CN111143918A - 无线电波路径预测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线电波路径预测方法和装置，该方法包括：从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息；对建筑构件信息进行格式转换；获取建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并生成多源信息，将多源信息通过特定数据结构表示后，构建三维电磁建筑模型；根据收发射机参数、电磁波传播原理及多径信道的稀疏特性，预测在三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵；根据电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。采用本方法通过提取并充分利用多源信息，提高计算效率和减小复杂度。

Description

无线电波路径预测方法和装置

技术领域

本发明涉及一种无线电波路径预测方法和装置，属于无线电波传播预测领域。

背景技术

近些年，随着移动通信4G、5G技术和无线传感器网络的发展，无线移动用户快速增加，需要提供更好的信号覆盖。然而信号传播环境复杂，多径效应十分严重，需要精确预测信号传播来分析信号覆盖，给用户提供更好的无线服务。

目前的主流方法是利用射线跟踪技术来进行无线电波传播预测，基于建筑结构来预测电磁波的传播特性，其有助于有效地分析每一径的信道参数。但这种方法需要精确的三维场景数据库，当场景数据库过于复杂时，射线跟踪计算量及复杂度较大。目前的大多场景数据库是通过实际测量、基于影像的三维建模或激光扫描三维建模得到的，需要大量的测量、采集、存储和重构工作，只能适用于少量指定地点或者建筑物，其即时性和普适性不足，并且工作量过大，物力及财力等耗费也比较大，获取的信息可能包含大量误差，且难以获得建筑物材质、被遮挡物等信息。对于复杂场景，现有很多减少计算量和复杂度的加速算法，主要分为两类：一类是直接空间分区和角分区技术为代表的空间分区技术，这类方法是为了减少遮挡判定的检验次数，比如：二元空间分区(通过计算存储多面体面之间的可见性关系来减少线面相交判断)和角度的z缓存区(将源点可见区域分为角域，对于射线只分析其角域中的可见面)等；一类是以镜像法和枕形法为代表的方法，这类方法是为了提高电波反射路径和绕射路径的寻迹效率，比如：镜像法(根据唯一性定理确定镜像点，从而准确找到发射天线和接收天线之间的有效路径。在一开始就舍弃了不能到达接收天线的射线，点对点寻找有效路径)。然而环境复杂时，这些方法寻找到的射线路径数比较庞大。在这其中，很多射线路径携带信号能量过低，都是无效路径，在寻找这些路径的过程中会浪费存储空间，并增加了不必要的计算量。

总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个问题是：建立一个能提供准确多源建筑信息的真三维建筑模型，提出一种能够进一步减少射线跟踪计算量和复杂度的射线跟踪方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种无线电波路径预测方法和装置，用于减少无线电波路径预测时的计算量和复杂度。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无线电波路径预测方法，所述方法包括：

从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息；

对所述建筑构件信息进行格式转换；

获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型；

获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵；

根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。

在其中一个实施例中，所述从建筑信息模型中提取与建筑物对应的建筑构件信息，包括：

从所述建筑信息模型中提取与建筑物对应的数据存储文件，并解析所述数据存储文件得到与所述建筑物对应的建筑信息要素；

对所述建筑信息要素进行分类，判断每一分类中的建筑信息要素是否为所需要的建筑信息要素；

若所述建筑信息要素为所需要的建筑信息要素，则获取所述建筑信息要素对应的几何信息、位置信息和材质信息；

若所述建筑信息要素不为所需要的建筑信息要素，则删除所述建筑信息要素。

在其中一个实施例中，所述对所述建筑构件信息进行格式转换，包括：

获取预设格式，并根据所述预设格式对所述建筑构件信息进行格式转换。

在其中一个实施例中，所述获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型，包括：

获取所述建筑构件的材质信息所对应电磁特性参数，根据所述电磁特性参数和建筑构件信息生成多源信息；

通过平面和劈描述所述多源信息，并根据物体几何信息和位置信息通过凸点坐标表示所述平面和劈；

从多源信息中提取所述平面和劈的对应的电磁参数，建立所述电磁参数和所述凸点坐标的对应关系；

以特定数据结构存储和表示所述面和劈，以构建三维电磁建筑模型。

在其中一个实施例中，所述获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵，包括：

在所述三维电磁建筑模型中确定电磁波对应的收发射机参数；

根据电磁波传播特性以及多径信道的稀疏特性，综合平面和劈的凸点坐标和电磁参数得到与收发射机参数对应的电磁波的衰减程度，预测起到信号传播主要作用的电磁波，获取能产生有效路径或无效路径的面和劈；

