CN116153095A - 一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，包括：高速公路的行驶车辆使用车载装置每隔t秒收集行驶数据并进行预处理；计算综合数据值并按照时间先后顺序依次存入团雾数据存储队列；综合数据值大于或等于阈值TH表示当前路段有团雾覆盖且覆盖的团雾影响行车安全，根据综合数据值得到团雾覆盖区域数据集合；起始基站构建拟合归一模型，将团雾覆盖区域数据集合输入到拟合归一模型得到团雾预警信息；起始基站将团雾预警信息发送给通讯基站，通讯基站将团雾预警信息发送给高速公路上的行驶车辆以及交通管理部门进行预警；本发明能够通过计算得到影响行车安全的团雾核心区域，并能有效解决高速公路团雾实时监测和安全预警问题。

Description

一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法

技术领域

本发明涉及计算机边缘计算领域，特别是涉及一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法。

背景技术

近年来高速公路上出现团雾的频率越来越高，由团雾引发的交通事故也逐渐变多。当团雾突发引起外部环境变化时，驾驶员视野变狭窄，能见度降低，无法快速应对前方可能出现的各种突发情况，容易出现因为缺乏驾驶经验或者情绪紧张而出现不安全的驾驶行为，产生不良应激反应的几率增加；若驾驶员提前得到预警信息，则可以提前做好应对团雾的准备，这样将会极大的降低危险驾驶行为发生的概率，同时减少发生高速车祸的可能性；但现有的高速公路团雾预警方式不够灵活，无法针对团雾的突变性以及对团雾的范围进行有效判断，对高速上的车辆进行有效预警，从而无法有效的降低交通事故发生的概率。

公开号为CN102968904A，名称为一种高速公路团雾预警***专利文献，通过使用高速公路团雾实时监测仪，对高速公路区段进行实时检测，使用GSM通讯模块判断能见度值是否小于报警阈值，当出现团雾时通过GSM网络发送实时预警信息至通讯基站及中心控制室，通讯基站再通过手机短信发送预警信息至预警区域。该发明公开数据传输较快且数据稳定性较高，可以起到一定的团雾预警作用，但是无法对团雾的范围进行有效判断，且监测仪可监测范围有限，若团雾完全覆盖检测仪，则不能对团雾的精确路段进行有效监测，从而无法发布准确的团雾预警信息。

公开号为CN104700629A，名称为一种高速公路团雾的监测预警***及方法，通过使用能见度检测单元、传感器模块、信息处理模块、数据存储模块、GPRS数据传输模块、本地显示模块、语音报警器和远程上位机组成的团雾监测预警***对高速公路团雾进行监测预警，该发明公开使用的设备成本低廉，布设灵活，维护较为方便，可以广泛应用于高速公路沿线区域，但是监测数据的传输较慢，并且预警信息发布渠道较为狭窄，并且不能实时对团雾进行监测和判断团雾所覆盖的具体范围，时效性较差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，该方法包括：

S1.高速公路的行驶车辆使用车载装置每隔t秒收集行驶数据，并对所述行驶数据进行预处理；

S2.根据所述行驶数据计算得到综合数据值，创建团雾数据存储队列，将所述综合数据值按照时间先后顺序依次存入所述团雾数据存储队列中；

S3.遍历所述团雾数据存储队列中的综合数据值，判断所述综合数据值是否小于阈值TH，若是，表示当前路段无团雾覆盖或者覆盖的团雾不影响行车安全；若否，则表示当前路段有团雾覆盖且覆盖的团雾影响行车安全，根据所述综合数据值得到团雾覆盖区域数据集合；

