一种基于5G通信的智能交通管理系统的制作方法

电子通信装置的制造及其应用技术一种基于5g通信的智能交通管理系统技术领域1.本发明涉及智能交通技术领域，具体为一种基于5g通信的智能交通管理系统。背景技术：2.5g的快速推广带来了行业的变革，如在智能交通领域，得益于5g通信的低时延高速率，智能交通领域出现了众多革新技术。然而，由于5g速率的提升自然导致波长变短，虽然携带信号的能力变强，但是短到以毫米为单位的毫米波受到干扰的因素更多，建筑、人体都会影响波的传播，尤其是在城市轨道交通中，复杂的人流量以及位于地下的轨道交通都会出现通信困难的情况，而人流量、建筑物都是对于通信质量难以优化的条件，对于站内天线的布局难以量化，因此，设计考虑人体效应和基于射线追踪的一种基于5g通信的智能交通管理系统是很有必要的。技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种基于5g通信的智能交通管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。4.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于5g通信的智能交通管理系统，包括无线信道模拟仿真平台、乘客影响分析模块、信号优化模块，所述线信道模拟仿真平台的输出端与乘客影响分析模块的输出端共同连接于信号优化模块的输入端，所述无线信道模拟仿真平台用于进行无线信道模拟仿真平台的搭建，所述乘客影响分析模块用于分析车站内乘客对信号传输的影响，所述信号优化模块用于制定措施进行车站内的信号优化；所述乘客影响分析模块包括时间分布模块、空间分布模块、静态信道分析模块，所述时间分布模块与空间分布模块共同连接于静态信道分析模块，所述时间分布模块用于根据客流分布分析人流量对信号的影响，所述空间分布模块用于根据人流量分布情况判断信号强弱，所述静态信道分析模块用于分析站台内具体时刻下的静态信道特性。5.根据上述技术方案，所述无线信道模拟仿真平台包括无线信道建模单元、信道特性参数计算模块、射线追踪优化单元、场景应用模块，所述无线信道建模单元的输出端与信道特性参数计算模块的输入端电连接，所述信道特性参数计算模块的输出端与射线追踪优化单元、场景应用单元的输入端电连接，所述无线信道建模单元用于建立轨道交通的电波传输3d模型，所述信道特性参数计算模块用于计算无线电波在传播过程中随机特性下对应的参数，所述射线追踪优化单元用于在场景已知的情况下对无线信道进行优化，所述场景应用模块用于分析在轨道交通背景下的适用性；所述信号优化模块包括天线位置选择模块、间距确定模块，所述天线位置选择模块与间距确定模块电连接，所述天线位置选择模块用于分析并选择信号传输效率最高的天线位置分布，所述间距确定模块用于分析并确定相邻天线之间的最佳距离。由于在轨道交通现场做实地的信道测量，实施难度大，成本高，且周期性比较长，因此采用无线信道建模来还原现实场景中的电波传输模型，同时计算信道的特性参数，实现场景优化；目前常用的信号优化手段为在建筑内增设强化天线，但是对于轨道交通这类人流量众多、建筑结构复杂的场景，对于天线的位置选择至关重要，且对相邻天线的间距进行分析计算能在保证通信质量的同时，减少额外布局造成的冗余浪费；6.根据上述技术方案，所述一种基于5g通信的智能交通管理系统的运行方法包括以下步骤：7.步骤s1：确定轨道交通环境与类型，建立无线信道模拟仿真平台，同时进行场景分析；8.步骤s2：进行数据分析，包括候车乘客对信号产生的影响与当前情况下静态信道数据分析；9.步骤s3：根据分析结果，结合无线信道模拟仿真平台的仿真结果进行信号优化，具体为天线位置的选择与相邻天线的间距确定。10.根据上述技术方案，所述步骤s1中，建立无线信道模拟仿真平台与进行场景分析的具体方法包括以下步骤：11.步骤s11：基于城市轨道交通环境，进行无线信道场景建模；不同的场景下，对于通信质量、通信环境的要求不同，因此在建模前需要进行场景确认，更真实地还原现实场景，对后续的参数计算准确性更高；12.步骤s12：无线信道场景建模完成后，进行信道特性参数计算；无线信道的特性参数受到无线电波传输环境影响，使得无线传输过程具有很强的随机性，因此需要进行信道特性参数计算，确定信道的多参数范围；13.步骤s13：信道特性参数计算完成后，根据确定的多参数范围，对传输信号进行射线跟踪优化；在场景已知的情况下，通过光学中的射线来刻画信号传输过程中可能出现的传输路径，从而获取当前信道建模的稳定性；14.