中國普天信息產(chǎn)業(yè)北京通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院 高 峰 邱 杰 劉 凡

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移動(dòng)通信工程中的微波傳輸基站勘察選址技術(shù)要點(diǎn)

中國普天信息產(chǎn)業(yè)北京通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院 高 峰 邱 杰 劉 凡

【摘要】本文闡述了移動(dòng)通信工程中的微波傳輸基站勘察選址的重要性，并著重介紹了微波傳輸基站勘察選址的技術(shù)要點(diǎn)：勘察前的準(zhǔn)備工作、現(xiàn)場勘察及編制勘察報(bào)告三個(gè)方面的內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信工程；微波傳輸；基站；勘察選址

0 前言

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中基站中繼傳輸方式通常采用微波和光傳輸二種方式。本文僅討論微波傳輸基站勘察選址的一般要?jiǎng)t，不涉及光傳輸基站勘察選址問題。微波傳輸基站的設(shè)置需要統(tǒng)籌考慮，在滿足基站覆蓋的基礎(chǔ)上，又要兼顧微波中繼傳輸，節(jié)省投資。這是擺在每個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商面前的難題。本文將針對這個(gè)問題提出一些具體的選址技術(shù)要點(diǎn)。本文有關(guān)微波站勘察選址的論述亦適用于通常的微波接力通信工程。

1 微波傳輸基站勘察選址技術(shù)要點(diǎn)

移動(dòng)通信工程微波傳輸基站勘察選址技術(shù)要點(diǎn)包含勘察前的準(zhǔn)備工作、現(xiàn)場勘察及編制勘察報(bào)告三個(gè)方面的內(nèi)容。

2 勘察前的準(zhǔn)備

2.1 圖上選址作業(yè)

在前往現(xiàn)場實(shí)地勘察選址前，需要在五萬分之一或其他較精確的測繪地圖上進(jìn)行基站預(yù)選址工作，必要時(shí)借助Google Earth參考進(jìn)行?；驹O(shè)置需要全網(wǎng)統(tǒng)籌考慮，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)上用戶密度分布的統(tǒng)計(jì)分析對基站的布局進(jìn)行調(diào)整，使基站的分布更符合用戶話務(wù)密度的分布，合理增加基站密度以解決高話務(wù)密度區(qū)的增容問題，新、老基站的分布應(yīng)盡可能遵循蜂窩結(jié)構(gòu)。并初步了解站址、站距、阻擋等基本情況。

在考慮基站設(shè)置的同時(shí)，需要考慮基站的中繼傳輸方式。對于沒有現(xiàn)有光纜線路資源可利用的且光纜引入線路較長、建設(shè)投資高或光纜引入難度大、建設(shè)周期長的基站，宜采用具有投資少、效益高、建設(shè)周期短等特點(diǎn)的微波傳輸方式。初步確定采用微波傳輸?shù)幕荆谑覂?nèi)圖上作業(yè)后應(yīng)提出兩個(gè)或兩個(gè)以上的接入方案以供現(xiàn)場查勘時(shí)篩選。對于不能直接接入的微波傳輸基站，可以在規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)允許的偏離范圍內(nèi)重新選取站址。實(shí)在不能直接接入的基站，可以單獨(dú)設(shè)置微波無源中繼站以滿足傳輸?shù)男枰闇p少投資，傳輸路由方案中盡量不考慮單獨(dú)設(shè)置微波有源中繼站。

2.2 需要準(zhǔn)備的文件及地圖

(1) 批準(zhǔn)的可行性研究報(bào)告或工程設(shè)計(jì)委托書。

可行性研究報(bào)告或工程設(shè)計(jì)委托書是基站選址最重要的依據(jù)，必須熟悉了解，深刻領(lǐng)悟。

(2) 各基站站址、路由方案沿線的五萬分之一或十萬分之一測繪地圖。

五萬分之一或十萬分之一測繪地圖可以滿足站址精度的要求，同時(shí)又便于攜帶在野外作業(yè)，是基站選址主要推薦使用的地圖。城市路由微波中繼段沿線上的建筑障礙物情況可借助Google Earth大致了解。