S4.起始基站构建拟合归一模型，将所述团雾覆盖区域数据集合输入到所述拟合归一模型得到团雾预警信息；

S5.起始基站将所述团雾预警信息发送给通讯基站，所述通讯基站将所述团雾预警信息发送给高速公路上的行驶车辆以及交通管理部门进行预警；

所述起始基站为第一个接收到综合数据值的基站；

所述通讯基站为起始基站的前一个基站，负责进行通讯和发送预警信息。

进一步的，所述车载装置包括：气象传感器、GPRS模块、数据计算传输模块和数据存储模块；

所述行驶数据包括：大气湿度、温度、PM2.5浓度、PM10浓度和位置信息；

所述基站配备一个拥有计算和缓存功能的边缘服务器，基站服务覆盖范围的直径为N，N的大小为1km；

所述预处理指对行驶数据进行清洗处理，包括：检查数据一致性、去除无效值和缺失值。

进一步的，所述S2，包括：

S21.对PM2.5浓度和PM10浓度进行归一化，得到归一化后的PM2.5浓度FD_M和归一化后的PM10浓度FO_N；

S22. 计算综合数据值SD，所述综合数据值SD的计算公式如下所示：

；

其中，w₁，w₂表示综合权值，ρ(k)表示k时刻的大气湿度，T(k)表示k时刻的温度，T_C表示昼夜温差；

S23.创建团雾数据存储队列G_i，将行驶车辆Car_i的综合数据值按照时间先后顺序依次存储到团雾数据存储队列G_i中，所述Car_i表示序号为i的行驶车辆，G_i表示序号为i的行驶车辆的团雾数据存储队列，i为大于或等于1的正整数。

进一步的，所述S3，包括：

S31.当行驶车辆Car_i行驶到基站服务覆盖范围内时，依次遍历所述行驶车辆Car_i的团雾数据存储队列G_i中的综合数据值，判断所述综合数据值是否小于阈值TH，若是，表示所述行驶车辆Car_i经过的位置没有团雾覆盖或者覆盖的团雾不影响行车安全；若否，则表示所述行驶车辆Car_i经过位置有团雾覆盖且覆盖的团雾影响行车安全，所述阈值TH大小为1；

S32.找出所述团雾数据存储队列G_i中第一个大于或等于阈值TH的综合数据值，将所述综合数据值标记为起始综合数据值，并记录所述起始综合数据值对应的时刻c的位置坐标Local_c及c-t时刻的位置坐标Local_c-t，得到所述行驶车辆Car_i的团雾起始区域Local_start,i=[Local_c-t, Local_c]，所述团雾起始区域表示团雾从无到有，将所述起始综合数据值和团雾起始区域上传到起始基站；

S33.继续遍历所述团雾数据存储队列G_i，找到所述团雾数据存储队列G_i中大于或等于阈值TH后第一次小于或等于阈值TH的综合数据值，将所述综合数据值标记为结束综合数据值，记录所述结束综合数据值对应时刻m的位置坐标Local_m及m-t时刻的位置坐标Local_m-t，得到所述行驶车辆Car_i的团雾结束区域Local_end,i=[Local_m-t, Local_m]，所述团雾结束区域表示团雾从有到无；

S34.判断所述结束综合数据值对应的邻近基站是否为起始基站，若是，将所述结束综合数据值和团雾结束区域上传到起始基站；若否，则表示当前团雾结束位置不在起始基站服务覆盖范围内，而在行驶车辆Car_i的邻近基站服务覆盖范围内，此时将所述结束综合数据值和团雾结束区域上传到邻近基站，邻近基站再将所述团雾结束区域共享到起始基站上，所述邻近基站为行驶方向上距离行驶车辆最近的基站；

S35.起始基站得到所述行驶车辆Car_i的团雾覆盖区域数据Cdata_i，所述团雾覆盖区域数据Cdata_i包括：团雾起始区域Local_start,i和团雾结束区域Local_end,i。

进一步的，还包括：对正向车道上的所有行驶车辆Car_i（0<i<n）都进行S3的步骤，则正向车道的起始基站得到团雾正向起始区域集合Local_start={ Local_start,1,Local_start,2,…, Local_start,n}和团雾正向结束区域集合Local_end={ Local_end,1,Local_end,2,…, Local_end,n}；

对反向车道上的所有行驶车辆Car_i ^'（0<i<n）都进行S3的步骤，则反向车道的起始基站得到团雾反向起始区域集合Local_start ^'={ Local_start,1 ^', Local_start,2 ^',…,Local_start,n ^'}和团雾反向结束区域集合Local_end ^'={ Local_end,1 ^', Local_end,2 ^',…,Local_end,n ^'}；

正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站进行信息共享，创建团雾第一覆盖区域集合，将团雾正向起始区域集合Local_start和团雾反向结束区域集合Local^' _end存储到所述团雾第一覆盖区域集合中；

创建团雾第二覆盖区域集合，将团雾正向结束区域集合Local_end和团雾反向起始区域集合Local^' _start存储到所述团雾第二覆盖区域集合中；

正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站都将所述团雾第一覆盖区域集合和团雾第二覆盖区域集合进行合并得到团雾覆盖区域数据集合；

