一种面向跨模态数据的多点位电磁参数测量方法与装置

技术领域

本发明涉及一种多点位电磁参数测量方法与装置，特别涉及一种面向跨模态数据的多点位电磁参数测量方法与装置。

背景技术

城市环境下各类设施密集分布，电磁介质种类多元，地物间可能存在阴影遮挡或混合分布问题，基于仪器的开放环境电磁参数测量可能会存在较大误差，难以支撑精细化电磁介质建模需要。介电常数作为衡量材料电磁特性的核心参数，相关的研究一直是电磁参数测量领域中的重点。

目前在电磁参数测量研究方面，主要有两种方式：

1)传输/反射法

该方法基于散射网络理论，把介质置于同轴线或矩形波导中，介质样品的位置与其在同轴线或波导中的位置无关，通过使用矢量网络分析仪提取样品区的散射参数，然后通过散射方程反演出介质的介电常数。

2)谐振腔法

该方法将被将被测材料置于谐振腔腔体中磁场最大电场最小处，当薄膜状或者是杆状的被测材料置于封闭或者开放的腔体中时，腔内材料的固有品质因数、固有谐振率和场的分布发生改变，通过对腔体放入前后品质因子和谐振频率参数的变化来计算电磁参数。

方法1)的问题在于，样品的位置、厚度和取样器长度会导致测量误差，若待测样品厚度大于对应的波导波长时，则存在多个传播常数的解，对极薄的待测样品进行测量，则会增大测量的不确定度。该方法仅能在室内进行测量。

方法2)的问题在于，该方法属于有损测量，主要适用于薄膜、片状介质这些需要进行精确加工的介质材料的等效电参数测量，对于材料的制备要求较高，且对频率计和矢量网络分析仪等测量仪器的分辨率提出了很高的要求。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种面向跨模态数据的多点位电磁参数测量方法，利用多视角倾斜摄影图像重构的点云数据，实现面向城市环境的大范围电磁参数测量的发射点与接收点的优化布置，基于自由空间法测量初始电磁参数并在点云上赋值，利用孤立森林算法检测异常初始电磁参数，基于图像分割结果判断异常原因，对初始电磁参数进行校准，实现跨模态数据融合的多元介质电磁参数的精确校正。

本发明所采用的技术方案如下：

一种面向跨模态数据的多点位电磁参数测量方法，包括以下几个组成部分：

A.基于点云数据设计电磁信号测量仪器部署方案。在点云数据上预先标记测量点位，并利用点位的坐标数据，在建筑物沿道路一侧，依据固定距离间隔放置电磁信号发射天线，若建筑物密集，可在单栋建筑物处放置多个发射天线，在建筑物另一侧放置相同数量的接收天线。所放置的发射天线与接收天线需覆盖全部标记点位，每个点位需多次测量数据。

B.基于自由空间法测量初始电磁参数并在点云上赋值。利用耦合信号与参考信号的比值获得反射参数，通过与参考信号的比值得到透射参数，将被测网络设为双端口网络，通过测量电磁介质的反射参数和透射参数，计算出介质的初始电磁参数，根据测量部署方案标记的点位，将初始电磁参数赋值给点云相应的点位。

C.检测异常初始电磁参数。基于孤立森林算法，分别计算不同测量介质的多点位初始电磁参数的异常分数，将异常分数接近1的电磁参数作为异常点。

D.利用图像分割结果判断异常原因并进行校准。根据异常电磁参数点位坐标，获取该点在倾斜摄影图像的映射位置，根据倾斜摄影图像的电磁介质类型分割结果，判断异常电磁参数成因为测量误差或不同类型电磁介质遮挡造成干扰，对于前者，可利用该测量介质其他点位的测量值的中值进行修正，对于后者，调整接收、发射天线位置并对该点位电磁参数进行重新测量。

步骤A中，所述点云数据是指：基于多视角倾斜摄影图像重建的城市地物三维点云数据，点云中的点位包含待测量介质的三维坐标信息。

步骤B中，所述自由空间法是指：利用聚焦透镜天线将电磁波辐射到自由空间，在天线的焦平面附近形成稳定的准TEM波束，将此波束垂直入射到样品表面，基于介质表面处的不连续性，使电磁波在介质与空气交界面处发生多次反射和透射。反射信号由发射天线接收，送进入矢量网络分析仪的1端口，透射信号经接收天线接收，送进入矢量网络分析仪的2端口，获得反射参数与透射参数。

步骤D中，所述电磁介质类型分割结果是指：基于图像分割技术对不同城市地物的轮廓进行刻画以区分不同的电磁介质。

另一方面，本发明提供了一种面向跨模态数据的多点位电磁参数测量装置，包括以下模块：

初始电磁参数计算模块：基于耦合信号与参考信号的比值计算反射参数，利用透射信号与参考信号的比值得到透射参数，基于反射参数和透射参数，计算出介质的初始电磁参数。

跨模态电磁参数校准模块：基于孤立森林算法检测不同测量物体的的初始电磁参数异常点，根据异常电磁参数点位坐标，获取该点在倾斜摄影图像的映射位置，根据倾斜摄影图像的电磁介质类型分割结果，区分参数异常原因。

本发明提供的技术方案以及测量装置带来的有益效果是：

在上述的组成部分中，基于城市地物三维点云数据，对大范围电磁参数测量方案的发射与接收天线进行优化布置，利用自由空间法测量初始电磁参数并在点云上赋值，基于孤立森林算法检测异常初始电磁参数，在利用图像分割结果判断电磁参数异常原因基础上，对初始电磁参数进行校准，实现跨模态数据融合的多元介质电磁参数的精确校正。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请公开的一种面向跨模态数据的多点位电磁参数测量方法流程示意图。

图2为本申请公开的初始电磁参数测量部署方案示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一：

划定待测量区域范围，利用无人机多视角倾斜摄影图像，重建城市地物三维点云数据。在三维点云数据上预先标记测量点位，并利用点位的坐标数据，在建筑物沿道路一侧，依据固定距离间隔放置电磁信号发射天线，若建筑物密集，可在单栋建筑物处放置多个发射天线，在建筑物另一侧放置相同数量的接收天线。所放置的发射天线与接收天线需覆盖全部标记点位。

根据测量部署方案中标记的点位，布设矢量网络分析仪、发射天线、接收天线，向待测量介质发射准TEM波束并接收反射与透射信号，利用耦合信号与参考信号的比值获得反射参数，通过与参考信号的比值得到透射参数，将被测网络设为双端口网络，通过测量电磁介质的反射参数和透射参数，计算出介质的初始电磁参数，并将初始电磁参数赋值给点云相应的点位上。

利用孤立森林算法，计算各测量介质多点位初始电磁参数的异常分数，将异常分数接近1的电磁参数作为异常点。根据异常电磁参数点位坐标，获取该点在倾斜摄影图像的映射位置，根据倾斜摄影图像的电磁介质类型分割结果，判断异常电磁参数是测量误差或是不同类型电磁介质遮挡造成干扰，对于前者，可利用该测量介质的其他点位的测量值的中值进行修正，对于后者，调整接收、发射天线位置并对该点位电磁参数进行重新测量，基于图像数据与仪器测量数据的跨模态融合，实现对电磁参数的精确校正。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。