(3) 室內(nèi)選線工作完成的每個(gè)接力段的斷面圖。

(4) 有關(guān)省、市近期出版的交通圖。

(5) 空白斷面圖圖紙。

2.3 需要準(zhǔn)備的儀表和工具

羅盤、GPS、測距儀、測高儀、望遠(yuǎn)鏡、皮尺、數(shù)碼相機(jī)、繪圖夾、紙、鉛筆、橡皮及必要的醫(yī)藥用品。在出發(fā)前，應(yīng)檢驗(yàn)儀表工作是否正常，其配件是否齊全。

2.4 其他需要注意的問題

(1) 勘察前須制定勘察計(jì)劃，與建設(shè)單位協(xié)商勘察時(shí)間、內(nèi)容，明確提出對建設(shè)單位的配合要求。

(2) 勘察前須對本期建設(shè)方要求、建設(shè)方案等做到心中有數(shù)。

3 現(xiàn)場勘察的工作內(nèi)容

勘察的內(nèi)容包括向有關(guān)單位調(diào)查搜集資料和現(xiàn)場測量兩大部分。

3.1 調(diào)查和搜集資料

3.1.1 站址資料

向相關(guān)省(市)、縣城市規(guī)劃部門了解所選站址及其周圍數(shù)百米內(nèi)是否有或者規(guī)劃中的：

(1)大功率無線電發(fā)射臺(tái)、大功率電視發(fā)射臺(tái)。

(2)大功率雷達(dá)站。

(3)具有電焊設(shè)備、X光設(shè)備或生產(chǎn)強(qiáng)脈沖干擾的熱合機(jī)、高頻爐的企業(yè)。

(4)高于微波及基站天線的高大建筑。

(5)易燃易爆的倉庫和材料堆積場。

(6)在生產(chǎn)過程中容易發(fā)生火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的工業(yè)、企業(yè)。

(7)軍用設(shè)施等。微波傳輸基站通常要遠(yuǎn)離這些單位和設(shè)施。

為防止電磁輻射污染、保護(hù)環(huán)境、保障公眾健康，擬選站址發(fā)射天線主射方向50米范圍內(nèi)、非主射方向30米范圍內(nèi)，如有高于天線的醫(yī)院、幼兒園、學(xué)校、住宅等建筑物，則不宜設(shè)置為微波傳輸基站。微波傳輸基站電磁輻射功率密度應(yīng)滿足國標(biāo)GB8702－2014《電磁環(huán)境控制限值》和HJ/ T10.3-1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)》中的公眾照射標(biāo)準(zhǔn)要求，即在一天24小時(shí)內(nèi)，環(huán)境電磁輻射的場強(qiáng)參數(shù)在任意連續(xù)6分鐘內(nèi)的平均值，對于30~3000MHz頻段應(yīng)滿足功率密度S＜0.4(W/m2)；對于3000～15000MHz頻段應(yīng)滿足功率密度S＜ f/7500(W/m2)，式中f為頻率，單位為MHz。

功率密度S計(jì)算公式為：

S(W/m2)=(P×G)/(4×π×R2)

式中：

P：發(fā)信機(jī)平均功率，W。

G：對應(yīng)于被測點(diǎn)方向的天線增益，dB。

R：天線與被測點(diǎn)距離，m。

如所選站址附近有機(jī)場，須向當(dāng)?shù)孛窈讲块T調(diào)查機(jī)場的禁區(qū)范圍、限高要求及航運(yùn)流量、通信需求。

向當(dāng)?shù)赝恋毓芾韱挝涣私庹饔迷摰氐目赡苄浴?/p>

3.1.2 地質(zhì)資料

向地質(zhì)部門了解站址本身及其附近是否有礦藏，何種礦，是否有開采的可能。微波傳輸基站嚴(yán)禁建設(shè)在礦山開采區(qū)和規(guī)劃中的礦山開采區(qū)內(nèi)。另外，還需了解站址的地質(zhì)及水文條件是否適于工程建設(shè)，了解站址附近是否有斷層、滑坡和泥石流等可能。此外，還需了解當(dāng)?shù)氐牡卣鹳Y料，包括地震史、震級(jí)和該地區(qū)的設(shè)防烈度。

