高 磊，張光偉

（1.江蘇省測(cè)繪工程院，江蘇 南京 210013）

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真平臺(tái)的三維數(shù)字地圖建設(shè)

高 磊1，張光偉1

（1.江蘇省測(cè)繪工程院，江蘇 南京 210013）

無線信號(hào)的傳播受地理環(huán)境的影響很大，三維數(shù)字地圖是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真平臺(tái)中必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)字地圖的格式和文件組織要求，利用ArcGIS平臺(tái)開發(fā)了專門的生產(chǎn)工具，完成了江蘇省1 500 km2城市核心區(qū)域地圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，并在使用中取得了良好效果。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)；規(guī)劃仿真；三維數(shù)字地圖

地理環(huán)境是影響無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的重要因素，隨著測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的深入結(jié)合與不斷發(fā)展，以4D產(chǎn)品（DOM、DEM、DRG、DLG）為代表的測(cè)繪與地理信息成果日益豐富，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛[1]。將準(zhǔn)確的傳播模型與不同精度的數(shù)字地圖進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，分析網(wǎng)絡(luò)中的基站覆蓋狀況，實(shí)現(xiàn)仿真事件的可視化管理，從而進(jìn)行系統(tǒng)基站的選址、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，

已成為當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的主流技術(shù)[2]。將傳統(tǒng)測(cè)繪和地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真平臺(tái)專用的數(shù)字地圖，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提。

1 三維數(shù)字地圖

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真平臺(tái)所用的數(shù)字地圖主要是專供無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、仿真使用的三維數(shù)字地圖，包括地形高程、地物覆蓋、線狀矢量、建筑物分布等對(duì)無線電波傳播有影響的地理信息要素，是傳播模型校正、干擾分析的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域、傳播模型及規(guī)劃的精度需求決定了數(shù)字地圖建設(shè)的精度[3]：農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)或交通干線周邊的精度要求一般為50～100 m，城市和郊區(qū)等建成區(qū)的精度要求一般為20 m，若是密度較高的微蜂窩基站選址則精度要求至少達(dá)到5 m。目前通信網(wǎng)絡(luò)仿真規(guī)劃工具的數(shù)字地圖通常采用愛立信公司（原馬可尼）的Planet格式，主要包含DEM（Height）、地面覆蓋模型（Clutter）、線狀地物模型（Vector）和建筑物分布模型（Building）。

2 地圖成果格式及組織

2.1 柵格數(shù)據(jù)成果

Planet格式數(shù)字地圖中，Height、Clutter和Building數(shù)據(jù)成果采用柵格結(jié)構(gòu)，其中Height數(shù)據(jù)描述網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)地形起伏和地表高程，由DEM產(chǎn)品轉(zhuǎn)換得到；Clutter數(shù)據(jù)描述網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)地表覆蓋狀況，如內(nèi)陸水域、濕地、綠地、林地、建筑群等，各地表類型以不同顏色和屬性明確區(qū)分，由DOM產(chǎn)品通過解譯分類獲取，或直接對(duì)土地利用/覆蓋DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行矢柵轉(zhuǎn)換得到；Building數(shù)據(jù)描述網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)建筑物輪廓和高度信息，可從DLG中提取建筑物形狀和高度屬性，或結(jié)合DSM和DEM獲取相關(guān)房屋的高度。

柵格數(shù)據(jù)成果由索引文件和二進(jìn)制柵格數(shù)據(jù)文件組成：索引文件是由ASCII碼組成的文本文件，用于描述該類數(shù)據(jù)的位置范圍信息，每一行描述一個(gè)數(shù)據(jù)文件，一行中多個(gè)描述信息以空格符加以分隔，見表 1；高度/地表覆蓋/建筑物數(shù)據(jù)文件以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)，每個(gè)柵格單元的數(shù)據(jù)代表了一塊方形區(qū)域的海拔高度/地表覆蓋類型/建筑物高度，由兩個(gè)字節(jié)組成，高位字節(jié)放在前面，所有柵格單元組成一個(gè)連續(xù)的數(shù)組，若有的單元在有效地圖范圍之外，則以-9999來表示并保存。此外，Height和Building成果都需包含projection文件，記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)使用的橢球體類型、投影類型、中央經(jīng)線、投影帶、南北及東西方向偏移量等坐標(biāo)參數(shù)，見表2；Clutter成果還需包含由ACSII碼組成的類別定義文件，包括二進(jìn)制文件中的數(shù)值和實(shí)際代表地物類別之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，每一行由一個(gè)代碼和一個(gè)類別描述組成，以空格符加以分隔。

表1 索引文件格式說明

表2 坐標(biāo)文件格式說明

2.2 矢量數(shù)據(jù)成果

Vector是Planet格式數(shù)字地圖中不可缺少的另一個(gè)主要圖層，描述了網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)線狀地理要素的地物分布，如河流、鐵路、主干道、次干道等，用不同顏色或?qū)傩詤^(qū)分，以弧段坐標(biāo)表示線狀地物平面位置。數(shù)據(jù)成果由索引文件、類別定義文件和矢量數(shù)據(jù)文件組成，索引文件和類別定義文件的格式和作用同柵格數(shù)據(jù)所述，不同的矢量要素用不同的文本文件來描述，格式采用Genamap19標(biāo)準(zhǔn)，每條記錄由記錄頭和坐標(biāo)串對(duì)組成，見表3。

