CN107846689B - 基于gis系统实现无线通信网络频率规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于GIS系统实现无线通信网络频率规划的方法，包括：步骤1：以GIS模块提供的地理数据、台站数据、可用频率为计算参数，获得模型预测初步结果；步骤2：根据模型预测初步结果进行频率规划，获得频率规划结果；步骤3：根据模型预测初步结果进行电磁覆盖分析，输出覆盖分析图像；步骤4：根据模型预测初步结果进行链路连通性分析，输出链路分析图像。本发明基于GIS系统，将地理信息引入规划过程，应用ITU‑R P.1546传播模型预测实际地理环境下各站点在不同频率下的通信效果，最终选取满足通信要求的频率为规划结果。

Description

基于GIS系统实现无线通信网络频率规划的方法

技术领域

本发明涉及无线电波传播预测技术，具体地，涉及基于GIS系统实现无线通信网络频率规划的方法，特别涉及超短波传播预测技术。

背景技术

超短波电台工作频段为30～87.975MHz，该频段范围内的电磁波绕射能力弱，受地形地貌影响大，是典型的视线传播。

然而，传统的频率规划方案中，规划过程仍主要依赖于人工分配的方式，并且不考虑地形地貌的影响。软件仅为用户提供人机界面，用户根据自身经验，手工规划通信网络的用频信息。在规划过程中，用户需进行大量手工操作，容易出错；由于未考虑实际地理环境，软件无法保证规划结果的实际使用效果。针对能够基于GIS系统提供的地形地貌信息，实现超短波通信网络频率自动规划的技术，对应的研究工作多处在起步阶段，尚无成熟产品装备使用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明通过基本实施例以及优选例能够解决的技术问题是克服现有频率规划软件人工操作多、效率低下、可靠性低、规划结果不直观的问题，提出一种基于GIS系统实现无线通信网络频率规划的方法。

根据本发明提供的一种基于GIS系统实现无线通信网络频率规划的方法，包括：

步骤1：以GIS模块提供的地理数据、台站数据、可用频率为计算参数，获得模型预测初步结果；

步骤2：根据模型预测初步结果进行频率规划，获得频率规划结果；

步骤3：根据模型预测初步结果进行电磁覆盖分析，输出覆盖分析图像；

步骤4：根据模型预测初步结果进行链路连通性分析，输出链路分析图像。

优选地，所述步骤2包括步骤：

步骤201，获取台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、所属网络、发射功率、天线高度；

步骤202，根据可用频率随机生成预备频率方案；

步骤203，获取地理数据，其中，地理数据包括三维坐标、两点间距离、坡度；

步骤204，将地理数据、台站数据、可用频率作为输入，计算出预备频率方案下各台站场强或功率，进而计算出网络连通率；

步骤205，判断是否满足通信要求，若满足，则进入步骤206继续执行；否则，则进入步骤207继续执行；

步骤206，选定该预备频率方案，生成频率方案文件并输出，作为频率规划结果；

步骤207，判断是否超过最高迭代次数，若超过，则进入步骤206继续执行；否则，则进入步骤208继续执行；

步骤208，根据预备频率方案，进行遗传变异，进入步骤202继续执行。

优选地，所述步骤3包括：

步骤301，模块获取台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、电台频率、发射功率、天线高度；

步骤302，设定计算范围、采样精度、场强门限；根据采样精度将计算范围划分为网状方格，方格边长即为采样精度；每个采样点的计算结果代表该方格覆盖地面的场强值；

步骤303，选取一个未经计算的采样点；

步骤304，将台站数据作为输入，计算当前采样点处场强；

步骤305，判断计算结果是否满足场强门限要求，若满足，则进入步骤306继续执行，否则，则进入步骤307继续执行；

步骤306，将当前采样点及当前采样点计算结果录入结果集；

步骤307，判断是否所有采样点均已计算完毕，若已完毕，则进入步骤308继续执行，否则，则进入步骤303继续执行；

步骤308，将结果集绘制成图作为覆盖分析图像。

优选地，所述步骤4包括：

步骤401，获取链路两端台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、电台频率、发射功率、天线高度；

