基于GIS技术的沂蒙山区无线通信基站选址与网络优化

　第 6期 基于 GIS技术的沂蒙山区无线通信 基站选址与网络优化 周成国 3 　范玉山 　赵修涛 3 　收稿日期 : 2005—03—18 作者简介 :周成国 (1977—) ,男 ,工程师 ,主要从事城市地理信息工作。 (临沂市城市建设勘察测绘院 ,山东 临沂 　276000) 摘 　要 :沂蒙山区由于山势众多、地形复杂 ,移动通信基站建设一直是一个困扰工程技术人员的难题。本文提出了一 套基于地理信息系统 ( GIS)技术的山区基站选址技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,同时针对山区的特点提出基于地理信息系统 ( GIS)技术下 的网络优化。并结合山东临沂移动公司系统建设 ,论证了方案的可行性和科学性。 关键词 :地理信息系统 ( GIS) 　基站选址 　网络优化 中图分类号 : P208　　文献标识码 : B 1　引 　言 沂蒙山区农村幅员辽阔 ,人口众多 ,加上这几年经 济的飞速发展 ,移动用户发展潜力巨大。随着近几年 旅游业的发展 ,山区又成了旅游热点 ,游客对通信产品 需求亦很强烈。为此 ,首先必须建立一个优良的通信 网络。但是该地区地形崎岖 ,山势众多。因此 ,网络建 设中的投入收益比将是非常重要的一个建设原则。 对山区来说 ,基站站址的选择对网络覆盖的范围 , 作用非常大 ,有时候甚至起到了决定性的作用。然而 , 利用地理信息技术来辅助基站的选址 ,可以形象直观 地了解站址的位置 ,科学的计算出通信网场强覆盖范 围 ,进而对网络进行优化。科学的基站选址能够有效 的扩大 GSM基站无线覆盖范围 ,吸收更多的用户和话 务量 ,降低建设成本 ,提高收益 ,无论在技术实现上还 是在市场运作上都有很大的意义。 2　技术背景介绍 基站选址的目的在于扩大无线基站覆盖范围 ,提 高话务质量。站址的优劣主要是由该站址的覆盖范围 决定的 ,因此我们必须了解 GSM基站覆盖范围预测的 问题。 211　基站覆盖范围预测 根据所使用频率的不同 ,通常有 2种不同数学模型 预测 GSM基站无线覆盖范围 : Okumura电波传播衰减 计算模式和 Cost 231—W alfish— Ikegam i电波传播衰减 计算模式。GSM 900 MHz系统主要采用 CC IR推荐的 Okumura电波传播衰减计算模式。该模式是以准平坦 地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考 ,对其他 传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进 行修正。GSM 1 800 MHz系统主要采用欧洲电信标准协 会推荐的“Cost 231—W alfish— Ikegam i”电波传播衰减 计算模式。该模式的特点是从对众多城市的电波实测 中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模式。 不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围 ,都只 是基于理论和测试结果统计的近似计算。由于实际地 理环境千差万别 ,很难用一种数学模型来精确地描述。 同时 ,目前提供的电波传输模型大多是针对城市通信 规划建设的实际情况研究开发的。山区农村地理环境 复杂 ,电波传播受地形影响十分显著 ,基于准平坦地形 的覆盖预测模型就更加难以发挥作用。一般工程人员 进行无线基站选址时 ,难以充分考虑当地复杂的地理 状况 ,只能凭借经验和有限的实地勘察试验来确定站 址的选择。一般工程人员都把站点选在高山上 ,以期 获得较大的覆盖范围。但实际上 ,这种选址方式有很 大的主观性。在山区基站建设中 ,由于选址不当造成 基站搬迁是屡见不鲜的。 31周成国等. 基于 GIS技术的沂蒙山区无线通信基站选址与网络优化 2005年 212　无线通信建设领域相关的地理信息技术 (1)数字高程模型 (DEM )及其分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 DEM (D igital Elevation Model)是一个存储了区域 高程的规则网格 ,数学上可以用一个矩阵表示。