云边端协同的高速公路云控系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种智能交通云控系统，充分运用云计算、边缘计算、大数据和人工智能等技术，提出一种云‑边‑端协同道路交通云控平台技术架构，可以克服现有交通运行管理与监控系统技术架构缺陷。以此技术架构设计开发的高速公路云控平台，能够实现在确保安全的前提下提高路网运行效率，使高速公路使用者能够获得更加及时、有效、个性化的驾驶和出行辅助信息，以及支持车路协同自动驾驶实际应用等功能。

Cloud control system and control method of Expressway Based on cloud edge cooperation

【技术实现步骤摘要】
云边端协同的高速公路云控系统及控制方法
本申请涉及智慧交通
，特别涉及一种云-边-端协同的道路交通云控平台技术架构及其控制方法。
技术介绍
建设智慧交通，推动大数据、物联网、人工智能、区块链等技术与交通行业的深度融合，实现交通基础设施网、运输服务网、能源与信息网络的融合发展，提升交通系统管理、运营和安全效能，是构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系的重要抓手之一。高速公路作为我国交通基础设施的重要组成部分和客货运输的骨干网络，已成为我国智慧交通建设的重要领域和新技术、新业态等应用的重要场景。多年来，为保障高速公路的高效管理和安全运营，我国公路交通行业设计了由监控系统、通信系统、收费系统、供配电系统、照明系统、隧道机电系统等组成的高速公路机电系统，并结合公路管理实际，提出了由监控(收费)站-监控(收费)分中心-监控(收费)中心的分级管理架构，在路网管理层面，建设了分级交通运行协调指挥中心(TOCC)或路网监控管理中心,有效实现了交通流量、交通事故、施工养护等信息的采集、传输、处理及发布，保障了高速公路的安全、可靠、高效运营。近年来，一方面，我国高速公路路网规模日益扩大，网络节点日益增多，路网运营管理压力日益加大；另一方面，自动驾驶、车路协同、智能网联汽车等技术快速发展，应用落地迫切需要高速公路信息的感知、处理和发布更加准确、及时和有效。现有的高速公路机电系统技术架构和管理体制面临重大挑战，主要表现为：一是系统开放性挑战。现有高速公路机电系统是基于通信专网的封闭性系统，主要通过路侧布设的摄像头、气象检测器、车辆检测器等外场监控设施采集交通流和环境等信息，但对于通过车路协同交互的车辆等信息以及道路使用者的状态信息等缺少外部信息输入途径；同时，系统内部的收费、监控和应急通讯等子系统也相互独立封闭，需要提高系统的开放性。二是精准及时信息服务挑战。现有高速公路机电系统基础数据基本是逐层上报模式，信息计算处理主要部署在上层的TOCC或监控中心，各层级TOCC的计算能力未被充分利用，信息发布也主要采用“自上而下”逐级发布模式；同时，信息服务主要以统计报表为主，精准定位到不同道路使用者和管理者的及时信息服务能力亟待提高。三是智能决策控制挑战。智慧交通系统的核心能力体现在系统的智能决策和控制能力，在现有高速公路机电系统中，沉淀了大量的交通运行数据，但由于系统技术架构不能适应云计算平台、人工智能算法等要求，无法实现对高速公路路网运行的智能决策和自主控制，也不能满足对车路协同自动驾驶车辆的信息支持需求。在现有技术中，文献1(文献号请参见下文)以服务智能网联汽车，减轻车端的计算压力为目的，提出了一种云端包括中心云、区域云、边缘云三级平台的云控平台架构，其中边缘云也是基于云计算技术架构，且与中心云和区域云之间是数据的扁平化直接调用与共享模式。该云控平台架构仅是一种云端平台的技术架构，构建的是包括云平台与智能网联汽车两个对象的云—端协同控制系统。文献2(文献号请参见下文)以解决中心系统计算压力大、运行速率低为目的，提出了一种用于包括中心系统、若干控制服务器和若干现场设备的智能交通云控制系统的数据处理和控制实施方法，采用的是传统自上而下管控指令处理方式，未强调和应用云计算架构和云控制技术。可见，现有技术笼统地提出了自端设备向上，分层级地布置若干云设备的架构模型。然而在交通管理的实际运行中，基于该分层的云设备架构却衍生出若干问题，主要体现在：第一方面，低层设备与高层设备在工作模式与运行状态上存在明显差异，例如，最底层的端设备除了需要向上层传输原始采集数据之外，还需要高速、短时延地获取上层的管控指令(如基于其上传的数据)，而现有技术中由于多层云设备的设置，这造成了响应与传输的长时延，当从顶层云设备(如中心云，或者区域云)获得管控指令并逐级发送到端设备时，往往无法满足其高速、短时延的需求。第二方面，当前的云架构，由于云设备基于云计算架构而设置，在数据传输与处理的过程中通常普适性地采用数据共享管理，而在交通管理领域，由于低层设备是直接联系到交通路况的直接相关设备，需要及时、快速地做实时交通状况进行采集、分析并做出指示，因而对设备的算力集中性要求更高，如果分散算力用于云设备之间的数据共享，则往往造成资源不足以应对实时数据处理的需求。但是如果在云设备之间采取数据集中存储、处理的方案又势必造成高昂的设备部署、维护成本，两者之间的矛盾亟需克服。第三方面，在现有的交通控制云架构中，往往仅注重从顶层云设备到底层端设备的大控制闭环构建，而忽略了从“边”的角度去考虑低层设备之间不同于高层设备的高效传输、快速处理、短时延响应需求。如果只是笼统地将低层设备纳入整个大控制闭环之中，则其资源通常被高层设备所占用(有时并非处于运行状态，而是处于对高层设备的指令等候状态)，造成低层设备无法充分发挥高效处理“边”层级任务的作用。并且基于此，本申请专利技术人又进一步考虑到，若构建“边”侧的小控制闭环会容易造成对整个大控制闭环控制响应的贻误，两者之间的矛盾同样亟需解决。文献1：CN109688224A文献2：CN106251620B综上，亟需提出一种适用于车路协同应用场景、采用云-边-端协同机制、数据驱动的交通云控系统技术架构方案。
技术实现思路
为解决上述问题，根据本专利技术的第一方面，提供一种道路交通云控系统，所述系统具有自下而上依层级布置的交通数据处理与管控指令传递的架构，包括：端设备、边子系统、和云子系统，所述终端设备包括智能车载设备、传统路侧设备和/或智能路侧设备，所述智能车载设备用于采集交通车辆数据和/或接收交通管控指令，所述传统路侧设备、智能路侧设备用于采集交通状态和交通环境数据和/或实现交通管控指令的发布，其特征在于：所述云子系统自下而上依层级包括：基于云计算架构的路段云和其上级云；所述边子系统包括：所述路段云和设置在道路沿线路侧的基于本地计算架构的边缘计算控制设备。这样一来，本专利技术通过在云子系统之下配置边子系统，并通过在边子系统中设置云计算架构边缘计算设备+本地计算架构边缘计算设备的灵活配置，在确保边、端能够有效融入云控层级架构的同时，确保端设备能够高速、短时延的获取基于边缘决策的管控指令。进一步的，所述路段云与所述边缘计算控制设备形成：上下层级架构、或者同时具备上下层级与同级关系架构的边子系统。进一步的，所述上级云自下而上依层级包括：区域云和路网云，并且在所述区域云与所述路网云之间及其各自同级之间，具有所述交通数据的直接调用与共享架构。进一步的，所述路段云与所述上级云之间，不具有所述交通数据的直接调用与共享架构。进一步的，所述边子系统与所述端设备之间形成边侧控制闭环。进一步的，所述云子系统、所述边子系统以及所述端设备之间形成云侧控制闭环。根据本专利技术的第二方面，提供一种交通控制方法，该方法应用于如上所述的交通云控系统，其特征在于，所述方法包括：所述边子系统接收来自所述端设备的边缘计算请求；识本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种道路交通云控系统，所述系统具有自下而上依层级布置的交通数据处理与管控指令传递架构，包括：端设备、边子系统和云子系统，所述端设备包括：智能车载设备、传统路侧设备和/或智能路侧设备，所述智能车载设备用于采集车辆运行数据和/或接收交通管控指令，所述传统路侧设备、智能路侧设备用于采集交通状态和交通环境数据和/或实现交通管控指令的发布；/n其特征在于：所述云子系统自下而上依层级包括：基于云计算架构的路段云和其上级云；所述边子系统包括：所述路段云和设置在道路沿线路侧的基于本地计算架构的边缘计算控制设备。/n

