基于GIS技术的新型移动基站选址方法、系统和计算机设备
技术领域
本发明涉及移动基站选址技术领域,更具体的,涉及基于GIS技术的新型移动基站选址方法、系统和计算机设备。
背景技术
移动通信基站(以下简称“基站”)是一种无线电收发信电台,是移动通信网络搭建的基础硬件设施,而基站站址的选址布局与移动通信信号覆盖度与强度息息相关。
宏基站是由铁塔、基站、机房构成,是建立移动通信网络广域覆盖,形成骨架网络的重要载体;微基站是挂载在公安监控杆、广告牌上的基站,主要作用是覆盖盲区和吸收热点流量。因此,微基站的建设可在已有设施上加设,宏基站的建设则需要一个相对独立的空间或用地。基站建设是一种市场行为,其规划选址一般由各大运营商分头进行。各大运营商结合各自移动网络覆盖现状,在满足无线通信覆盖的基础上,结合MR数据、投诉数据等增设基站。而这套传统的基站站址选址布局方法,因缺乏与城市规划布局相结合,在基站投产的过程中,往往会造成难以获得相关土地开发商配合建设、基站布局滞后于城市与人口发展、影响城市环境与景观、制约土地利用及开发等问题。
目前,现有市场化的基站选址都是在明确建设规模的前提下,如专利申请(公开号:107172628A)公开的无线基站选址方法,结合无线通信覆盖模型及建设区内移动通信需求分布进行预选布局,再通过实地调研及存量排查相结合的方式在建设范围内确定基站建设布局方案,该过程需耗费大量人力物力,且当选址方案中任一基站无法落地,须通过计算模型重新核算规划区内基站覆盖情况并调整布局,这样往往加重了设计人员的负担,造成了工作投入的浪费。
发明内容
本发明为克服现有的基站选址方法存在耗费大量人力物力,加重设计人员负担的技术缺陷,提供基于GIS技术的新型移动基站选址方法、系统和计算机设备。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
基于GIS技术的新型移动基站选址方法,包括以下步骤:
S1:采集基站选址基础数据,运用GIS空间数据库数据,构建移动基站选址工作数据库;
S2:基于蜂窝模型及电磁波传播特征和移动基站选址工作数据库,按照需要布局的移动基站密度,对空间进行密度分区;
S3:对不同的密度分区进行链路预算,并结合传播模型计算不同密度分区下的4G网络典型站间距;
S4:在移动基站选址工作数据库中采用GIS空间分析方法框定可建设移动基站的范围;
S5:确认基站需求建设规模,在可建设移动基站的范围内以需求建设规模为总量,根据密度分区及网络站间距对新增移动基站站址进行布点,形成初步布局方案;
S6:基于布局选址原则对初步布局方案进行优化调整,完成移动基站的选址。
其中,在所述步骤S1中,所述基站选址基础数据包括城市总体规划数据、控制性详细规划数据等城市规划数据、专项规划数据、自然保护要素数据、地形数据、建筑物空间特征数据及各移动通信服务特征数据。
其中,所述GIS空间数据库数据采用标准关系数据库模型,将城市总体规划数据、控制性详细规划数据等城市规划数据、专项规划数据、自然保护要素数据、地形数据、建筑物空间特征数据及各移动通信服务特征数据作为输入,实现对地理空间信息、属性表信息进行综合处理,输出移动基站选址工作数据库,为新型移动基站的选址提供基础数据。
上述方案中,移动基站选址工作数据库是根据数据应用需求及特点,遵循相应的数据规范,在此数据逻辑上存储、管理移动基站选址工作所需数据的大量数据的集合。
上述方案中,GIS空间数据库技术采用标准关系数据库模型,实现地理空间信息、属性表信息等内容的存储、管理及应用,支持多种DBMS结构和多用户访问的技术。
其中,在所述步骤S2中,所述蜂窝模型及电磁波传播特征具体为:受移动基站工作功率限制和电磁波球面传播的特征影响,采用正六边型网络对移动基站的传播范围进行计算与衡量;
在所述蜂窝模型及电磁波传播特征的基础上,移动基站选址工作数据库提供了新型移动基站选址所需的基础数据,通过控制性详细规划数据规划管理单元,依据城市总体规划数据、专项规划数据、自然保护要素数据、地形数据、建筑物空间特征数据及各移动通信服务特征数据,按照需要布局的移动基站密度,将空间划分为超密集区、高密集区、密集区、低密集区与边缘区五类区域,实现对空间的密度分区。
上述方案中,蜂窝模型,即蜂窝网络模型是由多个正六边形连接形成网络模型,六边形可实现以最少区数覆盖相同地理区域的几何特性,因此其可实现基站的全面覆盖。
其中,所述步骤S3具体为:
