CN111928820B - 一种通过接收杆的信号强度数据来检测杆倾斜度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过接收杆的信号强度数据来检测杆倾斜度的方法，具体内容为：定义4G/5G/6G微基站信号接收端的数据内容和含义，如：带时标、信号强度、扇面小区的ID、通讯能力；定义基站信号发射端的天线；确保基站信号的稳定性；正常情况下的大数据分析，用大数据来消除基站信号的不稳定性；在基站信号大致稳定的基础情况下，分析杆倾斜造成的方位变化和倾角变化程度以及对大范围接收端信号强度的影响；对算法进行升级。本发明可直接通过信号强度来检测杆倾斜度；基于单个微基站上的3方向天线服务提供的信号，可以在大尺度范围上完成数据分析，从而增加判断可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种通过接收杆的信号强度 数据来检测杆倾斜度的方法。
背景技术
目前，随着科技的发展，现今社会已经进入信息化时代。很多公 司和机构已经在路灯杆、智慧综合杆等杆体上展开各项业务，在路灯 杆、智慧综合杆等杆体上设置各种系统的大量设备接受4G/5G等通 讯信号。使路灯杆、智慧综合杆等杆体配合各种系统的大量设备成为 了通讯基站的基础构件。目前通讯基站天线主要是先定方位再定下倾 角，基础构件杆体的倾斜将会同时影响这两个预设参数，从而对通讯 质量产生影响。未来5G/6G乃至更高频率的无线通讯系统会陆续建 设，基站小型化、密集化和多样化将是必然的趋势。这也就对综合杆 杆体(作为通讯基站的基础构件)的稳定和安全提出了更高的要求。 因此计算杆体倾斜角度的算法需要不断的优化，以更好地服务于社会 服务的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过接收杆的信号强度数据来检测 杆倾斜度的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目 的，本发明提供如下技术方案：一种通过接收杆的信号强度数据来检 测杆倾斜度的方法，具体内容为：
(1)、定义4G/5G/6G微基站信号(下简称基站信号)接收端的 数据内容和含义，如：带时标、信号强度、扇面小区的ID、通讯能 力；
(2)、定义基站信号发射端的天线，例如：分区、方位角、倾角， 对应的参数设定原则为：设有三个呈扇面的分区；设有三个方位角， 分别为0°、120°、240°；三个分区和三个方位角的定义采用正六边型 蜂窝小区的一般定义；
(3)、确保基站信号的稳定性：偶然和临时性的抖动和震动，会 对信号造成波动性影响，但是抖动消除后，信号都会回复稳定；
(4)、正常情况下的大数据分析，用大数据来消除基站信号的不 稳定性：利用现实系统中有依附于路灯杆的大量的信号接受设备，确 保每一个架设在杆体上的信号基站的几乎每一个扇面都有大量的设 备具备信号实时接收能力；
(5)、在基站信号大致稳定的基础情况下，分析杆倾斜造成的方 位变化和倾角变化程度以及对大范围接收端信号强度的影响：在标准 环境下，原有的稳定信源被至少30-50个周围设备基本稳定接收，由 于信号接收端可以在常规通讯网络的支持下，实时的接收数据，且数 据累积量巨大，所以系统长期运行可以得到基本稳定的单个和群体接 收端的信号强度数据；这些信号数据在立杆自身没有倾斜时的数据， 为初始数据。后期杆件一旦发生倾斜，那么只要倾斜的变化速度不快， 比如在几个月里慢慢倾斜，或者外力造成的瞬间倾斜后的稳定或再次 慢慢变化，根据前述期间累计的大量信号接收端的数据对杆件的倾斜， 根据算法做出准确的分析和判断；