表3 Genamap19標(biāo)準(zhǔn)格式說明

3 數(shù)字地圖建設(shè)實(shí)踐

某省級(jí)移動(dòng)通信公司需要江蘇省13個(gè)地市核心城區(qū)共計(jì)1 500 km2的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化用三維數(shù)字地圖，根據(jù)測(cè)繪部門現(xiàn)有的地理信息數(shù)據(jù)成果格式和ArcGIS軟件平臺(tái)，開發(fā)了一套基于Python語言的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工具[4]，能將img、tiff等常見柵格成果和shapefile、Geodatabase等常見矢量成果轉(zhuǎn)換為滿足通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃專用的數(shù)字地圖格式，數(shù)據(jù)的地理范圍、柵格單元屬性、矢量屬性和弧段坐標(biāo)提取等均由ArcGIS提供的Python站點(diǎn)包ArcPy實(shí)現(xiàn)[5]，主要功能核心代碼為：

1）地理數(shù)據(jù)的四至范圍。

Desc=arcpy.Describe(data) 'data為矢量要素類或柵格數(shù)據(jù)

Ext=Desc.extent '地理數(shù)據(jù)空間范圍

West=Ext.XMin

East=Ext.XMax

North=Ext.YMax

South=Ext.Ymin

2）柵格數(shù)據(jù)值提取并寫入二進(jìn)制文件。

bin=open(binfile,'wb') ' binfile為要寫入的二進(jìn)制文件

arr=arcpy.RasterToNumPyArray(rasterData) 'rasterData為單波段柵格數(shù)據(jù)（DEM、分類專題數(shù)據(jù)等）

r,c=arr.shape '柵格數(shù)據(jù)行列數(shù)

for i in range(0,r)：

for j in range(0,c)：

pixelValue=arr[i,j] '柵格單元值

b=struct.pack("!h",pixelValue) 'h為整型

bin.write(b) '寫入二進(jìn)制文件

對(duì)于二進(jìn)制數(shù)據(jù)中數(shù)值的存放，需另外引入struct模塊，利用pack方法將Python獲取的值根據(jù)格式符轉(zhuǎn)換為字節(jié)流，并寫入二進(jìn)制文件，其中格式符的第一個(gè)字符可改變字節(jié)存儲(chǔ)機(jī)制，此處應(yīng)使用“!”前綴，即為大端模式標(biāo)準(zhǔn)對(duì)齊方式，以滿足高位字節(jié)放前面的要求。

3）矢量數(shù)據(jù)弧段坐標(biāo)。

curs=arcpy.da.SearchCursor(vector,[“SHAPE@”]) '獲取矢量幾何數(shù)據(jù)集游標(biāo)

for cur in curs：

for part in cur[0]：

for pnt in part：

x=pnt.X '節(jié)點(diǎn)x坐標(biāo)

y=pnt.Y '節(jié)點(diǎn)y坐標(biāo)

經(jīng)過測(cè)試和使用，數(shù)字地圖建設(shè)成果在AirCom公司的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理工具Enterprise平臺(tái)上取得了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真的可視化管理和分析。

4 結(jié) 語

地勢(shì)的高低起伏，建筑物的高矮疏密，甚至不同的地表覆蓋類型，都會(huì)改變無線信號(hào)的傳播路徑，減弱信號(hào)的傳播強(qiáng)度[6]，因此在進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)時(shí)，均需使用一定精度的數(shù)字地圖作為參考。種類豐富、精度準(zhǔn)確的測(cè)繪和地理信息數(shù)字化產(chǎn)品為其提供了可靠的數(shù)據(jù)來源[7]。在分析專用數(shù)字地圖格式和成果組織的基礎(chǔ)上，本文利用ArcGIS平臺(tái)開發(fā)了數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和生產(chǎn)工具，生產(chǎn)了全省地級(jí)市核心城區(qū)1 500 km2的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃用三維數(shù)字地圖，有效協(xié)助了相關(guān)行業(yè)部門順利進(jìn)行業(yè)務(wù)開展和決策管理。

[1] 白穆,薛明.4D 產(chǎn)品在地理國(guó)(省)情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探討[J].地理空間信息,2014,12(5)：7-8

[2] 王玩龍,宋永勝,陳文雄.基于GIS的LTE網(wǎng)絡(luò)仿真數(shù)據(jù)視覺呈現(xiàn)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J].移動(dòng)通信,2014(21)：81-84

[3] 武巖松,金洪芳.移動(dòng)通信領(lǐng)域中數(shù)字化地圖產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息,2006(3)：107-109

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[5] Paul A.Zandbergen,李明巨等譯.面向ArcGIS的Pyhon腳本編程[M].北京：人民郵電出版社,2014

[6] 黨俊肖,武麗梅,馬金輝.基于GIS的移動(dòng)通信信號(hào)傳播預(yù)測(cè)及可視化仿真研究[J].無線通信技術(shù),2015,24(4)：1-6

[7] 陳玉華,胡新川,張生,等.3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)—傳播模型和數(shù)字地圖[A]//中國(guó)通信學(xué)會(huì)無線及移動(dòng)通信委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)通信協(xié)會(huì),2005：252-257

P208

B

1672-4623（2017）05-0110-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0053.4

高磊，工程師，從事測(cè)繪產(chǎn)品生產(chǎn)、開發(fā)工作。

2016-03-03。

項(xiàng)目來源：江蘇省測(cè)繪地理信息科研課題資助項(xiàng)目（JSCHKY201316）。