一种基于5G园区边缘计算的可燃气体监测系统的制作方法

本发明涉及数据处理，特别涉及一种基于5g园区边缘计算的可燃气体监测系统。

背景技术：

1、对使用燃气的工业园区或住宅小区进行可燃气体监测是园区安防的一项重要工作。传统的监测方式是巡检人员使用手持气体检测设备边巡逻边检测，并在巡逻后将当次记录的所有检测结果录入到巡检系统后台。很显然，受人力因素影响这种传统监测方式无法及时获得各个监测点的实时检测信息。

技术实现思路

1、本发明的目的，就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于5g园区边缘计算的可燃气体监测系统，该系统包括：多个气体采集终端、多个巡检手持终端、多个位置标识终端、5g基站、园区用户面网关和园区边缘计算服务器；该系统部署在指定的第一园区内，并与5g核心网连接；该系统的5g基站分别与各个气体采集终端、各个巡检手持终端、园区用户面网关和5g核心网连接；园区用户面网关和园区边缘计算服务器通过专线连接方式连接；巡检手持终端通过无线连接方式与位置标识终端连接。本发明系统，首先将气体采集终端和巡检手持终端作为5g网络的用户终端(user equipment，ue)、将园区边缘计算服务器(multi-access edge computing，mec)作为下沉到园区的5g网络数据专网(data network，dn)、将园区用户面网关作为下沉到园区的5g网络用户面网关(user plane function，upf)，并在园区中架设本地5g网络基站(也称为无线接入网点：(radio)access network，(r)an)与5g核心网连接，并基于5g网络协议中用于创建ue网元-(r)an网元-upf网元-dn网元间会话通道的协议数据单元(protocol data unit，pdu)会话申请处理机制为园区内各个用户终端到园区边缘计算服务器之间创建一个定制的pdu会话通道作为对应的实时数据通道；其次，为各个气体采集终端配置实时燃气数据检测上报和本地预警等处理流程，为各个巡检手持终端配置常规巡检和预警巡检两种巡检任务处理流程，并在园区边缘计算服务器上配置对应的实时燃气数据监测、预警、常规巡检任务部署、紧急预警巡检任务部署等处理流程。通过本发明系统的5g网络可以免除气体采集终端与园区边缘计算服务器之间的有线网络布设，从而达到提高气体采集终端布放灵活度的目的；通过本发明系统的下沉式园区5g网络部署方案可以保证气体采集终端、巡检手持终端与园区边缘计算服务器之间实时数据通道内的交互数据无需经由外网或其他网络进行数据转发，从而达到降低数据时延的目的；通过本发明系统为各个终端、服务器配置的处理流程，可以达到及时获得各监测点实时检测信息并在发生燃气泄漏时第一时间启动预警并安排巡检人员到场检查的目的。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于5g园区边缘计算的可燃气体监测系统，所述系统包括：多个气体采集终端、多个巡检手持终端、多个位置标识终端、5g基站、园区用户面网关和园区边缘计算服务器；所述可燃气体监测系统部署在指定的第一园区内，并与5g核心网连接；

3、所述5g基站分别与各个所述气体采集终端、各个所述巡检手持终端、所述园区用户面网关和所述5g核心网连接；所述园区用户面网关和所述园区边缘计算服务器通过专线连接方式连接；所述巡检手持终端通过无线连接方式与所述位置标识终端连接；所述无线连接方式包括rfid无线通讯方式、nfc无线通讯方式、wifi无线通讯方式和蓝牙无线通讯方式；

4、所述气体采集终端用于通过所述5g基站和所述园区用户面网关在自身与所述园区边缘计算服务器之间创建一个定制数据通道记为对应的第一数据通道；所述气体采集终端还用于定期进行可燃气体浓度采集处理生成对应的第一采集数据包，并通过所述第一数据通道将所述第一采集数据包向所述园区边缘计算服务器发送；所述气体采集终端还用于通过所述第一数据通道接收所述园区边缘计算服务器发送的第一本地预警指令，并根据所述第一本地预警指令进行本地预警处理；所述气体采集终端还用于在通过所述第一数据通道接收到所述园区边缘计算服务器发送的第一本地预警取消指令时进行本地预警取消处理；

