隨著移動通信技術的飛速發(fā)展,室內(nèi)場景中無線網(wǎng)絡設備的市場規(guī)模日益擴大,用戶對室內(nèi)信號的覆蓋質量的要求也越來越高。通過對室內(nèi)信號場強進行計算研究室內(nèi)信號的場強分布情況,對于分析室內(nèi)信號的傳播特性和信號覆蓋情況有著重要意義。時域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）方法是一種計算電磁場的數(shù)值求解方法,應用廣泛,能夠滿足實際應用的需求。計算室內(nèi)環(huán)境的場強分布,需要獲取室內(nèi)環(huán)境的幾何信息,作為場強計算區(qū)域的邊界。傳統(tǒng)的幾何信息獲取方法占用大量的人力和時間開銷、建模效率低,而計算機視覺技術的飛速發(fā)展,為基于三維點云圖進行獲取幾何信息提供了方便。本文對基于三維點云圖的FDTD室內(nèi)場強計算方法進行深入研究,首先分析了場強計算方法和幾何信息獲取方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,其次對FDTD的基礎理論和點云的獲取方法進行了研究。此外,本文針對基于三維點云圖獲取室內(nèi)幾何信息和FDTD場強計算方法主要完成了以下研究工作:（1）針對人工測量方法獲取室內(nèi)環(huán)境的幾何信息過程中工作量大、建模耗時過長的問題,本文提出了一種基于三維點云圖的室內(nèi)環(huán)境幾何信息獲取方法。該方法通過隨機采樣一致... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

點云邊

?亂徊驕褪嵌緣閽票囈緄募負渦畔⒔?屑撲悖?饈嵌?點云進行平滑處理、點云平面分割和點云邊界提取的最終目的。根據(jù)3.2節(jié)中研究的點云幾何信息計算方法，對點云平面提取的邊界點云數(shù)據(jù)的頻數(shù)分布情況進行研究。分別計算點云長度、寬度和高度邊界點云三維坐標的頻數(shù)分布直方圖，直方圖中每段邊界最高頻數(shù)對應的坐標區(qū)間可以看作點云邊界的實際坐標。由于點云邊界的提取結果存在著不連續(xù)的邊界，分段對邊界點云對應的頻數(shù)直方圖進行了計算，與x軸平行邊界分為7段，與y軸平行邊界分為4段。點云長度、寬度數(shù)據(jù)對應的頻數(shù)直方圖如圖3-5所示。(a)點云長度邊界的頻數(shù)直方圖(b)點云長度邊界的頻數(shù)直方圖圖3-5點云長度和寬度邊界的頻數(shù)直方圖由圖3-5可以看出，每段邊界點云數(shù)據(jù)的x坐標和y坐標的頻數(shù)分布圖都存在十分明顯的峰值，取頻數(shù)最高的區(qū)間，求此區(qū)間內(nèi)坐標值平均值作為相應邊界線的坐標值。去除在實際環(huán)境中不存在的邊界數(shù)據(jù)，對與走廊的兩側和中間的寬度、點云中間直走廊的長度和走廊右側的長度相對應的五個邊界計算幾何信息，并對這五個邊界按照序號從1到5進行編號。將得到的幾何信息計算結果作為測量值，將實驗環(huán)境中的實際數(shù)據(jù)作為標準值，將兩者差值的絕對值作為幾何信息的誤差，標準值、測量值和誤差如表3-1所示。分析表格表3-1可以發(fā)現(xiàn)，與實驗環(huán)境的幾何信息標準值相比，基于三維點云圖獲取的實驗環(huán)境的走廊的長度信息和寬度信息的誤差皆小于0.5m，若不考慮由于原始點云圖不連續(xù)等原因造成幾何信息較大的5號邊界的誤差，其它4個邊界的誤差最大為0.1529m，最小為0.0104m，平均誤差為0.08425m。獲取點云的長度和寬度后，對點云的高度進行計算。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-27-表3-1由點云獲取的幾何信息幾何信息邊界標準值/m測量值/m誤差/m13.383.36960.010422.532.48090.049132.742.61540.1246449.9150.06290.1529514.3313.83750.4925對點云高度進行計算得到的點云數(shù)據(jù)頻數(shù)分布直方圖如圖3-6所示，頻數(shù)直方圖的頻數(shù)值分布較均勻，頻數(shù)的峰值并不明顯，根據(jù)頻數(shù)直方圖無法提取具體的數(shù)值。這是由于實驗環(huán)境復雜，點云數(shù)據(jù)在高度方向上缺失造成提取的點云高度邊界不連續(xù)，且提取了較多不存在的邊界，無法計算高度值。圖3-6點云的高度頻數(shù)直方圖上述實驗研究結果，驗證了本文提出的基于三維點云圖的幾何信息獲取方法能夠從稠密三維點云圖中提取到室內(nèi)環(huán)境的長度和寬度，而對高度的獲取取決于實際室內(nèi)環(huán)境是否復雜，以及點云數(shù)據(jù)的邊界提取是否連續(xù)且與實際環(huán)境符合�？梢姡c云幾何信息的獲取精度很大程度直接取決于點云邊界提取的精度。總之，本文提出的幾何信息獲取方法能夠從室內(nèi)環(huán)境的點云中獲取幾何信息，在本文實驗環(huán)境下獲取的幾何信息的平均誤差約為0.08m，根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的規(guī)模不同，對于獲取方式一樣的稠密三維點云圖，獲取的幾何信息誤差值也會不同。在實驗驗證中所用的點云圖是通過視覺相機獲得的，分析仿真結果所得到的誤差與本文所選擇的實驗環(huán)境的點云的數(shù)據(jù)量和幾何特征直接相關，該方法在其它環(huán)境中基于點云獲取的幾何信息獲取誤差本文不作研究和分析。完成了第一階段的室內(nèi)環(huán)境的幾何信息獲取工作，便可以進行第二階段的室內(nèi)傳播環(huán)境建模，利用FDTD方法計算其中的場強分布，下一章將對室內(nèi)環(huán)境建模和室內(nèi)場強計算進行研究。

【參考文獻】：
期刊論文
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