根据所述能产生有效路径的面和劈以及所述产生无效路径的面和劈得到电传稀疏矩阵。

在其中一个实施例中，所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息，包括：

基于所述电传稀疏矩阵，对主要电磁波传播路径进行射线跟踪，寻找有效的直射、反射、透射、绕射的射线路径以预测无线电波传播，根据射线路径、天线参数和电磁参数预测得到各位置点的接收信号信息。

在其中一个实施例中，所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：

保存所预测的建筑物内各个位置点的接收信号信息；

所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：

获取实际中的信号接收装置所在位置的接收信号信息；

将所述实际中的信号接收装置接收信号信息与所保存的预测的各个位置点的接收信号信息进行匹配，根据匹配结果确定信号接收装置的位置。

一种无线电波路径预测装置，所述装置包括：

多源信息提取模块，用于从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息；

数据转换及表示模块，用于对所述建筑构件信息进行格式转换；获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型；

稀疏矩阵获取模块，用于获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵；

预测模块，用于根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。

在其中一个实施例中，所述多源信息提取模块，包括：

建筑信息要素提取单元，用于从所述建筑信息模型中提取与建筑物对应的数据存储文件，并解析所述数据存储文件得到与所述建筑物对应的建筑信息要素；

判断单元，用于对所述建筑信息要素进行分类，判断每一分类中的建筑信息要素是否为所需要的建筑信息要素；

输出单元，用于若所述建筑信息要素为所需要的建筑信息要素，则获取所述建筑信息要素对应的几何信息、位置信息和材质信息；

删除单元，用于若所述建筑信息要素不为所需要的建筑信息要素，则删除所述建筑信息要素。

在其中一个实施例中，所述数据转换及表示模块包括：

格式转换单元，用于获取预设格式，并根据所述预设格式对所述建筑构件信息进行格式转换。

在其中一个实施例中，所述数据转换及表示模块还包括：

获取单元，用于获取所述建筑构件的材质信息所对应电磁特性参数，根据所述电磁特性参数和建筑构件信息生成多源信息；

表示单元，用于通过平面和劈描述所述多源信息，并根据物体几何信息和位置信息通过凸点坐标表示所述平面和劈；

建立单元，用于从多源信息中提取所述平面和劈的对应的电磁参数，建立所述电磁参数和所述凸点坐标的对应关系；以特定数据结构存储和表示所述面和劈，以构建三维电磁建筑模型。

在其中一个实施例中，所述稀疏矩阵获取模块包括：

确定单元，用于在所述三维电磁建筑模型中确定电磁波对应的收发射机参数；

预测单元，用于根据电磁波传播特性以及多径信道的稀疏特性，综合平面和劈的凸点坐标和电磁参数得到与收发射机参数对应的电磁波的衰减程度，预测起到信号传播主要作用的电磁波，获取能产生有效路径或无效路径的面和劈；

矩阵确定单元，用于根据所述能产生有效路径的面和劈以及所述产生无效路径的面和劈得到电传稀疏矩阵。

在其中一个实施例中，所述预测模块包括：

跟踪单元，用于基于所述电传稀疏矩阵，对主要电磁波传播路径进行射线跟踪，寻找有效的直射、反射、透射、绕射的射线路径以预测无线电波传播，根据射线路径、天线参数和电磁参数预测得到各位置点的接收信号信息。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

保存模块，用于保存所预测的建筑物内各个位置点的接收信号信息；

信号信息获取模块，用于获取实际中的信号接收装置所在位置的接收信号信息；

定位模块，用于将所述实际中的信号接收装置接收信号信息与所保存的预测的各个位置点的接收信号信息进行匹配，根据匹配结果确定信号接收装置的位置。

与现有技术相比，本发明提供的一种无线电波路径预测方法和装置具备以下优势：

本发明可以直接从建筑行业所构建的建筑信息模型中提取建筑构件信息以及加入的电磁参数信息进行三维电磁建筑模型精确建模，从而避免实际测量、基于影像的三维建模或激光扫描三维建模等方法获取信息带来的误差，还能减少大量的测量、采集、存储工作，节省物力和财力。其次，本发明中根据多径信道的稀疏特性以及电磁波的传播原理，将建筑信息模型与射线跟踪算法相结合计算得到多径信道的电传稀疏矩阵，对主要路径进行电磁波传播预测，减少对无效路径的寻找，从而降低射线跟踪算法的计算量和复杂度。