5、所述巡检手持终端用于通过所述5g基站和所述园区用户面网关在自身与所述园区边缘计算服务器之间创建一个定制数据通道记为对应的第二数据通道；所述巡检手持终端还用于通过所述第二数据通道接收所述园区边缘计算服务器发送的第一巡检轨迹分配指令，并根据所述第一巡检轨迹分配指令进行巡检任务显示处理；所述巡检手持终端还用于与所述位置标识终端联动获取巡检轨迹点信息生成对应的第一巡检数据包，并通过所述第二数据通道将所述第一巡检数据包向所述园区边缘计算服务器发送；所述巡检手持终端还用于通过所述第二数据通道接收所述园区边缘计算服务器发送的第一紧急巡检任务分配指令，并根据所述第一紧急巡检任务分配指令进行紧急巡检任务显示处理；所述巡检手持终端还用于通过所述第二数据通道接收所述园区边缘计算服务器发送的第一紧急巡检任务取消指令，并根据所述第一紧急巡检任务取消指令进行紧急巡检任务取消处理；

6、所述园区边缘计算服务器用于在与各个所述气体采集终端建立了对应的所述第一数据通道之后，根据各个所述第一数据通道接收的所述第一采集数据包进行本地预警任务和紧急巡检任务的分配/取消处理；所述园区边缘计算服务器还用于在与各个所述巡检手持终端建立了对应的所述第二数据通道时进行巡检轨迹分配处理，并根据各个所述第二数据通道接收的所述第一巡检数据包进行园区巡检人员位置监测处理。

7、优选的，所述第一采集数据包包括第一时间戳、第一位置标识和第一采集数据；所述第一采集数据包括一个或多个第一气体传感器数据，所述第一气体传感器数据包括第一气体类型和第一气体浓度；

8、所述第一本地预警指令包括第一预警等级；

9、所述第一巡检轨迹分配指令包括第一巡检任务轨迹；所述第一巡检任务轨迹包括多个第一巡检轨迹点记录；所述第一巡检轨迹点记录包括第一轨迹点位置标识和第一轨迹点巡检时间段；

10、所述第一巡检数据包包括第二时间戳、第二位置标识和第一巡检信息；

11、所述第一紧急巡检任务分配指令包括第三时间戳、第三位置标识、第二预警等级和一个或多个第一气体预警数据；所述第一气体预警数据包括第二气体类型和第二气体浓度；

12、所述第一紧急巡检任务取消指令包括第四位置标识。

13、优选的，所述气体采集终端具体用于在所述通过所述5g基站和所述园区用户面网关在自身与所述园区边缘计算服务器之间创建一个定制数据通道时，将自身作为5g网络的ue网元、并将所述5g基站作为5g网络的(r)an网元、并将所述园区用户面网关作为5g网络的upf网元、并将所述园区边缘计算服务器作为5g网络中与upf网元连接的dn网元，并基于5g网络协议中用于创建ue网元-(r)an网元-upf网元-dn网元间会话通道的pdu会话申请处理机制在当前所述气体采集终端与所述园区边缘计算服务器之间创建一个定制的pdu会话通道作为对应的所述第一数据通道；

14、所述气体采集终端具体用于在所述定期进行可燃气体浓度采集处理时，基于内置的一个或多个气体传感器按预设的第一采集频率对指定的一种或多种可燃气体进行气体浓度信息采集生成对应的所述第一气体浓度；并将各个所述气体传感器对应的可燃气体类型记为对应的所述第一气体类型；并由各个所述气体传感器对应的所述第一气体类型和所述第一气体浓度组成对应的所述第一气体传感器数据；并由得到的所有所述第一气体传感器数据组成对应的所述第一采集数据；并将当前终端时间作为对应的所述第一时间戳；并将本地阈值的终端位置标识提取出来作为对应的所述第一位置标识；并由得到的所述第一时间戳、所述第一位置标识和所述第一采集数据组成对应的所述第一采集数据包；