所述正向车道表示高速公路双向道路的其中一个行驶方向上的车道；

所述反向车道表示与正向车道行驶方向相反的车道。

进一步的，所述S4，包括：

S41.起始基站对所述团雾覆盖区域数据集合中的团雾覆盖区域数据进行相似度计算，得到团雾数据相似度Sim(i,j)，将Sim(i,j)>95%的团雾覆盖区域数据进行删除，所述团雾数据相似度Sim(i,j)的计算公式为：

；

其中，Cdata_j表示序号为j的行驶车辆Car_j的团雾覆盖区域数据，团雾数据相似度Sim(i,j)表示相同行驶方向上行驶车辆Car_i的团雾覆盖区域数据Cdata_i和行驶车辆Car_j的团雾覆盖区域数据Cdata_j之间的相似度；

S42.构建归一拟合模型，将所述团雾覆盖区域数据集合通过归一拟合模型进行拟合，得到团雾精确路段，所述团雾精确路段即为团雾预警信息；

S43.对所述团雾预警信息进行实时更新。

进一步的，所述S42，包括：

S421.正向车道上的起始基站对所述团雾第一覆盖区域集合中的团雾正向起始区域集合中的团雾起始区域和团雾反向结束区域集合中的团雾结束区域进行拟合，得到团雾第一临界区域Position_first=(Position_p, Position_q)；

；

；

；

；

其中，α表示团雾第一临界区域经纬度系数，Position_p表示团雾第一临界区域的精确经度，Position_q表示团雾第一临界区域的精确纬度，p_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾起始区域的经度，p_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾结束区域的经度，q_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾起始区域的纬度，q_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的纬度，

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域纬度的平均值，/>

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域经度的平均值， />

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域纬度的平均值，n表示大于或等于1的正整数；

S422.反向车道上的起始基站对所述团雾第二覆盖区域集合中的团雾正向结束区域集合中的团雾结束区域和团雾反向起始区域集合中的团雾起始区域进行拟合，得到团雾第二临界区域Position_sec=(Position_x, Position_y)；

；

；

；/>

；

其中，β表示团雾第二临界区域经纬度系数，Position_x表示团雾第二临界区域的精确经度，Position_y表示团雾第二临界区域的精确纬度，x_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾结束区域的经度，x_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的经度，y_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾结束区域的纬度，y_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的纬度，

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域纬度的平均值，/>

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域纬度的平均值，n表示大于或等于1的正整数；

S423.正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站进行信息共享，将所述团雾第一临界区域区域和团雾第二临界区域进行合并，得到团雾精确路段D={Position_first,Position_sec}。

进一步的，所述S5，包括：

S51.起始基站将所述团雾预警信息发送给通讯基站；

S52.所述通讯基站对团雾精确路段开启团雾预警状态；

S53.通讯基站根据所述团雾精确路段计算团雾预警距离，所述团雾预警距离用于提醒高速公路行驶车辆驾驶员车辆当前位置与团雾覆盖区域的距离，以便于提前做好安全措施；

S54.通讯基站将团雾精确路段和团雾预警距离发送至高速公路上的行驶车辆以及交通管理部门进行预警；

S55.对所述团雾精确路段和团雾预警距离进行更新；

S56.当行驶车辆通过所述团雾精确路段时，行驶车辆的综合数据值均小于阈值TH，通讯基站则解除对所述团雾精确路段的预警状态。

进一步的，所述通讯基站根据所述团雾精确路段计算团雾预警距离，包括：

正向车道上的行驶车辆的团雾预警距离的计算公式如下：

；

其中，dis表示正向车道上的行驶车辆的团雾预警距离，Pos_e表示正向车道上的行驶车辆的经度，Pos_f表示正向车道上的行驶车辆的纬度；

反向车道上的行驶车辆的团雾预警距离计算公式如下：

；

其中，dis^'表示反向车道上的行驶车辆的团雾预警距离，Pos_e表示反向车道上的行驶车辆的经度，Pos_f表示反向车道上的行驶车辆的纬度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法首先通过对高速公路行驶车辆收集行驶数据，根据所述行驶数据计算得到综合数据值，通过所述综合数据值判断是否有影响行车安全的团雾覆盖，将团雾覆盖区域数据集合输入到构建的拟合归一模型可以精确的得到团雾精确路段，生成团雾预警信息，最后通过通讯基站对交通管理部门以及高速行驶车辆驾驶员发布预警信息；本发明通过基站进行计算和信息传输，成本低、传输速度快；同时可以判断高速行驶车辆距离团雾精确路段的距离，有利于高速公路行驶车辆驾驶员提前做好预防措施，减少或避免因团雾引发的高速公路交通事故，有效保护高速公路行车安全；通过高速过往车辆收集的数据对预警信息进行实时更新，从而提高预警信息的实时性和时效性，可有效的解决高速公路团雾实时监测和安全预警问题。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法的流程图。