(6)、对(5)中算法进行升级，包括消除各类不稳定信号数据， 及与高精度倾斜计和方位计配合使用。
优选地，所述(5)中的算法具体为：杆件正常直立时，稳定天 线模块的发射信号在接收端设备平面形成一个与位置(x,y)有关的信 号强度函数S(x,y)；杆件倾斜后，在同样的平面信号强度函数变为 S’(x,y)，将杆件直立时，所有相关的S(x,y)的接收端所在位置的信号 收集并适当加权，得到一个新的函数R(0,0)＝∑[fi*S(xi，yi)]，其中求和 是对i求和，i代表每一个接收端设备，S(xi,yi)表示该设备的接收信 号强度，(xi,yi)表示设备位置，fi表示相关的接收端的权重，而R(0,0) 中的(0,0)就表示杆件的两个空间倾角，初始都为0，分别为θ和
定 义为与Z轴(向上为正)的夹角和在Z＝0平面上投影矢量与X轴的 夹角(逆时针方向为正)；杆件倾斜时，即相当于θ和/>
这两个方位角 偏离了原来的都等于0的初值。
优选地，所述(5)中的算法包括两种处理模式：按照预警紧级 别，先在标准接收端的偏差位置做接收信号的采样和分析，在杆件倾 斜发生后，根据预先采样分析定标的结果来直接得到θ和
的具体偏差 值；主动检测信号数据，一旦发现异常，主动去现场实际测量杆件的 物理倾斜数据，通过测量数据测试算法中的经验值的合理性，同时对 该杆件做了精准定标；且在实际系统运行中，除了少数外力偶然因素 外，每个杆件的倾斜都具有方向稳定性，而同时大量的杆件的倾斜应 该是随机的，大量的倾斜数据以及其与信号接收端信号强度的关联， 可以为实际发生的新的杆件倾斜事件的判断提供基本的数据保证。
优选地，所述(6)中的消除各类不稳定信号数据的具体方法为： 首先和同类的已经稳定运行较长时间的杆件信号数据比对；其次是和 同样是信号切换区域附近但是已经运行了一段的依然没有发生杆件 倾斜的信号数据比；根据扇区ID和时标，从不稳定数据中得到的相 对稳定的或是可以进行类似比较的数据集，从而做出较为准确的判断 来完成对当前杆件的倾斜情况做到实时监测。
优选地，所述(6)中的与高精度倾斜计和方位计配合使用的具 体方法为：融合杆件上的选配的倾角器/倾斜计/方位计等，进行联合 监测。
优选地，所述(2)中的倾角包括电子倾角和机械倾角，所述电 子倾角和机械倾角根据使用场所和基站基本结构情况，来覆盖满足区 内的典型接收端应用需求来独立的调整，一般以电子倾角为主，机械 倾角为辅，通常在基站初立杆时确定机械倾角，而后续的调整和动态 微调都由电子倾角方式来实现。
本发明的技术效果和优点：本发明可直接通过信号强度来检测杆 倾斜度；基于单个微基站上的3方向天线服务提供的信号，可以在大 尺度范围上完成数据分析，如此可以减小系统误差，增加判断可靠性 和稳定性；基于长期的信号发送接收机制，和信号服务区内的多个信 号接收点来完成数据的搜集汇总；信号数据带时标，通过时间关联和 数据联动与大数据分析，可以最大程度的消除抖动和环境量变动引起 的系统和噪声误差；4G/5G/6G微基站的信号发射功率和信号强度时 会有季节、天气和24小时周期内的变动，接收端信号也会有波动， 该算法和系统机制可以保证消除系统和偶然误差。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于 明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，在本发明的描 述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接或是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也 可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。