15、所述气体采集终端具体用于在所述根据所述第一本地预警指令进行本地预警处理时，从所述第一本地预警指令中提取出对应的所述第一预警等级；并对所述第一预警等级进行识别；若所述第一预警等级为三级预警等级，则调用内置的蜂鸣报警器进行低频次低音量蜂鸣告警并调用内置或外接的信号灯进行低频次红灯闪烁告警；若所述第一预警等级为二级预警等级，则调用内置的所述蜂鸣报警器进行高频次高音量蜂鸣告警并调用内置或外接的所述信号灯进行高频次红灯闪烁告警；若所述第一预警等级为一级预警等级，则调用内置的所述蜂鸣报警器进行高频次高音量蜂鸣告警并调用内置或外接的所述信号灯进行高频次红灯闪烁告警，并在同时对当前所述气体采集终端是否与一个或多个外接气阀连接进行识别，若是则控制所有连接的所述外接气阀进行气阀关闭处理；

16、所述气体采集终端具体用于在所述本地预警取消处理时，对内置的所述蜂鸣报警器进行蜂鸣告警关闭处理并对内置或外接的所述信号灯进行闪烁告警关闭处理；并对当前所述气体采集终端是否与一个或多个所述外接气阀连接进行识别，若是则对当前所述气体采集终端连接的所有所述外接气阀是否处于气阀关闭状态进行识别，若是则控制所有连接的所述外接气阀进行气阀开启处理。

17、优选的，所述巡检手持终端具体用于在所述通过所述5g基站和所述园区用户面网关在自身与所述园区边缘计算服务器之间创建一个定制数据通道时，将自身作为5g网络的ue网元、并将所述5g基站作为5g网络的(r)an网元、并将所述园区用户面网关作为5g网络的upf网元、并将所述园区边缘计算服务器作为5g网络中与upf网元连接的dn网元，并基于5g网络协议中用于创建ue网元-(r)an网元-upf网元-dn网元间会话通道的pdu会话申请处理机制在当前所述巡检手持终端与所述园区边缘计算服务器之间创建一个定制的pdu会话通道作为对应的所述第二数据通道；

18、所述巡检手持终端具体用于在所述根据所述第一巡检轨迹分配指令进行巡检任务显示处理时，从所述第一巡检轨迹分配指令提取出对应的所述第一巡检任务轨迹作为最新的第一任务轨迹数据存于本地；并根据最新的所述第一任务轨迹数据创建对应的第一可视化轨迹路线，并在所述第一可视化轨迹路线上为各个所述第一巡检轨迹点记录创建对应的第一可视化轨迹点，并在各个所述第一可视化轨迹点上创建对应的第一可视化提示信息；并根据各个所述第一可视化轨迹点对应的所述第一巡检轨迹点记录的所述第一轨迹点位置标识查询预设的第一位置信息列表，将所述第一位置信息列表中第一位置标识字段与所述第一轨迹点位置标识匹配的第一位置信息记录的第一位置说明字段提取出来作为对应的第一位置说明信息；并将各个所述第一可视化轨迹点对应的所述第一巡检轨迹点记录的所述第一轨迹点巡检时间段提取出来作为对应的第一位置巡检时间信息；并根据各个所述第一可视化轨迹点对应的所述第一位置说明信息和所述第一位置巡检时间信息对对应的所述第一可视化提示信息进行设置；并通过内置的显示模块根据完成设置的所述第一可视化轨迹路线进行轨迹路线、轨迹点和轨迹点提示信息显示处理；所述第一位置信息列表包括多个所述第一位置信息记录；所述第一位置信息记录包括所述第一位置标识字段和所述第一位置说明字段；所述第一可视化轨迹路线包括多个所述第一可视化轨迹点；各个所述第一可视化轨迹点对应一个所述第一可视化提示信息；