步骤s14：进行射线跟踪优化后，与当前场景进行模拟匹配并进行场景应用。15.根据上述技术方案，所述步骤s12中，信道特性参数计算方法具体包括以下步骤：16.步骤a：进行模拟仿真前，确定待测天线的发射功率p，单位为瓦特；17.步骤b：设定接收端，并记录收发端的距离d；18.步骤c：根据接收端天线的3d模型，确定接收天线的有效截面积s；19.步骤d：计算接收端的实际功率pd。20.根据上述技术方案，所述步骤d中，接收端的实际功率pd的计算公式为：[0021][0022]式中，设定无线信号以球型波的形式辐射且各项同性，s为接收天线的有效截面积，单位为平方厘米，4πd2为球型波形成的球形表面积，单位为平方厘米；发射功率经过球型波传递后，到达有效截面积为s的接收端，在实际的调试过程中，接收端实际功率范围确定的情况下，实现对接收天线尺寸的确定，将接收天线作为约束参数，当计算结果没有落在确定的接收端实际功率范围内时，通过公式反推接收天线的有效截面积，相比于接收功率的随机性，调试更方便。[0023]根据上述技术方案，所述步骤s2进一步包括以下步骤：[0024]步骤s21：对通行闸机通过人数的数量进行采集统计，并根据时间建立多时段人群分布情况；根据时间建立多时段人群分布情况，确定该车站的人员聚齐高峰期下，需要增设的天线布局；[0025]步骤s22：根据无死角监控，生成基于场景环境的人群分布图像；车站内设有多个监控摄像头，多个摄像头采集画面经软件融合后可以实现对场景的无死角监控，既保证了安全性又能提高数据的有效性；[0026]步骤s23：基于场景平面，以场景左下角为原点，建立每一层的平面坐标系，并在每层内进行区域分割；由于每一层需要增设多个天线来增强高峰期的通信质量，因此需进行区域划分；[0027]步骤s24：根据生成的基于场景环境的人群分布图像，提取人群在平面坐标系中的分布坐标集合(x1，y1)…(xn，yn)，其中n为当前楼层总人数，该数值由通行闸机采集获取；[0028]步骤s25：将平面坐标系下的场景环境分为m个同面积的区域，并在每个区域建立间隔指示轴，其中，横向间隔指示轴用y＝y1～m表示，纵向间隔指示轴用x＝x1～m表示；单个区域以(x1，y1)…(xm，ym)表示，每个区域为正方形，区域的长宽相等，便于确定天线的位置坐标；[0029]步骤s26：根据设定的横向与纵向间隔指示轴，统计单个区域内同时段下的实际人数nm，并计算平均人数分布均值e(m)与实际人数分布方差s2(m)，并计算人体影响函数fk下当前区域的信号模拟强度q。[0030]根据上述技术方案，所述步骤s26中，单个区域内同时段下平均人数分布均值e(m)的计算公式为：[0031][0032]所述步骤s26中，实际人数分布方差s2(m)的计算公式为：[0033][0034]其中，n1～nm为各个划分区域内，受横纵向间隔指示轴约束下的实际人数，且该值基于确定的时间点完成统计；由于每时每刻车站内均有人员移动，因此基于确定的时间点进行统计，提高数据的有效性；[0035]所述步骤s26中，人体影响参数下当前区域的信号模拟强度q的计算公式为：[0036][0037]其中，fk为人体对信号的影响函数，该影响函数具体表现为随着人群密度增加，信号的强度降低，s2(m)表示第m区域的实际人数分布方差；实际人数分布方差反应了区域内人数的密度，该值越大，表示此区域内人员聚集越多，对信号的影响程度也越大，具体为正比于人体对信号的影响参数，受限于实际情况，该值不为0。[0038]根据上述技术方案，所述步骤s3中，天线位置的选择与间距确定方法包括以下步骤：[0039]步骤s31：根据步骤s26中，人体影响参数下当前区域的信号模拟强度q的值，采用取小函数min(qm)，取出信号模拟强度最低值所在区域，并将该区域的横纵向间隔指示轴以坐标形式标出，具体为(xmmin，ymmin)；[0040]步骤s32：根据每个天线的最大辐射距离dmax，结合信号的衰减效率v，确定相邻天线的间距d。[0041]根据上述技术方案，所述步骤s31中，天线位置的选择方法为：[0042]确定信号模拟强度最低值所在区域坐标(xmmin，ymmin)后，以该点为中心，该点周围的四个区域为天线位置参考区域；[0043]所述步骤s32中，相邻天线的间距d的计算方法为：[0044]d＝dmax-v*dmax[0045]其中信号的衰减效率v的值小于1，最小为0；确定好天线安装位置与相邻间隔后，单个区域内的天线安装坐标均有参考，具体为初始模拟强度最低值所在区域坐标为圆心，d为半径的圆上。