步骤402，设定采样精度；根据采样精度将计算链路分割为线段，每条线段边长即为采样精度；每个采样点的计算结果代表该线段覆盖地面的场强值；

步骤403，选取一个未经计算的采样点；

步骤404，将台站数据作为输入，计算当前采样点处场强；

步骤405，将当前采样点及当前采样点计算结果录入结果集；

步骤406，判断是否所有采样点均已计算完毕，若已完毕，则进入步骤407继续执行，否则，则进入步骤403继续执行；

步骤407，将结果集绘制成图作为输出链路分析图像。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明具有高效、可靠、直观的特点，相对于传统人工凭经验规划频率的方法，所有规划结果均经过传播模型的可靠预测，规划过程完全由程序实现，无需人工干预，更为便捷高效。

2、单站电磁覆盖分析和通信链路连通性分析的结果可绘制成图，更加直观，有助于辅助决策。

3、基于GIS系统，将地理信息引入规划过程，应用ITU-R P.1546传播模型预测实际地理环境下各通信站点在不同频率下的通信效果，最终选取满足通信要求的频率为规划结果，提高了频率规划的效率，保障了规划结果的可靠性；针对单站电磁覆盖分析和链路连通性分析，实现了分析结果的可视化显示，使分析结果更为直观。

4、本发明结合GIS系统和ITU-R P.1546传播模型，实现了超短波子网频率资源的自动规划、单站电磁覆盖分析以及通信链路连通性分析。

5、本发明结合GIS系统和ITU-R P.1546传播模型，运算过程充分考虑地理信息和无线电波传输损耗，使计算结果更准确。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的原理框图。

图2为频率规划的流程图。

图3为电磁覆盖分析的流程图。

图4为链路连通性分析的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种基于GIS系统实现无线通信网络频率规划的方法，实现了超短波子网频率资源的自动规划、单站电磁覆盖分析以及通信链路连通性分析。本发明基于GIS系统，将地理信息引入规划过程，应用ITU-R P.1546传播模型预测实际地理环境下各站点在不同频率下的通信效果，最终选取满足通信要求的频率为规划结果；针对单站电磁覆盖分析和链路连通性分析，本发明实现了分析结果的可视化显示。本发明具有高效、可靠、直观的特点，相对于传统人工凭经验规划频率的方法，本发明结合地理信息和ITU-R P.1546传播模型，充分考虑无线电波在实际地理环境下的传输损耗，所有规划结果均经过传播模型的可靠预测；在给定通信站点地理位置、可用频率范围的条件下，规划过程完全由程序实现，无需人工干预，更为便捷高效；单站电磁覆盖分析和通信链路连通性分析的结果可绘制成图，更加直观。

图1为本发明的方法步骤所对应程序模块的模块框图，实现流程上，地理数据、台站数据、可用频率为数据输入，经过GIS模块、模型计算模块的计算处理，获得模型预测初步结果，再经由频率规划模块输出频率规划结果，经由电磁覆盖分析模块输出覆盖分析图像，经由链路连通性分析模块输出链路分析图像。

根据一种基于GIS系统实现无线通信网络频率规划的系统，包括：

模型计算模块：以GIS模块提供的地理数据、台站数据、可用频率为计算参数，获得模型预测初步结果；

频率规划模块：根据模型预测初步结果进行频率规划，获得频率规划结果；

电磁覆盖分析模块：根据模型预测初步结果进行电磁覆盖分析，输出覆盖分析图像；

链路连通性分析模块：根据模型预测初步结果进行链路连通性分析，输出链路分析图像。

相对于传统人工根据台站数据和可用频率凭借经验规划出频率方案，本发明在输入数据方面新增了地理数据的要求，在实现流程方面新增了结合GIS系统进行传播模型计算的环节，在输出方面新增了覆盖分析图像和链路分析图像。结合GIS系统进行传播模型计算提高了规划效率和规划结果的可靠性，输出覆盖分析、链路分析图像使得规划结果更为直观。