图2是本发明提供的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法的团雾覆盖区域数据的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1是本发明实施例提供的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法的流程图，该方法包括：

S1.高速公路的行驶车辆使用车载装置每隔t秒收集行驶数据，并对所述行驶数据进行预处理。

进一步的，所述车载装置包括：气象传感器、GPRS模块、数据计算传输模块和数据存储模块；

所述行驶数据包括：大气湿度、温度、PM2.5浓度、PM10浓度和位置信息；

所述基站配备一个拥有计算和缓存功能的边缘服务器，基站服务覆盖范围的直径为N，N的大小为1km；

所述预处理指对行驶数据进行清洗处理，包括：检查数据一致性、去除无效值和缺失值。

S2.根据所述行驶数据计算得到综合数据值，创建团雾数据存储队列，将所述综合数据值按照时间先后顺序依次存入所述团雾数据存储队列中。

进一步的，所述S2，包括：

S21.对PM2.5浓度和PM10浓度进行归一化，得到归一化后的PM2.5浓度FD_M和归一化后的PM10浓度FO_N；

；/>

；

其中，Fog2,5(k)表示k时刻的PM2.5浓度，Fog2.5_max表示最大PM2.5浓度，Fog2.5_min表示最小PM2.5浓度，Fog10(k)表示k时刻的PM10浓度，Fog10_max表示最大PM10浓度，Fog10_min表示最小PM10浓度；

S22. 计算综合数据值SD，所述综合数据值SD的计算公式如下所示：

；

其中，w₁，w₂表示综合权值，ρ(k)表示k时刻的大气湿度，T(k)表示k时刻的温度，T_C表示昼夜温差；

S23.创建团雾数据存储队列G_i，将行驶车辆Car_i的综合数据值按照时间先后顺序依次存储到团雾数据存储队列G_i中，所述Car_i表示序号为i的行驶车辆，G_i表示序号为i的行驶车辆的团雾数据存储队列，i为大于或等于1的正整数。

S3.遍历所述团雾数据存储队列中的综合数据值，判断所述综合数据值是否小于阈值TH，若是，表示当前路段无团雾覆盖或者覆盖的团雾不影响行车安全；若否，则表示当前路段有团雾覆盖且覆盖的团雾影响行车安全，根据所述综合数据值得到团雾覆盖区域数据集合。

进一步的，参照图2，所述S3，包括：

S31.当行驶车辆Car_i行驶到基站服务覆盖范围内时，依次遍历所述行驶车辆Car_i的团雾数据存储队列G_i中的综合数据值，判断所述综合数据值是否小于阈值TH，若是，表示所述行驶车辆Car_i经过的位置没有团雾覆盖或者覆盖的团雾不影响行车安全；若否，则表示所述行驶车辆Car_i经过位置有团雾覆盖且覆盖的团雾影响行车安全，所述阈值TH大小为1；

S32.找出所述团雾数据存储队列G_i中第一个大于或等于阈值TH的综合数据值，将所述综合数据值标记为起始综合数据值，并记录所述起始综合数据值对应的时刻c的位置坐标Local_c及c-t时刻的位置坐标Local_c-t，得到所述行驶车辆Car_i的团雾起始区域Local_start,i=[Local_c-t, Local_c]，所述团雾起始区域表示团雾从无到有，将所述起始综合数据值和团雾起始区域上传到起始基站；

S33.继续遍历所述团雾数据存储队列G_i，找到所述团雾数据存储队列G_i中大于或等于阈值TH后第一次小于或等于阈值TH的综合数据值，将所述综合数据值标记为结束综合数据值，记录所述结束综合数据值对应时刻m的位置坐标Local_m及m-t时刻的位置坐标Local_m-t，得到所述行驶车辆Car_i的团雾结束区域Local_end,i=[Local_m-t, Local_m]，所述团雾结束区域表示团雾从有到无；

