用于辐射污染监测的边缘组网处理系统的制作方法

1.本发明涉及边缘计算和辐射监测技术领域，具体涉及用于辐射污染监测的边缘组网处理系统。


背景技术：

2.辐射指的是由场源发出的电磁能量中一部分脱离场源向远处传播，而后不再返回场源的现象，能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。辐射污染对于人体的危害极大，当辐射污染事故（例如核泄漏或化学泄漏导致的辐射污染）出现时，需要及时对辐射污染地区进行监测，以尽可能的降低辐射污染的影响力。
3.陆地辐射污染监测，一般是在监测车上设置标识器投放装置，然后控制监测车在辐射污染地区内移动并在对应的监测点上投放标识器，以通过标识器对辐射污染地区内的各个监测点进行标记。现有的标识器一般包括承重部和固设于承重部顶部的标识杆。为了更好的完成陆地辐射污染监测，申请人在现有的标识器上设置了辐射测量单元，当标识器投放在某个监测点时能够通过其辐射测量单元获取周边区域的辐射监测数据，即标识器能够兼顾标识和数据采集的功能。
4.实际应用过程中，各个标识器完成对应监测点的辐射监测数据采集后，需要将获取的辐射监测数据上传至云端进行处理和计算，进而分析整个监测区域内的辐射强度分布情况。但是，辐射监测数据的数据量巨大，将所有标识器采集的数据全部上传至云端的方式，存在传输时间长、成本高，且云端处理效率低等问题。因此，申请人想到在监测车上设置车载边缘终端来对所负责区域的标识器采集的辐射监测数据进行边缘计算，进而将计算得到的边缘数据上传至云端，这样能够极大的降低数据传输量和云端的数据处理压力。
5.然而，辐射严重的区域需要投放大量的标识器，现有通过车载边缘终端逐一接收各个标识器的数据并进行边缘计算的方式，导致车载边缘终端的数据接收效率低下且边缘计算效果不好。因此，如何设计一种能够提高车载边缘终端边缘计算效果和数据接收效率的边缘系统是亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种用于辐射污染监测的边缘组网处理系统，能够通过边缘计算的方式降低数据传输量并缓解云端的数据处理压力，并且能够提高车载边缘终端的边缘计算效果和数据接收效率，从而能够提高辐射污染监测数据处理、分析的效率和效果。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：用于辐射污染监测的边缘组网处理系统，包括：若干个标识器，被投放于监测区域的对应位置，用于采集对应的辐射监测数据；标识器分组模块，用于对所有标识器进行标识器分组，生成若干个标识器组合；若干个数据中转终端，被投放于监测区域的对应位置，分别与对应的标识器组合
关联，用于接收对应标识器组合中所有标识器采集的辐射监测数据并进行数据转发；车载边缘终端，用于获取其对应的所有数据中转终端转发的辐射监测数据，并对获取的所有辐射监测数据进行边缘计算，生成对应的边缘数据。
8.优选的，标识器分组模块根据对应数据中转终端的数据处理能力结合标识器的数据采集量进行标识器分组，生成若干个标识器组合，且使得每个标识器组合中所有标识器的数据采集量总和与对应数据中转终端的数据处理能力对应。
9.优选的，标识器分组模块通过如下步骤进行标识器分组：s1：根据标识器采集的辐射监测数据计算对应的辐射强度；s2：生成第一阈值，并将辐射强度高于第一阈值的标识器划分为第一标识集，将辐射强度低于或等于第一阈值的标识器划分为第二标识集；s3：构建一个标识器组合；s4：从第一标识集中选取辐射强度最高的标识器加入该标识器组合并作为核心标识器；s5：从第二标识集中依次选取辐射强度最低的标识器加入该标识器组合，直至该标识器组合中所有标识器的数据采集量总和与对应数据中转终端的数据处理能力对应；s6：重复执行步骤s3至步骤s5，直至所有标识器均被选择，得到所有的标识器组合。
10.优选的，步骤s4中，若第一标识集中无剩余标识器，则从第二标识集中选取辐射强度最高的标识器加入该标识器组合并作为核心标识器。
11.优选的，根据核心标识器的投放位置对应的投放数据中转终端。
12.优选的，每个标识器设置有唯一识别的标识编号；标识器向数据中转终端传输辐射监测数据时，将辐射监测数据与其标识编号绑定；数据中转终端用于接收对应标识器组合中所有标识器的辐射监测数据及其标识编号，进而打包生成对应的辐射数据包，并上传至车载边缘终端。
13.优选的，车载边缘终端用于接收并解析对应的辐射数据包，得到对应的辐射监测数据及其标识编号；然后对各个辐射监测数据进行边缘计算，并将计算得到的边缘数据并与标识编号绑定；最后将所有边缘数据及其标识编号上传至云端，使得云端能够基于接收到的所有边缘数据及其标识编号分析整个监测区域的辐射强度分布情况。
14.优选的，标识器还能够与其通信范围内的其他标识器通信；标识器上设置有数据接收单元，使得标识器能够对应接收与其通信连接的其他标识器发送的辐射监测数据。
15.优选的，标识器与数据中转终端通信时，将其获取的辐射监测数据和接收的辐射监测数据一并传输给对应的数据中转终端。