根据不同的服务商类型、技术体制、工作频段对不同的密度分区进行链路预算,并结合传播模型计算不同密度分区下的4G网络典型站间距,具体如下所示:
服务商类型:中国移动,其技术体制为TD-LTE,包括F频段和D频段两个工作频段;其中:
在F频段,即1.9GHz频段,计算得到超密集区的4G网络典型站间距为250~300米;高密集区的4G网络典型站间距为300~400米;密集区的4G网络典型站间距为400~500米;低密集区的4G网络典型站间距为500~800米;边缘区的4G网络典型站间距为800~2000米;
在D频段,即2.6GHz频段,计算得到超密集区的4G网络典型站间距为200~250米;高密集区的4G网络典型站间距为250~350米;密集区的4G网络典型站间距为350~450米;低密集区的4G网络典型站间距为450~700米;边缘区的4G网络典型站间距为700~2000米;
服务商类型:中国电信,其技术体制为LTEFDD,包括800M频段、1.8GHz频段和2.1GHz频段三个工作频段;其中:
在800M频段,计算得到超密集区的4G网络典型站间距为350~450米;高密集区的4G网络典型站间距为450~600米;密集区的4G网络典型站间距为600~750米;低密集区的4G网络典型站间距为800~1300米;边缘区的4G网络典型站间距为2000~3000米;
在1.8GHz频段,计算得到超密集区的4G网络典型站间距为300~350米;高密集区的4G网络典型站间距为350~450米;密集区的4G网络典型站间距为450~600米;低密集区的4G网络典型站间距为600~900米;边缘区的4G网络典型站间距为900~2000米;
在2.1GHz频段,计算得到超密集区的4G网络典型站间距为270~320米;高密集区的4G网络典型站间距为320~400米;密集区的4G网络典型站间距为400~550米;低密集区的4G网络典型站间距为550~800米;边缘区的4G网络典型站间距为800~2000米;
服务商类型:中国联通,其技术体制为LTEFDD,工作频段为1.8GHz频段其中:
在1.8GHz频段,计算得到超密集区的4G网络典型站间距为300~350米;高密集区的4G网络典型站间距为350~450米;密集区的4G网络典型站间距为450~600米;低密集区的4G网络典型站间距为600~900米;边缘区的4G网络典型站间距为900~2000米;
至此,得到4G网络典型站间距。
其中,在所述步骤S3中,所述的传播模型传播模型为电磁波传播模型。
其中,所述步骤S4具体为:根据实际的基站建设需求及移动基站选址工作数据库中的数据要求,利用GIS空间分析方法筛选可用于建设移动基站的范围。
上述方案中,在建设移动基站的过程中,需要基于移动基站建设基本需求、我国法律法规中明确的移动基站建设需规避设施的分布情况,结合城市总体规划、控制性详细规划中对用地性质的规定,筛选出可用于建设移动基站的范围。
其中,在所述步骤S5中,所述确认基站需求建设规模具体为:
根据4G网络典型站间距对站址密度进行预测,其预测范围具体为:
超密集区的站间距为200~250米,单站覆盖面积为0.03~0.05km2和站址密度为13.3~16站/km2;
高密集区的站间距为250~350米,单站覆盖面积为0.05~0.11km2和站址密度为8~10.2站/km2;
密集区的站间距为350~500米,单站覆盖面积为0.11~0.22km2和站址密度为4.1~5.4站/km2;
低密集区的站间距为500~800米,单站覆盖面积为0.22~0.55km2和站址密度为2.2~2.8站/km2;
边缘区的站间距为800~2000米,单站覆盖面积为0.55~3.47km2和站址密度为0.8~1.1站/km2;
接着根据4G网络典型站间距及站址密度的取值范围,结合移动基站选址工作数据库中现有的移动基站布局情况及未来需求发展预测,完成基站需求建设规模的确认。
其中,在所述步骤S5中,根据密度分区及网络站间距,应用GIS创建随机点空间算法对新增移动基站站址进行布点,形成初步布局方案,所述的GIS创建随机点空间算法具体为:
通过随机数生成器和种子创建随机数数据流,在指定范围内生成固定数量的随机点;在指定范围内生成随机点时,在x轴和y轴上分别标识该范围的随机值,这些值将成为点的x坐标和y坐标;若要在x轴上随机选择点,则将选择随机数数据流中下一个未使用的值并将其变换为均匀分布,其中最小值和最大值分别为x范围的最小值和最大值,同理,对y轴执行相同的操作;所得到的这两个随机值将标识第一个随机点;