S34.判断所述结束综合数据值对应的邻近基站是否为起始基站，若是，将所述结束综合数据值和团雾结束区域上传到起始基站；若否，则表示当前团雾结束位置不在起始基站服务覆盖范围内，而在行驶车辆Car_i的邻近基站服务覆盖范围内，此时将所述结束综合数据值和团雾结束区域上传到邻近基站，邻近基站再将所述团雾结束区域共享到起始基站上，所述邻近基站为行驶方向上距离行驶车辆最近的基站；

S35.起始基站得到所述行驶车辆Car_i的团雾覆盖区域数据Cdata_i，所述团雾覆盖区域数据Cdata_i包括：团雾起始区域Local_start,i和团雾结束区域Local_end,i。

进一步的，还包括：对正向车道上的所有行驶车辆Car_i（0<i<n）都进行S3的步骤，则正向车道的起始基站得到团雾正向起始区域集合Local_start={ Local_start,1,Local_start,2,…, Local_start,n}和团雾正向结束区域集合Local_end={ Local_end,1,Local_end,2,…, Local_end,n}；

对反向车道上的所有行驶车辆Car_i ^'（0<i<n）都进行S3的步骤，则反向车道的起始基站得到团雾反向起始区域集合Local_start ^'={ Local_start,1 ^', Local_start,2 ^',…,Local_start,n ^'}和团雾反向结束区域集合Local_end ^'={ Local_end,1 ^', Local_end,2 ^',…,Local_end,n ^'}；

正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站进行信息共享，创建团雾第一覆盖区域集合，将团雾正向起始区域集合Local_start和团雾反向结束区域集合Local^' _end存储到所述团雾第一覆盖区域集合中；

创建团雾第二覆盖区域集合，将团雾正向结束区域集合Local_end和团雾反向起始区域集合Local^' _start存储到所述团雾第二覆盖区域集合中；

正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站都将所述团雾第一覆盖区域集合和团雾第二覆盖区域集合进行合并得到团雾覆盖区域数据集合；

所述正向车道表示高速公路双向道路的其中一个行驶方向上的车道；

所述反向车道表示与正向车道行驶方向相反的车道。

S4.起始基站构建拟合归一模型，将所述团雾覆盖区域数据集合输入到所述拟合归一模型得到团雾预警信息。

进一步的，所述S4，包括：

S41.起始基站对所述团雾覆盖区域数据集合中的团雾覆盖区域数据进行相似度计算，得到团雾数据相似度Sim(i,j)，将Sim(i,j)>95%的团雾覆盖区域数据进行删除，所述团雾数据相似度Sim(i,j)的计算公式为：

；

其中，Cdata_j表示序号为j的行驶车辆Car_j的团雾覆盖区域数据，团雾数据相似度Sim(i,j)表示相同行驶方向上行驶车辆Car_i的团雾覆盖区域数据Cdata_i和行驶车辆Car_j的团雾覆盖区域数据Cdata_j之间的相似度；

S42.构建归一拟合模型，将所述团雾覆盖区域数据集合通过归一拟合模型进行拟合，得到团雾精确路段，所述团雾精确路段即为团雾预警信息。

进一步的，所述S42，包括：

S421.正向车道上的起始基站对所述团雾第一覆盖区域集合中的团雾正向起始区域集合中的团雾起始区域和团雾反向结束区域集合中的团雾结束区域进行拟合，得到团雾第一临界区域Position_first=(Position_p, Position_q)；

；

；

；

；

其中，α表示团雾第一临界区域经纬度系数，Position_p表示团雾第一临界区域的精确经度，Position_q表示团雾第一临界区域的精确纬度，p_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾起始区域的经度，p_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾结束区域的经度，q_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾起始区域的纬度，q_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的纬度，

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域纬度的平均值，/>

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域经度的平均值， />

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域纬度的平均值，n表示大于或等于1的正整数；

S422.反向车道上的起始基站对所述团雾第二覆盖区域集合中的团雾正向结束区域集合中的团雾结束区域和团雾反向起始区域集合中的团雾起始区域进行拟合，得到团雾第二临界区域Position_sec=(Position_x, Position_y)；

；

；

；

；

其中，β表示团雾第二临界区域经纬度系数，Position_x表示团雾第二临界区域的精确经度，Position_y表示团雾第二临界区域的精确纬度，x_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾结束区域的经度，x_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的经度，y_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾结束区域的纬度，y_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的纬度，