GIS模块以接口形式提供计算区域内各计算点的三维坐标、两点间距离、坡度等地理数据。

模型计算模块以GIS模块提供的地理数据、台站数据、可用频率为计算参数，计算出某一坐标处的场强或功率，以供频率规划模块、电磁覆盖分析模块、链路连通性分析模块使用。

频率规划模块用于对规划无线通信网络的使用频率，给定各子网内各个台站信息、可用频率信息及地理数据，采用遗传算法，随机生成频率方案种子，根据模型计算结果，判断该频率方案种子是否满足通信要求，如满足，则入选为频率规划结果，程序终止；如不满足，继续遗传变异为下一代频率方案重新进行模型计算，直至满足通信要求或达到最高迭代次数。

频率规划模块的主要工作流程如图2，所述步骤2的主要步骤为：

步骤201，获取台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、所属网络、发射功率、天线高度；

步骤202，根据可用频率随机生成预备频率方案；

步骤203，获取地理数据，其中，地理数据包括三维坐标、两点间距离、坡度；

步骤204，将地理数据、台站数据、可用频率作为输入，计算出预备频率方案下各台站场强或功率，进而计算出网络连通率，迭代次数增加1；

步骤205，判断是否满足通信要求，例如网络连通率不低于80％，若满足，则进入步骤206继续执行；否则，则进入步骤207继续执行；

步骤206，选定该预备频率方案，生成频率方案文件并输出；

步骤207，判断是否超过最高迭代次数，若超过，则进入步骤206继续执行；否则，则进入步骤208继续执行；

步骤208，根据预备频率方案，进行遗传变异，例如有规则地调换频率。

电磁覆盖分析模块用于统计单个台站的电磁覆盖范围。给定台站信息、频率信息、计算范围、采样精度、门限场强、地理数据等，通过模型计算采样点场强，判断计算结果是否满足门限要求，如满足，将采样点及计算机过计入结果集，判断是否所有采样点均已计算完毕，如仍未计算完毕，进行下一轮计算，直至所有采样点均计算完毕，最终将结果集绘制成图。

电磁覆盖分析模块的主要工作流程如图3，所述步骤3包括：

步骤301，模块获取台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、电台频率、发射功率、天线高度；

步骤302，设定计算范围、采样精度、场强门限；根据采样精度将计算范围划分为网状方格，方格边长即为采样精度；每个采样点的计算结果代表该方格覆盖地面的场强值；

步骤303，选取一个未经计算的采样点；

步骤304，将台站数据作为输入，运用模型计算当前采样点处场强；

步骤305，判断计算结果是否满足场强门限要求，若满足，则进入步骤306继续执行，否则，则进入步骤307继续执行；

步骤306，将当前采样点及当前采样点计算结果录入结果集；

步骤307，判断是否所有采样点均已计算完毕，若已完毕，则进入步骤308继续执行，否则，则进入步骤303继续执行；

步骤308，将结果集绘制成图作为覆盖分析图像。

链路连通性分析模块用于统计某一链路场强随地形变化情况。给定链路台站信息、频率信息、采样精度、地理数据等，通过模型计算采样点场强，最终将链路上所有采样点计算结果、地形数据绘制成图。

链路连通性分析模块的主要工作流程如图4，所述步骤4包括：

步骤401，获取链路两端台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、电台频率、发射功率、天线高度；