【技术特征摘要】
1.一种道路交通云控系统，所述系统具有自下而上依层级布置的交通数据处理与管控指令传递架构，包括：端设备、边子系统和云子系统，所述端设备包括：智能车载设备、传统路侧设备和/或智能路侧设备，所述智能车载设备用于采集车辆运行数据和/或接收交通管控指令，所述传统路侧设备、智能路侧设备用于采集交通状态和交通环境数据和/或实现交通管控指令的发布；
其特征在于：所述云子系统自下而上依层级包括：基于云计算架构的路段云和其上级云；所述边子系统包括：所述路段云和设置在道路沿线路侧的基于本地计算架构的边缘计算控制设备。


2.根据权利要求1所述的道路交通云控系统，其特征在于：所述路段云与所述边缘计算控制设备形成：上下层级架构、或者同时具备上下层级与同级关系架构。


3.根据权利要求1或2所述的道路交通云控系统，其特征在于：所述上级云自下而上依层级包括：区域云和路网云，并且在所述区域云与所述路网云之间及其各自同级之间，具有所述交通数据的扁平化直接调用与共享架构。


4.根据权利要求3所述的道路交通云控系统，其特征在于：所述路段云与所述上级云之间，不具有所述交通数据的直接调用与共享架构。


5.根据权利要求1-4中任一所述的道路交通云控系统，其特征在于：所述边子系统与所述端设备之间形成边侧控制闭环。


6.根据权利要求1-5任一所述的道路交通云控系统，其特征在于：所述云子系统、所述边子系统与所述端设备之间形成云侧控制闭环。


7.一种交通控制方法，该方法应用于权利要求1-6中任一所述的道路交通云控系统，其特征在于，所述方法包括：
所述边子系统接收来自所述端设备的边缘计算请求；
识别所述边缘计算请求中的第一属性；
判断若所述第一属性满足第一预设条件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑晏青，宋向辉，孙玲，王东柱，朱立伟，侯德藻，卢立阳，刘楠，赵佳海，李宏海，李亚檬，高剑，杨凤满，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11