摘要：本文以共享經(jīng)濟為思路，介紹了輸電桿塔和通訊桿塔共享的主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)，主要包括共享桿塔基站選址策略研究，無線組網(wǎng)通信技術(shù)在共享桿塔中的技術(shù)經(jīng)濟特性分析和無線組網(wǎng)通信技術(shù)在共享桿塔中的安全性評估，為輸電桿塔與通訊桿塔共享，提高資本利用效率提供了參考

關(guān)鍵詞：輸電桿塔;通訊桿塔;共享;選址;技術(shù)經(jīng)濟特性

0 引言

共享鐵塔即在電力鐵塔上加裝通信設(shè)備，尤其是高電壓等級輸電塔上安裝通訊基站，將光纜、通信基站、移動天線等通信設(shè)施附屬在輸電線路本體上，通過對電網(wǎng)通道資源的這種復合使用，使電網(wǎng)通道成為提供通信服務(wù)的走廊。共用電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)鐵塔資源作為通信網(wǎng)絡(luò)的公共資源，使得電力通道資源獲得再利用和綜合利用，形成技術(shù)資源、物資資源、時空資源等資源整合與共享[1-2]。共享鐵塔可以有效避免電力企業(yè)資源浪費，對社會公共資源而言，“一塔多用”能極大節(jié)約土地資源，避免重復建設(shè)與投資，實現(xiàn)國家基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢互補和資源共享，提高國有資產(chǎn)利用效率。

鐵塔資源共享前，我國通信行業(yè)重復建設(shè)現(xiàn)象十分嚴重，雙塔并立、三塔林立隨處可見。結(jié)合“網(wǎng)絡(luò)強國”、“寬帶中國”的國家戰(zhàn)略背景，三大運營商從各自為戰(zhàn)、重復建設(shè)到鐵塔公司統(tǒng)一建設(shè)基站，再到電網(wǎng)企業(yè)和鐵塔公司深度合作，每一次蛻變，無一不是在踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，無一不是在貫徹落實“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念。鐵塔共享承建的公網(wǎng)覆蓋工程實現(xiàn)了三家運營商共享鐵塔、機房、電力引入、泄露電纜等資源，極大地減少重復建設(shè)與資源浪費，顯著提高了資源使用效益，降低了公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的社會總成本，促進了移動網(wǎng)絡(luò)快速規(guī)模發(fā)展，使行業(yè)受益、國家受益、人民受益。

1桿塔共享技術(shù)的研究內(nèi)容

圍繞桿塔共享技術(shù)及通訊業(yè)務(wù)建設(shè)需求，針對桿塔共享的通信基站選址問題、共享桿塔技術(shù)的經(jīng)濟性分析以及共享桿塔的安全性評估展開相關(guān)研究。本文研究基于共享桿塔的通信基站選址性問題，綜合考慮區(qū)域人口分布、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、電力桿塔共享率、基站建設(shè)環(huán)境等多種因素，基于智能優(yōu)化算法給出共享桿塔基站選址最優(yōu)策略[3]。以電力桿塔基站選址策略為基礎(chǔ)，本文主要分析共享桿塔的經(jīng)濟特性，基于經(jīng)濟學的統(tǒng)計規(guī)律及最佳收益問題的優(yōu)化算法，建立共享桿塔收益數(shù)學模型求解最優(yōu)配置結(jié)果，并給出經(jīng)濟性評估指標，這是電力桿塔共享技術(shù)順利推廣的應(yīng)用前提。安全性分析為上述內(nèi)容的順利展開提供了安全保障，在實現(xiàn)電力桿塔資源利用率、經(jīng)濟效益最大化的基礎(chǔ)上，保證電力桿塔及輸電線路的安全穩(wěn)定運行，由ANASYS對電力桿塔進行受力分析，基于模糊專家經(jīng)驗系統(tǒng)綜合評估桿塔共享的安全性。技術(shù)經(jīng)濟型評估作為共享桿塔的關(guān)鍵落腳點，是共享桿塔推廣應(yīng)用的核心體現(xiàn)，共享桿塔安全性評估也能夠作為電網(wǎng)與通訊企業(yè)共建共享過程中安全風險管理的重要內(nèi)容[4]。

2 輸電桿塔與通訊桿塔共享關(guān)鍵技術(shù)

2.1 共享桿塔基站選址最優(yōu)策略研究

確立基站選址基本原則及一般要求是最優(yōu)規(guī)劃選址的前提條件，而分析影響選址的相關(guān)因素是基于共享桿塔部署通訊基站的技術(shù)關(guān)鍵。以網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、桿塔共享率為目標函數(shù)并考慮多種約束條件建立共享桿塔基站選址模型，是制定共享桿塔基站選址最優(yōu)策略的核心，為評估共享桿塔基站建設(shè)的經(jīng)濟效益與安全分析提供基礎(chǔ)支撐。

