一种基于AI视觉的轨交场景自动化控制方法及系统与流程

本发明涉及轨交场景自动化控制，具体涉及一种基于ai视觉的轨交场景自动化控制方法及系统。

背景技术：

1、伴随着中国的城市化进程，城市轨道交通行业飞速发展，车地无线通信系统在城市轨道交通中的应用增多、发展呈现多样化，无线ap作为轨道信号各种系统通信的核心设备，其通信质量影响着整个地铁的运行可靠性，保证无线ap的通信质量至关重要，由于部分地铁轨道在路面上和高架桥上，由于车载ap和轨旁ap场景不同，车载ap和轨旁ap通信时会受到其他信号源的干扰，导致车地无线通信业务受限，难以实现多路视频的调看以及未来新业务的扩展。

2、现有用于轨交场景自动化控制的方法及系统主要通过高速线路车地无线网络组网解决，结合现有无线ap对轨道交通场景的要求，目前主要存在以下问题：

3、(1)地铁进入轨道后由于车载ap的增多，使用同一信道，易产生较严重的同频干扰，无线效果较差，现有方法是将车辆段按照办公网环境部署方式将轨旁ap信道错开，但由于正线需要固定信道组网，所以车载ap无法精确判断当前列车是在正线或者是在车辆段，无法实现自动切换信道；

4、(2)现有网络部署主要通过上下行信道切换模式，但在同一信道环境下，会存在从上行运行的车辆可能会连接到下行的轨旁上的风险，下行列车同理也存在连接到上行轨旁的风险，在上下行汇车时，上行车辆和下行轨旁的链路会被下行的车辆阻隔，导致链路中断，无线带宽会随之中断，存在折返信道切换问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于ai视觉的轨交场景自动化控制方法及系统，以解决现有技术中对于在同一信道内车载ap增多，导致车载ap无法精确判断当前列车运行场景，无法实现自动切换信道以及上下行信道切换易相互干扰导致链路中断的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、本发明提供了一种基于ai视觉的轨交场景自动化控制方法及系统，包括以下步骤：

4、通过实时获取轨旁无线接入点ap与车载无线接入点ap的通信数据，对所述通信数据进行仿真处理后获取路径损耗以及信号接收强度，构建在地铁隧道里的无线电波传播模型；

5、根据所述无线电波传播模型，获取实时的信号衰减数据，根据所述信号衰减数据计算地铁隧道中轨道旁无线的布置间距，通过实时调整所述布置间距监测车底无线通信流畅度；

6、通过射频rt跟踪地铁隧道信号获取自适应传输速率，采用fh-ofdm模块联合发送端和接收端检测信号跳频位置，统计各信号子载波发送接收误码率的跳频编码；

7、通过所述跳频编码筛选误码率低的子载波作为跳频点，获取最优传输速率，实时获取高效的均衡信道位置。

8、作为本发明的一种优选方案，通过将所述轨旁无线接入点ap与车载无线接入点ap的通信数据分为上下行进行信息传送，包括：

9、通过地铁控制中心实时监视地铁车厢信息，采用实时回传模式将车载视频监控信息实时回传至所述控制中心，所述控制中心通过上下行信息与所述轨旁无线接入点ap与车载无线接入点ap分别接入，获取实时的通信数据；

10、在所述控制中心通过实时获取的所述车载视频监控信息自动分析判断当前车辆是在上行、下行以及车辆段；

11、其中，所述车载视频监控信息自动分析方法为：

12、通过地铁上安装的视图采集器，实时采集轨旁关键位置标记信息，获取地铁实时位置，通过车载无线回传至所述控制中心进行分析，获取所述当前车辆所处的场景；

13、根据所述当前车辆所处不同场景对所述车载无线接入点ap自动下发指令，获取实时通信数据，对车载ap实时调度。

14、作为本发明的一种优选方案，对所述通信数据进行仿真处理后获取路径损耗以及信号接收强度，构建在地铁隧道里的无线电波传播模型，包括：

15、在所述地铁隧道里将隧道视为低损耗传播波导，通过matlab软件构建轨交场景覆盖预测模型，所述轨交场景覆盖预测模型参数包括轨旁关键位置标记信息、收发信机参数以及传播穿透损耗系数，根据所述当前车辆的场景信息，在所述轨交场景覆盖预测模型中采用uigetfile与loadjson函数自动导入场景模型；

16、在所述导入的场景模型中设置地铁隧道类型、截面形状以及车辆几何参数，采用射线跟踪仿真引擎将所述轨交场景覆盖预测模型中的对应参数进行仿真，获取轨交场景下不同场景模型对应的信号覆盖强度；

17、对所述信号覆盖强度进行数据分析，获取接收信号功率以及路径损耗值，所述接收信号功率根据收发两端多径电场强度叠加而来，表达式为：

18、

19、其中，δ表示多径电场强度叠加时对接收信号功率的损耗，τ表示关键参数信道中的信号强度调整系数，所述rr表示第r条路径下接收信号的功率，n表示信道路径总数；

20、所述路径损耗值与无线多径信道下信号时延的二阶矩阵有关，表达式为：

21、

22、其中，α表示无线射频跟踪的绕射参数，d表示无线射频跟踪的绕射路径，θ表示无线射频跟踪的绕射角度，lr表示第r条路径下路径损耗权重，表示第r条路径下路径损耗值；

