一种基于5G边缘计算的水利感知系统的制作方法

一种基于5g边缘计算的水利感知系统
技术领域
1.本技术涉及水利监测的领域，尤其是涉及一种基于5g边缘计算的水利感知系统。


背景技术：

2.边缘计算，是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间，或处于物理实体的顶端。而云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。
3.公告号为cn112738754b的中国专利公开了一种基于边缘计算的山洪灾害预警监测系统，包括感知层、汇聚层、传输层和应用层：所述感知层用于采集传感器数据；所述汇聚层在传感器网络边缘侧参与全局协同，用于将不同位置、不同种类的传感器数据进行融合；所述传输层用于实现汇聚层和应用层的通信链接；所述应用层用于山洪致灾要素的实时监测和应急指挥。该发明通过设置边缘计算单元对感知层的数据进行处理和计算，进而实现对感知层采集的数据进行快速处理效果。但是目前着眼于整个水利感知系统，山洪监测仅为其中一环，在构建水利感知系统时，容易出现某个水利监测点因各种因素导致数据暴增，导致对应的边缘计算单元超负荷运行，进而导致数据处理滞后影响设备使用寿命的现象发生。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为在构建水利感知系统时，容易出现某个水利监测点因各种因素导致数据暴增，导致对应的边缘计算单元超负荷运行，进而导致数据处理滞后影响设备使用寿命的现象发生。


技术实现要素：

5.为了解决在构建水利感知系统时，容易出现某个水利监测点因各种因素导致数据暴增，导致对应的边缘计算单元超负荷运行，进而导致数据处理滞后影响设备使用寿命的现象发生的问题，本技术提供一种基于5g边缘计算的水利感知系统。
6.第一方面，本技术提供一种基于5g边缘计算的水利感知系统，采用如下的技术方案：
7.一种基于5g边缘计算的水利感知系统，包括：
8.感知采集模块，分布设置于各个水利监测站点处，用于采集各个水利监测点的感知传感器数据；
9.边缘计算模块，包括分布设置的若干个针对处理各种类型水利数据的边缘计算单元，用于对感知采集模块采集到的感知传感器数据计算处理；
10.云计算服务模块，用于构建云计算服务平台，接收边缘计算模块汇总上传的水利感知数据处理报告进行存储，并对接收到的水利感知数据处理报告进行周期性的大数据分析，进而生成或更新业务决策；
11.通信传输模块，用于感知采集模块和边缘计算模块之间进行数据通信，还用于边缘计算模块与云计算服务模块之间进行数据通信；
12.远端监控模块，用于建立远程监控平台，根据管理人员需求调取各个水利监测的监测数据；
13.负载判断模块，用于实时监测各个边缘计算单元的运行负载，并在边缘计算单元运行负载率超标时，选取部分数据输送至云计算服务模块进行计算处理。
14.优选的，所述通信传输模块包括：内网传输模块、外网传输模块、5g传输模块、4g传输模块中的一种或多种。
15.优选的，所述负载判断模块包括：
16.负载监测单元，用于实时获取各个边缘计算单元的负载率；
17.负载判断单元，用于判断各个边缘计算单元的负载率是否超过预设负载阈值；
18.数据选取单元，用于对负载率超过预设负载阈值的边缘计算单元负责的数据进行遴选，将部分数据发送至云计算服务模块进行计算处理。
19.优选的，所述数据选取单元包括：
20.类型确定子单元，用于确定边缘计算单元当前待计算的数据类型和数据数量；
21.数据排序子单元，基于数据的数据类型确定其权重值，基于权重值对各个类型的数据进行排序生成优先级列表，其中各个数据类型对应的权重值由管理人员设置；