3.1.3 供電情況

基站的交流電源主要依靠當(dāng)?shù)氐氖须姟榱吮ＷC可靠供電，需從變(配)電站到基站架設(shè)一路專用高壓送電線。勘察時(shí)必須對以下內(nèi)容作詳細(xì)調(diào)查。

(1) 變(配)電站的電源屬何電網(wǎng)，屬于哪一類供電質(zhì)量，可靠程度和故障歷史。

(2) 變(配)電站的位置，二次輸出電壓等級(jí)。

(3) 基站架設(shè)專用送電線的可能性，大致的路由，架設(shè)線路的長度。

(4) 承擔(dān)送電線路勘測設(shè)計(jì)和施工的單位名稱。

(5) 送電線路的造價(jià)。

對于個(gè)別離變(配)電站太遠(yuǎn)的不宜架設(shè)專用送電線的基站，應(yīng)考慮依靠站內(nèi)的自備柴油發(fā)電機(jī)組或太陽能、風(fēng)力供電系統(tǒng)等其他方式。

對擬配置固定油機(jī)的站點(diǎn)，其油機(jī)房的環(huán)境噪聲應(yīng)根據(jù)油機(jī)房設(shè)置區(qū)域，采取相應(yīng)措施以滿足中華人民共和國GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定。

3.1.4 交通情況

由于交通線的覆蓋率是移動(dòng)通信網(wǎng)的一項(xiàng)極為重要的指標(biāo)，同時(shí)基站的施工和維護(hù)都與交通條件有關(guān)，另外部分基站需自建簡易路，因此在勘察中必須了解：

(1) 在建和規(guī)劃中的交通干線(鐵路、高速公路等)計(jì)劃、通車時(shí)間、路由。

(2) 交通流量及通信需求。

(3) 站址離現(xiàn)有公路、鐵路、車站的距離，確定自建簡易路的長度和大體路由。

(4) 當(dāng)?shù)睾喴茁吩靸r(jià)。

3.1.5 氣象資料

氣象資料是天線、鐵塔、房屋等建筑的主要設(shè)計(jì)依據(jù)之一。尤其對工作于10GHz以上的微波傳輸電路，還需充分考慮雨衰的影響。向氣象部門調(diào)查的內(nèi)容主要有：

(1) 有關(guān)房屋建筑設(shè)計(jì)中，采暖、空調(diào)專業(yè)所需要的當(dāng)?shù)販囟取穸鹊臍庀髷?shù)據(jù)。

(2) 當(dāng)?shù)氐淖畲蠼涤炅?、降雨?qiáng)度、積雪厚度及雪荷載、凍土深度、雷暴日數(shù)及冰凌災(zāi)害情況。

(3) 站址位置是否處于當(dāng)?shù)乩讚魠^(qū)域內(nèi)。

(4) 當(dāng)?shù)氐淖畲箫L(fēng)速、風(fēng)向資料。

3.1.6 鐵塔建筑資料

對需建鐵塔的站，應(yīng)進(jìn)一步了解下述有關(guān)資料：

(1) 當(dāng)?shù)睾娇詹块T對鐵塔建筑的規(guī)定，并征得同意。

(2) 鐵塔設(shè)計(jì)、加工和施工單位的名稱。

(3) 一般微波鐵塔的造價(jià)。

3.1.7 其他調(diào)查內(nèi)容

基站還應(yīng)調(diào)查的其他內(nèi)容包括：

(1) 站址所屬行政管轄區(qū)名稱。

(2) 附近居民點(diǎn)的位置、距離、人口、經(jīng)濟(jì)狀況及交通條件。

(3) 附近居民點(diǎn)的通信現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃、計(jì)算機(jī)普及情況及互連網(wǎng)的使用情況。

(4) 如果站址及其附近的土地是林場、農(nóng)場、農(nóng)村使用的土地，應(yīng)經(jīng)土地管理部門協(xié)商同意，以便今后辦理征地手續(xù)。