附图说明

图1是本发明提供的无线电波路径预测方法的流程示意图；

图2是本发明提供的三维电磁建筑模型的示意图；

图3(a)为本发明提供的信号传播影响因素分析的物体位置产生的影响的示意图；

图3(b)为本发明提供的信号传播影响因素分析的物体厚度产生的影响的示意图；

图3(c)为本发明提供的信号传播影响因素分析的物体材质产生的影响的示意图；

图4为本发明的无线电波路径预测方法中稀疏射线跟踪仿真图；

图5为本发明提供的无线电波路径预测装置的结构示意图；

图6为本发明提供的计算机设备的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种无线电波路径预测方法，包括以下步骤：

S100：从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息。

具体地，建筑信息模型BIM是真三维建筑模型，其采用参数化来描述建筑单元，以墙、窗、梁、柱等建筑构件为基本对象，并将建筑单元的各种真实属性通过参数的形式进行模拟，进行相关数据信息描述，包括一些非几何属性，如材料信息、造价信息、设备信息等等。BIM中包含了详细的室内建筑信息，本发明可以直接从建筑行业所构建的BIM中提取建筑构件信息进行场景数据库精确建模。从而避免实际测量、基于影像的三维建模或激光扫描三维建模等方法获取信息带来的误差，还能减少大量的测量、采集、存储工作，节省物力和财力。

建筑构件信息主要是墙、天花板、地板、门、窗等的几何尺寸、绝对位置、材质等信息。

终端可以从BIM模型中提取出于建筑物对应的建筑构件信息，例如终端根据用户输入的建筑物标识，查询该建筑物标识对应的BIM模型，然后从该BIM模型对应的属性文件中提取对应的建筑构件信息。

S200：对所述建筑构件信息进行格式转换；获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型。

具体地，格式转换是为了将从BIM模型中提取出的建筑构件信息进行处理，以便于后续软件的使用，例如当后续算法在Matlab软件上运行时，将建筑构件信息转换为Matlab软件所能识别的数据格式。

终端在提取出建筑构件信息后，加入各建筑构件中的材质信息分别对应的电磁参数，形成多源信息，然后对多源信息进行建模以得到建筑物对应的三维场景模型，例如根据多源信息中的各个平面和劈的位置建立建筑物对应的三维模型，然后加入并标注各个平面和劈对应的电磁参数等，这是因为对于电磁波的传播，各个物体的电磁参数信息是极为重要的，其可以判断出各个物体对于电磁波的衰减程度等。

S300：获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵。

具体地，基于从BIM中获取的建筑构件信息以及加入的电磁参数信息，计算得到电传稀疏矩阵：分别将墙、门、窗、楼板等物体的几何尺寸、绝对位置、材质、电磁参数等多源信息作为输入，基于信道的稀疏特性和电波传播原理，综合考虑这些信息对收发点之间射线路径产生的影响，得到电传稀疏矩阵。

即首先在三维电磁建筑模型中确定发射点参数和接收点参数，之后根据电磁波传播原理，例如直射、绕射、反射、透射等，确定电磁波在三维电磁建筑模型中的传播途径，再根据多径信道的稀疏特性，考虑到信号在传播过程中发生的信号衰减，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，最后根据该产生有效路径和无效路径的面和劈得到电传稀疏矩阵。

具体地，稀疏特征是指一般多径信道具有多条路径且成簇分布，传播路径有限，信道冲击响应中非零的路径是少数，绝大部分都为近似0，具有较强的稀疏特性。了解到射线跟踪在复杂场景中得到的射线路径大多数都可能是为零的路径，即无效路径。由于建筑物的位置、几何尺寸、位置和材质等信息是主要影响射线路径的因素，因此，将BIM与射线跟踪算法相结合计算得到多径信道的电传稀疏矩阵，对主要路径进行电磁波传播预测，减少对无效路径的寻找，从而降低射线跟踪算法的计算量和复杂度。