19、所述巡检手持终端具体用于在与所述位置标识终端联动获取巡检轨迹点信息生成对应的第一巡检数据包时，向安装在巡检位置处的所述位置标识终端发送第一位置标识获取指令，并将当前所述位置标识终端回发的第一位置标识获取指令反馈数据作为对应的所述第二位置标识；并将当前终端时间作为对应的所述第二时间戳；并通过内置的信息输入模块获取巡检人员输入的巡检记录信息作为对应的所述第一巡检信息；并由得到的所述第二时间戳、所述第二位置标识和所述第一巡检信息组成对应的所述第一巡检数据包；

20、所述巡检手持终端具体用于在所述根据所述第一紧急巡检任务分配指令进行紧急巡检任务显示处理时，从所述第一紧急巡检任务分配指令中提取出对应的所述第三时间戳、所述第三位置标识、所述第二预警等级和一个或多个由所述第二气体类型和所述第二气体浓度组成的所述第一气体预警数据；并将所述第一可视化轨迹路线上对应的所述第一巡检轨迹点记录的所述第一轨迹点位置标识与所述第三位置标识匹配的所述第一可视化轨迹点作为对应的第一紧急轨迹点；并由所述第三时间戳、所述第二预警等级和一个或多个所述第一气体预警数据组成对应的第一紧急任务提示信息；并通过内置的所述显示模块在显示的所述第一可视化轨迹路线上对所述第一紧急轨迹点进行高亮轨迹点显示，并向高亮显示的所述第一紧急轨迹点对应的所述第一可视化提示信息中增加对应的所述第一紧急任务提示信息；

21、所述巡检手持终端具体用于在所述根据所述第一紧急巡检任务取消指令进行紧急巡检任务取消处理时，从所述第一紧急巡检任务取消指令中提取出对应的所述第四位置标识；并将所述第一可视化轨迹路线上对应的所述第一巡检轨迹点记录的所述第一轨迹点位置标识与所述第四位置标识匹配的所述第一可视化轨迹点作为对应的第一紧急任务取消轨迹点；并通过内置的所述显示模块在显示的所述第一可视化轨迹路线上取消对所述第一紧急任务取消轨迹点的高亮显示，并从所述第一紧急任务取消轨迹点对应的所述第一可视化提示信息中删除所有所述第一紧急任务提示信息。

22、优选的，所述位置标识终端用于在接收到所述巡检手持终端发送的所述第一位置标识获取指令，将本地预置的终端位置标识作为对应的所述第一位置标识获取指令反馈数据向所述巡检手持终端发送。

23、优选的，所述园区边缘计算服务器用于通过本地数据库或外接数据库存储一个用于记录所述第一园区内安装的所有所述气体采集终端的终端信息列表记为对应的第一终端信息列表、一个用于记录所述第一园区内配置的所有所述巡检手持终端的终端信息列表记为对应的第二终端信息列表；

24、所述第一终端信息列表包括多个第一终端信息记录；所述第一终端信息记录与所述气体采集终端一一对应；所述第一终端信息记录包括第一终端位置标识字段、第一终端位置说明字段、第一终端气体预警数据字段、第一终端预警等级字段和第一终端历史预警信息字段；所述第一终端气体预警数据字段包括一个或多个第一类气体预警数据组，所述第一类气体预警数据组包括第一预警气体类型、一级气体浓度阈值范围、二级气体浓度阈值范围、三级气体浓度阈值范围和四级体浓度阈值范围，所述一、二、三和四级气体浓度阈值范围的气体浓度逐级降低；所述第一终端预警等级字段包括一级预警等级、二级预警等级、三级预警等级和无预警等级，所述一、二、三级预警等级的预警严重程度逐级降低；所述第一终端历史预警信息字段包括多个第一终端历史预警信息；