3.2 現(xiàn)場測量

3.2.1 站址位置、標(biāo)高的現(xiàn)場測定

室內(nèi)圖上作業(yè)選取的站址必須通過現(xiàn)場查勘加以核實(shí)，現(xiàn)場選定的站址也必須在地圖上加以核實(shí)。在通常情況下，可按照地圖上標(biāo)志的地形、地貌、周圍的村莊或建筑物，以及其他明顯的目標(biāo)與所選點(diǎn)的相對位置來粗略確定站址，然后用GPS表和測高儀測出站址的經(jīng)緯度和高度，進(jìn)行核實(shí)，上述現(xiàn)場實(shí)際情況與在五萬分之一地圖上作業(yè)的結(jié)果相吻合，一般情況下即可確定該站的位置，打樁做標(biāo)記。

3.2.2 關(guān)于GPS的使用

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是由美國國防部耗資一百二十億美元于1993年建成的軍事系統(tǒng)，主要用于軍事目的。鑒于GPS系統(tǒng)有可能用于幫助走私分子、恐怖分子以及敵對武裝，美國國防部在最初同意將GPS系統(tǒng)用于商業(yè)領(lǐng)域的同時(shí)，制定了一個(gè)被稱為有效選擇性的使用政策，即GPS系統(tǒng)中播出的最精確的信號(hào)將嚴(yán)格保留給軍方和其他有權(quán)使用的用戶。GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種信號(hào)：民用信號(hào)的精度達(dá)到30米以內(nèi)，第二種信號(hào)只有軍方才能解碼，其精度在5米以內(nèi)。美國國防部還保留了隨時(shí)對民用信號(hào)加載誤差從而使信號(hào)精度降低到100米范圍內(nèi)的權(quán)利。而由于衛(wèi)星位置分布的原因，海拔高度的誤差一般為水平誤差的2～3倍。顯然，上述GPS的測試精度不能滿足微波傳輸基站站址的定位精度要求。

1996年3月30日美國總統(tǒng)克林頓宣布，為促進(jìn)GPS民用的發(fā)展，今后有效選擇性政策將在十年內(nèi)逐步取消，GPS的單機(jī)定位精度將恢復(fù)到30米。

目前性能較好的GPS12，是并行12通道接收機(jī)可同時(shí)跟蹤12顆衛(wèi)星，定位速度快，定位精度為15米，同時(shí)，GPS12具有數(shù)據(jù)通信接口，通過這個(gè)數(shù)據(jù)接口，可以接收RTCM-SC104差分信息，實(shí)現(xiàn)差分校正，達(dá)到1—5米的高精度。因此，采取GPS12型進(jìn)行定位，完全可滿足基站站地位置的現(xiàn)場確定。

在極個(gè)別情況下，為更準(zhǔn)確地確定站址位置，還要用經(jīng)緯儀通過各種測量來進(jìn)一步檢驗(yàn)。對站址標(biāo)高的精度要求較高的站，尚需測量站址基準(zhǔn)點(diǎn)與附近某一個(gè)三角測量點(diǎn)之間的相對高差，來確定站址的標(biāo)高。

3.2.3 站址的地形測量

(1) 新建機(jī)房的基站

新建機(jī)房的基站的站址地形圖是鐵塔設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料，也是進(jìn)行方案比較所需要的資料。

地形測量的范圍需根據(jù)具體微波傳輸基站的鐵塔根開、機(jī)房建筑面積決定。由于一般基站大多為無人值守站，測量范圍以滿足鐵塔機(jī)房建設(shè)要求即可。但在確定用地范圍時(shí)應(yīng)注意，鐵塔一定要與附近建筑留出安全距離。

(2) 利舊(或租用)機(jī)房的基站

需要利用原有建筑作為機(jī)房時(shí)，必須丈量建筑物的面積，了解建筑物的荷重能力，抗震和耐燃等級(jí)，擴(kuò)建及加固的可能性等。

利舊機(jī)房是在原有的通信機(jī)房內(nèi)設(shè)置基站，樓面荷載大都能滿足要求，應(yīng)重點(diǎn)解決好饋線引入問題；租用機(jī)房情況比較復(fù)雜，所租房屋大小不同、層高不一、結(jié)構(gòu)也千差萬別；一般民用建筑的樓面荷載不能滿足基站設(shè)備的要求，通常要采取加固措施。