22.数据转移确定子单元，用于基于边缘计算单元的负载率和处理数据数量根据预设置的计算公式计算确定迁移数据数量；
23.数据遴选子单元，根据优先级列表和迁移数据数量遴选优先级低的数据发送至云端服务器进行计算处理。
24.优选的，所述计算确定迁移数据数量ai的计算公式为：的计算公式为：其中ai为第i个边缘计算单元需迁移数据数量，xi为第i个边缘计算单元的当前处理数据数量，yi为第i个边缘计算单元的负载率，bi为第i个边缘计算单元的预设负载阈值，ci第i个边缘计算单元的安全系数，且60％≤ci≤90％具体数值有管理人员设置。
25.优选的，所述数据选取单元将部分数据发送至云计算服务模块进行计算处理还包括以下步骤：
26.确定该负载率超过预设负载阈值的边缘计算单元周边的边缘计算单元负载率；
27.判断是否存在边缘计算单元的负载率低于预设值空闲负载率阈值；
28.若不存在，则将部分数据发送至云计算服务模块进行计算处理；
29.若存在，则判定其为空闲边缘计算单元，分别向空闲边缘计算单元和云计算服务模块发送验证数据信息确定其响应时长；
30.判断是否存在空闲边缘计算单元响应时长小于云计算服务模块响应时长；
31.若存在，则将部分数据发送至该空闲边缘计算单元；
32.若不存在，则将部分数据发送至云计算服务模块进行计算处理。
33.优选的，所述水利感知系统还包括用于监测调控各个水利监测点机房环境参数的环境调控模块，所述环境调控模块包括用于检测各个水利监测点机房环境参数的温湿度传感器和用于调节各个水利监测点机房环境参数的温湿度调节设备。
34.优选的，所述水利感知系统还包括报警模块，所述报警模块用于根据接收到的报警信息类型控制预设值的对应类型的报警设备发出警报，所述报警信息类型包括洪水报警信息、枯水报警信息、水质报警信息、山火报警信息、泥石流报警信息，所述报警模块接收到洪水报警信息后控制各个水利监测点机房预设置的密封机构，对水利机房进行封闭锁定。
35.优选的，所述密封机构包括设置于水利监测点机房的电动密封门、电动封闭窗、用于对机房的通风管道以及空调换气管道进行封闭的电动封闭板以及设置与机房外侧用于检测外界水位的水位传感器；所述报警模块在接收到洪水报警信息后控制处于该报警信息影响下的水利监测点机房的电动密封门和电动密封窗启动对机房进行封闭；所述报警模块实时获取水利监测点机房的水位信息，当水位信息大于预设水位阈值时，报警模块控制该机房的电动封闭板关闭。
36.优选的，所述密封机构还包括水冷循环组件，所述水冷循环组件包括依次盘旋在在机房内各个设备上的若干根外循环水冷管和若干根内循环水冷管，若干根所述外循环水冷管和内循环水冷管上均设有水冷电磁阀和循环水泵；若干根所述外循环水冷管的进水端延伸出机房且朝下呈倾斜设置，若干根所述内循环水冷管的进水端均位于机房内且沿机房周向设置，若干根所述内循环水冷管的进水端均向下倾斜设置且与机房内地势低端抵接，若干根所述外循环水冷管和内循环水冷管的出水端均延伸出机房；若干根所述外循环水冷管的进水端位于机房进水侧，若干根所述外循环水冷管的进水端均套设有滤网套管，所述滤网套管内设有用于过滤杂物的粗径过滤网，所述滤网套管整体呈l形设置，且所述滤网套管的进水端沿水流方向设置。
37.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
38.1.通过边缘计算模块和云计算服务模块的设置，进行强强互补，边缘计算单元能够对感知采集模块采集到的数据进行实时计算和处理，并实时向感知采集模块的采集设备发送指令，实现边缘侧数据的快速传输和处理，云计算服务模块则负责进行根据各个边缘计算单元的水利感知报告，进行周期性的大数据分析进而更新或生成业务决策，调节各个边缘计算单元的业务规则，形成章鱼式数据处理模式；
