于向指定的边缘侧节点发出烈度圈评估指令、并获取该些边缘侧节点反馈的评估结果以进行整体损失评估的云中心；该方法是云中心在接收到地震信息后进行烈度圈评估；随后向烈度圈覆盖范围内的边缘侧节点发出指令，让调度其下属的终端节点获取所处场景的灾情数据；边缘侧节点根据终端节点上传的数据进行损失评估计算以获得评估结果并上传至云中心；云中心根据GIS地图数据进行拼接，形成整体损失评估结果。

Description

一种基于边缘计算的防震减灾救灾方法和***
技术领域
本发明涉及边缘计算技术，具体涉及基于边缘计算的防震减灾救灾方法和***。
背景技术
地震发生后，如何快速获取灾区震情信息、准确快速地评估各种损失、进行合理有效地应对是震后应急救援所要解决的关键问题。目前，我国地震灾情快速获取手段主要有电话询问、手机App灾情收集、基于微信的灾情收集、基于遥感或航拍的灾情收集、社交媒体数据收集、手机位置数据和活跃WiFi数量收集等，将收集到的数据传输到地震局的灾情信息处理服务器，统一进行震情分析、损失评估和形成快报、专报。
现有技术缺陷是：地震发生后，需要采集的数据有图像数据、视频数据，数据量非常大，传输到云中心会占用大量带宽，尤其在地震可能引起断网的情况下，造成数据无法传输到地震局的灾情信息处理服务器。在分秒必争的减灾救灾的重要关口，数据对于评估损失和后续救援都是非常重要的资源，由于断网，中心服务器可能无法获取数据，即使能够传输也会造成占用带宽较大，传输会很缓慢，对于减灾救灾非常不利。另外，尽管灾情信息处理服务器可能是分布式的集群，但是需要处理的数据是多源异构的全方位数据，并且数据量非常大，统一计算会花去很多时间，严重延缓减灾救灾的进程。
基于以上，现有的技术方案存在数据传输占用大量带宽，传输大量数据和损失评估计算带来时间延误等问题。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于边缘计算的防震减灾救灾方法和***，目的在于减小计算***的延迟，减少数据传输所用带宽，缓解云中心计算压力，满足快速评估震情进而进行防震减灾救灾的需求；其具体技术内容如下：
一种基于边缘计算的防震减灾救灾***，其包括：
用于获取所处场景的灾情数据的若干个终端节点；
用于调度下属的终端节点以获取其上传数据、并根据上传数据作出损失评估计算和结果的若干个边缘侧节点；
用于向指定的边缘侧节点发出烈度圈评估指令、并获取该些边缘侧节点反馈的评估结果以进行整体损失评估的云中心。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述终端节点包括与边缘侧节点连接并经其认证的摄像装置、传感装置或/和智能移动终端。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述边缘侧节点包括
控制单元，其用于对边缘侧节点中的各设备或应用进行控制以分配计算任务，并分割Docker容器进行虚拟化，实现对数据和任务进行隔离；
数据管理单元，其用于进行元数据管理、数据存储和数据分析；
终端调度单元，其用于调度下属的终端节点令其上传数据；
数据采集单元，其用于获取终端节点上传的数据；
数据上传单元，其用于向云中心反馈上传评估结果数据。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述边缘侧节点包括边缘代理单元，其用于监控边缘侧节点中各单元的运行情况并向云中心汇报，以及根据云中心的指令对边缘侧节点实现控制。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述边缘侧节点包括终端认证单元，其用于注册并认证所接入的终端节点。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述云中心包括
数据接收单元，其用于获取边缘侧节点上传的评估结果数据；
中心代理单元，其用于接收边缘代理单元的消息并转发给边缘控制单元，以及从边缘控制单元接收消息并转发到边缘侧节点，实现控制和收发消息解耦；
边缘控制单元，其用于管理边缘侧节点，包括在边缘侧节点添加设备、部署应用、根据中心代理单元接收到的消息调度边缘侧节点；
终端控制单元，其用于根据边缘侧节点的资源占用情况，将终端数据定向到指定的边缘侧节点。
