一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统和应用方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统和应用方法，包括依次连接的环境监测网络、数据接口层、信号转换层、边缘计算层和5G传输层，环境监测网络包括分布于各个位置的环境传感器组，采集环境信息并发送至数据接口层；数据接口层提供数据接口，将采集的环境信息进行统一处理，通过网络输出至信号转换层；信号转换层将环境信息的数据进行统一的封装处理，转化为统一格式的环境数据信息；边缘计算层将环境数据信息在本地进行数据处理，生成环境融合数据信息；5G传输层将环境融合数据信息根据业务需求发送至边缘云。与现有技术相比，本发明专利技术具有结构网络清晰、扩大环境数据的监测范围和监测内容、实时与边缘传感器基站进行通信等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统和应用方法
本专利技术涉及环境监测领域，尤其是涉及一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统和应用方法。
技术介绍
随着AI技术和IoT技术的不断发展，智慧城市、智慧园区、智慧工厂等项目越来越引起人们的注意，我们即将迎来一个充满智能化的时代，越来越多的智能应用将出现在我们的生活中，改变人们的生产生活方式。而且随着5G时代的到来，数据的传输将更加的快捷方便，稳定性和可靠性将大大提高，时延不断下降，为万物互联的发展与实现提供了可能。目前出现了很多的依赖于AI和IoT的智能应用，其目标在于改善人们的生产生活方式，提高生活水平。但是这些智能应用的发展都离不开传感器，各种各样的智能化应用都需要依赖传感器采集各种各样的信息。为了方便智能应用的发展，加速智能时代的来临，急需一种智能传感器网络，能够方便的提供数据的采集传输与处理。现有的传感器基站按主要站点进行分布，所监测的数据仅限于城市主要区域，而在街道等地方建立基站较难维护，需要投入大量人力物力。智慧灯杆作为智能化时代最有可能广泛分布的智能设备之一，可以很好的作为智能传感器网络的载体，让智能传感器网络分布在各个地区，甚至成为“地球感知皮肤”。现有技术公开了一种环境状态量采集系统，通过环境管理模块将采集的多种类型的环境数据转换成网络通信信号，与监控主机通信，显示相关环境数据。但是缺少边缘传感器对于环境数据的处理，功能较为单调，灵活性不高，只能在监控主机上对数据进行处理，且不能及时发布至下层传感器基站。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的环境数据的采集传输与处理较为复杂、集成度低、缺少与边缘传感器基站进行通信的缺陷而提供一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统和应用方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统，其特征在于，包括依次连接的环境监测网络、数据接口层、信号转换层、边缘计算层和5G传输层，其中：环境监测网络，包括分布于各个位置的智慧灯杆上的环境传感器组，对环境信息进行采集并发送至数据接口层，单个智慧灯杆作为环境监测网络的Agent单体，多个智慧灯杆之间相互形成维诺图感知网络，根据Multi-Agent算法实现多模态信息融合以及基于大数据的环境态势推演；数据接口层，为各环境传感器组中的各传感器提供数据接口，将传感器所采集的环境信息进行统一处理，通过网络输出至信号转换层；信号转换层，将环境信息的数据经过预处理后进行统一的封装处理，转化为统一格式的环境数据信息；边缘计算层，将完成信号转换的环境数据信息在本地进行数据处理，实现多模态数据融合，生成环境融合数据信息；5G传输层，通过5G通信技术将边缘计算层处理过后的环境融合数据信息进行无线传输，根据业务需求将环境融合数据信息发送至边缘云；所述环境监测网络、数据接口层、信号转换层、边缘计算层和5G传输层由多模供电层进行统一供电，所述环境信息包括环境气象信息和环境视觉信息。进一步地，所述环境气象信息包括光照强度信息、温度信息、湿度信息、噪声信息、风速信息、风向信息、大气压力信息、PM2.5信息、PM10信息、CO信息、CO2信息和NO2信息。进一步地，所述环境视觉信息为360度环境图像实时监测信息。所述环境监测网络为基于Lloyd算法的维诺图感知网络，具体步骤包括根据级联规模区域形成灯杆集群，随机选定k个灯杆，计算k个灯杆的维诺图，整合维诺图的每个单元格，并计算质心，然后对采集环境数据的节点进行压缩。所述数据接口层的接口类型包括RS-232、RS-485、USB3.0、通用网络接口、VGA、GPIB、光纤或无线。所述信号转换层的预处理操作包括滤波处理、放大处理和转换处理。所述多模供电层的输入电压为220V交流电，输出电压为3.3V直流电、5V直流电、12V直流电或24V直流电。进一步地，所述多模供电层内设有开关电源转换模块，将220V交流电转换为24V直流电，再由芯片转换为3.3V直流电、5V直流电或12V直流电。所述边缘计算层在本地进行的数据处理操作包括数据存储和数据运算。一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统的应用方法，具体包括以下步骤：步骤S1：根据智慧灯杆传感器的节点分布情况，构建多个尺度规模的维诺图感知网络；步骤S2：对所述多个尺度规模的维诺图感知网络的传感器数据进行相应程度的模糊处理；步骤S3：完成所述模糊处理的传感器数据之间相减求差，并计算传感器数据的极值，得到具有代表性的智慧灯杆节点，表征其所属区域的其他节点，并显示所属区域的环境情况。