基于 DEM的分析已有很多成熟的方法 ,而和基站选址相关 的主要是可视域分析。基于 DEM的可视域分析是根 据指定的视点、最远视距和距地表高度 ,考虑地形遮 挡 ,计算出在该点向四周瞭望 ,所能够看到的最大范 围。实际上可视域与基站的真正覆盖范围 ,二者之间 有一定的偏差。这是因为站点的可视域忽略了电波反 射、衍射等因素的影响。虽然如此 ,它对站址的地形遮 挡情况仍然可以描述得很清楚 ,因此对实地选址的帮 助仍然很大 ,而且还可在地图上显示公路、居民区等要 素 ,便于选址参考。 (2)三维地形显示 三维地形显示是 GIS中一种对地表高程起伏情况 更直观的一种表达方法。三维地形显示可以达到一种 身临其境的效果。此外还可以利用正射三维影像、三 维显示来形象地表达区域地形状况。由 DEM生成正 射三维影像 ,是一种制造三维地形视觉效果的方法。 这种方法通过计算 DEM像元的法向量和光线的夹角 , 设置颜色浓淡的渲染 ,达到一定的三维视觉效果。 3　利用 GIS进行基站选址操作方案 如何选择一个尽量少受高山阻挡 ,能够保证话务 质量的站址 ,是工程人员十分关心的问题。实际建设 过程中 ,往往需要建设人员实地勘察 ,不仅费时费力 , 也很难得到科学的站址。至今还没有形成一个比较科 学的山区基站选址方法 ,实际选址和定点过程是有很 大的主观性。 利用 GIS中的数字地形模型 (DTM )及其相关分 析方法来寻求一个比较完善的山区站址选择方案。 具体方案主要包括数据准备、站址选择和实地勘 察三部分。 311　数据的制作和准备 为了实现对某地区的站址选择分析 ,必须占有该 地区的地理数据。数据的制作可以通过数字地形图获 得。获取地理数据是非常关键的一个环节 ,数据的准 确度会影响到我们选址的精确度。在此次选址中 ,数 据的内容包括两部分 :一部分是地貌、居民区、道路、河 流、境界线等基础数据 ;另一部分是现有基站点的标 注。通过 GPS测定已有站点 ,并标注到地图上。 312　站址初步选择 根据得到的地形图 ,生成正射三维影像 ,或进行三 维浏览 ,从而能够快速地把握整个山区地形的特点。 结合参考我们已有站点、村庄、道路位置 ,就可以初步 推测若干个比较合理的站址。例如 ,在一个地形非常 复杂的村庄 ,并且该村地势比较高 ,根据此村的地形特 点 :地势高 ,周边山地人迹罕至等特点 ,模拟选择在该 村村东地势高的地方建立基站。 313　实地勘测验证 在初步选址的基础上 ,由于技术和数据更新上的 限制 ,计算机模拟选址试验的结果可能受某些条件限 制而与实际不符 ,必须对模拟结果进行实地勘测验证 , 确保选址结果的可行性和正确性。 4　在初选址的基础上对方案优化 通常进行站址选择时都希望能够满足一些限制性 条件 :如尽可能覆盖居民区 ,覆盖道路等。对此 ,可以 计算出几个候选站点的可视域 ,并把可视域叠加到地 图上 ,看是否能够覆盖我们感兴趣的区域。如果在某 个区域 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 建设一批站点 ,可以先确定若干个候选站 点 ,然后统计出最佳的组合 ,或者经过分析调整站点位 置 ,在计算机上进行各种模拟试验。 但是 ,移动通信网络是动态发展的复杂系统 ,其网络 结构、无线环境、用户分布和使用行为都是不断变化的。 网络运行中存在网络覆盖、频率资源、业务流量和网络配 置等影响因素 ,需要持续不断地对网络进行调整以适应 各种变化 ,同时运营者又不断推出增值业务 ,来增加网络 功能和运行能力。因而 ,只有根据需求和发展情况对整 个网络的资源进行规划调配 ,全面优化网络 ,才能达到甲 方对基站建设成本、效益和网络服务质量所提的要求。 411　专题数字地图调用 调用专题数字地图可实现查询显示等智能化管理 操作。作为专用规划和优化软件的人机交互接口 ,能 很方便地调入数字地图 ,以线划地形图显示查看地貌 及道路、地物等要素的分布 ,并能快捷地查询经纬度、 海拔高度、地表覆盖等信息 ,专题数字地图以及经预测 计算和分析得到的结果数据都可以分别分层组织与存 储 ,根据需求自由地显示地图数据。 412　网络优化 依靠数字地图背景 ,指定虚拟基站并设定其参数 (如基站发射功率、天线挂高及其方位角和下倾角、发射 频率等 )。采用电磁波的传播模型 ,结合 GIS技术和网 41 城 　市 　勘 　测 　第 6期 络参数 ,可以计算出从基站发射出来的无线电波经地理 环境反射、绕射、散射、吸收后的信号衰减情况。