16.优选的，还包括：传输顺序规划模块，用于获取数据中转终端完成数据接收的接收结束时间；然后根据数据中转终端接收的辐射监测数据总量计算对应的数据处理时长；进而根据数据中转终端的接收结束时间和数据处理时长计算生成对应的数据中转结束时间；最后将各个数据中转终端的数据中转结束时间按升序排序的结果作为各个数据中转终端向车载边缘终端
上传数据时的数据传输顺序；传输时间分配模块，用于根据数据中转终端接收的辐射监测数据总量计算对应的数据处理时长，进而根据数据处理时长为各个数据中转终端分配向车载边缘终端上传数据的数据传输时间段。
17.本发明中用于辐射污染监测的边缘组网处理系统与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明通过数据中转终端接收对应标识器组合中所有标识器采集的辐射监测数据并进行数据转发，进而通过车载边缘终端获取其对应的所有数据中转终端转发的辐射监测数据，并进行边缘计算生成对应的边缘数据。一方面，本发明通过边缘计算的方式处理标识器采集的辐射监测数据，进而实现了降低数据传输量并缓解云端数据处理压力的目的；另一方面，本发明能够通过数据中转终端实现其关联的标识器组合中所有标识器采集的辐射监测数据的集中处理和转发，而无需车载边缘终端与每个标识器单独进行数据传输和边缘计算，即能够提高车载边缘终端的边缘计算效果和数据接收效率，从而能够提高辐射污染监测数据处理、分析的效率和效果。
附图说明
18.为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：图1为用于辐射污染监测的边缘组网处理系统的逻辑框图；图2为标识器和数据中转终端的投放示意图。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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保护的范围。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。例如“水平”仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，
术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.实施例：本实施例中公开了一种用于辐射污染监测的边缘组网处理系统。
22.如图1和图2所示，用于辐射污染监测的边缘组网处理系统，包括：若干个标识器，被投放于监测区域的对应位置，用于采集对应的辐射监测数据；标识器分组模块，用于对所有标识器进行标识器分组，生成若干个标识器组合；若干个数据中转终端，被投放于监测区域的对应位置，分别与对应的标识器组合关联，用于接收对应标识器组合中所有标识器采集的辐射监测数据并进行数据转发；本实施例中，数据中转终端包括数据转换单元、路由通信单元和网络通信单元；其中数据转换单元的相关工能够基于现有的c8051f系列单片机实现；路由通信单元为现有的zigbee近场通信模块；网络通信单元为现有的gprs网络通信模块；具体的，数据中转终端还应包括供电电池，供电控制电路，电子开关、调试接口等现有必要元件或组件。
23.车载边缘终端，用于获取其对应的所有数据中转终端转发的辐射监测数据，并对获取的所有辐射监测数据进行边缘计算，生成对应的边缘数据。
24.本发明通过数据中转终端接收对应标识器组合中所有标识器采集的辐射监测数据并进行数据转发，进而通过车载边缘终端获取其对应的所有数据中转终端转发的辐射监测数据，并进行边缘计算生成对应的边缘数据。一方面，本发明通过边缘计算的方式处理标识器采集的辐射监测数据，进而实现了降低数据传输量并缓解云端数据处理压力的目的；另一方面，本发明能够通过数据中转终端实现其关联的标识器组合中所有标识器采集的辐射监测数据的集中处理和转发，而无需车载边缘终端与每个标识器单独进行数据传输和边缘计算，即能够提高车载边缘终端的边缘计算效果和数据接收效率，从而能够提高辐射污染监测数据处理、分析的效率和效果。
25.具体实施过程中，标识器分组模块根据对应数据中转终端的数据处理能力结合标识器的数据采集量进行标识器分组，生成若干个标识器组合，且使得每个标识器组合中所有标识器的数据采集量总和与对应数据中转终端的数据处理能力对应。
26.本实施例中，每个标识器的数据采集量是恒定的，即进行标识器分组时，每个标识器组合中的标识器数量是相同的。其中，与数据中转终端的数据处理能力对应是指：对数据采集量总和进行数据中转处理所需的数据处理能力，位于数据中转终端的数据处理能力的80%至90%之间。
27.标识器分组模块通过如下步骤进行标识器分组：s1：根据标识器采集的辐射监测数据计算对应的辐射强度；s2：生成第一阈值，并将辐射强度高于第一阈值的标识器划分为第一标识集，将辐射强度低于或等于第一阈值的标识器划分为第二标识集；s3：构建一个标识器组合；s4：从第一标识集中选取辐射强度最高的标识器加入该标识器组合并作为核心标识器；
本实施例中，若第一标识集中无剩余标识器，则从第二标识集中选取辐射强度最高的标识器加入该标识器组合并作为核心标识器。
