一种射线跟踪算法中三维环境轻量化模型评估方法技术

一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法，包括：获取高精度的三维环境模型，配置仿真参数；将原始环境模型轻量化处理为不同程度的轻量化环境模型；统计每个接收点能够接收到的射线数量，并对不同种类的射线设置不同的权值；得到该环境下各接收点平均射线计数参数比较当前轻量化程度下的与前次轻量化下的之间的差距，获得该环境下最优的轻量化参数；统计出环境下的最优平均射线计数参数P以及最优平均计算复杂度C，将最优复杂度射线比C/P作为量化指标，用于不同环境间比较。本发明专利技术解决了射线跟踪算法中三维轻量化模型难以评估的问题。评估的问题。评估的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种射线跟踪算法中三维环境轻量化模型评估方法


[0001]本专利技术涉及的是通信领域，特别涉及一种射线跟踪算法中三维环境轻量化模型评估方法。

技术介绍

[0002]现如今射线跟踪技术在无线传播预测以及信道建模方面得到了越来越多的应用。相比于传统的经验传播模型，射线跟踪技术在较为复杂的三维模型环境中能对电磁波传播过程中的各多径传播因素进行较为准确的描述，使得该技术在无线通信领域的应用具有较高的价值。无线网络规划以及工程设计人员利用该技术，能够较为准确地预测网络环境复杂区域的无线覆盖与通信服务质量，从而有效提升各无线通信服务提供商，如设计院和集成商在网络规划和施工交付阶段的工作效率和服务质量。
[0003]高精度的三维环境模型是利用射线跟踪技术进行准确的无线覆盖预测计算的数据基础，理论上提高地图精度能有效提升射线跟踪技术的预测计算准确性。然而实际情况下，地图精度的提升往往意味着地图容量的增加，由于射线跟踪中所有的射线都需要对三维地图中的三维结构信息做出反馈，因此过大的地图容量往往会带来过大的计算复杂度，使得计算速度缓慢，影响整体算法应用效率。因此实际应用中，往往需要对高精度的三维环境模型进行轻量化，保留对射线跟踪有影响的地图元素，去除无影响或者影响较小的地图元素，从而保障计算效率。
[0004]射线跟踪一方面需要高精度地图保障计算准确性，一方面又需要降低地图容量保障计算效率。现有技术多在模型轻量化方法上进行挖掘，平衡计算效率和计算准确性，然而三维环境模型轻量化处理效果如何评估却是一个一直以来被忽视的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
[0007]一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法，包括：
[0008]S100.获取高精度的三维环境模型，配置仿真参数；
[0009]S200.对三维环境模型，使用射线跟踪算法中的直射、一阶反射和一阶绕射进行检查，记录环境中所有接收点接收到的射线，假设需要的接收点数量为N，统计接收点n(n＝1,2,
…
,N)能够分别接收到的直射射线数量Ln、反射射线数量Rn和绕射射线数量Dn；
[0010]S300.通过统计结果中所有观测点中反射射线数量Rn和绕射射线数量Dn的和的平均值判断，判断该环境是否需要使用完整的射线跟踪计算进行仿真模拟；
[0011]S400.当该环境需要使用完整的射线跟踪计算进行仿真模拟时，通过调整模型轻量化参数将原始环境模型轻量化处理为不同程度的轻量化环境模型；
[0012]S500.对每个轻量化环境模型，分别统计每个接收点能够接收到的射线数量，并对
不同种类的射线设置不同的权值；
[0013]S600.将所有射线数量进行加权相加，得到当前环境下该接收点的接收射线计数参数Pn，并将所有接收点的接收射线计数参数进行平均，得到该环境下各接收点平均射线计数参数
[0014]S700.比较当前轻量化程度下的与前次轻量化下的之间的差距，获得该环境下最优的轻量化参数；
[0015]S800.对环境模型进行简化，并在该简化环境模型上使用完整的射线跟踪仿真计算，获得覆盖预测结果，同时统计出环境下的最优平均射线计数参数P以及最优平均计算复杂度C，用于不同环境间比较。
[0016]进一步地，S100中，获取高精度的三维环境模型，配置仿真参数，具体包括：通过三维建模技术，获取高精度的三维环境模型，将实际中的周边环境提取成为数字化的三维环境模型；将三维环境模型针对射线跟踪算法的计算需求，进行模型材质分类和电磁参数赋予处理，得到赋予电磁参数的三维环境模型，并在赋予电磁参数的三维环境模型上配置仿真计算参数。
[0017]进一步地，在赋予电磁参数的三维环境模型上配置仿真计算参数，包括发射天线安装高度、下倾角、方位角、发射功率、波瓣图发射天线相关参数以及无线电波接收点位置，接收点位置按照仿真需求进行配置，为环境模型中某个高度的平面或有限数量的特定接收点位置。
[0018]进一步地，S200中，以接收点为圆心一定半径范围内区域作为该接收点的接收区域，在统计单个接收点射线数量时，将接收区域范围所有接收射线数量全部进行统计。
[0019]进一步地，S300中，判断该环境是否需要使用完整的射线跟踪计算进行仿真模拟的具体方法为：统计结果中所有接收点接收到反射加绕射射线数量的平均值[∑(Rn+Dn)]/N是否低于某个设定的最低阈值；如果低于最低阈值，则认为环境结构太过简单，有较多的纯直射观测点，无需进行完整的射线跟踪计算，直接在环境模型中计算直射即可获得该点的接收信号强度；反之，则认为环境中结构较为复杂，需要使用完整的射线跟踪计算。