S400：根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。

具体地，终端在得到电传稀疏矩阵后，可以基于该稀疏矩阵在三维电磁建筑模型中对主要传播路径进行寻找，即有效路径。然后通过射线沿该有效路径进行跟踪，预测电磁波传播，最终可根据射线路径、天线参数和电磁参数等信息计算得到各个位置点的接收信号信息。其中接收信号信息可以包括但不限于各个位置点的电磁波信号损耗、信道脉冲响应、场强、时延、到达角等信息。

本发明可以直接从建筑行业所构建的建筑信息模型中提取建筑构件信息以及加入的电磁参数信息进行三维电磁建筑模型精确建模，从而避免实际测量、基于影像的三维建模或激光扫描三维建模等方法获取信息带来的误差，还能减少大量的测量、采集、存储工作，节省物力和财力。其次，本发明中根据多径信道的稀疏特性以及电磁波的传播原理，将建筑信息模型与射线跟踪算法相结合计算得到多径信道的电传稀疏矩阵，对主要路径进行电磁波传播预测，减少对无效路径的寻找，从而降低射线跟踪算法的计算量和复杂度。

在其中一个实施例中，所述从建筑信息模型中提取与建筑物对应的建筑构件信息，包括：从所述建筑信息模型中提取与建筑物对应的数据存储文件，并解析所述数据存储文件得到与所述建筑物对应的建筑信息要素；对所述建筑信息要素进行分类，判断每一分类中的建筑信息要素是否为所需要的建筑信息要素；若所述建筑信息要素为所需要的建筑信息要素，则获取所述建筑信息要素对应的几何信息、位置信息和材质信息；若所述建筑信息要素不为所需要的建筑信息要素，则删除所述建筑信息要素。

具体地，终端首先提取建筑物的建筑信息模型，然后读取该建筑信息模型对应的数据存储文件，并对数据存储文件进行解析从而可以获得数据存储文件中所包含的所有的建筑信息要素。

终端在获取到建筑信息要素后，对该些建筑信息要素进行分类，例如分为门、窗、楼板、墙等建筑构件元件集合，然后终端可以通过并行处理的方式判断每个集合中每一个建筑信息要素是否是所需要的建筑构件，如果是所需要的建筑构件，则可以获取到建筑信息要素对应的几何信息、位置信息(包括：原点坐标(X，Y，Z)、长、宽、高)和材质信息，这样终端后续可以根据该几何信息、位置信息以及材质信息进行三维建筑模型建模。如果不是所需要的建筑构件，则可以删除该建筑信息要素。

上述实施例中，对所读取到的建筑信息要素进行遍历，从而可以删除掉无用的建筑信息要素，进而可以避免后续建立三维电磁建筑模型时对无效信息的处理，从而可以提高电磁波路径的预测跟踪效率。

在其中一个实施例中，所述对所述建筑构件信息进行格式转换，包括：获取预设格式，并根据所述预设格式对所述建筑构件信息进行格式转换。

在其中一个实施例中，所述获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型，包括：获取所述各建筑构件的材质信息所对应电磁特性参数，根据所述电磁特性参数和建筑构件信息生成多源信息；通过平面和劈描述所述多源信息，并根据物体几何信息和位置信息通过凸点坐标表示所述平面和劈；从多源信息中提取所述平面和劈的对应的电磁参数，建立所述电磁参数和所述凸点坐标的对应关系；以特定数据结构存储和表示所述面和劈，以构建三维电磁建筑模型。

具体地，终端在读取到建筑信息模型中的建筑构件信息后，首先对建筑构件信息进行格式转换，转换为后续计算处理软件能读取的数据格式。例如当后续算法在Matlab软件上运行时，终端可以获取到Matlab软件可以读取的数据格式，例如txt格式，然后将建筑构件信息转换为txt格式。