39.2.通过负载判断模块的设置，实时监测各个边缘计算单元的运行负载，在某个边缘计算单元因各种因素出现数据暴增负载率超标时，实时选取截留部分数据，发送至云计算服务模块进行计算处理，避免出现边缘计算单元因数据暴增宕机或超负载缓慢运行的现象，确保边缘计算单元能够实现高实时性的数据处理和应用智能服务，有助于提高水利感知系统的运行稳定性和使用寿命；
40.3.通过类型确定子单元和数据排序子单元的设置，确定负载率超标的边缘计算模块接收到的各个数据类型及数量，并基于其类型权重进行排序，通过数据转移确定子单元计算确定需要转移的数据数量，并基于优先级列表选取权重值低即不需要及时处理响应的数据发送至云计算服务模块处进行计算处理，确保边缘计算模块在面临数据暴涨的突发状况时仍能对重要的水利感知设备实现实时性的数据处理和应用智能服务，有助于提高水利感知系统运行的稳定性，实现对各种水利信息进行实时监测和响应，以期为我国水利管理提供供科学依据与数据支撑；
41.4.通过密封机构的设置，报警模块在接收到洪水报警信息控制对应的报警设备发出警报，同时控制受影响的水利监测点机房关闭电动密封门和电动封闭窗，对机房进行密
封，防止外界涨潮的洪水涌入机房内，对机房内的设备造成损坏，确保该水利监测点仍能正常维持运行。同时报警模块实时通过设置机房外部的水位传感器获取机房外部的相对水位，在外界洪水相对于机房的相对水位高度高于预设水位阈值时，报警模块进一步控制电动封闭板对机房进行进一步封闭，能够有效阻拦外界洪水进入机房内部。
附图说明
42.图1是本技术实施例中水利感知系统的系统框图；
43.图2是本技术实施例中数据选取单元选取部分数据的方法流程图；
44.图3是本技术实施例中水利监测点机房的整体结构示意图；
45.图4是本技术实施例中水利监测点机房的剖面结构示意图。
46.附图标记说明：1、感知采集模块；2、边缘计算模块；21、边缘计算单元；3、云计算服务模块；4、通信传输模块；41、内网传输模块；42、外网传输模块；43、5g传输模块；44、4g传输模块；5、远端监控模块；6、负载判断模块；61、负载监测单元；62、负载判断单元；63、数据选取单元；631、类型确定子单元；632、数据排序子单元；633、数据转移确定子单元；634、数据遴选子单元；7、环境调控模块；71、温湿度传感器；72、温湿度调节设备；8、报警模块；9、密封机构；91、电动密封门；92、电动封闭窗；93、电动封闭板；931、直线导轨；932、密封板；933、安装槽；934、密封胶条；94、水位传感器；95、水冷循环组件；951、外循环水冷管；952、内循环水冷管；953、水冷电磁阀；954、循环水泵；955、滤网套管；956、粗径过滤网。
具体实施方式
47.以下结合附图1-4对本技术作进一步详细说明。
48.本技术实施例公开一种基于5g边缘计算的水利感知系统。参照图1，一种基于5g边缘计算的水利感知系统，包括：
49.感知采集模块1，分布设置于各个水利监测站点处，用于采集各个水利监测点的感知传感器数据；
50.边缘计算模块2，包括分布设置的若干个针对处理各种类型水利数据的边缘计算单元21，用于对感知采集模块1采集到的感知传感器数据计算处理；
51.云计算服务模块3，用于构建云计算服务平台，接收边缘计算模块2汇总上传的水利感知数据处理报告进行存储，并对接收到的水利感知数据处理报告进行周期性的大数据分析，进而生成或更新业务决策；
52.通信传输模块4，用于感知采集模块1和边缘计算模块2之间进行数据通信，还用于边缘计算模块2与云计算服务模块3之间进行数据通信；
