Новый ML-фреймворк предсказывает высоту застройки для спутниковых станций с точностью до 1,8 м
Исследователи разработали интерпретируемый фреймворк машинного обучения для прогнозирования representative clutter height (RCH) — ключевого параметра в радиочастотном планировании. RCH определяет доминирующую высоту локальных препятствий, влияющих на затухание сигнала, и критичен при выборе места для наземных станций спутниковой связи.
Текущая методика, рекомендованная ITU-R P.452-18, присваивает фиксированную высоту застройки каждому классу землепользования. Однако это игнорирует вариации внутри одного класса, что приводит к излишне консервативным зонам отчуждения и неоптимальному ранжированию площадок для низкоорбитальных спутниковых станций.
Авторы новой работы, опубликованной на arXiv, обучили модель на данных LiDAR от Геологической службы США (USGS 3DEP), используя в качестве признаков глобальные продукты: земельный покров, рельеф, демографию, тепловые и оптические спутниковые снимки. После сравнения нескольких регрессоров был выбран LightGBM за его точность, скорость и совместимость с анализом атрибуции признаков.
Финальная модель достигла средней абсолютной ошибки 1,79 метра и коэффициента детерминации R?=0,765, что более чем на 60% точнее базового подхода ITU. Оценка проводилась по метровой шкале, а также по критериям, важным для радиочастотного планирования: точность допусков, хвосты пере- и недооценки, согласованность с высотными режимами ITU.
Объяснимость модели обеспечена с помощью SHAP (SHapley Additive exPlanations). Анализ показал, что наибольшее влияние на прогноз оказывают древесный покров, семантика землепользования и спектральная отражательная способность. Дополнительные тесты на международных данных (с учётом земельного покрова) подтвердили, что открытые геопространственные данные позволяют улучшить моделирование застройки без потери интерпретируемости и глобальной применимости.
Разработка может существенно повысить эффективность планирования спектра и выбора площадок для наземных станций спутниковой связи, особенно в условиях растущего числа низкоорбитальных космических аппаратов.