（1）共享桿塔基站選址影響因素特性研究

首先，研究并建立共享桿塔基站選址的基本原則及一般要求，分析不同相關(guān)因素對站址選擇策略的影響，如通訊業(yè)務(wù)需求、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、電力桿塔利用率、建設(shè)成本、基站數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)容量等。其次，研究關(guān)聯(lián)規(guī)則分類算法原理，挖掘相關(guān)影響因素與基站選址間的關(guān)聯(lián)規(guī)則;基于與選址結(jié)果具有強關(guān)聯(lián)的影響因素，確定基站選址模型需要考慮的目標函數(shù)、約束條件及可控變量等。最后，研究電力桿塔資源共享率、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、區(qū)域系統(tǒng)容量等指標的定義或函數(shù)表征;

（2）共享桿塔基站選址問題建模研究

首先，研究并分析試點區(qū)域電力桿塔分布及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況，包括塔型、站高、市電引入、無線傳播環(huán)境等;研究模擬退火算法相關(guān)原理，據(jù)此求解實現(xiàn)電力桿塔最大共享的基站范圍規(guī)劃。其次，研究建立以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、桿塔共享率為目標函數(shù)，以鏈路質(zhì)量、業(yè)務(wù)需求、地理環(huán)境為約束條件，以基站數(shù)量、建設(shè)成本為可控變量的共享桿塔基站選址模型。最后，研究混合免疫算法求解多目標優(yōu)化問題的一般流程[5];研究基于混合免疫算法的共享桿塔基站選址策略，在保證充分利用共享電力桿塔資源的條件下，獲得更高的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，提升通訊業(yè)務(wù)質(zhì)量。

2.2 無線組網(wǎng)通信技術(shù)在共享桿塔中的技術(shù)經(jīng)濟特性分析

本節(jié)是以2.1節(jié)確定的基站選址最優(yōu)策略為基礎(chǔ)，附加考慮電力桿塔分布、區(qū)域人口分布、基站帶寬限制、基站建設(shè)成本等其它因素，確定面向電力企業(yè)和通信運營商的共享桿塔建設(shè)經(jīng)濟評價指標，具體分析過程以建立經(jīng)濟效益模型為依托，以區(qū)域通信收益最大為目標函數(shù)，做共享桿塔的經(jīng)濟性分析。技術(shù)經(jīng)濟特性分析結(jié)果是共享桿塔建設(shè)推廣的重要參考指標。

（1）基于無線組網(wǎng)通信的共享桿塔成本分析及模型建立

首先，調(diào)研分析電力桿塔與通信桿塔的實際建設(shè)分布情況，包括規(guī)劃區(qū)域的人口密度、桿塔間距、通信覆蓋范圍、周圍環(huán)境等，研究共享桿塔建設(shè)成本、通信基站建設(shè)成本、運維成本、業(yè)務(wù)收益的函數(shù)表征，確定無線組網(wǎng)通信基站架設(shè)于電力桿塔后所產(chǎn)生的具體收益函數(shù)。其次，通過上述成本分析，建立共享桿塔經(jīng)濟效益函數(shù)、通信單位以及電力單位建設(shè)共享桿塔的經(jīng)濟收益函數(shù)。最后，確定收益函數(shù)的約束條件，在滿足區(qū)域負荷的通信帶寬需求下，實現(xiàn)區(qū)域基站覆蓋范圍最大化，同時考慮以電力桿塔作為搭載基站為前提條件，以規(guī)劃區(qū)域內(nèi)電力桿塔安裝基站的容量為可控變量，建立最優(yōu)化的數(shù)學優(yōu)化模型。

（2）基于和聲搜索算法的經(jīng)濟效益模型求解

首先，選用和聲搜索算法實現(xiàn)對共享桿塔經(jīng)濟效益評估模型的求解，由隨機生成的優(yōu)化組合模型建立優(yōu)化模型的記憶庫。通過分類迭代取值的方法對比當前優(yōu)化組合模型與和聲庫中的組合模型，替換和聲庫中適應(yīng)度最差的組合解[6]。其次，通過循環(huán)迭代逐次更新記憶庫中的組合模型，直至與記憶庫中的組合模型收斂一致，獲得最優(yōu)解，對此迭代結(jié)果進行驗證，確定通信基站的最優(yōu)配置方案。最后，依照此方案對共享桿塔經(jīng)濟性進行綜合評估。