利舊(或租用)機(jī)房一般采用屋頂抱桿、屋頂鐵架或屋頂塔安裝天線，如建筑物高度不夠則需新建地面塔。對于租用民用建筑作為機(jī)房的基站，如建筑樓面承載力不足，還要對原房屋進(jìn)行加固。

3.2.4 天線近場區(qū)的測量

在對微波傳輸基站現(xiàn)場勘察時(shí)，除調(diào)查基站天線近場區(qū)阻擋情況外，還需測量微波電路的視通情況。微波天線高度應(yīng)能如下圖所示天線近區(qū)的凈空要求。

圖中D為天線直徑，λ為工作波長。

線路垂直角的測量是檢驗(yàn)線路視通情況的一種方法，h1端的路經(jīng)垂直角可用下列公式計(jì)算求得：

θ1=57.3[(h2-h1)/d-d/(2Ka)] (°)

式中：

h1，h2：分別為兩端天線海拔高度，m。

d：接力段站距，m。

K：等效地球半徑系數(shù)。

a：地球半徑，a =6370×103(m)。

θ1：路徑h1端的垂直角，°。

因?yàn)槁窂綔y量通常采用光學(xué)儀器，所以此時(shí)的K值應(yīng)按大氣對光的折射來考慮，一般取K=1.15。

只要兩站的位置和標(biāo)高核定無誤后，就可以利用垂直角的計(jì)算值來判斷路徑的視通情況，其測試步驟如下：

(1) 在站址的天線位置上架設(shè)經(jīng)緯儀并調(diào)好，用經(jīng)緯儀按計(jì)算得出的相對通信方向角(利用站址附近的水準(zhǔn)三角測量點(diǎn)作參考點(diǎn)，用水準(zhǔn)三角測量點(diǎn)和兩端站的坐標(biāo)值計(jì)算)對準(zhǔn)通信方向。

(2) 在通信方向±1～2°范圍內(nèi)測量障礙物的垂直角，并作好記錄。

(3) 把測量值與按上式計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，如果測量值小于等于計(jì)算值，則路徑是視通的。

需要指出的是，通過路徑視通情況測量，如果發(fā)現(xiàn)障礙物有可能或接近阻擋時(shí)，必須對障礙的位置、高度、地貌進(jìn)行仔細(xì)測量核對。

在路徑中間(尤其平原路徑)有新建高大建筑物時(shí)，必須準(zhǔn)確判斷出該建筑物是否落在電波射束通過的路徑上。如果是在電波射束通過的路徑上，應(yīng)測量建筑物的高度。

另外，在遇到路徑雖然視通，但路徑中間有形成強(qiáng)反射的地域時(shí)，勘測人員必須前往現(xiàn)場，對有效反射區(qū)范圍內(nèi)的地貌作詳細(xì)了解。以便對地面反射系統(tǒng)做出較準(zhǔn)確的估計(jì)。

3.2.5 填寫勘察調(diào)查表及繪制圖紙

(1) 填寫基站站址勘察調(diào)查表，每一基站的每個(gè)候選站址都需填一份勘察調(diào)查表，作為基站方案比較的基礎(chǔ)資料。

微波傳輸基站站址勘察調(diào)查表應(yīng)包含如下內(nèi)容：基站站號(hào)、站名，所屬行政管轄區(qū)名、站址單位名稱，站址所在地圖圖號(hào)、磁偏角、站址坐標(biāo)，基站站型、天線輻射方向、天線掛高，微波天線口徑、通信方位、天線掛高，近場障礙物高度及方位，供電情況等等。

如屬利舊(或租用)機(jī)房的基站，則還需包括已有機(jī)房大致情況，已建通信鐵塔（抱桿）的高度，已有微波設(shè)備使用頻率情況、已掛天線方位、高度，已建通信電源使用情況等內(nèi)容。