23、通过所述收信号功率以及路径损耗值，构建实时无线电波传播模型，获取实时的信号衰减数据。

24、作为本发明的一种优选方案，根据所述信号衰减数据计算地铁隧道中轨道旁无线的布置间距，包括：

25、通过轨旁信道设定所述当前列车与对面所述轨旁无线接入点ap的物理交叉距离，结合所述信号衰减数据计算轨旁无线接入点ap的信道切换点；

26、将所述信道接入点作为所述轨旁关键位置标记信息输入所述控制中心，获取车载无线接入点的桥接信号强度指标rssi阈值；

27、根据所述rssi阈值判断信道在地铁隧道中轨道旁无线的布置间距。

28、作为本发明的一种优选方案，通过实时调整所述布置间距监测车底无线通信流畅度，包括：

29、在车载无线接收到信号时，通过车载ap天线与轨旁ap天线间的通信链路建立基于流畅度的通信链路桥接最小值，所述车载ap天线与轨旁ap天线间采用乒乓切换模式，通过车载ap链路峰值设定链路切换峰值；

30、通过判断所述车载ap天线与轨旁ap天线间的rssi值是否超过通信链路桥接最小值实时切换信道，实现通信链路切换；

31、若车载ap接收到的rssi值低于通信链路桥接最小值时，则立即将无线信道切换至在桥接最小值和切换峰值之间信号较好的轨旁天线；

32、若若车载ap接收到的rssi值高于通信链路切换峰值时，则立即切换至在桥接最小值和切换峰值之间信号较好的轨旁天线；

33、若车载天线接收到的rssi处于通信链路桥接最小值与链路切换峰值之间时，同时满足通信链路切换阈值和通信保持时间两个条件时会立即切换。

34、作为本发明的一种优选方案，通过射频rt跟踪地铁隧道信号获取自适应传输速率，采用fh-ofdm模块联合发送端和接收端检测信号跳频位置，包括：

35、采用射频rt实时接收车载ap的rssi值，获取信道内的自适应传输速率，对所述自适应传输速率在多径信道内通过所述fh-ofdm模块检测跳频位置；

36、在发生端s＝[st1，m，st2，m，…，stn，m]生产m个ofdm符号，获取m个基于ofdm符号的子载波，将所述子载波按时域分块，获取时域范围内的ofdm符号数量l，其表达式为：

37、

38、其中，m表示时域分块数量，α表示子载波跳频位置权重，β表示时域内子载波的跳频误码率，floor表示时域内的向下取整函数；

39、根据所述ofdm符号数量l实时获取发送端跳频位置；

40、在接收端对所述时域分块进行初始化，对所述发送端的s＝[st1，m，st2，m，…，stn，m]的ofdm接收符号进行跳频位置检测，并估算l个ofdm接收符号的能量qp，对所述能量qp匹配对应的子载波；

41、对所述子载波根据能量qp进行排序，获取能量最大的四个子载波索引，统计子载波索引在对应子载波中出现的次数，将出现次数最多的所述四个子载波索引作为检测出的跳频位置，对所述跳频位置进行标记后获取各所述时域分块内的跳频位置。

42、作为本发明的一种优选方案，根据所述跳频位置统计各信号子载波发送接收误码率的跳频编码，包括：

43、通过不同时域分块内的跳频位置根据自适应传输速率分别发送接收消息，获取对应的子载波数据，并统计所述子载波数据在不同传输速率下的评价误码率；

44、选择所述评价误码率在阈值为[0.01，0.02]间的子载波数据，获取自适应传输速率下的最优子载波集合，将所述最优子载波集合内的载波编码作为最优子载波跳频编码数据。

45、作为本发明的一种优选方案，通过所述跳频编码筛选误码率低的子载波作为跳频点，获取高效的均衡信道位置，包括：

46、在所述跳频编码数据内选取误码率低的子载波，将所述误码率低的子载波在不同的传输速率下分别进行传输，获取不同传输速率下的信噪比snr；

47、对所述不同传输速率下的信噪比snr进行循环调整增量，筛选不同速率下满足条件的snr，获取全部移动速率下的snr跳频码本；

48、根据所述snr跳频码本设定地铁运行时车载ap的高频rts报文周期，同时建立rts报文的轨旁ap邻居列表地址，获取高效的均衡信道位置，通过通信链路建立实时的轨旁ap与车载ap的数据传输，实现ap无缝切换。

49、基于权1-8的一种基于ai视觉的轨交场景自动化控制方法的系统，包括：

50、对所述控制中心发送指令的控制模块，实时获取车载ap与轨旁ap的数据信息，建立车载ap与轨旁ap间的无缝数据传输；

51、视图采集器，用于实时采集轨旁关键位置标记信息，获取地铁实时位置；

52、数据处理模块，对所述视图采集器采集的数据进行平滑数据后，输入所述控制模块计算信号的对应路径损耗值以及信号接收强度；

53、仿真模块，将所述控制中心获取的实时通信数据与当前车载ap的路径损耗值以及信号接收强度相结合，构建车地无线通信仿真模型，实时监测车载ap与轨旁ap通信的整体性能指标。

54、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

55、本发明采用基于ai的车地无线通信系统，通过对轨旁ap与车载ap的无线通信进行射线跟踪仿真，构建其在地铁隧道里的电波传播模型，通过路径损耗、信号接收强度等指标验证轨旁ap在隧道里的合理布置间距，避免车辆段同频干扰问题；

56、通过判断所述车载ap天线与轨旁ap天线间的rssi值是否超过通信链路桥接最小值实时切换信道，为了避免切换中可能出现的误切换也考虑链路切换阈值和通信保持时间，引入通信链路切换峰值，用来在地铁列车移动过程中，完成桥接及链路切换任务的，能做到无缝切换及传输数据包的不丢失，且通过考虑相邻ap天线间的重叠区域，有效减少切换时间，保障通信链路实时通信，能够有效解决地铁在折返线信道间的切换问题。