终端在转换完数据格式后，获取各建筑构件信息中的材质信息所对应的电磁特性参数，加入对应的建筑构件信息中存储起来，即为多源信息；通过平面和劈表示描述所述多源信息，并根据物体几何信息和位置信息通过凸点坐标表示所述平面和劈；从多源信息中提取所述平面和劈对应的电磁参数；建立所述电磁参数和所述凸点坐标的对应关系；以链表这一数据结构存储和表示上述所有面和劈信息(本发明不限于链表，还可以是数组、树、图之类的数据结构)。材料信息对照表见表1，(本发明中不限于表1中的电磁参数，可以根据实际测量的数据进行更改)：

表1材料信息对照表

材料	相对介电常数	电导率
			混凝土	6.95	0.74
砖	4.44	0.004
			木材	4.44	0.004
玻璃	6.3	0.06

综上，此时终端所建立的三维电磁建筑模型具体可以参见图2所示，其包括平面和劈，并且通过凸点坐标的形式表示了各个平面和劈的位置信息，且给出了各个平面和劈的电磁参数。

在其中一个实施例中，所述获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵，包括：在所述三维电磁建筑模型中确定电磁波对应的收发射机参数；根据电磁波传播特性以及多径信道的稀疏特性，综合平面和劈的凸点坐标和电磁参数得到与收发射机参数对应的电磁波的衰减程度，预测起到信号传播主要作用的电磁波，获取能产生有效路径或无效路径的面和劈；根据所述能产生有效路径的面和劈以及所述产生无效路径的面和劈得到电传稀疏矩阵。

具体地，终端在得到三维电磁建筑模型后，基于发射点位置和对应的天线高度、发射频率、发射功率、天线方向图函数等参数模拟电磁波的发射。

根据无线电传播理论，信号在传播过程中，由于传播衰减，信号的强度会随传播距离增大发生改变，导致信号能量衰减。基于此，本发明考虑当物体与发射点或者接收点之间的距离产生的能量衰减超过一定的阈值，对接收点无贡献，就没必要考虑信号在该物体上是否会产生射线路径了，舍去当前传播射线路径，如图3(a)所示。

信号穿透物体会造成信号能量附加衰减，信号穿过不同类型的墙壁和楼板产生的能量衰减是不同的。对于典型的软隔墙，衰减值在1～5dB之间变化，硬隔墙的衰减值可能在5～20dB之间变化。同样的，墙体厚度也会对信号能量产生一定的影响，厚墙会比薄墙的能量衰减值大。这样本发明考虑穿透过一个薄的软隔墙壁的射线比穿透过一个厚的硬隔墙的射线更有可能到达接收点，将其穿透的电磁波选为更可能的有效路径。示意图如图3(b)和3(c)所示。

因此本发明以墙、门、窗、楼板等物体的几何尺寸、绝对位置、材质、电磁参数等多源信息作为输入，基于上述分析，综合考虑上述因素对射线路径产生的影响，对所有面和劈做一个判断，找出产生有效路径的面和劈以及产生无效路径的面和劈，得到电传稀疏矩阵。

在其中一个实施例中，所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息，包括：基于所述电传稀疏矩阵，对主要电磁波传播路径进行射线跟踪，寻找有效的直射、反射、透射、绕射的射线路径以预测无线电波传播，根据射线路径、天线参数和电磁参数预测得到各个位置点的接收信号信息。

具体地，在得到上述电传稀疏矩阵后，对主要路径进行射线跟踪，在三维电磁建筑模型中寻找有效的直射、反射、透射、绕射、多次反射、多次绕射、反射加绕射等射线路径，预测无线电波传播，根据路径损耗计算公式计算出接收点处的无线信号路径损耗，根据场强计算公式可计算出接收点的场强等。最终可计算出建筑物内各位置点的接收信号信息等，其中接收信号信息可以包括但不限于各个位置点的电磁波信号损耗、信道脉冲响应、场强、时延、到达角等信息。一种无线电波路径预测方法进行无线电波传播预测得到的有效路径如图4所示。

在其中一个实施例中，所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：保存所预测的建筑物内各个位置点的接收信号信息；所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：获取实际中的信号接收装置所在位置的接收信号信息；将所述实际中的信号接收装置接收信号信息与所保存的预测的各个位置点的接收信号信息进行匹配，根据匹配结果确定信号接收装置的位置。