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域纬度的平均值，/>

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域纬度的平均值，n表示大于或等于1的正整数；

S423.正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站进行信息共享，将所述团雾第一临界区域区域和团雾第二临界区域进行合并，得到团雾精确路段D={Position_first,Position_sec}。

S43.对所述团雾预警信息进行实时更新。

S5.起始基站将所述团雾预警信息发送给通讯基站，所述通讯基站将所述团雾预警信息发送给高速公路上的行驶车辆以及交通管理部门进行预警；

所述起始基站为第一个接收到综合数据值的基站；

所述通讯基站为起始基站的前一个基站，负责进行通讯和发送预警信息。

进一步的，所述S5，包括：

S51.起始基站将所述团雾预警信息发送给通讯基站；

S52.所述通讯基站对团雾精确路段开启团雾预警状态；

S53.通讯基站根据所述团雾精确路段计算团雾预警距离，所述团雾预警距离用于提醒高速公路行驶车辆驾驶员车辆当前位置与团雾覆盖区域的距离，以便于提前做好安全措施。

进一步的，所述通讯基站根据所述团雾精确路段计算团雾预警距离，包括：

正向车道上的行驶车辆的团雾预警距离的计算公式如下：

；

其中，dis表示正向车道上的行驶车辆的团雾预警距离，Pos_e表示正向车道上的行驶车辆的经度，Pos_f表示正向车道上的行驶车辆的纬度；

反向车道上的行驶车辆的团雾预警距离计算公式如下：

；

其中，dis^'表示反向车道上的行驶车辆的团雾预警距离，Pos_e表示反向车道上的行驶车辆的经度，Pos_f表示反向车道上的行驶车辆的纬度。

S54.通讯基站将团雾精确路段和团雾预警距离发送至高速公路上的行驶车辆以及交通管理部门进行预警；

S55.对所述团雾精确路段和团雾预警距离进行更新；

S56.当行驶车辆通过所述团雾精确路段时，行驶车辆的综合数据值均小于阈值TH，通讯基站则解除对所述团雾精确路段的预警状态。

本发明提供的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法首先通过对高速公路行驶车辆收集行驶数据，根据所述行驶数据计算得到综合数据值，通过所述综合数据值判断是否有影响行车安全的团雾覆盖，将团雾覆盖区域数据集合输入到构建的拟合归一模型可以精确的得到团雾精确路段，生成团雾预警信息，最后通过通讯基站对交通管理部门以及高速行驶车辆驾驶员发布预警信息；本发明通过基站进行计算和信息传输，成本低、传输速度快；同时可以判断高速行驶车辆距离团雾精确路段的距离，有利于高速公路行驶车辆驾驶员提前做好预防措施，减少或避免因团雾引发的高速公路交通事故，有效保护高速公路行车安全；通过高速过往车辆收集的数据对预警信息进行实时更新，从而提高预警信息的实时性和时效性，可有效的解决高速公路团雾实时监测和安全预警问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，包括：

S1.高速公路的行驶车辆使用车载装置每隔t秒收集行驶数据，并对所述行驶数据进行预处理；

S2.根据所述行驶数据计算得到综合数据值，创建团雾数据存储队列，将所述综合数据值按照时间先后顺序依次存入所述团雾数据存储队列中；

S3.遍历所述团雾数据存储队列中的综合数据值，判断所述综合数据值是否小于阈值TH，若是，表示当前路段无团雾覆盖或者覆盖的团雾不影响行车安全；若否，则表示当前路段有团雾覆盖且覆盖的团雾影响行车安全，根据所述综合数据值得到团雾覆盖区域数据集合；

S4.起始基站构建拟合归一模型，将所述团雾覆盖区域数据集合输入到所述拟合归一模型得到团雾预警信息；

S5.起始基站将所述团雾预警信息发送给通讯基站，所述通讯基站将所述团雾预警信息发送给高速公路上的行驶车辆以及交通管理部门进行预警；

所述起始基站为第一个接收到综合数据值的基站；

所述通讯基站为起始基站的前一个基站，负责进行通讯和发送预警信息。

2.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，所述车载装置包括：气象传感器、GPRS模块、数据计算传输模块和数据存储模块；