[0046]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有无线信道模拟仿真平台，考虑到城市轨道环境难以测试，建立无线信道模拟仿真平台，提高调试效率；通过设置有乘客影响分析模块，考虑乘客人体对信号的影响，并设有时间分布模块，优先考虑乘车高峰期，对乘客的分布进行分析；通过设置有信号优化模块，通过模拟分析后选定天线的位置与相邻间距，提高通信质量的同时也减少了天线冗余。附图说明[0047]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：[0048]图1是本发明的系统模块组成示意图。具体实施方式[0049]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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。[0050]请参阅图1本发明提供技术方案：一种基于5g通信的智能交通管理系统，包括无线信道模拟仿真平台、乘客影响分析模块、信号优化模块，线信道模拟仿真平台的输出端与乘客影响分析模块的输出端共同连接于信号优化模块的输入端，无线信道模拟仿真平台用于进行无线信道模拟仿真平台的搭建，乘客影响分析模块用于分析车站内乘客对信号传输的影响，信号优化模块用于制定措施进行车站内的信号优化；乘客影响分析模块包括时间分布模块、空间分布模块、静态信道分析模块，时间分布模块与空间分布模块共同连接于静态信道分析模块，时间分布模块用于根据客流分布分析人流量对信号的影响，空间分布模块用于根据人流量分布情况判断信号强弱，静态信道分析模块用于分析站台内具体时刻下的静态信道特性。[0051]无线信道模拟仿真平台包括无线信道建模单元、信道特性参数计算模块、射线追踪优化单元、场景应用模块，无线信道建模单元的输出端与信道特性参数计算模块的输入端电连接，信道特性参数计算模块的输出端与射线追踪优化单元、场景应用单元的输入端电连接，无线信道建模单元用于建立轨道交通的电波传输3d模型，信道特性参数计算模块用于计算无线电波在传播过程中随机特性下对应的参数，射线追踪优化单元用于在场景已知的情况下对无线信道进行优化，场景应用模块用于分析在轨道交通背景下的适用性；信号优化模块包括天线位置选择模块、间距确定模块，天线位置选择模块与间距确定模块电连接，天线位置选择模块用于分析并选择信号传输效率最高的天线位置分布，间距确定模块用于分析并确定相邻天线之间的最佳距离。由于在轨道交通现场做实地的信道测量，实施难度大，成本高，且周期性比较长，因此采用无线信道建模来还原现实场景中的电波传输模型，同时计算信道的特性参数，实现场景优化；目前常用的信号优化手段为在建筑内增设强化天线，但是对于轨道交通这类人流量众多、建筑结构复杂的场景，对于天线的位置选择至关重要，且对相邻天线的间距进行分析计算能在保证通信质量的同时，减少额外布局造成的冗余浪费；[0052]一种基于5g通信的智能交通管理系统的运行方法包括以下步骤：[0053]步骤s1：确定轨道交通环境与类型，建立无线信道模拟仿真平台，同时进行场景分析；[0054]步骤s2：进行数据分析，包括候车乘客对信号产生的影响与当前情况下静态信道数据分析；[0055]步骤s3：根据分析结果，结合无线信道模拟仿真平台的仿真结果进行信号优化，具体为天线位置的选择与相邻天线的间距确定。[0056]步骤s1中，建立无线信道模拟仿真平台与进行场景分析的具体方法包括以下步骤：[0057]步骤s11：基于城市轨道交通环境，进行无线信道场景建模；不同的场景下，对于通信质量、通信环境的要求不同，因此在建模前需要进行场景确认，更真实地还原现实场景，对后续的参数计算准确性更高；[0058]步骤s12：无线信道场景建模完成后，进行信道特性参数计算；无线信道的特性参数受到无线电波传输环境影响，使得无线传输过程具有很强的随机性，因此需要进行信道特性参数计算，确定信道的多参数范围；[0059]步骤s13：信道特性参数计算完成后，根据确定的多参数范围，对传输信号进行射线跟踪优化；在场景已知的情况下，通过光学中的射线来刻画信号传输过程中可能出现的传输路径，从而获取当前信道建模的稳定性；[0060]步骤s14：进行射线跟踪优化后，与当前场景进行模拟匹配并进行场景应用。[0061]步骤s12中，信道特性参数计算方法具体包括以下步骤：[0062]步骤a：进行模拟仿真前，确定待测天线的发射功率p，单位为瓦特；[0063]步骤b：设定接收端，并记录收发端的距离d；[0064]步骤c：根据接收端天线的3d模型，确定接收天线的有效截面积s；[0065]步骤d：计算接收端的实际功率pd。