具体地，上述模型建立完成后，可以用来定位，例如人可以携带安装有信号接收装置的终端，或者是将信号接收装置安装在待定位的物体上，从而可以通过获取实际中的信号接收装置所在位置的接收信号信息来实现对人或物体的定位，具体地，可以将所述实际中的信号接收装置接收信号信息与预先计算得到的建筑物内各个位置点的接收信号信息进行匹配，根据匹配结果来确定信号接收装置的位置，从而作为人或物体的位置。其中接收信号信息可以包括但不限于各个位置点的电磁波信号损耗、信道脉冲响应、场强、时延、到达角等信息。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种无线电波路径预测装置，包括：多源信息提取模块100、数据转换及表示模块200、稀疏矩阵获取模块300和预测模块400，其中：

多源信息提取模块100，用于从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息；

数据转换及表示模块200，用于对所述建筑构件信息进行格式转换；获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型；

稀疏矩阵获取模块300，用于获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵；

预测模块400，用于根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。

在其中一个实施例中，所述多源信息提取模块100，包括：

建筑信息要素提取单元，用于从所述建筑信息模型中提取与建筑物对应的数据存储文件，并解析所述数据存储文件得到与所述建筑物对应的建筑信息要素；

判断单元，用于对所述建筑信息要素进行分类，判断每一分类中的建筑信息要素是否为所需要的建筑信息要素；

输出单元，用于若所述建筑信息要素为所需要的建筑信息要素，则获取所述建筑信息要素对应的几何信息、位置信息和材质信息；

删除单元，用于若所述建筑信息要素不为所需要的建筑信息要素，则删除所述建筑信息要素。

在其中一个实施例中，所述数据转换及表示模块200包括：

格式转换单元，用于获取预设格式，并根据所述预设格式对所述建筑构件信息进行格式转换。

在其中一个实施例中，所述数据转换及表示模块200还包括：

获取单元，用于获取所述建筑构件的材质信息所对应电磁特性参数，根据所述电磁特性参数和建筑构件信息生成多源信息；

表示单元，用于通过平面和劈描述所述多源信息，并根据物体几何信息和位置信息通过凸点坐标表示所述平面和劈；

建立单元，用于从多源信息中提取所述平面和劈的对应的电磁参数，建立所述电磁参数和所述凸点坐标的对应关系；以特定数据结构存储和表示所述面和劈，以构建三维电磁建筑模型。

在其中一个实施例中，所述稀疏矩阵获取模块300包括：

确定单元，用于在所述三维电磁建筑模型中确定电磁波对应的收发射机参数；

预测单元，用于根据电磁波传播特性以及多径信道的稀疏特性，综合平面和劈的凸点坐标和电磁参数得到与收发射机参数对应的电磁波的衰减程度，预测起到信号传播主要作用的电磁波，获取能产生有效路径或无效路径的面和劈；

矩阵确定单元，用于根据所述能产生有效路径的面和劈以及所述产生无效路径的面和劈得到电传稀疏矩阵。

在其中一个实施例中，所述预测模块400包括：

跟踪单元，用于基于所述电传稀疏矩阵，对主要电磁波传播路径进行射线跟踪，寻找有效的直射、反射、透射、绕射的射线路径以预测无线电波传播，根据射线路径、天线参数和电磁参数预测得到各个位置点的接收信号信息。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