53.远端监控模块5，用于建立远程监控平台，根据管理人员需求调取各个水利监测的监测数据；
54.负载判断模块6，用于实时监测各个边缘计算单元21的运行负载，并在边缘计算单元21运行负载率超标时，选取部分数据输送至云计算服务模块3进行计算处理；
55.环境调控模块7，用于监测调控各个水利监测点机房环境参数；
56.报警模块8，用于根据接收到的报警信息类型控制预设值的对应类型的报警设备发出警报，所述报警信息类型包括洪水报警信息、枯水报警信息、水质报警信息、山火报警
信息、泥石流报警信息。所述报警模块8接收到洪水报警信息后控制各个水利监测点机房预设置的密封机构9，对水利机房进行封闭锁定。感知采集模块1、边缘计算模块2、云计算服务模块3、远端监控模块5、负载判断模块6、环境调控模块7和报警模块8通过通信传输模块4进行通信连接。通过边缘计算模块2和云计算服务模块3的设置，进行强强互补，边缘计算单元21能够对感知采集模块1采集到的数据进行实时计算和处理，并实时向感知采集模块1的采集设备发送指令，实现边缘侧数据的快速传输和处理，云计算服务模块3则负责进行根据各个边缘计算单元21的水利感知报告，进行周期性的大数据分析进而更新或生成业务决策，调节各个边缘计算单元21的业务规则，形成章鱼式数据处理模式。通过负载判断模块6的设置，实时监测各个边缘计算单元21的运行负载，在某个边缘计算单元21因各种因素出现数据暴增负载率超标时，实时选取截留部分数据，发送至云计算服务模块3进行计算处理，避免出现边缘计算单元21因数据暴增宕机或超负载缓慢运行的现象，确保边缘计算单元21能够实现高实时性的数据处理和应用智能服务，有助于提高水利感知系统的运行稳定性和使用寿命。
57.参照图1，所述通信传输模块4包括：内网传输模块41、外网传输模块42、5g传输模块43、4g传输模块44中的一种或多种。本实施例中优选为以5g传输模块43为基础，辅助设置内网传输模块41、外网传输模块42、4g传输模块44的一种或多种，进行通讯网络的搭建。5g通信技术具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术。边缘计算单元21在5g通信技术赋能下实现实时性的数据处理和应用智能服务，进一步提高水利感知系统的数据响应处理速度，有助于实时感知监测各个水利监测点的水利信息，能够有效解决我国地域阔，系众多，利程点多、、量，类型复杂导致水利信息难以实时监测的现象。
58.参照图1，所述负载判断模块6包括：
59.负载监测单元61，用于实时获取各个边缘计算单元21的负载率；
60.负载判断单元62，用于判断各个边缘计算单元21的负载率是否超过预设负载阈值；
61.数据选取单元63，用于对负载率超过预设负载阈值的边缘计算单元21负责的数据进行遴选，将部分数据发送至云计算服务模块3进行计算处理。通过负载监测单元61实时监测各个边缘计算单元21的负载率，并通过数据选取单元63对负载率超过预设负载阈值的边缘计算单元21负责的数据进行遴选，将该边缘计算单元21接收的部分数据发送至云计算服务模块3处，云计算服务模块3对接收的数据信息进行实时计算处理，确保边缘计算单元21处于良好的运行环境，确保边缘计算单元21能够实现高实时性的数据处理和应用智能服务，避免出现边缘计算单元21因暴增数据宕机导致数据处理响应缓慢，进而影响水利信息处理响应的时效性。
62.参照图1，所述数据选取单元63包括：
63.类型确定子单元631，用于确定边缘计算单元21当前待计算的数据类型和数据数量；