实施例
一种通过接收杆的信号强度数据来检测杆倾斜度的方法，具体内 容为：定义4G/5G/6G微基站信号(下简称基站信号)接收端的数据 内容和含义：如：带时标、信号强度、扇面小区的ID、通讯能力(时 长、速率、流量)；基站信号发射端的天线定义(分区、朝向-方位角、 倾角-电子倾角、机械倾角)和参数设定原则：
三个分区(扇面)、三个方位角(0°、120°、240°)、3*N(每个扇 面可能会有N组发射天线)倾角(电子、机械，各基站初始定义不 同，大致为4°+6°左右)，三分区和三个方位角的定义采用正六边型蜂 窝小区的一般定义。
电子倾角和机械倾角的参数，根据小区情况和基站基本结构情况， 来覆盖满足区内的典型接收端应用需求来独立的调整，一般以电子倾 角为主，机械倾角为辅。通常在基站初立杆时确定机械倾角，而后续 的调整和动态微调都由电子倾角方式来实现；
基站信号的稳定性包括：常年稳定性；季节稳定性；24小时周 其稳定性；临时稳定性，如震动、临时干扰、用户接收端因素；特定 气象条件稳定性，如大风、暴雨、冰雪。
基站信号通常是处于稳定状态的；恶劣天气确实会造成信号的不 稳定，但一旦天气转好，信号又会稳定回到原有水平，所以除了特殊 情况外，该算法系统还是可以保证对杆倾斜的实时监测的；
偶然和临时性的抖动和震动，会对信号造成波动性影响，但是抖 动消除后，信号都会回复稳定；
接收端用户(如临时用户数量)的剧烈变化可能会造成其它部分 或别接收端信号有较大影响(甚至切换小区)；
除此之外，一般天气、季节变化、24小时周期都不会造成信号 的太大变动。
正常情况下的大数据分析；使用大数据来消除上述的不稳定性。 其中关键点在于一来现实系统中有依附于路灯杆的大量的信号接受 设备，信号接受设备的密度约为25-40米不等，基本上均匀的沿着各 类道路两侧分布。如此，针对每一个架设在上述(路灯)杆上的信号 基站的几乎每一个扇面，系统具有大量的(一般不少于30杆)设备 具备信号实时接收能力，保证算法的准确度，具体原理如下：
在标准环境下，原有的稳定信源被至少30-50个周围设备基本稳 定接收；由于信号接收端可以在常规通讯网络的支持下，实时的接收 数据，且数据累积量巨大，系统长期运行可以得到基本稳定的单个和 群体接收端的信号强度数据；立杆自身没有倾斜时的数据设为初始数 据，后期立杆一旦发生倾斜，若倾斜的变化速度不快，比如在几个月 里慢慢倾斜，或者外力造成的瞬间倾斜后的稳定或再次慢慢变化，则 前述期间累计的大量信号接收端的数据就可以对杆件的倾斜，做出准 确的分析和判断；若现场杆件的倾斜种类很多，但由于天线发射模块 基本上都在杆件的最上层部位，所以不会被直接撞击，同时杆件自身强度因素或者地面基础强度因素造成的杆件倾斜等等诸多情形，都不 会对天线发射模组，造成区分性影响，因而在建模上可以视所有的天 线模块的发射信号收到同样的倾斜影响，从而简化算法模型，提高我 们的检测准确率和检测精度。
算法具体为，杆件正常直立时，稳定天线模块的发射信号在接收 端设备平面，形成一个与位置(x,y)有关的信号强度函数S(x,y)，例如 平行于地面6-8米处的位置。杆件倾斜后，在同样的平面信号强度函 数变为S’(x,y)。这个新的函数实际上是原来不在离地面6-8米处的另 一个斜面的信号强度分布函数，因为杆件倾斜了，才“被”移到了现在 的与地面平行的实际接收端设备所在的平面。所以如果将杆件直立时， 所有相关的S(x,y)的接收端所在位置的信号收集并适当加权，得到一 个新的函数R(0,0)＝∑[fi*S(xi，yi)]。其中求和是对i求和，i代表每一个 接收端设备，S(xi,yi)表示该设备的接收信号强度，(xi,yi)表示设备位 置，fi表示相关的接收端的权重。而R(0,0)中的(0,0)就表示杆件的两 个空间倾角，初始都为0，分别为θ和