[0020]进一步地，S400中，对赋予电磁参数的三维环境模型进行轻量化操作，具体包括：通过对模型中不同的材质分别使用边线折叠算法，直接对模型进行简化；通过边线折叠算法设定三维模型中的保留顶点数量，对环境模型地图采用保留不同百分比的模型顶点数量的简化，得到多个不同的简化程度的环境模型地图。
[0021]进一步地，S500中，对不同种类的射线设置不同的权值，具体包括：直射射线、绕射射线和反射射线；其中，直射射线设置权值最大，反射射线权值最小，较高阶数的同种射线设置的权值比较低阶数的射线权值低。
[0022]进一步地，S600中，得到该环境下各接收点平均射线计数参数其中,Pn为所有接收点的接收射线计数参数，N为接收点数量。
[0023]进一步地，S700中，在当前简化程度下与前次简化程度下的差距较小的时候，可以认为地图冗余度较高，环境模型可以继续进行简化；当前简化程度下与前次简化程度下的突然发生较大变化的时候，说明环境中对射线跟踪计算影响较大的结构被破坏，
并通过上一级的简化地图获得该环境下合适的地图简化率。
[0024]进一步地，S800中，同时统计出环境下的最优平均射线计数参数P以及最优平均计算复杂度C，具体方法为：当获得合适的地图轻量化参数后，对该地图按照对应的轻量化措施进行简化，并在该简化环境模型上使用完整的射线跟踪仿真计算，获得覆盖预测结果，同时统计出每个接收点对应的算法复杂度Cn以及接收到的射线数量Pn，获得环境下的最优平均计算复杂度C以及最优平均射线计数参数P；将最优复杂度射线比C/P作为评价该环境地图的量化指标，用来对不同环境下的射线跟踪计算进行横向比较；其中，计算复杂度Cn通过统计射线跟踪计算过程中计算机浮点运算次数获得。
[0025]本专利技术实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
[0026]本专利技术公开的一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法，包括：获取高精度的三维环境模型，配置仿真参数；通过统计结果中所有观测点中反射射线数量Rn和绕射射线数量Dn的和的平均值判断，判断该环境是否需要使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法，其特征在于，包括：S100.获取高精度的三维环境模型，配置仿真参数；S200.对三维环境模型，使用射线跟踪算法中的直射、一阶反射和一阶绕射进行检查，记录环境中所有接收点接收到的射线，假设需要的接收点数量为N，统计接收点n(n＝1,2,
…
,N)能够分别接收到的直射射线数量Ln、反射射线数量Rn和绕射射线数量Dn；S300.通过统计结果中所有观测点中反射射线数量Rn和绕射射线数量Dn之和的平均值判断，判断该环境是否需要使用完整的射线跟踪计算进行仿真模拟；S400.当该环境需要使用完整的射线跟踪计算进行仿真模拟时，通过调整模型轻量化参数将原始环境模型轻量化处理为不同程度的轻量化环境模型；S500.对每个轻量化环境模型，分别统计每个接收点能够接收到的射线数量，并对不同种类的射线设置不同的权值；S600.将所有射线数量进行加权相加，得到当前环境下该接收点的接收射线计数参数Pn，并将所有接收点的接收射线计数参数进行平均，得到该环境下各接收点平均射线计数参数S700.比较当前轻量化程度下的与前次轻量化下的之间的差距，获得该环境下最优的轻量化参数；S800.对环境模型进行简化，并在该简化环境模型上使用完整的射线跟踪仿真计算，获得覆盖预测结果，同时统计出环境下的最优平均射线计数参数P以及最优平均计算复杂度C，用于不同环境间比较。2.如权利要求1所述的一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法，其特征在于，S100中，获取高精度的三维环境模型，配置仿真参数，具体包括：通过三维建模技术，获取高精度的三维环境模型，将实际中的周边环境提取成为数字化的三维环境模型；将三维环境模型针对射线跟踪算法的计算需求，进行模型材质分类和电磁参数赋予处理，得到赋予电磁参数的三维环境模型，并在赋予电磁参数的三维环境模型上配置仿真计算参数。3.如权利要求2所述的一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法，其特征在于，在赋予电磁参数的三维环境模型上配置仿真计算参数，包括发射天线安装高度、下倾角、方位角、发射功率、波瓣图发射天线相关参数以及无线电波接收点位置，接收点位置按照仿真需求进行配置，为环境模型中某个高度的平面或有限数量的特定接收点位置。4.如权利要求1所述的一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法，其特征在于，S200中，以接收点为圆心一定半径范围内区域作为该接收点的接收区域，在统计单个接收点射线数量时，将接收区域范围所有接收射线数量全部进行统计。5.如权利要求1所述的一种射线跟踪算法中三维轻量化模型评估方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立海，李津汉，凌力，石先明，张伟，王雪，金立坪，王伟力，林诚，沈俊毅，李积祥，辛怡，崔国兴，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：