25、所述第二终端信息列表包括多个第二终端信息记录；所述第二终端信息记录与所述巡检手持终端一一对应；所述第二终端信息记录包括第一终端设备标识字段、第一终端巡检任务轨迹字段、第二终端位置标识字段和第一终端巡检信息字段；所述第一终端巡检任务轨迹字段包括第一终端巡检任务轨迹；所述第一终端巡检任务轨迹包括多个所述第一巡检轨迹点记录，所述第一巡检轨迹点记录包括所述第一轨迹点位置标识和所述第一轨迹点巡检时间段；所述第一终端巡检信息字段包括多个第一终端巡检信息。

26、优选的，所述园区边缘计算服务器具体用于在所述根据各个所述第一数据通道接收的所述第一采集数据包进行本地预警任务和紧急巡检任务的分配/取消处理时，从所述第一采集数据包中提取出对应的所述第一时间戳、所述第一位置标识和所述第一采集数据，并从所述第一采集数据中提取出对应的一个或多个由所述第一气体类型和所述第一气体浓度组成的所述第一气体传感器数据；并将当前接收的所述第一采集数据包对应的所述第一数据通道作为对应的当前第一数据通道；并将所述第一终端信息列表中所述第一终端位置标识字段与所述第一位置标识匹配的所述第一终端信息记录作为对应的第一记录；并对所述第二终端信息列表中各个所述第二终端信息记录的所述第二终端位置标识字段与所述第一位置标识的真实空间距离进行计算得到对应的第一距离，并从得到的所有所述第一距离中选择最小值作为对应的第一最短距离，并将所述第一最短距离对应的所述第二终端信息记录作为对应的第二记录；并将与所述第二记录对应的所述巡检手持终端的所述第二数据通道作为对应的当前第二数据通道；

27、并按所述第一气体传感器数据的所述第一气体类型与所述第一记录的所述第一预警气体类型的一一对应关系，将所述第一记录中与各个所述第一气体传感器数据对应的所述第一类气体预警数据组作为对应的第一匹配数据组；并在各个所述第一气体传感器数据对应的第一气体浓度等级满足对应的所述第一匹配数据组的所述一、二、三或四级气体浓度阈值范围时设置对应的第一气体浓度等级为对应的一级、二级、三级和四级，所述一级、二级、三级和四级逐级降低；并将所述第一采集数据中，所述第一气体浓度等级高于四级的各个所述第一气体传感器数据的所述第一气体类型和所述第一气体浓度提取出来作为对应的所述第二气体类型和所述第二气体浓度组成对应的所述第一气体预警数据；并从得到的所有所述第一气体浓度等级中选择最高等级作为对应的第一最高等级；

28、并当所述第一最高等级为一级、二级或三级时，将所述第一记录的所述第一终端历史预警信息字段中最新的所述第一终端历史预警信息中的时间戳提取出来作为对应的前一时间戳，并对所述第一时间戳与所述前一时间戳的时间间隔进行计算得到对应的第一时间间隔；并在所述第一时间间隔大于预设的时间间隔阈值时，将所述第一记录的所述第一终端预警等级字段设为与所述第一最高等级对应的一级、二级或三级预警等级，并将所述第一最高等级作为对应的所述第一、第二预警等级，并将所述第一时间戳和所述第一位置标识作为对应的所述第三时间戳和所述第三位置标识，并由得到的所述第三时间戳、所述第三位置标识、所述第二预警等级和所有所述第一气体预警数据组成新的所述第一终端历史预警信息向所述第一记录的所述第一终端历史预警信息字段中添加，并将携带了所述第一预警等级的所述第一本地预警指令通过所述当前第一数据通道向对应的所述气体采集终端发送，并将携带了所述第三时间戳、所述第三位置标识、所述第二预警等级和所有所述第一气体预警数据的所述第一紧急巡检任务分配指令通过所述当前第二数据通道向对应的所述巡检手持终端发送；

29、并当所述第一最高等级为四级时，将所述第一记录的所述第一终端预警等级字段设为无预警等级；并将所述第一本地预警取消指令通过所述当前第一数据通道向对应的所述气体采集终端发送；并将所述第一位置标识作为对应的所述第四位置标识，并将携带了所述第四位置标识的所述第一紧急巡检任务取消指令通过所述当前第二数据通道向对应的所述巡检手持终端发送。