保存模块，用于保存所预测的建筑物内各个位置点的接收信号信息；

信号信息获取模块，用于获取实际中的信号接收装置所在位置的接收信号信息；

定位模块，用于将所述实际中的信号接收装置接收信号信息与所保存的预测的各个位置点的接收信号信息进行匹配，根据匹配结果确定信号接收装置的位置。

关于无线电波路径预测装置的具体限定可以参见上文中对于无线电波路径预测方法的限定，在此不再赘述。上述无线电波路径预测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种无线电波路径预测方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息；对所述建筑构件信息进行格式转换；获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型；获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵；根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时所实现的所述从建筑信息模型中提取与建筑物对应的建筑构件信息，包括：从所述建筑信息模型中提取与建筑物对应的数据存储文件，并解析所述数据存储文件得到与所述建筑物对应的建筑信息要素；对所述建筑信息要素进行分类，判断每一分类中的建筑信息要素是否为所需要的建筑信息要素；若所述建筑信息要素为所需要的建筑信息要素，则获取所述建筑信息要素对应的几何信息、位置信息和材质信息；若所述建筑信息要素不为所需要的建筑信息要素，则删除所述建筑信息要素。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时所实现的所述对所述建筑构件信息进行格式转换，包括：获取预设格式，并根据所述预设格式对所述建筑构件信息进行格式转换。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时所实现的所述获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型，包括：获取所述建筑构件的材质信息所对应电磁特性参数，根据所述电磁特性参数和建筑构件信息生成多源信息；通过平面和劈描述所述多源信息，并根据物体几何信息和位置信息通过凸点坐标表示所述平面和劈；从多源信息中提取所述平面和劈的对应的电磁参数，建立所述电磁参数和所述凸点坐标的对应关系；以特定数据结构存储和表示所述面和劈，以构建三维电磁建筑模型。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时所实现的所述获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵，包括：在所述三维电磁建筑模型中确定电磁波对应的收发射机参数；根据电磁波传播特性以及多径信道的稀疏特性，综合平面和劈的凸点坐标和电磁参数得到与收发射机参数对应的电磁波的衰减程度，预测起到信号传播主要作用的电磁波，获取能产生有效路径或无效路径的面和劈；根据所述能产生有效路径的面和劈以及所述产生无效路径的面和劈得到电传稀疏矩阵。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时所实现的根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息，包括：基于所述电传稀疏矩阵，对主要电磁波传播路径进行射线跟踪，寻找有效的直射、反射、透射、绕射的射线路径以预测无线电波传播，根据射线路径、天线参数和电磁参数预测得到各个位置点的接收信号信息。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时所实现的所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：保存所预测的建筑物内各个位置点的接收信号信息；处理器执行计算机程序时所实现的所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：获取实际中的信号接收装置所在位置的接收信号信息；将所述实际中的信号接收装置接收信号信息与所保存的预测的各个位置点的接收信号信息进行匹配，根据匹配结果确定信号接收装置的位置。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息；对所述建筑构件信息进行格式转换；获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型；获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵；根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时所实现的所述从建筑信息模型中提取与建筑物对应的建筑构件信息，包括：从所述建筑信息模型中提取与建筑物对应的数据存储文件，并解析所述数据存储文件得到与所述建筑物对应的建筑信息要素；对所述建筑信息要素进行分类，判断每一分类中的建筑信息要素是否为所需要的建筑信息要素；若所述建筑信息要素为所需要的建筑信息要素，则获取所述建筑信息要素对应的几何信息、位置信息和材质信息；若所述建筑信息要素不为所需要的建筑信息要素，则删除所述建筑信息要素。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时所实现的所述对所述建筑构件信息进行格式转换，包括：获取预设格式，并根据所述预设格式对所述建筑构件信息进行格式转换。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时所实现的所述获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型，包括：获取所述建筑构件的材质信息所对应电磁特性参数，根据所述电磁特性参数和建筑构件信息生成多源信息；通过平面和劈描述所述多源信息，并根据物体几何信息和位置信息通过凸点坐标表示所述平面和劈；从多源信息中提取所述平面和劈的对应的电磁参数，建立所述电磁参数和所述凸点坐标的对应关系；以特定数据结构存储和表示所述面和劈，以构建三维电磁建筑模型。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时所实现的所述获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵，包括：在所述三维电磁建筑模型中确定电磁波对应的收发射机参数；根据电磁波传播特性以及多径信道的稀疏特性，综合平面和劈的凸点坐标和电磁参数得到与收发射机参数对应的电磁波的衰减程度，预测起到信号传播主要作用的电磁波，获取能产生有效路径或无效路径的面和劈；根据所述能产生有效路径的面和劈以及所述产生无效路径的面和劈得到电传稀疏矩阵。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时所实现的所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息，包括：基于所述电传稀疏矩阵，对主要电磁波传播路径进行射线跟踪，寻找有效的直射、反射、透射、绕射的射线路径以预测无线电波传播，根据射线路径、天线参数和电磁参数预测得到各个位置点的接收信号信息。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时所实现的所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：保存所预测的建筑物内各个位置点的接收信号信息；计算机程序被处理器执行时所实现的所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：获取实际中的信号接收装置所在位置的接收信号信息；将所述实际中的信号接收装置接收信号信息与所保存的预测的各个位置点的接收信号信息进行匹配，根据匹配结果确定信号接收装置的位置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，相应的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线电波路径预测方法，其特征在于，所述方法包括：