步骤402，设定采样精度；根据采样精度将计算链路分割为线段，每条线段边长即为采样精度；每个采样点的计算结果代表该线段覆盖地面的场强值；

步骤403，选取一个未经计算的采样点；

步骤404，将台站数据作为输入，运用模型计算当前采样点处场强；

步骤405，将当前采样点及当前采样点计算结果录入结果集；

步骤406，判断是否所有采样点均已计算完毕，若已完毕，则进入步骤407继续执行，否则，则进入步骤403继续执行；

步骤407，将结果集绘制成图作为输出链路分析图像。

综上所述，本发明基于GIS系统，将地理信息引入规划过程，应用ITU-R P.1546传播模型预测实际地理环境下各通信站点在不同频率下的通信效果，最终选取满足通信要求的频率为规划结果，提高了频率规划的效率，保障了规划结果的可靠性。

本发明针对单个台站支持电磁覆盖分析，结合GIS系统和ITU-R P.1546传播模型，在给定台站地理位置、工作参数和覆盖分析范围、采样精度、门限场强的前提下，计算出指定范围内各采样点处场强值或功率值，并于地图上可视化显示出计算结果。

本发明针对通信链路支持链路连通性分析，结合GIS系统和ITU-R P.1546传播模型，在给定链路两端台站地理位置、工作参数和采样精度的前提下，计算出指定链路各采样点处场强值，并于地图剖面上可视化显示出计算结果。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (1)

1.一种基于GIS系统实现无线通信网络频率规划的方法，其特征在于，包括：

步骤1：以GIS模块提供的地理数据、台站数据、可用频率为计算参数，获得模型预测初步结果；

步骤2：根据模型预测初步结果进行频率规划，获得频率规划结果；

步骤3：根据模型预测初步结果进行电磁覆盖分析，输出覆盖分析图像；

步骤4：根据模型预测初步结果进行链路连通性分析，输出链路分析图像；

所述步骤4包括：

步骤401，获取链路两端台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、电台频率、发射功率、天线高度；

步骤402，设定采样精度；根据采样精度将计算链路分割为线段，每条线段边长即为采样精度；每个采样点的计算结果代表该线段覆盖地面的场强值；

步骤403，选取一个未经计算的采样点；

步骤404，将台站数据作为输入，计算当前采样点处场强；

步骤405，将当前采样点及当前采样点计算结果录入结果集；

步骤406，判断是否所有采样点均已计算完毕，若已完毕，则进入步骤407继续执行，否则，则进入步骤403继续执行；

步骤407，将结果集绘制成图作为输出链路分析图像；

所述步骤2包括步骤：

步骤201，获取台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、所属网络、发射功率、天线高度；

步骤202，根据可用频率随机生成预备频率方案；

步骤203，获取地理数据，其中，地理数据包括三维坐标、两点间距离、坡度；

步骤204，将地理数据、台站数据、可用频率作为输入，计算出预备频率方案下各台站场强或功率，进而计算出网络连通率；

步骤205，判断是否满足通信要求，若满足，则进入步骤206继续执行；否则，则进入步骤207继续执行；

步骤206，选定该预备频率方案，生成频率方案文件并输出，作为频率规划结果；

步骤207，判断是否超过最高迭代次数，若超过，则进入步骤206继续执行；否则，则进入步骤208继续执行；

步骤208，根据预备频率方案，进行遗传变异，进入步骤202继续执行；

所述步骤3包括：

步骤301，模块获取台站数据，其中，台站数据包括电台坐标、电台频率、发射功率、天线高度；

步骤302，设定计算范围、采样精度、场强门限；根据采样精度将计算范围划分为网状方格，方格边长即为采样精度；每个采样点的计算结果代表该方格覆盖地面的场强值；

步骤303，选取一个未经计算的采样点；

步骤304，将台站数据作为输入，计算当前采样点处场强；

步骤305，判断计算结果是否满足场强门限要求，若满足，则进入步骤306继续执行，否则，则进入步骤307继续执行；

步骤306，将当前采样点及当前采样点计算结果录入结果集；

步骤307，判断是否所有采样点均已计算完毕，若已完毕，则进入步骤308继续执行，否则，则进入步骤303继续执行；

步骤308，将结果集绘制成图作为覆盖分析图像。

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