30、优选的，所述园区边缘计算服务器具体用于在所述与各个所述巡检手持终端建立了对应的所述第二数据通道时进行巡检轨迹分配处理时，将当前所述巡检手持终端作为对应的当前终端，并将所述当前终端对应的所述第二数据通道作为对应的当前通道，并将所述第二终端信息列表中与所述当前终端对应的所述第二终端信息记录作为对应的当前记录；并将所述当前记录的所述第一终端巡检任务轨迹字段的所述第一终端巡检任务轨迹提取出来作为对应的所述第一巡检任务轨迹；并将携带了所述第一巡检任务轨迹的所述第一巡检轨迹分配指令通过所述当前通道向所述当前终端发送；并将所述当前记录的所述第二终端位置标识字段初始化为对应的所述第一终端巡检任务轨迹中第一个所述第一巡检轨迹点记录的所述第一轨迹点位置标识；并将所述当前记录的所述第一终端巡检信息字段清空。

31、优选的，所述园区边缘计算服务器具体用于在所述根据各个所述第二数据通道接收的所述第一巡检数据包进行园区巡检人员位置监测处理时，将当前所述第一巡检数据包对应的所述巡检手持终端作为对应的当前终端，并将所述第二终端信息列表中与所述当前终端对应的所述第二终端信息记录作为对应的当前记录；并从所述第一巡检数据包中提取出对应的所述第二时间戳、所述第二位置标识和所述第一巡检信息；并将所述当前记录的所述第二终端位置标识字段更新为所述第二位置标识，并将所述第一巡检信息作为新的所述第一终端巡检信息向所述当前记录的所述第一终端巡检信息字段中添加；并根据最新的所述第二终端信息列表对所述第一园区内各个巡检人员的巡检位置进行动态刷新。

32、本发明实施例提供了一种基于5g园区边缘计算的可燃气体监测系统，该系统包括：多个气体采集终端、多个巡检手持终端、多个位置标识终端、5g基站、园区用户面网关和园区边缘计算服务器；该系统部署在指定的第一园区内，并与5g核心网连接；该系统的5g基站分别与各个气体采集终端、各个巡检手持终端、园区用户面网关和5g核心网连接；园区用户面网关和园区边缘计算服务器通过专线连接方式连接；巡检手持终端通过无线连接方式与位置标识终端连接。本发明系统，首先将气体采集终端和巡检手持终端作为5g网络的用户终端、将园区边缘计算服务器作为下沉到园区的5g网络数据专网、将园区用户面网关作为下沉到园区的5g网络用户面网关，并在园区中架设本地5g网络基站与5g核心网连接，并基于5g网络协议中用于创建ue网元-(r)an网元-upf网元-dn网元间会话通道的pdu会话申请处理机制为园区内各个用户终端到园区边缘计算服务器之间创建一个定制的pdu会话通道作为对应的实时数据通道；其次，为各个气体采集终端配置实时燃气数据检测上报和本地预警等处理流程，为各个巡检手持终端配置常规巡检和预警巡检两种巡检任务处理流程，并在园区边缘计算服务器上配置对应的实时燃气数据监测、预警、常规巡检任务部署、紧急预警巡检任务部署等处理流程。通过本发明系统的5g网络可以免除气体采集终端与园区边缘计算服务器之间的有线网络布设，从而提高了气体采集终端的布放灵活度；通过本发明系统的下沉式园区5g网络部署方案可以保证气体采集终端、巡检手持终端与园区边缘计算服务器之间实时数据通道内的交互数据无需经由外网或其他网络进行数据转发，从而降低了数据时延；通过本发明系统为各个终端、服务器配置的处理流程，可以及时获得各监测点实时检测信息并在发生燃气泄漏时第一时间启动预警并安排巡检人员进行到场检查，从而提高了可燃气体的监测灵敏度和燃气泄漏的实时反应能力。