定义为与Z轴(向上为正) 的夹角和在Z＝0平面上投影矢量与X轴的夹角(逆时针方向为正)；
杆件倾斜时，即相当于θ和
这两个方位角偏离了原来的都等于0 的初值。只需要注意的是，在一般的安全概念上只有垂直方向的倾斜 (θ>0)才会造成安全隐患，而水平方向的转动/>
不会直接造 成杆件倾倒。但是严格意义上来说，水平方向杆件的转动
也 是会对杆件的基础部分和连接部分造成不可忽略的冲击，长时间的累 积也必然会对杆件的安全稳定造成严重应影响，所以该算法和系统性 的应用可以同时监测两个方位角θ和/>
此外，该算法在垂直方向上杆 件没有明显倾斜(θ＝0)时，但是系统依然可以监测到水平方向的偏 移转动/>
这样就可以及时的通知系统并主动转告天线发射端(移 动运营商)以便做出物理和电子方面的天线方向调整，同时也能通知 杆件维护方再次认真检查杆件的水平偏置的原因并作出加固和恢复 措施；
将30-50+的信号接收端的实时信号强度数据反算成θ和
这两个 倾斜角值，理轮上直接推导；实际的环境中，依据大数据体系和系统 初始化(假设θ和/>
都为0)时的大量实施累计的数据来进行定标。
算法包括两种处理模式：按照预警紧级别(θ和
偏差度，比如等 于1-10度，分成10和级别做不同程度的警告输出)，先在标准接收 端的偏差位置(对应倾斜方位角组合)做接收信号的采样和分析。
二是先主动检测信号数据，一旦发现异常(根据经验值和其它杆 件的实际运行大数据得到的平均值)，主动去现场实际测量杆件的物 理倾斜数据，通过测量数据测试算法中的经验值的合理性，同时对该 杆件做了精准定标；且在实际系统运行中，除了少数外力偶然因素外， 每个杆件的倾斜都具有方向稳定性，而同时大量的杆件的倾斜应该是 随机的，大量的倾斜数据以及其与信号接收端信号强度的关联，可以 为实际发生的新的杆件倾斜事件的判断提供基本的数据保证。这种方 法不需要预设和预先大规模采样，而是在实际运行中边观察边学习， 再根据系统运行中的实际信号偏差数据和现场杆件的实际倾斜情况 来不断地丰富系统检测数据库和分析能力。
对算法进行升级，包括消除各类不稳定信号数据，及与高精度倾 斜计和方位计配合使用。消除各类不稳定信号数据的具体方法为：
首先和已经稳定运行较长时间的同类的杆件信号数据比对；其次 是和同样是信号切换区域附近但是已经运行了一段的依然没有发生 杆件倾斜的信号数据比，该算法可以从不稳定数据中得到的相对稳定 的或是可以进行类似比较的数据集，从而做出较为准确的判断来完成 对当前杆件的倾斜情况做到实时监测。
与高精度倾斜计和方位计配合使用的具体方法为：为了提高系统 的监测能力，融合杆件上的选配的倾角器/倾斜计/方位计等，进行联 合监测。从而可以完善检测系统和丰富相关数据库，同时对于真实倾 斜事件的相关数据做到数据高精度关联。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不 用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种通过接收杆的信号强度数据来检测杆倾斜度的方法，其特征在于：具体内容为，
(1)、定义4G/5G/6G微基站信号接收端的数据内容和含义，包括：时标、信号强度、扇面小区的ID、通讯能力；
(2)、定义基站信号发射端的天线，包括：分区、方位角、倾角，对应的参数设定原则为：设有三个呈扇面的分区；设有三个方位角，分别为0°、120°、240°；三个分区和三个方位角的定义采用正六边型蜂窝小区的一般定义；