64.数据排序子单元632，基于数据的数据类型确定其权重值，基于权重值对各个类型的数据进行排序生成优先级列表，其中各个数据类型对应的权重值由管理人员设置；其中越重要，越需要及时响应的数据的权重值越高，当然管理人员也可根据实际需求将调整部分数据类型的权重值；
65.数据转移确定子单元633，用于基于边缘计算单元21的负载率和处理数据数量根据预设置的计算公式计算确定迁移数据数量；
66.数据遴选子单元634，根据优先级列表和迁移数据数量遴选优先级低的数据发送至云端服务器进行计算处理。通过类型确定子单元631和数据排序子单元632的设置，确定负载率超标的边缘计算模块2接收到的各个数据类型及数量，并基于其类型权重进行排序，通过数据转移确定子单元633计算确定需要转移的数据数量，并基于优先级列表选取权重值低即不需要及时处理响应的数据发送至云计算服务模块3处进行计算处理，确保边缘计算模块2在面临数据暴涨的突发状况时仍能对重要的水利感知设备实现实时性的数据处理和应用智能服务，有助于提高水利感知系统运行的稳定性，实现对各种水利信息进行实时监测和响应，以期为我国水利管理提供供科学依据与数据支撑。
67.上述计算确定迁移数据数量ai的计算公式为：其中ai为第i个边缘计算单元需迁移数据数量，xi为第i个边缘计算单元的当前处理数据数量，yi为第i个边缘计算单元的负载率，bi为第i个边缘计算单元的预设负载阈值，ci第i个边缘计算单元的安全系数，且60％≤ci≤90％具体数值由管理人员设置。基于当前负载率超标的负载率以及处理数据数量测算确定该边缘计算单元的数据计算承载量，进而确定需要迁移的数据数量，确保边缘计算模块在面临数据暴涨的突发状况时仍能对重要的水利感知设备实现实时性的数据处理和应用智能服务。
68.参照图2，上述数据选取单元63将部分数据发送至云计算服务模块3进行计算处理还包括以下步骤：
69.a1、确定该负载率超过预设负载阈值的边缘计算单元21周边的边缘计算单元21负载率；
70.a2、判断是否存在边缘计算单元21的负载率低于预设值空闲负载率阈值；
71.a3、若不存在，则将部分数据发送至云计算服务模块3进行计算处理；
72.a4、若存在，则判定其为空闲边缘计算单元21，分别向空闲边缘计算单元21和云计算服务模块3发送验证数据信息确定其响应时长；
73.a5、判断是否存在空闲边缘计算单元21响应时长小于云计算服务模块3响应时长；
74.a6、若存在，则将部分数据发送至该空闲边缘计算单元21；
75.a7、若不存在，则将部分数据发送至云计算服务模块3进行计算处理。通过上述步骤就近获取相邻边缘计算单元21的负载率，判断是否存在空闲边缘计算单元21，再测算比较空闲边缘计算单元21和云计算服务模块3的时长，将迁移的数据信息发送至响应更快空闲边缘计算单元21或云计算服务模块3进行处理，确保边缘计算模块2在面临数据暴涨的突发状况时仍能对重要的水利感知设备实现实时性的数据处理和应用智能服务，同时有助于提高迁移的数据信息的处理响应速率，进一步提高水利感知系统的信息处理效率。
76.参照图1，所述环境调控模块7包括用于检测各个水利监测点机房环境参数的温湿度传感器71和用于调节各个水利监测点机房环境参数的温湿度调节设备72。温湿度调节设备72可以为空调、除湿机等设备。通过环境调控模块7实现对各个水利监测点的机房进行环境检测和调节。
77.参照图1，所述报警信息类型包括洪水报警信息、枯水报警信息、水质报警信息、山
火报警信息、泥石流报警信息，所述报警模块8接收到洪水报警信息后控制各个水利监测点机房预设置的密封机构9，对水利机房进行封闭锁定。报警模块8根据报警信息发出警报，提醒周边受影响的人员及时躲避，通知管理人员及时应对解决。通过预设置的密封机构9，报警模块8接收到洪水报警信息，报警的同时控制密封机构9启动，实现报警联动，对受影响的水利监测点的机房进行封闭，确保水利监测点的机房内的设备机柜免受洪水侵袭，确保水利监测点在洪水来临时仍能保持正常运行，进而对水利信息进行实时采集感知监测。