一种基于边缘计算的防震减灾救灾方法，其包括以下操作：
云中心在接收到地震信息后，首先进行烈度圈评估；
随后向烈度圈覆盖范围内的边缘侧节点发出指令，让调度其下属的终端节点获取所处场景的灾情数据；
边缘侧节点根据终端节点上传的数据进行损失评估计算以获得评估结果，并将评估结果上传至云中心；
云中心根据GIS地图数据进行拼接，形成整体损失评估结果，为后续辅助决策和资源调度服务。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述终端节点向边缘侧节点发送一段时间内的灾情数据，该灾情数据包括文本、图像或/和视频数据。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述边缘侧节点所采用的损失评估算法模型系由云中心进行训练建模，并实时更新传输至边缘侧节点。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述云中心实时监测各边缘侧节点的资源占用情况，继而将终端数据定向到指定的边缘侧节点。
本发明的有益效果是：采用“云-边-端”一体化架构，大大降低数据传输距离，将计算任务在接近数据源的边缘侧计算资源上运行，将在终端收集到的图像、视频、文字数据首先在边缘侧进行局部损失评估，将评估结果上传到地震局的灾情信息处理服务器进行整体损失评估，边缘侧非常靠近终端，并且从终端到边缘侧服务器基本会有专网，传输数据所用时间非常短，从边缘侧传输到灾情信息处理服务器的数据只是评估结果，占用空间非常小，易于传输。既解决了传输大量数据占用高带宽的问题，同时也解决了运算时间长的问题，对后续的防震减灾救灾具有很及时的辅助作用。
附图说明
图1为本发明的***架构示意图。
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如下对本申请方案作进一步描述：
参见附图1，一种基于边缘计算的防震减灾救灾***，其包括：
用于获取所处场景的灾情数据的若干个终端节点；
用于调度下属的终端节点以获取其上传数据、并根据上传数据作出损失评估计算和结果的若干个边缘侧节点；
用于向指定的边缘侧节点发出烈度圈评估指令、并获取该些边缘侧节点反馈的评估结果以进行整体损失评估的云中心。
所述终端节点包括与边缘侧节点连接并经其认证的摄像装置、传感装置或/和智能移动终端。
所述边缘侧节点包括
控制单元，其用于对边缘侧节点中的各设备或应用进行控制以分配计算任务，并分割Docker容器进行虚拟化，实现对数据和任务进行隔离；
数据管理单元，其用于进行元数据管理、数据存储和数据分析；数据分析模块负责对数据进行处理、运算，边缘计算数据处理应用程序运行在Docker容器里，基于容器技术，应用具备可扩展性，用户可动态添加或删除边缘计算应用；
终端调度单元，其用于调度下属的终端节点令其上传数据；
数据采集单元，其用于获取终端节点上传的数据，具体通过MQTT、高级消息队列协议(AMQP)和HTTPS协议获取来自摄像头、传感器、手机等终端节点的数据；
数据上传单元，其用于向云中心反馈上传评估结果数据；
边缘代理单元，其用于监控边缘侧节点中各单元的运行情况并向云中心汇报，以及根据云中心的指令对边缘侧节点实现控制；
终端认证单元，其用于注册并认证所接入的终端节点；终端节点向边缘侧节点传输数据时需要在边缘侧节点进行认证，以保证数据安全可靠。
所述云中心包括
数据接收单元，其用于获取边缘侧节点上传的评估结果数据；
中心代理单元，其用于接收边缘代理单元的消息并转发给边缘控制单元，以及从边缘控制单元接收消息并转发到边缘侧节点，实现控制和收发消息解耦；
边缘控制单元，其为扩展的kubernetes控制器，其用于管理边缘侧节点，包括在边缘侧节点添加设备、部署应用、根据中心代理单元接收到的消息调度边缘侧节点；
终端控制单元，其用于根据边缘侧节点的资源占用情况，将终端数据定向到指定的边缘侧节点。
参见附图2，一种基于边缘计算的防震减灾救灾方法，其包括以下步骤：
云中心在接收到地震信息后，首先进行烈度圈评估；
随后向烈度圈覆盖范围内的边缘侧节点发出指令，让调度其下属的终端节点，例如摄像头、手机、传感器等，获取所处场景的灾情数据；
