(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210596890.1 (22)申请日 2022.05.30 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114676491 A (43)申请公布日 2022.06.28 (73)专利权人 中铁第四勘察设计院集团有限公 司 地址 430000 湖北省武汉市武昌区和平大 道745号 (72)发明人 李津汉　刘立海　姚欣楠　江浩　 周松　栗敏　吴雨秋　邹彦朴　 徐恒晔　邱建辉　 (74)专利代理 机构 武汉知伯乐知识产权代理有 限公司 42 282 专利代理师 王福新(51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) 审查员 肖源 (54)发明名称 一种铁路通信铁塔设计高度快速优化确定 方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种铁路通信铁塔设计高度 快速优化确定方法及系统， 包括： 获取目标铁路 区段的高精度三维环境模型； 将三维环境模型中 所有的三维面元中心点、 信号接收点及铁塔位置 点坐标投影到二维平面； 进行区间内所有信号接 收点的计算； 在二维平面中初步筛选三维面元； 在三维环 境下判断是否对视距传播产生遮挡， 从 而决定是否对通信铁塔高度进行调整； 当铁塔塔 高超过预设值仍无法对该区间进行全视距传播 覆盖时， 需要重新选择基站位置， 调整通信铁塔 坐标后， 设置初始化， 重新进行计算； 完成计算， 当前通信铁塔塔高即为该站 址理想的塔高值。 通 过高精度预测铁塔视距传播覆盖范围， 并基于预 测结果， 实现对通信铁塔高度进行虚拟设计优 化。 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 CN 114676491 B 2022.08.16 CN 114676491 B 1.一种铁路通信铁塔设计高度快速优化确定方法， 其特 征在于， 包括： S1获取目标铁路区段的高精度三维环境模型， 并在模型中确定沿线铁路专网无线信号 接收点及铁塔位置； S2将三维环境模型中所有的三维面元中心点、 信号接收点及铁塔位置点坐标投影到二 维平面； S3从距离铁塔位置较近的区间一端开始， 由近及远的进行区间内所有信号接收点的计 算； S4在二维平面中初步筛 选可能对信号接收点视距传播产生遮挡的三维面元； S5对S4获取的三维面元， 在三维环境下判断其是否对视距传播产生遮挡， 从而决定是 否对通信铁塔高度进行调整； S6当铁塔塔高超过预设值仍无法对该区间进行全视距传播覆盖时， 需要重新选择基站 位置， 调整通信铁塔坐标后， 再将上述所有设置初始化后， 重新进行计算； S7完成所有信号接收点的计算， 确定所有接收点均处在通信铁塔视距传播范围内时， 当前通信铁塔 塔高即为该站址理想的塔高值； 所述S4包括 步骤： S41将信号接收点与铁塔位置点在二维平面上进行连线， 并计算二维平面上所有三维 面元中心点到该 连线的距离； S42得出计算出来的距离后， 判断该距离是否满足预设距离要求， 记录所有距离小于一 定预设值的中心 点所对应的三维面元， 将这些记录下的面元作为可能遮挡视距传播的对象 面元重新映射回到三 维模型中进 行处理， 从而实现初步筛选可能对信号接收点视距传播产 生遮挡的三维面元。 2.根据权利要求1所述的铁路通信 铁塔设计 高度快速优化确定方法， 其特征在于， 所述 S41包括： 将三 维条件下判断视距传播遮挡过程投影到二 维平面， 整体计算将三 维数组矩阵 降维到了二维， 同时所有三角面只需要计算 其中心点到发射 ‑接收连线的距离： 式中： Tx为发射点坐标； Rx为接收点坐标； Vy是模型三角面任意一个顶点的坐标；  Vp为 中心点坐标； 当0<R<1表明该点处在Tx到Rx线段的中间区域中， 通过如下公式计算该点到线段的距 离： 式中： Tx为发射点坐标； Rx为接收点坐标； Vy是模型三角面任意一个顶点的坐标；  Vp为 中心点坐标。 3.根据权利要求1 ‑2中任一项所述的铁路通信铁塔设计高度快速优化确定方法， 其特 征在于， 所述对S4获取的三维面元， 在三维环境下判断其是否对视距传播产生遮挡包括： 对单个面需要进行矩阵点乘和相除计算， 判断视距传播线路与 该模型三角面所在平面权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114676491 B 2的交点是否在线段之中： 式中Tx为发射点坐标， Rx为接收点坐标， Vy是模型三角面任意一个顶点的坐标， 三个坐 标均是以三维矩阵的方式进行表示； 当0<R<1表明该点处在Tx到Rx线段的中间区域中， 根据该点是否处在三角面范围内， 确 定该三维面元 是否对视距传播产生遮挡。 4.根据权利要求3所述的铁路通信 铁塔设计 高度快速优化确定方法， 其特征在于， 所述 投影包括： 将三维环境模型坐标放置在笛卡尔坐标系 下， 并取消Z轴坐标， 将整个三维空间 投影至X‑Y平面。 5.根据权利要求4所述的铁路通信 铁塔设计 高度快速优化确定方法， 其特征在于， 所述 步骤S1中信号接收点为铁路区间内从一端到另一端沿铁轨高于轨面4.5m处均匀间隔一定 距离的一系列点； 铁塔初始高度为15米。 6.根据权利要求5所述的铁路通信 铁塔设计 高度快速优化确定方法， 其特征在于， 所述 步骤S6中重新选择基站位置可以通过提前人工选择若干备选位置， 也可以通过三 维图像分 析自动选择合适位置； 位置选择后可利用无线规划商用软件或传播经验模 型判断位置选择 的合理性， 所述传播经验模型包括Okumura ‑Hata模型、 COST ‑231 Hata模型、 CCIR模型、 LEE 模型或COST  231 Walfisch‑Ikegami 模型。 7.一种铁路通信铁塔设计高度快速优化确定系统， 其特 征在于， 包括： 三维环境模型构建模块， 用于获取目标铁路区段的高精度三维环境模型， 并在模型中 确定铁路沿线专网无线信号接收点及铁塔位置； 坐标投影模块， 用于将三维环境模型中所有的三维面元中心点、 信号接收点及铁塔位 置点坐标投影到二维平面； 信号接收点的计算模块， 用于从距离铁塔位置较近的区间一端开始， 由近及远的进行 区间内所有信号接收点的计算； 遮挡初筛模块， 用于在二维平面中初步筛选可能对信号接收点视距传播产生遮挡的三 维面元； 所述在二维平面中初步筛选可能对信号接收点视距传播产生遮挡的三维面元， 包括： 将信号接收点与铁塔位置点在二 维平面上进 行连线， 并计算二维平面上所有三维面元中心 点到该连线的距离； 得出计算出来的距离后， 判断该距离是否满足预设距离要求， 记录所有 距离小于一定预设值的中心 点所对应的三维面元， 将这些记录下的面元作为可能遮挡视距 传播的对象面元重新映射回到三 维模型中进 行处理， 从而实现初步筛选可能对信号接收点 视距传播产生遮挡的三维面元； 三维遮挡调整判断模块， 用于对获取的三维面元， 在三维环境下判断其是否对视距传 播产生遮挡， 从而决定是否对通信铁塔高度进行调整； 初始化模块， 当铁塔塔高超过预设值仍无法对该区间进行全视距覆盖传播时， 用于重 新选择基站位置， 调整通信铁塔坐标后， 再将上述所有设置初始化后， 重新进行计算； 中枢模块， 调控系统完成所有信号接收点的计算， 确定所有接收点均处在通信铁塔视权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114676491 B 3