与现有技术相比，本专利技术通过建立基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统对环境信息进行采集，结构网络清晰简单，实时采集对应地区的环境气象信息和环境图像信息，扩大对环境数据的监测范围和监测内容，增加单个基站的监测设备的集成度。经过边缘计算层处理后的环境融合数据通过5G传输层传输到云控中心或边缘传感器进行分析，云控中心的分析结果也将及时传输至边缘传感器进行执行，提高了对环境数据的处理能力，缩短了反应时间。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术数据接口层的结构示意图；图3为本专利技术数据接口层内部结构的示意图；图4为本专利技术边缘计算层的结构示意图。附图标记：1-环境监测网络；2-数据接口层；3-信号转换层；4-边缘计算层；5-5G传输层；6-多模供电层。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统，实时采集对应地区的环境气象信息和环境图像信息，扩大对环境数据的监测范围和监测内容，增加单个基站的监测设备的集成度，包括依次连接的环境监测网络、数据接口层、信号转换层、边缘计算层和5G传输层，其中：环境监测网络，包括分布于各个位置的智慧灯杆上的环境传感器组，对环境信息进行采集并发送至数据接口层，单个智慧灯杆作为环境监测网络的Agent单体，多个智慧灯杆之间相互形成维诺图感知网络，根据Multi-Agent算法实现多模态信息融合以及基于大数据的环境态势推演；如图2和图3所示，数据接口层，为各环境传感器组中的各传感器提供数据接口，将传感器所采集的环境信息进行统一处理，通过网络输出至信号转换层；信号转换层，将环境信息的数据经过预处理后进行统一的封装处理，转化为统一格式的环境数据信息；如图4所示，边缘计算层，将完成信号转换的环境数据信息在本地进行数据处理，实现多模态数据融合，生成环境融合数据信息；5G传输层，通过5G通信技术将边缘计算层处理过后的环境融合数据信息进行无线传输，根据业务需求将环境融合数据信息发送至边缘云；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统，其特征在于，包括依次连接的环境监测网络、数据接口层、信号转换层、边缘计算层和5G传输层，其中：/n环境监测网络，包括分布于各个位置的智慧灯杆上的环境传感器组，对环境信息进行采集并发送至数据接口层，单个智慧灯杆作为环境监测网络的Agent单体，多个智慧灯杆之间相互形成维诺图感知网络，根据Multi-Agent算法实现多模态信息融合以及基于大数据的环境态势推演；/n数据接口层，为各环境传感器组中的各传感器提供数据接口，将传感器所采集的环境信息进行统一处理，通过网络输出至信号转换层；/n信号转换层，将环境信息的数据经过预处理后进行统一的封装处理，转化为统一格式的环境数据信息；/n边缘计算层，将完成信号转换的环境数据信息在本地进行数据处理，实现多模态数据融合，生成环境融合数据信息；/n5G传输层，通过5G通信技术将边缘计算层处理过后的环境融合数据信息进行无线传输，根据业务需求将环境融合数据信息发送至边缘云；/n所述环境监测网络、数据接口层、信号转换层、边缘计算层和5G传输层由多模供电层进行统一供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统，其特征在于，包括依次连接的环境监测网络、数据接口层、信号转换层、边缘计算层和5G传输层，其中：
环境监测网络，包括分布于各个位置的智慧灯杆上的环境传感器组，对环境信息进行采集并发送至数据接口层，单个智慧灯杆作为环境监测网络的Agent单体，多个智慧灯杆之间相互形成维诺图感知网络，根据Multi-Agent算法实现多模态信息融合以及基于大数据的环境态势推演；
数据接口层，为各环境传感器组中的各传感器提供数据接口，将传感器所采集的环境信息进行统一处理，通过网络输出至信号转换层；
信号转换层，将环境信息的数据经过预处理后进行统一的封装处理，转化为统一格式的环境数据信息；
边缘计算层，将完成信号转换的环境数据信息在本地进行数据处理，实现多模态数据融合，生成环境融合数据信息；
5G传输层，通过5G通信技术将边缘计算层处理过后的环境融合数据信息进行无线传输，根据业务需求将环境融合数据信息发送至边缘云；
所述环境监测网络、数据接口层、信号转换层、边缘计算层和5G传输层由多模供电层进行统一供电。


2.根据权利要求1所述的一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统，其特征在于，所述环境信息包括环境气象信息和环境视觉信息。


3.根据权利要求2所述的一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统，其特征在于，所述环境气象信息包括光照强度信息、温度信息、湿度信息、噪声信息、风速信息、风向信息、大气压力信息、PM2.5信息、PM10信息、CO信息、CO2信息和NO2信息，所述环境视觉信息为360度环境图像实时监测信息。


4.根据权利要求1所述的一种基于5G智慧灯杆集群的地球皮肤感知系统，其特征在于，所述环境监测网络的维诺图感知网络为基于Lloyd算法的维诺图感知网络，具体步...

【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，朱忠攀，赵建刚，周艳敏，李刚，王志鹏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31