边缘侧节点根据终端节点上传的数据进行损失评估计算以获得评估结果，并将评估结果上传至云中心；其中，终端节点所上传的数据包括发送一段时间内的灾情数据，该灾情数据包括文本、图像或/和视频数据；边缘侧节点根据数据进行分析处理，通过深度学习算法进行房屋倒塌情况评估、道路损失情况评估，进而进行人口伤亡情况评估，损失评估算法模型系由云中心进行训练建模，并实时更新传输至边缘侧节点；
云中心根据GIS地图数据进行拼接，形成整体损失评估结果，为后续辅助决策和资源调度服务；所述云中心还实时监测各边缘侧节点的资源占用情况，继而将终端数据定向到指定的边缘侧节点。
本方案基于“云-边-端”一体化整体处理框架和流程，提出了采用边缘计算技术在靠近数据的边缘侧进行地震损失评估，大大降低了大批量数据传输所占用的带宽，并同时缩短了计算和传输时间；而且对边缘侧节点进行虚拟化和采用隔离技术，可以同时在边缘侧运行多个任务，互不干扰；还实现云中心调度边缘侧节点、边缘侧节点调度节点、终端节点调度边缘侧节点的调度方案，保障灾情检测的顺利有效进行，克服局部区域网络崩坏或拥堵所导致的救灾延缓问题。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于边缘计算的防震减灾救灾***，其特征在于，包括：
用于获取所处场景的灾情数据的若干个终端节点；
用于调度下属的终端节点以获取其上传数据、并根据上传数据作出损失评估计算和结果的若干个边缘侧节点；
用于向指定的边缘侧节点发出烈度圈评估指令、并获取该些边缘侧节点反馈的评估结果以进行整体损失评估的云中心。
2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的防震减灾救灾***，其特征在于：所述终端节点包括与边缘侧节点连接并经其认证的摄像装置、传感装置或/和智能移动终端。
3.根据权利要求1所述的基于边缘计算的防震减灾救灾***，其特征在于：所述边缘侧节点包括
控制单元，其用于对边缘侧节点中的各设备或应用进行控制以分配计算任务，并分割Docker容器进行虚拟化，实现对数据和任务进行隔离；
数据管理单元，其用于进行元数据管理、数据存储和数据分析；
终端调度单元，其用于调度下属的终端节点令其上传数据；
数据采集单元，其用于获取终端节点上传的数据；
数据上传单元，其用于向云中心反馈上传评估结果数据。
4.根据权利要求3所述的基于边缘计算的防震减灾救灾***，其特征在于：所述边缘侧节点包括边缘代理单元，其用于监控边缘侧节点中各单元的运行情况并向云中心汇报，以及根据云中心的指令对边缘侧节点实现控制。
5.根据权利要求3所述的基于边缘计算的防震减灾救灾***，其特征在于：所述边缘侧节点包括终端认证单元，其用于注册并认证所接入的终端节点。
6.根据权利要求3或4或5所述的基于边缘计算的防震减灾救灾***，其特征在于：所述云中心包括
数据接收单元，其用于获取边缘侧节点上传的评估结果数据；
中心代理单元，其用于接收边缘代理单元的消息并转发给边缘控制单元，以及从边缘控制单元接收消息并转发到边缘侧节点，实现控制和收发消息解耦；
边缘控制单元，其用于管理边缘侧节点，包括在边缘侧节点添加设备、部署应用、根据中心代理单元接收到的消息调度边缘侧节点；
终端控制单元，其用于根据边缘侧节点的资源占用情况，将终端数据定向到指定的边缘侧节点。
7.一种基于边缘计算的防震减灾救灾方法，其特征在于，包括以下操作：
云中心在接收到地震信息后，首先进行烈度圈评估；
随后向烈度圈覆盖范围内的边缘侧节点发出指令，让调度其下属的终端节点获取所处场景的灾情数据；
边缘侧节点根据终端节点上传的数据进行损失评估计算以获得评估结果，并将评估结果上传至云中心；
云中心根据GIS地图数据进行拼接，形成整体损失评估结果，为后续辅助决策和资源调度服务。
8.根据权利要求7所述的基于边缘计算的防震减灾救灾方法，其特征在于：所述终端节点向边缘侧节点发送一段时间内的灾情数据，该灾情数据包括文本、图像或/和视频数据。
9.根据权利要求7所述的基于边缘计算的防震减灾救灾方法，其特征在于：所述边缘侧节点所采用的损失评估算法模型系由云中心进行训练建模，并实时更新传输至边缘侧节点。
10.根据权利要求7所述的基于边缘计算的防震减灾救灾方法，其特征在于：所述云中心实时监测各边缘侧节点的资源占用情况，继而将终端数据定向到指定的边缘侧节点。
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