所述行驶数据包括：大气湿度、温度、PM2.5浓度、PM10浓度和位置信息；

所述基站配备一个拥有计算和缓存功能的边缘服务器，基站服务覆盖范围的直径为N，N的大小为1km；

所述预处理指对行驶数据进行清洗处理，包括：检查数据一致性、去除无效值和缺失值。

3.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，所述S2，包括：

S21.对PM2.5浓度和PM10浓度进行归一化，得到归一化后的PM2.5浓度FD_M和归一化后的PM10浓度FO_N；

S22. 计算综合数据值SD，所述综合数据值SD的计算公式如下所示：

；

其中，w₁，w₂表示综合权值，ρ(k)表示k时刻的大气湿度，T(k)表示k时刻的温度，T_C表示昼夜温差；

S23.创建团雾数据存储队列G_i，将行驶车辆Car_i的综合数据值按照时间先后顺序依次存储到所述团雾数据存储队列G_i中，所述Car_i表示序号为i的行驶车辆，G_i表示序号为i的行驶车辆的团雾数据存储队列，i为大于或等于1的正整数。

4.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，所述S3，包括：

S31.当行驶车辆Car_i行驶到基站服务覆盖范围内时，依次遍历所述行驶车辆Car_i的团雾数据存储队列G_i中的综合数据值，判断所述综合数据值是否小于阈值TH，若是，表示所述行驶车辆Car_i经过的位置没有团雾覆盖或者覆盖的团雾不影响行车安全；若否，则表示所述行驶车辆Car_i经过位置有团雾覆盖且覆盖的团雾影响行车安全，所述阈值TH大小为1；

S32.找出所述团雾数据存储队列G_i中第一个大于或等于阈值TH的综合数据值，将所述综合数据值标记为起始综合数据值，并记录所述起始综合数据值对应的时刻c的位置坐标Local_c及c-t时刻的位置坐标Local_c-t，得到所述行驶车辆Car_i的团雾起始区域Local_start,i=[Local_c-t, Local_c]，所述团雾起始区域表示团雾从无到有，将所述起始综合数据值和团雾起始区域上传到起始基站；

S33.继续遍历所述团雾数据存储队列G_i，找到所述团雾数据存储队列G_i中大于或等于阈值TH后第一次小于或等于阈值TH的综合数据值，将所述综合数据值标记为结束综合数据值，记录所述结束综合数据值对应时刻m的位置坐标Local_m及m-t时刻的位置坐标Local_m-t，得到所述行驶车辆Car_i的团雾结束区域Local_end,i=[Local_m-t, Local_m]，所述团雾结束区域表示团雾从有到无；

S34.判断所述结束综合数据值对应的邻近基站是否为起始基站，若是，将所述结束综合数据值和团雾结束区域上传到起始基站；若否，则表示当前团雾结束位置不在起始基站服务覆盖范围内，而在行驶车辆Car_i的邻近基站服务覆盖范围内，此时将所述结束综合数据值和团雾结束区域上传到邻近基站，邻近基站再将所述团雾结束区域共享到起始基站上，所述邻近基站为行驶方向上距离行驶车辆最近的基站；

S35.起始基站得到所述行驶车辆Car_i的团雾覆盖区域数据Cdata_i，所述团雾覆盖区域数据Cdata_i包括：团雾起始区域Local_start,i和团雾结束区域Local_end,i。

5. 如权利要求4所述的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，还包括：对正向车道上的所有行驶车辆Car_i（0<i<n）都进行S3的步骤，则正向车道的起始基站得到团雾正向起始区域集合Local_start={ Local_start,1, Local_start,2,…, Local_start,n}和团雾正向结束区域集合Local_end={ Local_end,1, Local_end,2,…, Local_end,n}；

对反向车道上的所有行驶车辆Car_i ^'（0<i<n）都进行S3的步骤，则反向车道的起始基站得到团雾反向起始区域集合Local_start ^'={ Local_start,1 ^', Local_start,2 ^',…,Local_start,n ^'}和团雾反向结束区域集合Local_end ^'={ Local_end,1 ^', Local_end,2 ^',…,Local_end,n ^'}；

正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站进行信息共享，创建团雾第一覆盖区域集合，将团雾正向起始区域集合Local_start和团雾反向结束区域集合Local^' _end存储到所述团雾第一覆盖区域集合中；

创建团雾第二覆盖区域集合，将团雾正向结束区域集合Local_end和团雾反向起始区域集合Local^' _start存储到所述团雾第二覆盖区域集合中；

正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站都将所述团雾第一覆盖区域集合和团雾第二覆盖区域集合进行合并得到团雾覆盖区域数据集合；

