移动通信网络规划仿真平台的三维数字地图建设

收稿日期：2016-03-03。

项目来源：江苏省测绘地理信息科研课题资助项目（JSCHKY201316）。

移动通信网络规划仿真平台的三维数字地图建设高 磊1，张光伟1（1.江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013）摘 要：无线信号的传播受地理环境的影响很大，三维数字地图是移动通信网络规划仿真平台中必不可少的基础数据。

根据数字地图的格式和文件组织要求，利用ArcGIS 平台开发了专门的生产工具，完成了江苏省1 500 km 2城市核心区域地图数据的生产，并在使用中取得了良好效果。

关键词：移动通信网络；规划仿真；三维数字地图中图分类号：P208 文献标志码：B文章编号：1672-4623（2017）05-0110-02地理环境是影响无线网络信号的重要因素，随着测绘技术和计算机科学的深入结合与不断发展，以4D 产品（DOM、DEM、DRG、DLG）为代表的测绘与地理信息成果日益丰富，在国民经济各领域的应用也越来越广泛[1]。

将准确的传播模型与不同精度的数字地图进行有机结合，分析网络中的基站覆盖状况，实现仿真事件的可视化管理，从而进行系统基站的选址、网络优化，已成为当前移动通信网络规划的主流技术 [2]。

将传统测绘和地理信息数据转换成移动通信网络规划仿真平台专用的数字地图，是网络规划优化设计的基础和前提。

1 三维数字地图移动通信网络规划仿真平台所用的数字地图主要是专供无线通信网络规划、仿真使用的三维数字地图，包括地形高程、地物覆盖、线状矢量、建筑物分布等对无线电波传播有影响的地理信息要素，是传播模型校正、干扰分析的重要基础数据。

网络覆盖区域、传播模型及规划的精度需求决定了数字地图建设的精度 [3]：农村及偏远地区或交通干线周边的精度要求一般为50~100 m，城市和郊区等建成区的精度要求一般为20 m，若是密度较高的微蜂窝基站选址则精度要求至少达到5 m。

目前通信网络仿真规划工具的数字地图通常采用爱立信公司（原马可尼）的Planet 格式，主要包含DEM（Height）、地面覆盖模型（Clutter）、线状地物模型（Vector）和建筑物分布模型（Building）。

2 地图成果格式及组织2.1 栅格数据成果Planet 格式数字地图中，Height、Clutter 和Building 数据成果采用栅格结构，其中Height 数据描述网络覆盖区域内地形起伏和地表高程，由DEM 产品转换得到；Clutter 数据描述网络覆盖区域内地表覆盖状况，如内陆水域、湿地、绿地、林地、建筑群等，各地表类型以不同颜色和属性明确区分，由DOM 产品通过解译分类获取，或直接对土地利用/覆盖DLG 数据进行矢栅转换得到；Building 数据描述网络覆盖区域内建筑物轮廓和高度信息，可从DLG 中提取建筑物形状和高度属性，或结合DSM 和DEM 获取相关房屋的高度。

栅格数据成果由索引文件和二进制栅格数据文件组成：索引文件是由ASCII 码组成的文本文件，用于描述该类数据的位置范围信息，每一行描述一个数据文件，一行中多个描述信息以空格符加以分隔，见表 1；高度/地表覆盖/建筑物数据文件以二进制格式存储，每个栅格单元的数据代表了一块方形区域的海拔高度/地表覆盖类型/建筑物高度，由两个字节组成，高位字节放在前面，所有栅格单元组成一个连续的数组，若有的单元在有效地图范围之外，则以-9999来表示并保存。

此外，Height 和Building 成果都需包含projection 文件，记录当前数据使用的椭球体类型、投影类型、中央经线、投影带、南北及东西方向偏移量等坐标参数，见表2；Clutter 成果还需包含由ACSII 码组成的类别定义文件，包括二进制文件中的数值和实际代表地物类别之间的对应关系，每一行由一个代码和一个类别描述组成，以空格符加以分隔。

表1 索引文件格式说明字段名称描述内容File Name 二进制文件名Eastmin 数据范围东西方向最小值Eastmax 数据范围东西方向最大值Northmin 数据范围南北方向最小值Northmax 数据范围南北方向最大值Square Size栅格单元大小·111·第15卷第5期表2 坐标文件格式说明行号描述内容1地理坐标系，如WGS842投影带号3投影坐标系，如UTM4比例因子、中央经线、东偏移、北偏移2.2 矢量数据成果Vector是Planet格式数字地图中不可缺少的另一个主要图层，描述了网络覆盖区域内线状地理要素的地物分布，如河流、铁路、主干道、次干道等，用不同颜色或属性区分，以弧段坐标表示线状地物平面位置。

