基于射线追踪的城市环境场强预测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子技术和非线性控制应用领域，尤其设及一种基于射线追踪的 城市环境场强预测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 信号测量是评价广播电视无线网络覆盖状况的主要技术手段，信号场强的大小是 广播电视无线网络建设及使用中重点关注和研究的指标之一。信号在城市建筑物中传播会 产生明显的楼宇效应和街道效应，而且在高层建筑的底部盲区比较明显，信号强度较弱。该 都为广播电视无线网络的设计与施工，使用与推广带来了极大的困难，现有技术中缺乏城 市复杂环境信号覆盖预测的技术方案。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种基于射线追踪的城市环境场强预测方法及系统，解决现有技术中 的技术问题。
[0004] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0005] 一种基于射线追踪的城市环境场强预测方法，包括：
[0006] 构建城市S维场景地图；
[0007] 根据构建的城市=维场景地图，进行信号的射线传播路径追踪，W获取信号的传 播情况；
[000引根据源点到目标点的射线路径进行信号强度求解；
[0009] 将信号强度求解结果加载到城市=维场景地图，W展示信号场强预测结果。
[0010] 一种基于射线追踪的城市环境场强预测系统，包括：
[0011] S维构图模块，用于构建城市S维场景地图；
[0012] 信号传播信息获取模块，用于根据构建的城市=维场景地图，进行信号的射线传 播路径追踪，W获取信号的传播情况；
[0013] 信号强度计算模块，用于根据源点到目标点的射线路径进行信号强度求解；
[0014] 可视化模块，用于将信号强度求解结果加载到城市=维场景地图，W展示信号场 强预测结果。
[0015] 通过本发明提供的一种基于射线追踪的城市环境场强预测方法及系统，通过构建 城市=维场景地图，根据构建的城市=维场景地图，进行信号的射线传播路径追踪，W获取 信号的传播情况，根据源点到目标点的射线路径进行信号强度求解，将信号强度求解结果 加载到城市=维场景地图，W展示信号场强预测结果。提升了场强预测精度，信号强度预测 结果与实际情况高度吻合。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可根据该些附图获 得其他的附图。
[0017] 图1为本发明实施例提供的一种基于射线追踪的城市环境场强预测方法的流程 图；
[0018]图2为本发明实施例提供的反射射线示意图；
[0019] 图3为本发明实施例提供的绕射射线示意图；
[0020]图4为本发明实施例提供的一种基于射线追踪的城市环境场强预测系统的结构 不意图。
[0021] 图5为实际应用中S维场景中射线追踪区域场强预测结果图。
【具体实施方式】
[0022] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0023] 如图1为本发明实施例中提供的一种基于射线追踪的城市环境场强预测方法，包 括：
[0024] 步骤101、构建城市S维场景地图；
[002引其中，基于DEM值igitalElevationModel,数字高程模型）数据和建筑物二维线 划数据及相应建筑物高程属性完成城市区域=维场景地图的构建。城市=维场景地图的构 建包括了地形建模和建筑物建模，地形建模采用DEM数据叠加遥感影像完成城市地形数据 的=维建模；建筑物建模利用GIS的建筑物二维线划数据及对应的高程属性进行建筑物的 =维建模，并在建筑物表面添加纹理信息形成建筑物的=维模型。
[0026] 步骤102、根据构建的城市=维场景地图，进行信号的射线传播路径追踪，W获取 信号的传播情况；
[0027] 其中，采用区域射线反向追踪技术进行射线传播路径追踪，由于经过高次反射和 高次绕射后，信号场强急剧衰落，所W高次反射、绕射对接收点的场强贡献是可W忽略不计 的，经计算和实验验证，本发明实施例可W忽略=次及W上的反射和绕射的传播射线。
[002引步骤102具体可W包括：
[0029] 步骤102-1、基于四叉树结构，对城市=维场景地图数据进行分区构建索引；
[0030] 其中，将建筑物的二维线划数据、建筑物顶层面表和道路面表作为分区构建索引 的基础数据，将=维场景地图数据改换成二维平面数据加载建筑物高程属性信息并通过四 叉树结构存储，比=维空间的八叉树结构存储资源利用率提高、效率更高。
[0031] 步骤102-2、通过四叉树结构构建的索引，快速获取建筑物面表、建筑物劈表和道 路面表数据参与射线追踪分析，通过射线追踪分析提取障碍物信息；
[0032] 其中，考虑算法的捜索速度和精度，只将用户框选的固定区域内的障碍物数据加 载参与后续运算，W减少加载运算的数据量。
[0033] 步骤102-3、根据所述障碍物信息，进行射线分析，W获取反射点和绕射点。
[0034] 步骤103、根据源点到目标点的射线路径进行信号强度求解。
