一种高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法，包括：对于每一个ETC车道出入口或检测点，计算所在位置的ETC龙门架上每条车道的所有车牌识别设备的能耗总和；基于所述ETC龙门架所处路段的最大服务交通量，测算ETC龙门架上每条车道的系统所需带宽；构建能耗—性能模型，根据该模型、系统带宽以及工作时间，确定车牌识别设备所需最低能耗；基于所述确定的最低能耗与所述ETC龙门架上每条车道所有车牌识别设备的能耗总和的关系，确定ETC龙门架上每条车道所需车牌识别设备的数量。本发明专利技术通过建立“能耗—性能”模型，对不同情况下，可以确定检测点处的车牌识别设备数量具体应布设多少台，使得设备的布置更加科学合理。科学合理。科学合理。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法


[0001]本专利技术涉及新能源及节能
，具体涉及一种高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法。

技术介绍

[0002]当前ETC电子收费系统普遍应用于高速公路、桥梁、隧道等需要收费的路段。ETC电子收费系统边缘计算的收费检测采用的主要设备为龙门架系统中的车牌识别设备，利用此设备对驶经检测点的车辆进行车牌识别。但目前大多数检测点的车牌识别设备均是一车道架设一台，并无针对不同路段、不同需求进行差别化布置。缺乏有针对性、差别化的布置将使得检测点的性能和能耗关系无法得到有效协调。
[0003]前人对于ETC系统、边缘计算、设备性能与能耗都做过了一定量的研究，但是目前看来却极少将这三者联系起来，研究ETC收费系统中边缘计算设备的性能与能耗关系。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法，以量化的形式，协调设备能耗、性能之间的关系，从而给出更加合理的针对性、差别化的ETC设备布置方式。
[0005]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法，包括：
[0007]对于每一个ETC车道出入口或检测点，计算所在位置的ETC龙门架上每条车道的所有车牌识别设备的能耗总和；
[0008]基于所述ETC龙门架所处路段的最大服务交通量，测算ETC龙门架上每条车道的系统所需带宽；
>[0009]构建能耗—性能模型，表示为：
[0010]f
w
(x)
×
α＝B
×
t
×
β
[0011]式中：f
w
(x)为车牌识别设备的能耗函数；B为ETC龙门架上每条车道的系统所需带宽；t为工作时间；α为能耗考虑所占比重，0≤α≤1；β为带宽考虑所占比重，0≤β≤1；式中α+β＝1；
[0012]基于所述能耗—性能模型、系统带宽以及工作时间，确定车牌识别设备所需最低能耗；
[0013]基于所述确定的最低能耗与所述ETC龙门架上每条车道所有车牌识别设备的能耗总和的关系，确定ETC龙门架上每条车道所需车牌识别设备的数量。
[0014]进一步地，所述α、β两个参数的取值如下：
[0015]在高速公路路段服务水平等级为一级和二级的路段，β取0.5～0.6，α＝1
‑
β；
[0016]在高速公路路段服务水平等级为三级的路段，β取0.6～0.7，α＝1
‑
β；
[0017]在弯道、隧道出入口处地形的路段，β取0.7～0.8，α＝1
‑
β；
[0018]在高速公路路段服务水平等级为四级及其等级以上的路段，β取0.8～0.9，α＝1
‑
β。
[0019]进一步地，所述高速公路路段服务水平等级的划分为：
[0020][0021]其中，v/C是在基准条件下，最大服务交通量与基准通行能力之比。
[0022]进一步地，基于所述ETC龙门架所处路段的最大服务交通量，测算ETC龙门架上每条车道的系统所需带宽，包括：
[0023]确定路段在时的最大服务交通量，并计算每秒每车道最大交通量；
[0024]根据设计需求确定每辆车通过ETC龙门架时需抓拍几幅图片以及每一幅图片的大小；
[0025]计算路段在设计速度下每条车道的系统所需带宽。
[0026]进一步地，所述基于所述确定的最低能耗与所述ETC龙门架上每条车道所有车牌识别设备的能耗总和的关系，确定ETC龙门架上每条车道所需车牌识别设备的数量，包括：
[0027]当最低能耗f
minw
(x)≤W
总
时，该车道需要一台车牌识别设备；
[0028]当W
总
<f
minw
(x)<2W
总
