[发明专利]一种铁路通信铁塔设计高度快速优化确定方法及系统

说明书

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。

技术领域

本发明属于铁路专用数字通信系统领域，更具体地，涉及一种铁路通信铁塔设计高度快速优化确定方法及系统。

背景技术

我国的铁路专用数字通信系统（以下简称铁路专网）主要用于承载语音和列车控制数据业务，是保障高速列车运行安全的核心基础设施。在高速铁路CTC-3控制系统的要求下，铁路专网需要保证铁路沿线无线信号的冗余交织覆盖，即在全线半数基站关停的情况下，铁路专网无线系统依旧可以保证全线的完全无线信号覆盖。同时铁路作为一项投资浩大的工程，各组件配套工程繁复，其无线系统建设工程除无线系统设备本身以外，无线基站配套的有线通信、电力、房建、场坪、边坡防护、通所道路等配套工程投资远大于无线系统本身的投资，因此更加需要提高单套基站设备的使用效率和覆盖范围，在保证铁路全线覆盖要求的前提下，控制沿线无线基站数量。

目前我国铁路沿线的无线通信天馈系统大多安装在沿线的通信铁塔上，通信铁塔多为标准制式，高度通常为从15米往上以5米的整数倍递增，常见的多为20米或者30米塔，极端条件下也会使用80米或以上的超高塔。无线系统天线被安置在铁塔上的安装平台上，通常位于铁塔顶部下方2米处，因此塔高确定后，天线的安装高度也随之确定。在通信系统设计中，通信铁塔高度是直接影响单个无线基站或直放站覆盖范围大小的主要因素之一，虽然在传统设计中，不要求基站天线位置能完全通过视距传播对区间进行全覆盖，然而视距传播依旧可以作为一个重要的指标，用以指导铁路无线系统设计。通常情况下塔高越高，其视距传播被遮挡的可能性通常就越小，在不考虑天线出射功率的情况下，其信号覆盖范围也就越大。然而由于单套天线设备的出射功率不可能无限的增加，塔高过高会导致接收信号强度的下降，同时过高的通信铁塔高度也会成指数倍的增加建设成本，因此在实际工程设计中对通信铁塔高度的优化设计具有非常重要的价值。

通常情况下在设计过程中，塔高会根据通信铁塔下方的场坪位置和轨面高度进行综合判断，多数情况下是通过人工现场勘探或者电子地图显示来判断塔高设计是否合理。由于人工评判经常会带来误差，而且一条300km的铁路沿线会有上百个通信铁塔，逐个的判别费时费力。这种相对粗糙的设计方式在特殊情况下（如山区、周边高楼较多的城市或者铁路枢纽地区等），由于周边环境复杂、地物遮挡严重，很容易造成由于人工判别错误导致视距传播被山体或者建筑遮挡，从而导致无线信号覆盖无法达到标准的情况。使用传统工程方法在无线系统建成后，再基于无线信号覆盖测试对基站位置或者塔高进行调整，会极大的增加人力物力成本，因此传统方法在如今精细化设计的要求下，已经无法满足日常设计工作的需求。随着现代无人机技术的发展，该问题被相对的减轻，工程人员可通过无人机试飞的方式，对通信铁塔的视距传播范围进行测量，从而在无线系统工程开始前，对铁塔设计高度进行初步评估。然而该方法需要对每个工点进行逐个无人机试飞，其测试过程同样费时费力；同时该评估手段仍然需要测试人员基于无人机拍照判断视距传播，由于照片对包括铁路枢纽在内的一些地形复杂区域的展示并不完全直观，可能会对测试人员的判断提出相当高的要求，因此本方法虽然能有效在设计阶段对铁塔高度进行评估，却并非一个优选的方法。更为理想的方法是能利用高精度三维地图对铁路全线塔高进行高效、准确的模拟计算和优化设计。然而利用高精度地图对铁路通信铁塔塔高进行精确计算面临两个问题，一是如何量化和评估通信铁塔塔高与无线信号覆盖质量的关系，二是如何降低高精度三维地图带来的巨大数据量对计算效率的影响。

发明内容