重复所述过程,直至达到指定的点数,完成初步的布局。
其中,在所述步骤S6中,所述布局选址原则具体为:
移动通信网络全覆盖原则:新建基站基于蜂窝模型及电磁波传播特征进行模拟布局满足网络全覆盖;已建成区域内已建设的移动基站,考虑现状用户要求和存在问题补充完善通信网络;
共建共享原则:新建基站按照共建共享进行处理;已建成区域,优先将新增移动基站布局于存量站址上,在存量无法满足的要求下,整合各个服务商需求,将多个基站整合成一个基站建设;
规划引导、公共开放原则:新建基站用地优先考虑设置在公共管理和公共服务设施、绿地与广场、道路交通设施、市政公用设施、商业服务业设施等地,其次考虑居住、工业、物流仓储用地;
环境安全原则:新建基站需要与机场、铁道、道路、供电设施、油库等重要基础设施或危险基础设施保持一定的安全距离,也需要满足防洪要求,符合电磁辐射防护规定,防止对居住生活环境进行影响。
基于GIS技术的新型移动基站选址系统,包括数据采集模块、GIS空间数据库、移动基站选址工作数据库构建模块、密度分区模块、链路预算模块、典型站间距计算模块、可建设移动基站范围界定模块、基站需求建设规模确认模块、布点模块、选址优化模块和现有特征模型;其中:
所述数据采集模块用于采集基站选址基础数据;
所述GIS空间数据库用于存储GIS空间数据;
所述移动基站选址工作数据库构建模块用于根据基站选址基础数据和GIS空间数据,构建移动基站选址工作数据库;
所述密度分区模块用于根据现有特征模型与移动基站选址工作数据库,按照需要布局的移动基站密度,对空间进行密度分区;
所述链路预算模块用于对不同的密度分区进行链路预算;
所述典型站间距计算模块用于根据链路预算结合现有特征模型计算不同密度分区下的4G网络典型站间距;
所述可建设移动基站范围界定模块用于在移动基站选址工作数据库中采用GIS空间分析方法框定可建设移动基站的范围;
所述基站需求建设规模确认模块用于确认基站需求建设规模;
所述布点模块用于在可建设移动基站的范围内以需求建设规模为总量,根据密度分区及网络站间距对新增移动基站站址进行布点,形成初步布局方案;
所述选址优化模块用于基于布局选址原则对初步布局方案进行优化调整,完成移动基站的选址。
其中,所述现有特征模型包括蜂窝模型、电磁波传播特征提取模块和传播模型;其中:
所述密度分区模块用于根据蜂窝模型和电磁波传播特征提取模块得到的电磁波传播特征与移动基站选址工作数据库,按照需要布局的移动基站密度,对空间进行密度分区;
所述密度分区模块用于根据传播模型与移动基站选址工作数据库,按照需要布局的移动基站密度,对空间进行密度分区。
基于GIS技术的新型移动基站选址计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器用于存储计算机程序;所述处理器用于将所述的基于GIS技术的新型移动基站选址方法应用到所述的基于GIS技术的新型移动基站选址系统中,以实现对移动基站的选址操作。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
本发明提供的基于GIS技术的新型移动基站选址方法、系统和计算机设备,采用了GIS空间数据库技术,构建了移动基站选址工作数据库;综合考虑电磁通信特性及城市规划情况进行移动基站选址布局,从选址方法出发,有效地解决了以往基站站址在布局后落地难的问题;同时,利用GIS空间分析方法及GIS创建随机点空间算法实现新增移动基站选址范围的划定及新增移动基站自动布局,极大地节省了移动基站选址布局的人力物力投入,提高了建站选址工作的效率。
附图说明
图1为本发明流程示意图;
图2为密度分区示意图;
图3为移动基站布局示意图;
图4为布局选址原则对选址进行优化布局示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示,基于GIS技术的新型移动基站选址方法,包括以下步骤:
S1:采集基站选址基础数据,运用GIS空间数据库数据,构建移动基站选址工作数据库;
S2:基于蜂窝模型及电磁波传播特征和移动基站选址工作数据库,按照需要布局的移动基站密度,对空间进行密度分区;
S3:对不同的密度分区进行链路预算,并结合传播模型计算不同密度分区下的4G网络典型站间距;
S4:在移动基站选址工作数据库中采用GIS空间分析方法框定可建设移动基站的范围;