(3)、确保基站信号的稳定性：偶然和临时性的抖动和震动，会对信号造成波动性影响，但是抖动消除后，信号都会恢复稳定；
(4)、正常情况下的大数据分析，用大数据来消除基站信号的不稳定性：利用现实系统中有依附于路灯杆的大量的信号接收设备，确保每一个架设在杆体上的信号基站的每一个扇面都有大量的设备具备信号实时接收能力；
(5)、在基站信号稳定的基础情况下，分析杆倾斜造成的方位变化和倾角变化程度以及对大范围接收端信号强度的影响：在标准环境下，原有的稳定信源被30-50个周围设备稳定接收，由于信号接收端可以在常规通讯网络的支持下，实时的接收数据，且数据累积量巨大，所以系统长期运行可以得到稳定的单个和群体接收端的信号强度数据；这些信号强度数据在立杆自身没有倾斜时的数据，为初始数据；后期杆件一旦发生倾斜，那么只要倾斜的变化速度不快，包括在几个月里慢慢倾斜，或者外力造成的瞬间倾斜后的稳定或再次慢慢变化，根据前述期间累计的大量信号接收端的数据结合算法对杆件的倾斜做出准确的分析和判断，其中算法具体为：杆件正常直立时，稳定天线模块的发射信号在接收端设备平面形成一个与位置(x,y)有关的信号强度函数S(x,y)；杆件倾斜后，在同样的平面信号强度函数变为S’(x,y)；将杆件直立时，所有相关的S(x,y)的接收端所在位置的信号收集并适当加权，得到一个新的函数R(θ,φ)＝∑[fi*S(xi，yi)]，其中求和是对i求和，i代表每一个接收端设备，S(xi,yi)表示该接收端设备的接收信号强度，(xi,yi)表示设备位置，fi表示相关的接收端的权重，其中R(θ,φ)中的(θ,φ)就表示杆件的两个空间倾角，初始都为0，θ和φ分别定义为与Z轴的夹角和在Z＝0平面上投影矢量与X轴的夹角，其中Z轴向上为正，投影矢量与X轴的夹角逆时针方向为正；杆件倾斜时，即相当于θ和φ这两个方位角偏离了原来的都等于0的初值；
(6)、对(5)中算法进行升级，包括消除各类不稳定信号数据，及与高精度倾斜计和方位计配合使用。
2.根据权利要求1所述的一种通过接收杆的信号强度数据来检测杆倾斜度的方法，其特征在于：所述(5)中的算法包括两种处理模式：一是按照预警级别，先在标准接收端的偏差位置做接收信号的采样和分析，在杆件倾斜发生后，根据预先采样分析定标的结果来直接得到θ和φ的具体偏差值；二是主动检测信号数据，一旦发现异常，主动去现场实际测量杆件的物理倾斜数据，通过测量数据测试算法中的经验值的合理性，同时对该杆件做了精准定标；且在实际系统运行中，除了少数外力偶然因素外，每个杆件的倾斜都具有方向稳定性，而同时大量的杆件的倾斜是随机的，大量的倾斜数据以及其与信号接收端信号强度的关联，可以为实际发生的新的杆件倾斜事件的判断提供基本的数据保证。
3.根据权利要求1所述的一种通过接收杆的信号强度数据来检测杆倾斜度的方法，其特征在于：所述(6)中的消除各类不稳定信号数据的具体方法为：首先和同类的已经稳定运行较长时间的杆件信号数据比对；其次是和同样是信号切换区域附近但是已经运行了一段的依然没有发生杆件倾斜的信号数据比；根据扇区ID和时标，从不稳定数据中得到的相对稳定的或是可以进行类似比较的数据集，从而做出较为准确的判断来完成对当前杆件的倾斜情况做到实时监测。
4.根据权利要求1所述的一种通过接收杆的信号强度数据来检测杆倾斜度的方法，其特征在于：所述(6)中的与高精度倾斜计和方位计配合使用的具体方法为：融合杆件上的倾角器/倾斜计/方位计，进行联合监测。
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