78.参照图3和图4，所述密封机构9包括设置于水利监测点机房的电动密封门91、电动封闭窗92、用于对机房的通风管道以及空调换气管道进行封闭的电动封闭板93以及设置与机房外侧用于检测外界水位的水位传感器94。其中电动密封门91和电动封闭窗92的结构较为现有，在此不再赘述。所述机房的墙壁内开设有多处用于嵌设电动封闭板93的安装槽933，多个所述安装槽933分别与机房的通风管道以或空调换气管道连通。电动封闭板93包括直线轨道和密封板932，所述直线轨道的滑块与密封板932固定连接。所述安装槽933与通风管道以或空调换气管道连通处沿其周向设置有密封胶条934。所述报警模块8在接收到洪水报警信息后控制处于该报警信息影响下的水利监测点机房的电动密封门91和电动密封窗启动对机房进行封闭。所述报警模块8实时获取水利监测点机房的水位信息，当水位信息大于预设水位阈值时，报警模块8控制该机房的电动封闭板93关闭。通过密封机构9的设置，报警模块8在接收到洪水报警信息控制对应的报警设备发出警报，同时控制受影响的水利监测点机房关闭电动密封门91和电动封闭窗92，对机房进行密封，防止外界涨潮的洪水涌入机房内，对机房内的设备造成损坏，确保该水利监测点仍能正常维持运行。同时报警模块8实时通过设置机房外部的水位传感器94获取机房外部的相对水位，在外界洪水相对于机房的相对水位高度高于预设水位阈值时，报警模块8进一步控制电动封闭板93对机房进行进一步封闭，能够有效阻拦外界洪水进入机房内部。
79.参照图3和图4，所述密封机构9还包括水冷循环组件95，所述水冷循环组件95包括依次盘旋在在机房内各个设备上的若干根外循环水冷管951和若干根内循环水冷管952，若干根所述外循环水冷管951和内循环水冷管952上均设有水冷电磁阀953和循环水泵954；若干根所述外循环水冷管951的进水端延伸出机房且朝下呈倾斜设置，若干根所述内循环水冷管952的进水端均位于机房内且沿机房周向设置，若干根所述内循环水冷管952的进水端均向下倾斜设置且与机房内地势低端抵接，若干根所述外循环水冷管951和内循环水冷管952的出水端均延伸出机房；若干根所述外循环水冷管951的进水端位于机房进水侧，若干根所述外循环水冷管951的进水端均套设有滤网套管955，所述滤网套管955内设有用于过滤杂物的粗径过滤网956，所述滤网套管955整体呈l形设置，且所述滤网套管955的进水端沿水流方向设置。通过水冷循环组件95的设置，在报警模块8控制电动封闭板93对机房进行全面封闭后，此时机房内部用于调节环境温度的空调暂时无法运行。报警模块8在环境调节模块检测到机房内机柜温度过高时，启动水冷电磁阀953和循环水泵954，通过若干根外循环水冷管951抽取外界洪水对机房内的机柜进行冷却降温后排出，实现临时对机房内设备进行水冷降温，确保该水利监测点仍能正常维持运行。同时通过滤网套管955的设置，滤网套管955的进水端沿水流方向设置，在发生洪水时能够有效避免洪水中裹挟杂物对滤网套管955的损伤，同时滤网套管955的出水端的进水口位于水流方向的下端，使得滤网套管955再抽取洪水能够较少的抽取水中的杂物，降低粗径过滤网956的负担。另外通过若干根所述
内循环水冷管952的设置，在检测到机房内进水后，能够通过内循环水冷管952将渗入机房的水抽出同时对机房内的设备进行降温冷却。
80.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。