S5:确认基站需求建设规模,在可建设移动基站的范围内以需求建设规模为总量,根据密度分区及网络站间距对新增移动基站站址进行布点,形成初步布局方案;
S6:基于布局选址原则对初步布局方案进行优化调整,完成移动基站的选址。
在具体实施过程中,本发明采用了GIS空间数据库技术,搭建了涵盖城市总体规划数据、控制性详细规划数据等城市规划数据,交通规划、历史文化规划等专项规划数据,自然保护要素数据、地形数据、建筑物空间特征数据及各家移动通信公司移动通信服务特征等与本选址方法相关必要数据的移动基站选址工作数据库。
同时,本发明综合考虑电磁通信特性及城市规划情况进行移动基站选址布局,从选址方法出发,有效地解决了以往基站站址在布局后落地难、滞后于城市与人口发展、影响城市环境与景观、制约土地利用及开发等问题。
进一步的,本发明还采用了GIS空间分析方法及GIS创建随机点空间算法实现新增移动基站选址范围的划定及新增移动基站自动布局。与传统的实地调研及存量排查相结合的方式相比,极大地节省了移动基站选址布局的人力物力投入。
实施例2
更具体的,在所述步骤S1中,所述基站选址基础数据包括城市总体规划数据、控制性详细规划数据等城市规划数据、专项规划数据、自然保护要素数据、地形数据、建筑物空间特征数据及各移动通信服务特征数据。
更具体的,所述GIS空间数据库数据采用标准关系数据库模型,将城市总体规划数据、控制性详细规划数据等城市规划数据、专项规划数据、自然保护要素数据、地形数据、建筑物空间特征数据及各移动通信服务特征数据作为输入,实现对地理空间信息、属性表信息进行综合处理,输出移动基站选址工作数据库,为新型移动基站的选址提供基础数据。
在具体实施过程中,移动基站选址工作数据库是根据数据应用需求及特点,遵循相应的数据规范,在此数据逻辑上存储、管理移动基站选址工作所需数据的大量数据的集合。
在具体实施过程中,GIS空间数据库技术采用标准关系数据库模型,实现地理空间信息、属性表信息等内容的存储、管理及应用,支持多种DBMS结构和多用户访问的技术。
更具体的,如图2所示,在所述步骤S2中,所述蜂窝模型及电磁波传播特征具体为:受移动基站工作功率限制和电磁波球面传播的特征影响,采用正六边型网络对移动基站的传播范围进行计算与衡量;
在所述蜂窝模型及电磁波传播特征的基础上,移动基站选址工作数据库提供了新型移动基站选址所需的基础数据,通过控制性详细规划数据规划管理单元,依据城市总体规划数据、专项规划数据、自然保护要素数据、地形数据、建筑物空间特征数据及各移动通信服务特征数据,按照需要布局的移动基站密度,将空间划分为超密集区、高密集区、密集区、低密集区与边缘区五类区域,实现对空间的密度分区。
在具体实施过程中,蜂窝模型,即蜂窝网络模型是由多个正六边形连接形成网络模型,六边形可实现以最少区数覆盖相同地理区域的几何特性,因此其可实现基站的全面覆盖。
其中,所述步骤S3具体为:
根据不同的服务商类型、技术体制、工作频段对不同的密度分区进行链路预算,并结合传播模型计算不同密度分区下的4G网络典型站间距,具体如下表所示,单位为米:
至此,得到4G网络典型站间距。
在具体实施过程中,在进行链路预算过程中,可能同时考虑地形、建筑物、设备发射功率等因素的影响,建立相适应的电磁波辐射模型,通过对不同地形、建筑物及设备发射功率的电磁波辐射模型仿真,对对不同的密度分区进行链路预算,使得预算结果更贴合于实际的需求,提高预算的精确度。
更具体的,所述步骤S4具体为:根据实际的基站建设需求及移动基站选址工作数据库中的数据要求,利用GIS空间分析方法筛选可用于建设移动基站的范围。
在具体实施过程中,在建设移动基站的过程中,需要基于移动基站建设基本需求、我国法律法规中明确的移动基站建设需规避设施的分布情况,结合城市总体规划、控制性详细规划中对用地性质的规定,筛选出可用于建设移动基站的范围。
更具体的,在所述步骤S5中,所述确认基站需求建设规模具体为:
根据4G网络典型站间距对站址密度进行预测,其预测范围具体为:
接着根据4G网络典型站间距及站址密度的取值范围,结合移动基站选址工作数据库中现有的移动基站布局情况及未来需求发展预测,完成基站需求建设规模的确认。
更具体的,如图3所示,在所述步骤S5中,根据密度分区及网络站间距,应用GIS创建随机点空间算法对新增移动基站站址进行布点,形成初步布局方案,所述的GIS创建随机点空间算法具体为:
通过随机数生成器和种子创建随机数数据流,在指定范围内生成固定数量的随机点;在指定范围内生成随机点时,在x轴和y轴上分别标识该范围的随机值,这些值将成为点的x坐标和y坐标;若要在x轴上随机选择点,则将选择随机数数据流中下一个未使用的值并将其变换为均匀分布,其中最小值和最大值分别为x范围的最小值和最大值,同理,对y轴执行相同的操作;所得到的这两个随机值将标识第一个随机点;
重复所述过程,直至达到指定的点数,完成初步的布局。
更具体的,如图4所示,在所述步骤S6中,所述布局选址原则具体为:
移动通信网络全覆盖原则:新建基站基于蜂窝模型及电磁波传播特征进行模拟布局满足网络全覆盖;已建成区域内已建设的移动基站,考虑现状用户要求和存在问题补充完善通信网络;
共建共享原则:新建基站按照共建共享进行处理;已建成区域,优先将新增移动基站布局于存量站址上,在存量无法满足的要求下,整合各个服务商需求,将多个基站整合成一个基站建设;
规划引导、公共开放原则:新建基站用地优先考虑设置在公共管理和公共服务设施、绿地与广场、道路交通设施、市政公用设施、商业服务业设施等地,其次考虑居住、工业、物流仓储用地;
环境安全原则:新建基站需要与机场、铁道、道路、供电设施、油库等重要基础设施或危险基础设施保持一定的安全距离,也需要满足防洪要求,符合电磁辐射防护规定,防止对居住生活环境进行影响。
在具体实施过程中,本发明为解决基站难以落地、共享率低、影响城市景观、与城市发展脱节等问题提供了解决路径,实现了基站建设统筹兼顾、多规合一、共建共享,为通信基础设施的规范建设和安全运行提供了保障。
同时,采用GIS技术及数据库技术,搭建已有移动基站现状信息数据库,结合城市规划信息数据库,明确基站建设地块用地属性,确认人口现状及发展趋势,明确可建设基站地块的空间分布与人口分布现状及发展趋势,从而更好地减轻基站落地建设难度并且明确移动通信信号需求分布,节省大量人力物力。
最后,基于本发明方案中提供的移动基站选址方法,实现基站站址规划密度分区与基站站址自动布点功能,在无线电特征场景基础上,结合城市总体规划确定的市域城镇体系、土地使用规划等,以控规管理单元为单位,实现基站密度分区、基站站间距及规模确定,并完成增设站址自动布点,极大地提升了基站布局选址工作效率,减轻了资源成本负担。
实施例3
更具体的,本发明还提供一种基于GIS技术的新型移动基站选址系统,包括数据采集模块、GIS空间数据库、移动基站选址工作数据库构建模块、密度分区模块、链路预算模块、典型站间距计算模块、可建设移动基站范围界定模块、基站需求建设规模确认模块、布点模块、选址优化模块和现有特征模型;其中:
所述数据采集模块用于采集基站选址基础数据;
所述GIS空间数据库用于存储GIS空间数据;
所述移动基站选址工作数据库构建模块用于根据基站选址基础数据和GIS空间数据,构建移动基站选址工作数据库;
所述密度分区模块用于根据现有特征模型与移动基站选址工作数据库,按照需要布局的移动基站密度,对空间进行密度分区;
所述链路预算模块用于对不同的密度分区进行链路预算;
所述典型站间距计算模块用于根据链路预算结合现有特征模型计算不同密度分区下的4G网络典型站间距;
所述可建设移动基站范围界定模块用于在移动基站选址工作数据库中采用GIS空间分析方法框定可建设移动基站的范围;
所述基站需求建设规模确认模块用于确认基站需求建设规模;
所述布点模块用于在可建设移动基站的范围内以需求建设规模为总量,根据密度分区及网络站间距对新增移动基站站址进行布点,形成初步布局方案;
所述选址优化模块用于基于布局选址原则对初步布局方案进行优化调整,完成移动基站的选址。
其中,所述现有特征模型包括蜂窝模型、电磁波传播特征提取模块和传播模型;其中:
所述密度分区模块用于根据蜂窝模型和电磁波传播特征提取模块得到的电磁波传播特征与移动基站选址工作数据库,按照需要布局的移动基站密度,对空间进行密度分区;
所述密度分区模块用于根据传播模型与移动基站选址工作数据库,按照需要布局的移动基站密度,对空间进行密度分区。
基于GIS技术的新型移动基站选址计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器用于存储计算机程序;所述处理器用于将所述的基于GIS技术的新型移动基站选址方法应用到基于GIS技术的新型移动基站选址系统中,以实现对移动基站的选址操作。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。