2.3無線組網(wǎng)通信技術(shù)在共享桿塔中的安全性評估

2.1節(jié)和2.2節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)都要以共享桿塔的安全性評估為前提條件，共享桿塔的建設(shè)環(huán)境、人口密度、電磁輻射、電磁干擾等干擾因素都是安全性評估的重點內(nèi)容，這些信息是影響共享桿塔安全運行的關(guān)鍵因素。

（1）部署通信基站的共享桿塔受力分析

首先，通過ANASYS軟件建立66kV電力桿塔靜力學分析模型，編輯材料屬性設(shè)計桿塔架構(gòu)。其次，由于桿塔結(jié)構(gòu)劃分為線性靜力受力分析的前置條件，研究對桿塔結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分，分析基站通信設(shè)備部署于桿塔后，鋼塔的應(yīng)力變化范圍及桿塔承受重力范圍。最后，基于ANASYS分析結(jié)果，確定桿塔承受基站通信設(shè)備的重力范圍及共享桿塔安全性評價指標。

（2）共享桿塔安全性綜合評估體系建立

首先，針對共享桿塔安全運行的影響因素復雜問題，提出運用專家系統(tǒng)的方法，分析影響共享桿塔安全性的多種相關(guān)因素及其影響程度，對各個影響因素分類評價，構(gòu)建專家經(jīng)驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參考集。其次，將外界環(huán)境、電磁干擾、附加設(shè)備等因素的影響合理地進行模糊化，形成對應(yīng)的風險評估數(shù)據(jù)集，在數(shù)據(jù)集中，每個共享桿塔安全運行指標都有與之相對應(yīng)的共享桿塔風險評估結(jié)果標簽;在共享桿塔風險評估數(shù)據(jù)集的支持下，利用智能方法分析數(shù)據(jù)集中信息，研究影響共享桿塔安全運行的相關(guān)指標的模糊隸屬度函數(shù)。最后，綜合以上述兩個步驟研究結(jié)果，結(jié)合共享桿塔風險評估體系模糊隸屬度函數(shù)和相關(guān)指標影響程度模糊集，形成共享桿塔風險評估體系模糊推理系統(tǒng)，提出用共享桿塔風險評估體系模糊推理系統(tǒng)替代傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中推理系統(tǒng)方法，構(gòu)建基于模糊專家系統(tǒng)的共享桿塔風險評估體系。

3 總結(jié)

為實現(xiàn)電力桿塔的最大共享，合理的基站選址、有效的經(jīng)濟性與安全性評估就顯得尤為重要，已成為共享電力桿塔建設(shè)中重點關(guān)注的問題。本文提出選取高效合適的智能優(yōu)化算法求解基于共享桿塔的基站選址問題，通過挖掘地理環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、業(yè)務(wù)需求、人口密度等多種因素與站址選擇間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，確定通訊基站選址模型的優(yōu)化目標、約束條件等，最終制定共享桿塔基站選址的最優(yōu)策略，為共享桿塔的經(jīng)濟性與安全性分析提供支撐。基于以上研究，分析電力桿塔搭載通信基站產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，建立合適的評估模型，選用智能算法確定效益最大化的基站分布。最后研究共享桿塔的對通信基站的承載受力分析，考慮影響共享桿塔安全運行的多種因素，建立基于模糊專家系統(tǒng)的共享桿塔風險評估體系，實現(xiàn)對共享鐵塔的安全風險的綜合有效評估。

參考文獻：

[1]Dongsheng Yang，Yongheng Pang，Bowen Zhou，and Kang Li.Fault Diagnosis for Energy Internet Using Correlation Processing-Based Convolutional Neural Networks[J].IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics：Systems，2019，49 （8）：1739-1748.

[2]楊東升，王道浩，周博文，陳麒宇，楊之樂，胥國毅，崔明建.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用前景[J].發(fā)電技術(shù)，2019，40 （2）：107-114.

[3]章杰鑫，鄭羽潔.3G基站選址的智能優(yōu)化實現(xiàn)[J].計算機工程與應(yīng)用，2009，45 （35）：230-232+235.

[4]丁力群.淺談綜合自動化變電站二次設(shè)備的防雷保護[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012 （19）：110.

[5]施加寶，楊鐵牛，蔡鵬，張濤.移動通信基站建設(shè)策略探討[J].中國新通信，2014，16 （17）：57-58.

[6]郝雅雄.基于趨向變化的和聲搜索算法及其在電力負荷分配中的應(yīng)用研究[D].蘭州大學，2015.

作者簡介：楊波（1976.2-）男，漢族，遼寧沈陽人，工程師，主要從事新能源、物聯(lián)網(wǎng)、電氣控制和電力通信等領(lǐng)域研究工作。