所述正向车道表示高速公路双向道路的其中一个行驶方向上的车道；

所述反向车道表示与正向车道行驶方向相反的车道。

6.如权利要求5所述的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，所述S4，包括：

S41.起始基站对所述团雾覆盖区域数据集合中的团雾覆盖区域数据进行相似度计算，得到团雾数据相似度Sim(i,j)，将Sim(i,j)>95%的团雾覆盖区域数据进行删除，所述团雾数据相似度Sim(i,j)的计算公式为：

；

其中，Cdata_j表示序号为j的行驶车辆Car_j的团雾覆盖区域数据，团雾数据相似度Sim(i,j)表示相同行驶方向上行驶车辆Car_i的团雾覆盖区域数据Cdata_i和行驶车辆Car_j的团雾覆盖区域数据Cdata_j之间的相似度；

S42.构建归一拟合模型，将所述团雾覆盖区域数据集合通过归一拟合模型进行拟合，得到团雾精确路段，所述团雾精确路段即为团雾预警信息；

S43.对所述团雾预警信息进行实时更新。

7.如权利要求6所述的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，所述S42，包括：

S421.正向车道上的起始基站对所述团雾第一覆盖区域集合中的团雾正向起始区域集合中的团雾起始区域和团雾反向结束区域集合中的团雾结束区域进行拟合，得到团雾第一临界区域Position_first=(Position_p, Position_q)；

；

；

；

；

其中，α表示团雾第一临界区域经纬度系数，Position_p表示团雾第一临界区域的精确经度，Position_q表示团雾第一临界区域的精确纬度，p_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾起始区域的经度，p_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾结束区域的经度，q_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾起始区域的纬度，q_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的纬度，

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域纬度的平均值，/>

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域经度的平均值， />

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域纬度的平均值，n表示大于或等于1的正整数；

S422.反向车道上的起始基站对所述团雾第二覆盖区域集合中的团雾正向结束区域集合中的团雾结束区域和团雾反向起始区域集合中的团雾起始区域进行拟合，得到团雾第二临界区域Position_sec=(Position_x, Position_y)；

；

；

；

；

其中，β表示团雾第二临界区域经纬度系数，Position_x表示团雾第二临界区域的精确经度，Position_y表示团雾第二临界区域的精确纬度，x_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾结束区域的经度，x_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的经度，y_i表示正向车道上行驶车辆Car_i的团雾结束区域的纬度，y_i ^'表示反向车道上行驶车辆Car_i ^'的团雾起始区域的纬度，

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾结束区域纬度的平均值，/>

表示反向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域经度的平均值， />

表示正向车道上所有行驶车辆的团雾起始区域纬度的平均值，n表示大于或等于1的正整数；

S423.正向车道上的起始基站和反向车道上的起始基站进行信息共享，将所述团雾第一临界区域区域和团雾第二临界区域进行合并，得到团雾精确路段D={Position_first,Position_sec}。

8.如权利要求7所述的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，所述S5，包括：

S51.起始基站将所述团雾预警信息发送给通讯基站；

S52.所述通讯基站对团雾精确路段开启团雾预警状态；

S53.通讯基站根据所述团雾精确路段计算团雾预警距离，所述团雾预警距离用于提醒高速公路行驶车辆驾驶员车辆当前位置与团雾覆盖区域的距离，以便于提前做好安全措施；

S54.通讯基站将团雾精确路段和团雾预警距离发送至高速公路上的行驶车辆以及交通管理部门进行预警；

S55.对所述团雾精确路段和团雾预警距离进行更新；

S56.当行驶车辆通过所述团雾精确路段时，行驶车辆的综合数据值均小于阈值TH，通讯基站则解除对所述团雾精确路段的预警状态。

9.如权利要求8所述的一种基于边缘计算的高速公路团雾预警方法，其特征在于，所述通讯基站根据所述团雾精确路段计算团雾预警距离，包括：

正向车道上的行驶车辆的团雾预警距离的计算公式如下：

；

其中，dis表示正向车道上的行驶车辆的团雾预警距离，Pos_e表示正向车道上的行驶车辆的经度，Pos_f表示正向车道上的行驶车辆的纬度；

反向车道上的行驶车辆的团雾预警距离计算公式如下：

；

其中，dis^'表示反向车道上的行驶车辆的团雾预警距离，Pos_e表示反向车道上的行驶车辆的经度，Pos_f表示反向车道上的行驶车辆的纬度。

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