绘制基 站有效覆盖区预测图 ,帮助网络规划 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 人员调整基站 配置及无线网络结构 ,实现基站选址的科学性。 413　山区区域优化 一般借助专业规划软件调用地图数据 ,可以实现某 个山区数据的直观显示和空间分析。在无线网络场强覆 盖预测的基础上 ,能够对各个区的信号进行分析处理 ,并 计算出同频和邻频干扰 ,据此调整基站参数配置和制订 频率计划。但是在山区 ,因山势遮挡 ,无需进行频率设置。 所以 ,在山区由于地形阻碍即使平面距离很近的基站也 不会产生干扰。这样就简化了基站的频率设置工作。一 般的基站规划软件都不会考虑地形因素对频率设置的影 响 ,而考虑一些无谓的频率干扰因素。在本系统中 ,地形 因素一目了然 ,相应的频率设置工作也简化了。 414　通道计算 通道计算是小区规划软件所提供的附属功能。以 专题数字地图数据 ,尤其是数字高程模型为支持 ,通过 可视性分析计算 ,能够直接确定 2点间的空间分布情 况是否符合点对点的传输需要。 地理信息技术在地理环境等方面所展现出的强大 空间数据分析特征 ,为移动通信网络覆盖预测提供了有 效的技术手段 ,实现了高效快速、科学准确的移动通信 网络规划和优化设计 ,因此具有很好的工程应用价值。 5　山东临沂移动公司系统建设实例 图 1　选址系统建设 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 山东省临沂市地处鲁南 ,辖管 3区 9县 ,人口 900 万。我们基于 ARC / INFO开发了无线通信基站选址和 传输线路规划系统软件。同时用 TIN以不规则三角网 的地表模型生成 ,和 NETWORK网络分析模块 , ARCS2 TORM制作相关图库 , Tracking Analyst通过直接接收、 回放实时数据 ,实现对 GPS的支持定位。选址系统建 设流程如图 1所示。 511　系统开发介绍 整个系统开发可以分为两个阶段 :第一个阶段主 要是数据制作和准备 ;第二个阶段是系统功能集成和 业务管理。首先把地形图数字化制作了相关数据。接 着利用 SuperMap III组件在 VC 610下实现数据的分 图层管理、显示、编辑等基本的地图功能 ,把数据用 Matlab进行管理。然后开发了基于 DEM的可视域分 析的基站选址功能 ,站点管理等功能。 例如 ,在本地区东北方向有一风景秀丽的旅游胜 地———蒙山 ,具有天然大氧吧之称。每年到该地旅游人 数达到几百万 ,对通讯信息的需求强烈。然而 ,山区地 形的复杂对通讯设施的建设是一个严峻的考验。在此 地形复杂的山区 ,为了尽可能覆盖居民区 ,覆盖道路、覆 盖风景景点等 ,我们在选址的时候 ,计算出几个候选站 点的可视域 ,并把可视域叠加到地图上 ,看是否能够覆 盖我们感兴趣的区域。借助 GIS的空间数据分析特征 , 预测移动通信网络覆盖区域 ;同时 ,结合 GIS数据图和 网络参数以及电磁波的传播模型 ,计算出从基站发射出 来的无线电波经地理环境反射、绕射、散射、吸收后的信 号衰减情况。绘制基站有效覆盖区预测图。 512　主要功能 随着系统建设开发的深入 ,系统的功能由起初单 纯的站点选择功能逐步深化 ,初步形成能够对基站进 行选址、管理、存储、显示 ,并能对网络进行优化等综合 功能。具体说来 ,系统具备如下的一些功能 : (1)存储和维护区域内的所有基站及其属性数据 ; (2)计算任意一点的可视域并在图上显示 ; (3)任意两点间的通视性分析 ; (4)查询某一范围内的相邻站点 ; (5)面积、长度量算 ; (6)符号化表示站点、传输线路。 (7)针对移动通信网络是动态发展的特点进行网 络优化。 所以 ,在选址的基础上利用 GIS的可视化能力和 空间分析功能 ,结合无线传播统计模型 ,基于地理信息 技术的移动通信网络规划和优化能够准确地进行无线 (下转第 25页 ) 51周成国等. 基于 GIS技术的沂蒙山区无线通信基站选址与网络优化 　第 6期 库管理系统中 ,更是千差万别 ,具体操作就不一一列举了。 我们在实际备份工作中应该充分考虑到这 2种形 式 ,尽量做到花最短的时间做最安全的备份 ,备份数据 库时一定要备份 GeoDatabase管理库 ( SDE)。 