时，该车道需要两台车牌识别设备；
[0029]以此类推。
[0030]进一步地，车牌识别设备的布设理想间距为400米，实际布设的间距应控制在300～450米；应尽可能对实施范围内主线区段的已有杆件、车牌识别设备等进行利旧，减少工程的重复建设和资金浪费。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术特点：
[0032]本专利技术针对当前ETC检测点存在的性能与能耗关系无法有效协调的问题，提出能够协调性能和能耗的模型，通过建立“能耗—性能”模型，对在不同地形、不同路段、不同性能需求的情况下，可以确定检测点处的车牌识别设备数量具体应布设多少台，并且依据标准标注出布设的具体位置，使得设备的布置更加科学合理。
附图说明
[0033]图1为3+1车道优化前车牌识别设备布设示意图；
[0034]图2为3+1车道优化后车牌识别设备布设示意图；
[0035]图3为ETC门架系统构成图。
具体实施方式
[0036]本专利技术提出“能耗—性能”模型，结合高速路段的实际情况，计算优化了在不同地形、不同路段、不同性能需求的情况下，检测点处的车牌识别设备数量具体应布设多少台，并且依据标准标注出布设的具体位置。
[0037]ETC龙门架上的车牌识别设备对车辆的外观信息进行拍摄，产生的耗能主要与完成该功能所需的设备(例如车道控制机、补光灯、RSU设备、交换机等)的额定功率(P)、使用时间(t)、额定电流(I)、额定电压(U)等参数有关。
[0038]对于已知额定功率、运行时间的设备，其能耗计算公式为：
[0039]W＝Pt
[0040]式中：W为设备能耗，即做功(J)；P为设备额定功率(w)；t为设备运行时间(s)。
[0041]对于已知额定电压、额定电流、运行时间的设备，其能耗计算公式为：
[0042]W＝UIt
[0043]式中：W为设备能耗，即做功(J)；U为设备额定电压(V)；I为设备额定电流(A)；t为设备运行时间(s)。
[0044]每一个ETC车道出入口或检测点上每条车道上的总耗能为该地点龙门架上该功能所涉及的车辆识别设备耗能之和。
[0045]W
总
＝∑W
[0046]由于A高速上目前车牌识别设备的布设均是每条车道布设一台主设备+一台冗余设备，在不同地形、不同路段下的布设毫无差别，缺乏针对性。由此建立出“能耗—性能”模型，用以协调能耗和性能间的关系。
[0047]对于ETC自动收费系统，我们旨在满足性能要求的前提下追求最少能耗。建立“能耗—性能”的关系如下：
[0048]f
w
(x)
×
α＝B
×
t
×
β
[0049]式中：f
w
(x)为设备能耗函数；B为ETC龙门架上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法，其特征在于，包括：对于每一个ETC车道出入口或检测点，计算所在位置的ETC龙门架上每条车道的所有车牌识别设备的能耗总和；基于所述ETC龙门架所处路段的最大服务交通量，测算ETC龙门架上每条车道的系统所需带宽；构建能耗—性能模型，表示为：f
w
(x)
×
α＝B
×
t
×
β式中：f
w
(x)为车牌识别设备的能耗函数；B为ETC龙门架上每条车道的系统所需带宽；t为工作时间；α为能耗考虑所占比重，0≤α≤1；β为带宽考虑所占比重，0≤β≤1；式中α+β＝1；基于所述能耗—性能模型、系统带宽以及工作时间，确定车牌识别设备所需最低能耗；基于所述确定的最低能耗与所述ETC龙门架上每条车道所有车牌识别设备的能耗总和的关系，确定ETC龙门架上每条车道所需车牌识别设备的数量。2.根据权利要求1所述的高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法，其特征在于，所述α、β两个参数的取值如下：在高速公路路段服务水平等级为一级和二级的路段，β取0.5～0.6，α＝1
‑
β；在高速公路路段服务水平等级为三级的路段，β取0.6～0.7，α＝1
‑
β；在弯道、隧道出入口处地形的路段，β取0.7～0.8，α＝1
‑
β；在高速公路路段服务水平等级为四级及其等级以上的路段，β取0.8～0.9，α＝1
‑
β。3.根据权利要求1所述的高速公路ETC收费场景下边缘计算的绿色优化设计方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：金雷，杨菡，李春，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：