从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息；

对所述建筑构件信息进行格式转换；

获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型；

获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵；

根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从建筑信息模型中提取与建筑物对应的建筑构件信息，包括：

从所述建筑信息模型中提取与建筑物对应的数据存储文件，并解析所述数据存储文件得到与所述建筑物对应的建筑信息要素；

对所述建筑信息要素进行分类，判断每一分类中的建筑信息要素是否为所需要的建筑信息要素；

若所述建筑信息要素为所需要的建筑信息要素，则获取所述建筑信息要素对应的几何信息、位置信息和材质信息；

若所述建筑信息要素不为所需要的建筑信息要素，则删除所述建筑信息要素。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述建筑构件信息进行格式转换，包括：

获取预设格式，并根据所述预设格式对所述建筑构件信息进行格式转换。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型，包括：

获取所述建筑构件的材质信息所对应电磁特性参数，根据所述电磁特性参数和建筑构件信息生成多源信息；

通过平面和劈描述所述多源信息，并根据物体几何信息和位置信息通过凸点坐标表示所述平面和劈；

从多源信息中提取所述平面和劈的对应的电磁参数，建立所述电磁参数和所述凸点坐标的对应关系；

以特定数据结构存储和表示所述面和劈，以构建三维电磁建筑模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵，包括：

在所述三维电磁建筑模型中确定电磁波对应的收发射机参数；

根据电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，综合平面和劈的凸点坐标和电磁参数得到与所述收发射机参数对应的电磁波的衰减程度，预测起到信号传播主要作用的电磁波，获取能产生有效路径或无效路径的面和劈；

根据所述能产生有效路径的面和劈以及所述产生无效路径的面和劈得到电传稀疏矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息，包括：

基于所述电传稀疏矩阵，对主要电磁波传播路径进行射线跟踪，寻找有效的直射、反射、透射、绕射的射线路径以预测无线电波传播，根据射线路径、天线参数和电磁参数进行预测得到各位置点的接收信号信息。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：

保存所预测的建筑物内各个位置点的接收信号信息；

所述根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息之后，还包括：

获取实际中的信号接收装置所在位置的接收信号信息；

将所述实际中的信号接收装置接收信号信息与所保存的预测的各个位置点的接收信号信息进行匹配，根据匹配结果确定信号接收装置的位置。

8.一种无线电波路径预测装置，其特征在于，所述装置包括：

多源信息提取模块，用于从建筑信息模型中提取对应的建筑构件信息；

数据转换及表示模块，用于对所述建筑构件信息进行格式转换；获取所述建筑构件信息对应的建筑构件的电磁参数，并根据所述电磁参数和格式转换后的建筑构件信息生成多源信息，将所述多源信息通过特定数据结构表示，根据所述特定数据结构表示的多源信息构建三维电磁建筑模型；

稀疏矩阵获取模块，用于获取收发射机参数，并根据所述收发射机参数、电磁波传播原理以及多径信道的稀疏特性，预测在所述三维电磁建筑模型中起到信号传播主要作用的电磁波，根据所预测出的电磁波获取所述建筑构件中对电磁波的传播存在影响的建筑构件，根据所获取的建筑构件得到电传稀疏矩阵；

预测模块，用于根据所述电传稀疏矩阵预测建筑物内各个位置点的接收信号信息。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述多源信息提取模块，包括：

建筑信息要素提取单元，用于从所述建筑信息模型中提取与建筑物对应的数据存储文件，并解析所述数据存储文件得到与所述建筑物对应的建筑信息要素；

判断单元，用于对所述建筑信息要素进行分类，判断每一分类中的建筑信息要素是否为所需要的建筑信息要素；

输出单元，用于若所述建筑信息要素为所需要的建筑信息要素，则获取所述建筑信息要素对应的几何信息、位置信息和材质信息；

删除单元，用于若所述建筑信息要素不为所需要的建筑信息要素，则删除所述建筑信息要素。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述数据转换及表示模块包括：

格式转换单元，用于获取预设格式，并根据所述预设格式对所述建筑构件信息进行格式转换。

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