28.s5：从第二标识集中依次选取辐射强度最低的标识器加入该标识器组合，直至该标识器组合中所有标识器的数据采集量总和与对应数据中转终端的数据处理能力对应；s6：重复执行步骤s3至步骤s5，直至所有标识器均被选择，得到所有的标识器组合。
29.实际辐射监测过程中，对于辐射强度高的区域，辐射监测数据的采集频率更高，对数据中转终端的数据处理能力要求也越高，而对于辐射强度偏低的区域，辐射监测数据的采集频率较低，对数据中转终端的数据处理能力要求也更低。
30.由于每个标识器组合中的标识器数量是相同的，若标识器组合中存在大量采集频率高的标识器，会导致数据中转终端的数据处理资源不足，若标识器组合中存在大量采集频率较低的标识器，又会导致数据中转终端的数据处理资源过剩。因此，本发明基于标识器采集的辐射监测数据对应的辐射强度进行分组，一方面使得每个标识器组合中所有标识器的数据采集量总和与对应数据中转终端的数据处理能力对应，另一方面使得每个标识器组合中均匀分布有采集频率高和采集频率较低的标识器，这种分组方式能够在实现合理分配数据中转终端数据处理资源的同时，合理分配各个标识器组合中标识器的辐射监测数据采集频率，进而能够更好的平均和缓解数据中转终端的数据处理压力，能够更好的利用数据中转终端的数据处理资源，从而能够进一步提高辐射污染监测数据处理、分析的效率和效果。
31.具体实施过程中，根据核心标识器的投放位置对应的投放数据中转终端。
32.本发明中，数据中转终端伴随标识器的投放位置而对应投放，即数据中转终端是与标识器的位置相对应的，与定点投放、“网络全覆盖”的方式相比，能够更好的利用数据中转终端的数据处理资源。同时，数据中转终端是与核心标识器的位置相对应的，使得数据中转终端能够更及时的处理采集频率高的标识器的辐射监测数据。
33.具体实施过程中，每个标识器设置有唯一识别的标识编号；标识器向数据中转终端传输辐射监测数据时，将辐射监测数据与其标识编号绑定；数据中转终端用于接收对应标识器组合中所有标识器的辐射监测数据及其标识编号，进而打包生成对应的辐射数据包，并上传至车载边缘终端。
34.车载边缘终端用于接收并解析对应的辐射数据包，得到对应的辐射监测数据及其标识编号；然后对各个辐射监测数据进行边缘计算，并将计算得到的边缘数据并与标识编号绑定；最后将所有边缘数据及其标识编号上传至云端，使得云端能够基于接收到的所有边缘数据及其标识编号分析整个监测区域的辐射强度分布情况。
35.本发明为每个标识器设置唯一识别的标识编号，并将辐射监测数据与标识编号绑定，即能够将每个标识器的辐射监测数据及后续的边缘数据与其标识编号绑定，进而通过车载边缘终端统一上传边缘数据至云端后，使得云端能够准确识别每个标识器的对应数据，从而能够更好分析各个标识器所在位置以及整个监测区域的辐射强度分布情况。
36.具体实施过程中，标识器还能够与其通信范围内的其他标识器通信；标识器上设置有数据接收单元，使得标识器能够对应接收与其通信连接的其他标
识器发送的辐射监测数据。标识器与数据中转终端通信时，将其获取的辐射监测数据和接收的辐射监测数据一并传输给对应的数据中转终端。
37.在标识器分组过程中，会出现一个或多个标识器没被选择的情况，即仅剩余一个或多个标识器没有分组，也没有与其关联的数据中转终端。若单独为这些标识器布置数据中转终端又会造成数据中转终端数据处理资源的浪费。因此，本发明的标识器能够与其通信区域内未与任何数据中转终端通信连接的其他标识器通信，并能够接收该类标识器的辐射监测数据（未与任何数据中转终端建立通信的标识器能够
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广播”自己的辐射监测数据），然后将其接收的辐射监测数据一并发送给对应的数据中转终端，这有利于更好的利用数据中转终端的数据处理资源。
38.具体实施过程中，还包括：传输顺序规划模块，用于获取数据中转终端完成数据接收的接收结束时间；然后根据数据中转终端接收的辐射监测数据总量计算对应的数据处理时长；进而根据数据中转终端的接收结束时间和数据处理时长计算生成对应的数据中转结束时间；最后将各个数据中转终端的数据中转结束时间按升序排序的结果作为各个数据中转终端向车载边缘终端上传数据时的数据传输顺序；传输时间分配模块，用于根据数据中转终端接收的辐射监测数据总量计算对应的数据处理时长，进而根据数据处理时长为各个数据中转终端分配向车载边缘终端上传数据的数据传输时间段。
39.本发明通过为各个数据中转终端分配数据传输顺序和数据传输时间段，使得各个数据中转终端能够有序且高效的向车载边缘终端上传数据，进而使得车载边缘终端能够更好的对数据进行边缘计算。同时，本发明根据数据中转终端的接收结束时间和数据处理时长生成数据中转结束时间，并将各个数据中转终端的数据中转结束时间按升序排序的结果作为各个数据中转终端向车载边缘终端上传数据时的数据传输顺序，使得能够在有序且高效的向车载边缘终端上传数据的基础上，尽可能的保证各个数据中转终端数据上传的及时性，从而能够进一步提高辐射污染监测数据处理、分析的效率和效果。
40.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。