Калькулятор профиля рельефа Онлайн — Быстрый расчет зон Френеля Fresnel

Калькулятор радио-трассы

Добавить своё препятствие:

Калькулятор профиля рельефа местности

Данный инструмент строит точный профиль радио-трассы между двумя точками, автоматически подгружая данные о высотах рельефа и препятствиях (леса, здания) из открытых источников. Он визуализирует зону Френеля в зависимости от рабочей частоты и позволяет оценить прямую видимость (LOS).

Калькулятор незаменим для проектирования Wi-Fi мостов, радиорелейных линий (РРЛ), сетей LoRaWAN и оценки покрытия базовых станций 4G, 5G, так как учитывает реальную геометрию Земли и данные данные застройки.

Инструкция по использованию калькулятора

  • Задайте параметры связи: Укажите рабочую частоту в МГц (влияет на расчет зоны Френеля), высоты подвеса антенн (TX и RX) и K-фактор (стандарт — 1.33).
  • Выберите точки на карте: Кликните по карте: первый раз для установки точки передатчика (А), второй — для приемника (Б). Маркеры можно перетаскивать для уточнения координат.
  • Запуск расчета: Нажмите кнопку «Рассчитать профиль». Калькулятор автоматически загрузит высоты рельефа и просканирует местность на наличие зданий и лесов.
  • Ручные препятствия (опционально): Если на карте отсутствуют новые объекты, вы можете добавить их вручную в блоке «Добавить своё препятствие», указав расстояние от точки А и высоту.
  • Анализ графика: Изучите построенную диаграмму. Зеленая линия — рельеф, темно-зеленая — лес, коричневая — здания. Пунктирная синяя линия показывает границы первой зоны Френеля.

Содержание

Математическая модель и формулы расчёта

Расчёт базируется на реальных геоданных и модели сферической Земли с учетом рефракции.

1. Построение профиля высот:
Высоты в каждой точке трассы (с шагом 100-1000 точек) запрашиваются через внешние API. Это дает реальную картину местности, в отличие от простых геометрических моделей.

2. Учёт кривизны Земли (Earth Bulge):
Для визуализации влияние кривизны добавляется к высоте рельефа по формуле:
H_bulge = (d1 * d2) / (2 * R * k)
где d1, d2 — расстояния до краев трассы, R — радиус Земли (6371 км), k — коэффициент рефракции.

3. Зона Френеля (Fresnel Zone):
Радиус первой зоны Френеля r в любой точке трассы рассчитывается с учетом частоты f (МГц):
r = 17.32 * √( (d1 * d2) / ( (f / 1000) * D ) )
На графике отображаются верхняя и нижняя границы зоны. Для надежной связи 60-80% этой зоны должно быть свободно от препятствий.

4. Автоматический учет препятствий (OSM):
Скрипт анализирует данные OpenStreetMap вдоль линии визирования. Если обнаружен тег landuse=forest, добавляется высота 15м (или расчетная). Для building берется этажность или стандартная высота. Это позволяет увидеть перекрытия, не внося данные вручную.

Примеры практических расчётов (Кейсы)

Кейс 1: Wi-Fi мост 5 ГГц в пригороде

Цель: Проверить линк между домом и офисом на расстоянии 3 км.

Ввод данных: Частота 5200 МГц. Высоты антенн: 12м и 8м. Нажимаем «Рассчитать».

Результат: Калькулятор загружает рельеф и обнаруживает лесополосу посередине пути (данные из OSM). На графике видно, что нижняя граница зоны Френеля (синий пунктир) заходит в массив леса (темно-зеленая зона).
Вывод: Прямая видимость перекрыта, требуется поднять антенны выше или искать ретранслятор.

Кейс 2: Дальняя радиосвязь (LoRa) на холмистой местности

Цель: Оценить покрытие датчика на холме (частота 868 МГц).

Ввод данных: Частота 868 МГц (зона Френеля будет широкой). K-фактор 1.33.

Результат: Благодаря загрузке реальных высот, на графике виден «горб» холма, который перекрывает линию прямой видимости (красная линия LOS уходит под землю).
Вывод: Связь невозможна из-за рельефа, даже если здания не мешают.

Справочная таблица: Коэффициент кривизны Земли (k)

Значение k Описание и сфера применения
1.0 Геометрическая видимость. Используется для оценки визуальной (оптической) видимости объектов без учета атмосферы.
1.33 Стандартная атмосфера (4/3 R). Основной режим для расчета радиосвязи. Радиоволны слегка огибают Землю за счет рефракции.
~0.7 — 1.0 Субрефракция. «Плохая» атмосфера (туман, инверсия), когда радиоволны прижимаются к земле. Требует большего запаса по высоте.
>1.33 Суперрефракция. Дальность связи увеличивается (эффект волновода), часто встречается над морем.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему важно указывать точную частоту (МГц)?

В новой версии калькулятора частота используется для расчета радиуса зоны Френеля. Чем ниже частота (например, 433 МГц), тем шире зона Френеля и тем больше свободного пространства требуется вокруг прямой линии для стабильной связи.

2. Откуда берутся данные о лесах и зданиях?

Калькулятор делает запрос к базе данных OpenStreetMap. Если на карте обозначен лес или контур здания, скрипт автоматически добавит их на профиль. Если данных на карте нет, вы можете добавить препятствие вручную через соответствующую форму.

3. Как понять график?

Красная линия — это линия визирования (Line of Sight).
Синий пунктир — границы зоны Френеля.
Зеленая заливка — земля.
Если рельеф или препятствия (коричневые/темно-зеленые блоки) пересекают нижний синий пунктир, сигнал будет ослаблен.

4. Что делать, если «Ошибка высот» или график ровный?

Это означает, что сервер геоданных (API) временно недоступен или перегружен. Попробуйте нажать кнопку «Рассчитать» повторно через несколько секунд или немного сместить точки. В случае ошибки рельефа калькулятор все равно попытается отобразить препятствия на «плоской» земле.

5. Учитывает ли калькулятор конкретную высоту деревьев?

Для лесных массивов (landuse=forest) данные берутся с базы, если информации о высоте нет, по умолчанию берется высота 15-18 метров, для зданий — расчет исходя из этажности (3м на этаж). Для критически важных линков рекомендуется перепроверять высоту препятствий на местности и корректировать их через функцию «Добавить своё препятствие».

➤