517　图形和属性一体化问题 传统的 GIS数据库管理空间数据是采取图形与属 性分开存放 ,通过简单字段来关联的。而 GeoDatabase 则是以面向对象的形式来体现的 ,也就是把各层的数 据信息分成不同的对象实体 ,每个对象实体都具有基 本的属性信息。如每一条管线本身就是一个独立体 , 可以具有自己的长度、管径、编号等属性信息 ,这种图 与属性的结合不是前面提到过的简单字段关联 ,而是 一种内在的完全融合 (其二维表存放形式如图 ) ,这样 一来就能更方便地管理管线的图形与属性信息了。 在作数据库设计的时候可以把一些必要的属性与 图形存放于一起 ,这样可以大大加快信息的浏览、查询 和分析的速度 ,但是注意二进制形式的信息不要与图形 存放于一起 ,因为 A rcGIS桌面产品无法显示这类信息。 518　数据动态更新问题 传统的城市管线数据更新主要采用阶段性更新方 法 , 1～2年一个周期 ,进行大面积的修测和补测 ,这种 方式不能满足数据现势性的要求。利用 GeoDatabase 技术建立的管线数据库可以随时进行更新。但是要想 实现高效的数据更新 ,还必须制定一套科学合理的数 据更新制度 ,从数据的采集、加工、整理、检查、入库都 严格进行控制 ,只有这样才能发挥管线数据库的最大 功效 ,如果存放的只是一些旧的、错误的数据 ,那这个 数据库将失去意义。 除以上问题外 ,还有数据库中将存储什么样类型 的数据、应用何种投影、如何组织对象之间的关系、系 统维护的方便性等很多问题 ,只有在充分考虑了以上 各方面问题的基础上 ,才有可能建设出一个科学、合 理、扩展性强的管线数据库。 6　结 　语 随着 GIS应用系统在复杂性、集成性、并发性等方 面的要求不断增加 ,系统所需的空间数据数量也在急 剧地增长 ,同时用户对空间数据并发访问的需求也越 来越突出 ,以传统的文件形式存储和表示空间数据的 方法显然已经无法满足这些要求。由于 GeoDatabase 本身所具有的海量数据存储、多用户并发访问、版本管 理、长事务处理等强大优势 ,在 GIS应用系统中 ,应用 GeoDatabase技术建库变得越来越普遍。 参考文献 [ 1 ]　北京富融科技有限公司. 第五届 A rcGIS暨 ERDAS中国 用户大会论文集. 北京 :地震出版社 , 2002. [ 2 ]　蔡晓兵. GeoDatabase中基于规则的拓扑关系管理机制. 国土资源信息化. 2002. 4 [ 3 ] 　M ichael Zeiler. Modeling Our World, The ESR I Guide to GeoDatabase Design , ESR I Press [ 4 ]　罗智勇 ,刘湘南. 基于 A rcGIS的城市地下煤气管网管理 系统数据库的设计方法. 第五届 A rcGIS暨 ERDAS中国 用户大会论文集. 北京 :地震出版社 , 2002. (上接第 15页 ) 网络覆盖预测 ,发现通信盲区 ,优化参数设置 ,规划小区 分裂及基站选址 ,优化无线频点分配及有线资源配置 , 为移动通信网络规划和优化设计提供辅助参考和决策 分析 ,更科学、有效地支持移动通信网络的建设与管理。 6　结 　论 虽然本文所论及的只是一个比较典型的技术方 案。但是随着地理信息技术在移动通信领域应用的不 断深入 ,必将在移动通信服务市场中发挥重要作用 ,为 移动通信行业的迅猛发展提供强有力的技术支持和网 络支撑。在无线通信领域的应用前景是很广阔的。同 时相信 GIS在无线通信工程建设的其他方面也能够得 到有效的利用。 参考文献 [ 1 ]　王忠敏. 数字地图在移动通信中的作用 [ J ]. 电信工程技 术与标准化 , 2001, (4). [ 2 ]　薛永备. 基于地理信息技术的移动通信网络规划和优化 [ J ]. 邮电设计技术 , 2003, (10). [ 3 ]　张立立. 基于地理信息技术的山区农村无线通信基站选 址研究. 电信工程技术与标准化 , 2004, (4). [ 4 ]　吴永俊. 蜂窝移动无线网络的优化. 移动通信 , 1999, (2). [ 5 ]　单滤斌.中国联通本地传输网络的优化.电信技术 , 2003, (7) [ 6 ]　边馥苓. 地理信息系统原理和方法 [M ]. 北京 :测绘出版 社 , 1996. 52方黎等 1基于 GeoDatabase的管线数据库建库若干问题研究