[0035] 其中，信号强度的求解包括反射射线场强计算、绕射射线场强计算和综合场强的 求解，目标点综合场强计算通过射线反射、绕射路径，结合反射射线场强计算、绕射射线场 强，计算综合计算场强结果。
[0036] 1、反射射线场强的计算
[0037] 如图2所示为反射射线示意图，计算反射射线的矢量电磁场强度，首先要求出入 射波，在反射点R处的末场Ei(时，再计算反射后的反射波出场Ef(时，最后由此计算出场点 F处的反射波末场Ef(F)，即
[003引 Ef(巧=￡1 做Aski)RAs^2)exp[jk ki+S2)]
[0039]其中，Ei做为入射波初场，As(si)为源点到反射点的波扩散系数，As(S2)为反射 点到出场点的波扩散系数，R为反射矩阵，
【主权项】
1. 一种基于射线追踪的城市环境场强预测方法，其特征在于，包括： 构建城市三维场景地图； 根据构建的城市三维场景地图，进行信号的射线传播路径追踪，以获取信号的传播情 况； 根据源点到目标点的射线路径进行信号强度求解； 将信号强度求解结果加载到城市三维场景地图，以展示信号场强预测结果。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建城市三维场景地图，包括： 基于数字高程模型DEM数据和建筑物二维线划数据及相应高程属性完成城市区域三 维场景地图的构建。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据构建的城市三维场景地图，进行 信号的射线传播路径追踪，以获取信号的传播情况，包括： 基于四叉树结构，对城市三维场景地图数据进行分区构建索引； 根据所述四叉树结构构建的索引，快速获取建筑物面表、建筑物劈表和道路面表数据 参与射线追踪分析，通过射线追踪分析提取障碍物信息； 根据所述障碍物信息，进行射线分析，以获取反射点和绕射点。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据源点到目标点的射线路径进行 信号强度求解，包括： 计算反射射线场强； 计算绕射射线场强； 结合所述反射射线场强和绕射射线场强，计算综合场强。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将信号强度求解结果加载到城市三 维场景地图，以展示信号场强预测结果，包括： 用一个或多个平面沿不同方向切割模拟空间的面，将信号强度求解结果按预设规则设 置相应的颜色和透明度，以生成信号覆盖预测结果的分布图像。
6. -种基于射线追踪的城市环境场强预测系统，其特征在于，包括： 三维构图模块，用于构建城市三维场景地图； 信号传播信息获取模块，用于根据构建的城市三维场景地图，进行信号的射线传播路 径追踪，以获取信号的传播情况； 信号强度计算模块，用于根据源点到目标点的射线路径进行信号强度求解； 可视化模块，用于将信号强度求解结果加载到城市三维场景地图，以展示信号场强预 测结果。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述三维构图模块，包括： 获取单元，用于获取数字高程模型DEM数据和建筑物二维线划数据； 图像构建单元，用于基于数字高程模型DEM数据和建筑物二维线划数据及相应高程属 性构建城市区域三维场景地图。
8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号传播信息获取模块，包括： 索引单元，用于基于四叉树结构，对城市三维场景地图数据进行分区构建索引； 障碍物信息获取单元，用于根据所述四叉树结构构建的索引，快速获取建筑物面表参 与射线追踪分析，通过射线追踪分析提取障碍物信息； 分析的单元，用于根据所述障碍物信息，进行射线分析，以获取反射点和绕射点。
9. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号强度计算模块，包括： 第一计算单元，用于计算反射射线场强； 第二计算单元，用于计算绕射射线场强； 第三计算单元，用于结合所述反射射线场强和绕射射线场强，计算综合场强。
10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可视化模块，包括： 切面单元，用于对一个或多个平面沿不同方向切割模拟空间的面； 显示单元，用于将信号强度求解结果按预设规则设置相应的颜色和透明度，以生成信 号覆盖预测结果的分布图像。
【专利摘要】本发明涉及电力电子技术和非线性控制应用领域，公开了一种基于射线追踪的城市环境场强预测方法及系统，通过构建城市三维场景地图，根据构建的城市三维场景地图，进行信号的射线传播路径追踪，以获取信号的传播情况，根据源点到目标点的射线路径进行信号强度求解，将信号强度求解结果加载到城市三维场景地图，以展示信号场强预测结果。提升了场强预测精度，信号强度预测结果与实际情况高度吻合。
【IPC分类】G06T17-05, H04W24-00, H04W16-18
【公开号】CN104811957
【申请号】CN201510217723
【发明人】范荣双, 许德合, 徐然, 郑君, 贺鹏艳, 荆凯旋
【申请人】中测高科（北京）测绘工程技术有限责任公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月30日