[0066]步骤d中，接收端的实际功率pd的计算公式为：[0067][0068]式中，设定无线信号以球型波的形式辐射且各项同性，s为接收天线的有效截面积，单位为平方厘米，4πd2为球型波形成的球形表面积，单位为平方厘米；发射功率经过球型波传递后，到达有效截面积为s的接收端，在实际的调试过程中，接收端实际功率范围确定的情况下，实现对接收天线尺寸的确定，将接收天线作为约束参数，当计算结果没有落在确定的接收端实际功率范围内时，通过公式反推接收天线的有效截面积，相比于接收功率的随机性，调试更方便。[0069]步骤s2进一步包括以下步骤：[0070]步骤s21：对通行闸机通过人数的数量进行采集统计，并根据时间建立多时段人群分布情况；根据时间建立多时段人群分布情况，确定该车站的人员聚齐高峰期下，需要增设的天线布局；[0071]步骤s22：根据无死角监控，生成基于场景环境的人群分布图像；车站内设有多个监控摄像头，多个摄像头采集画面经软件融合后可以实现对场景的无死角监控，既保证了安全性又能提高数据的有效性；[0072]步骤s23：基于场景平面，以场景左下角为原点，建立每一层的平面坐标系，并在每层内进行区域分割；由于每一层需要增设多个天线来增强高峰期的通信质量，因此需进行区域划分；[0073]步骤s24：根据生成的基于场景环境的人群分布图像，提取人群在平面坐标系中的分布坐标集合(x1，y1)…(xn，yn)，其中n为当前楼层总人数，该数值由通行闸机采集获取；[0074]步骤s25：将平面坐标系下的场景环境分为m个同面积的区域，并在每个区域建立间隔指示轴，其中，横向间隔指示轴用y＝y1～m表示，纵向间隔指示轴用x＝x1～m表示；单个区域以(x1，y1)…(xm，ym)表示，每个区域为正方形，区域的长宽相等，便于确定天线的位置坐标；[0075]步骤s26：根据设定的横向与纵向间隔指示轴，统计单个区域内同时段下的实际人数nm，并计算平均人数分布均值e(m)与实际人数分布方差s2(m)，并计算人体影响函数fk下当前区域的信号模拟强度q。[0076]步骤s26中，单个区域内同时段下平均人数分布均值e(m)的计算公式为：[0077][0078]步骤s26中，实际人数分布方差s2(m)的计算公式为：[0079][0080]其中，n1～nm为各个划分区域内，受横纵向间隔指示轴约束下的实际人数，且该值基于确定的时间点完成统计；由于每时每刻车站内均有人员移动，因此基于确定的时间点进行统计，提高数据的有效性；[0081]步骤s26中，人体影响参数下当前区域的信号模拟强度q的计算公式为：[0082][0083]其中，fk为人体对信号的影响函数，该影响函数具体表现为随着人群密度增加，信号的强度降低，s2(m)表示第m区域的实际人数分布方差；实际人数分布方差反应了区域内人数的密度，该值越大，表示此区域内人员聚集越多，对信号的影响程度也越大，具体为正比于人体对信号的影响参数，受限于实际情况，该值不为0。[0084]步骤s3中，天线位置的选择与间距确定方法包括以下步骤：[0085]步骤s31：根据步骤s26中，人体影响参数下当前区域的信号模拟强度q的值，采用取小函数min(qm)，取出信号模拟强度最低值所在区域，并将该区域的横纵向间隔指示轴以坐标形式标出，具体为(xmmin，ymmin)；[0086]步骤s32：根据每个天线的最大辐射距离dmax，结合信号的衰减效率v，确定相邻天线的间距d。[0087]步骤s31中，天线位置的选择方法为：[0088]确定信号模拟强度最低值所在区域坐标(xmmin，ymmin)后，以该点为中心，该点周围的四个区域为天线位置参考区域；[0089]步骤s32中，相邻天线的间距d的计算方法为：[0090]d＝dmax-v*dmax[0091]其中信号的衰减效率v的值小于1，最小为0；确定好天线安装位置与相邻间隔后，单个区域内的天线安装坐标均有参考，具体为初始模拟强度最低值所在区域坐标为圆心，d为半径的圆上。[0092]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。[0093]最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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