(2) 根據(jù)每一站址和斷面的現(xiàn)場勘測，確定站址可用度，可利用資源情況(機(jī)位、電源、電池、空調(diào)、走線架、鐵塔、桅桿等)；重新整理和修正每一接力段的斷面圖，并判斷該斷面圖是否符合電波傳播的要求。

(3) 確定各站的設(shè)備配置、排列方式，近期和遠(yuǎn)期工程設(shè)備安裝位置。

(4) 確定室外微波及基站天線的安裝位置、輻射方向及射頻饋線的路由走向。

(5) 繪制可用于指導(dǎo)安裝施工的圖紙，種類如下：

A. 總平面布置圖

(表明機(jī)房、鐵塔、變壓器終端桿、油罐、站內(nèi)道路、圍墻、大門等的平面布置及相對位置。平面圖還應(yīng)反映出該站的地形，畫出地形測量等高線，并標(biāo)明磁記、建北方位及夾角度數(shù))

B. 機(jī)房設(shè)備平面布置圖

(表明機(jī)房內(nèi)微波設(shè)備、基站設(shè)備和其他有關(guān)設(shè)備的排列與安裝位置，各部分尺寸、門窗、孔洞位置)

C. 機(jī)房走線架平面布置圖

(反映出機(jī)房內(nèi)走線架總體布局及其安裝位置)

D. 天線平面布置和鐵塔與機(jī)房相對位置示意圖

(表明微波及基站天線在鐵塔上安裝的平面位置及磁北通信方位、輻射方向，對于設(shè)在通信大樓內(nèi)的基站，要表明天線在樓平臺(tái)上或樓頂塔上的安裝平面位置。表示鐵塔與機(jī)房、設(shè)備及饋線孔洞之間的相對位置和距離。另外，圖上應(yīng)標(biāo)有磁北、建北方位和相互之間的夾角)

E. 饋線走向圖

(繪出從天線至機(jī)架間整個(gè)饋線系統(tǒng)在鐵塔上，塔身上、室外過橋、機(jī)房饋線孔洞上、室內(nèi)走線架上等的具體走向，包括饋線的安裝位置，標(biāo)明本站使用的饋線數(shù)量、長度)

4 編制勘察報(bào)告

勘察工作結(jié)束后，必須對每一基站及微波接入方案的勘察資料作全面整理。在充分聽取建設(shè)方意見和對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行充分論證后，編制勘察報(bào)告?？辈靾?bào)告應(yīng)包含如下內(nèi)容：

(1) 確定每一基站的最佳候選站址，最佳候選基站的最佳傳輸路由。

(2) 各基站的設(shè)備配置表；

(3) 各中繼段的微波路由參數(shù)計(jì)算表及地形剖面圖；

(4) 各站的總平面布置圖；

(5) 各站的機(jī)房設(shè)備平面布置圖；

(6) 各站的機(jī)房走線架平面布置圖；

(7) 各站的饋線走向圖；

(8) 其他勘察中發(fā)現(xiàn)的問題，諸如個(gè)別基站微波不能視通，個(gè)別基站建站條件十分困難，原方案所選站址已被其他單位占用等等情況。

5 結(jié)論

移動(dòng)通信工程微波傳輸基站勘察選址是一項(xiàng)細(xì)致復(fù)雜的工作，需要事先作好充分準(zhǔn)備，實(shí)地勘察時(shí)又需要有隨機(jī)應(yīng)變的能力。本文闡述的移動(dòng)通信工程微波傳輸基站勘察選址技術(shù)要點(diǎn)，主要來源于筆者在實(shí)際勘察設(shè)計(jì)中的工作經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)，已在各大運(yùn)營商移動(dòng)通信網(wǎng)建設(shè)工程中得到充分應(yīng)用，并被證明是有效可行的，在滿足工程建設(shè)需求的情況下，為建設(shè)單位節(jié)省了投資，有效地避免了重復(fù)、盲目建設(shè)現(xiàn)象，直接或間接地為建設(shè)單位帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益。另外，勘察選址為設(shè)備供貨商提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，對于合同的最終簽訂具有指導(dǎo)意義。