数据成果由索引文件、类别定义文件和矢量数据文件组成，索引文件和类别定义文件的格式和作用同栅格数据所述，不同的矢量要素用不同的文本文件来描述，格式采用Genamap19标准，每条记录由记录头和坐标串对组成，见表3。

表3 Genamap19标准格式说明字段位置说明11~5记录号26~15空白316~4732字符描述信息448~50空白551~55记录个数3 数字地图建设实践某省级移动通信公司需要江苏省13个地市核心城区共计1 500 km2的网络规划优化用三维数字地图，根据测绘部门现有的地理信息数据成果格式和ArcGIS软件平台，开发了一套基于Python语言的数据格式转换工具[4]，能将img、tiff等常见栅格成果和shapefile、Geodatabase等常见矢量成果转换为满足通信网络规划专用的数字地图格式，数据的地理范围、栅格单元属性、矢量属性和弧段坐标提取等均由ArcGIS提供的Python 站点包ArcPy实现[5]，主要功能核心代码为：1）地理数据的四至范围。

Desc=arcpy.Describe(data) 'data为矢量要素类或栅格数据Ext=Desc.extent '地理数据空间范围West=Ext.XMinEast=Ext.XMaxNorth=Ext.YMaxSouth=Ext.Ymin2）栅格数据值提取并写入二进制文件。

bin=open(binfile,'wb') ' binfile为要写入的二进制文件arr=arcpy.RasterToNumPyArray(rasterData) 'rasterData为单波段栅格数据（DEM、分类专题数据等）r,c=arr.shape '栅格数据行列数for i in range(0,r):for j in range(0,c):pixelValue=arr[i,j] '栅格单元值b=struct.pack("!h",pixelValue) 'h为整型bin.write(b) '写入二进制文件对于二进制数据中数值的存放，需另外引入struct 模块，利用pack方法将Python获取的值根据格式符转换为字节流，并写入二进制文件，其中格式符的第一个字符可改变字节存储机制，此处应使用“!”前缀，即为大端模式标准对齐方式，以满足高位字节放前面的要求。

3）矢量数据弧段坐标。

curs=arcpy.da.SearchCursor(vector,[“SHAPE@”]) '获取矢量几何数据集游标for cur in curs:for part in cur[0]:for pnt in part:x=pnt.X '节点x坐标y=pnt.Y '节点y坐标经过测试和使用，数字地图建设成果在AirCom公司的网络规划管理工具Enterprise平台上取得了良好的效果，实现了网络规划仿真的可视化管理和分析。

4 结 语地势的高低起伏，建筑物的高矮疏密，甚至不同的地表覆盖类型，都会改变无线信号的传播路径，减弱信号的传播强度[6]，因此在进行通信网络规划和场强预测时，均需使用一定精度的数字地图作为参考。

种类丰富、精度准确的测绘和地理信息数字化产品为其提供了可靠的数据来源[7]。

在分析专用数字地图格式和成果组织的基础上，本文利用ArcGIS平台开发了数据格式转换和生产工具，生产了全省地级市核心城区1 500 km2的移动网络规划用三维数字地图，有效协助了相关行业部门顺利进行业务开展和决策管理。

参考文献[1] 白穆,薛明.4D 产品在地理国(省)情监测中的应用探讨[J].地理空间信息,2014,12(5):7-8[2] 王玩龙,宋永胜,陈文雄.基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现技术研究与实现[J].移动通信,2014(21):81-84[3] 武岩松,金洪芳.移动通信领域中数字化地图产品的开发和应用[J].测绘与空间地理信息,2006(3):107-109[4] 焦洋,邓鑫,李胜才.基于Python的ArcGIS空间数据格式批处理转换工具开发[J].现代测绘,2012,35(3):54-55[5] Paul A.Zandbergen,李明巨等译.面向ArcGIS的Pyhon脚本编程[M].北京:人民邮电出版社,2014[6] 党俊肖,武丽梅,马金辉.基于GIS的移动通信信号传播预测及可视化仿真研究[J].无线通信技术,2015,24(4):1-6 [7] 陈玉华,胡新川,张生,等.3G网络规划准确度的基础—传播模型和数字地图[A]//中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C].北京:中国通信协会,2005:252-257第一作者简介：高磊，工程师，从事测绘产品生产、开发工作。

高 磊等：移动通信网络规划仿真平台的三维数字地图建设。