移動通信網絡規劃仿真平臺的三維數字地圖建設

高 磊，張光偉

（1.江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013）

移動通信網絡規劃仿真平臺的三維數字地圖建設

高 磊1，張光偉1

（1.江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013）

無線信號的傳播受地理環境的影響很大，三維數字地圖是移動通信網絡規劃仿真平臺中必不可少的基礎數據。根據數字地圖的格式和文件組織要求，利用ArcGIS平臺開發了專門的生產工具，完成了江蘇省1 500 km2城市核心區域地圖數據的生產，并在使用中取得了良好效果。

移動通信網絡；規劃仿真；三維數字地圖

地理環境是影響無線網絡信號的重要因素，隨著測繪技術和計算機科學的深入結合與不斷發展，以4D產品（DOM、DEM、DRG、DLG）為代表的測繪與地理信息成果日益豐富，在國民經濟各領域的應用也越來越廣泛[1]。將準確的傳播模型與不同精度的數字地圖進行有機結合，分析網絡中的基站覆蓋狀況，實現仿真事件的可視化管理，從而進行系統基站的選址、網絡優化，

已成為當前移動通信網絡規劃的主流技術[2]。將傳統測繪和地理信息數據轉換成移動通信網絡規劃仿真平臺專用的數字地圖，是網絡規劃優化設計的基礎和前提。

1 三維數字地圖

移動通信網絡規劃仿真平臺所用的數字地圖主要是專供無線通信網絡規劃、仿真使用的三維數字地圖，包括地形高程、地物覆蓋、線狀矢量、建筑物分布等對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數據。網絡覆蓋區域、傳播模型及規劃的精度需求決定了數字地圖建設的精度[3]：農村及偏遠地區或交通干線周邊的精度要求一般為50～100 m，城市和郊區等建成區的精度要求一般為20 m，若是密度較高的微蜂窩基站選址則精度要求至少達到5 m。目前通信網絡仿真規劃工具的數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 柵格數據成果

Planet格式數字地圖中，Height、Clutter和Building數據成果采用柵格結構，其中Height數據描述網絡覆蓋區域內地形起伏和地表高程，由DEM產品轉換得到；Clutter數據描述網絡覆蓋區域內地表覆蓋狀況，如內陸水域、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分，由DOM產品通過解譯分類獲取，或直接對土地利用/覆蓋DLG數據進行矢柵轉換得到；Building數據描述網絡覆蓋區域內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，或結合DSM和DEM獲取相關房屋的高度。

柵格數據成果由索引文件和二進制柵格數據文件組成：索引文件是由ASCII碼組成的文本文件，用于描述該類數據的位置范圍信息，每一行描述一個數據文件，一行中多個描述信息以空格符加以分隔，見表 1；高度/地表覆蓋/建筑物數據文件以二進制格式存儲，每個柵格單元的數據代表了一塊方形區域的海拔高度/地表覆蓋類型/建筑物高度，由兩個字節組成，高位字節放在前面，所有柵格單元組成一個連續的數組，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，記錄當前數據使用的橢球體類型、投影類型、中央經線、投影帶、南北及東西方向偏移量等坐標參數，見表2；Clutter成果還需包含由ACSII碼組成的類別定義文件，包括二進制文件中的數值和實際代表地物類別之間的對應關系，每一行由一個代碼和一個類別描述組成，以空格符加以分隔。

表1 索引文件格式說明

表2 坐標文件格式說明

2.2 矢量數據成果

Vector是Planet格式數字地圖中不可缺少的另一個主要圖層，描述了網絡覆蓋區域內線狀地理要素的地物分布，如河流、鐵路、主干道、次干道等，用不同顏色或屬性區分，以弧段坐標表示線狀地物平面位置。數據成果由索引文件、類別定義文件和矢量數據文件組成，索引文件和類別定義文件的格式和作用同柵格數據所述，不同的矢量要素用不同的文本文件來描述，格式采用Genamap19標準，每條記錄由記錄頭和坐標串對組成，見表3。

表3 Genamap19標準格式說明

3 數字地圖建設實踐

某省級移動通信公司需要江蘇省13個地市核心城區共計1 500 km2的網絡規劃優化用三維數字地圖，根據測繪部門現有的地理信息數據成果格式和ArcGIS軟件平臺，開發了一套基于Python語言的數據格式轉換工具[4]，能將img、tiff等常見柵格成果和shapefile、Geodatabase等常見矢量成果轉換為滿足通信網絡規劃專用的數字地圖格式，數據的地理范圍、柵格單元屬性、矢量屬性和弧段坐標提取等均由ArcGIS提供的Python站點包ArcPy實現[5]，主要功能核心代碼為：

1）地理數據的四至范圍。

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

Ext=Desc.extent '地理數據空間范圍

West=Ext.XMin

East=Ext.XMax

North=Ext.YMax

South=Ext.Ymin

2）柵格數據值提取并寫入二進制文件。

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

arr=arcpy.RasterToNumPyArray(rasterData) 'rasterData為單波段柵格數據（DEM、分類專題數據等）

r,c=arr.shape '柵格數據行列數

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) '寫入二進制文件

對于二進制數據中數值的存放，需另外引入struct模塊，利用pack方法將Python獲取的值根據格式符轉換為字節流，并寫入二進制文件，其中格式符的第一個字符可改變字節存儲機制，此處應使用“!”前綴，即為大端模式標準對齊方式，以滿足高位字節放前面的要求。

3）矢量數據弧段坐標。

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

for cur in curs：

for part in cur[0]：

for pnt in part：

x=pnt.X '節點x坐標

y=pnt.Y '節點y坐標

經過測試和使用，數字地圖建設成果在AirCom公司的網絡規劃管理工具Enterprise平臺上取得了良好的效果，實現了網絡規劃仿真的可視化管理和分析。

4 結 語

地勢的高低起伏，建筑物的高矮疏密，甚至不同的地表覆蓋類型，都會改變無線信號的傳播路徑，減弱信號的傳播強度[6]，因此在進行通信網絡規劃和場強預測時，均需使用一定精度的數字地圖作為參考。種類豐富、精度準確的測繪和地理信息數字化產品為其提供了可靠的數據來源[7]。在分析專用數字地圖格式和成果組織的基礎上，本文利用ArcGIS平臺開發了數據格式轉換和生產工具，生產了全省地級市核心城區1 500 km2的移動網絡規劃用三維數字地圖，有效協助了相關行業部門順利進行業務開展和決策管理。

[1] 白穆,薛明.4D 產品在地理國(省)情監測中的應用探討[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網絡仿真數據視覺呈現技術研究與實現[J].移動通信,2014(21)：81-84

[3] 武巖松,金洪芳.移動通信領域中數字化地圖產品的開發和應用[J].測繪與空間地理信息,2006(3)：107-109

[4] 焦洋,鄧鑫,李勝才.基于Python的ArcGIS空間數據格式批處理轉換工具開發[J].現代測繪,2012,35(3)：54-55

[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的移動通信信號傳播預測及可視化仿真研究[J].無線通信技術,2015,24(4)：1-6

[7] 陳玉華,胡新川,張生,等.3G網絡規劃準確度的基礎—傳播模型和數字地圖[A]//中國通信學會無線及移動通信委員會學術年會論文集[C].北京：中國通信協會,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，從事測繪產品生產、開發工作。

2016-03-03。

項目來源：江蘇省測繪地理信息科研課題資助項目（JSCHKY201316）。