本發(fā)明涉及信號模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于泰森多邊形的手機基站信號覆蓋范圍模擬方法。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，當今社會已進入大數(shù)據(jù)時代；在當今社會中常利用手機數(shù)據(jù)對人們的居住地進行精確模擬，其所得的數(shù)據(jù)有利于研究人員對各種社會情況進行深入了解；而基于手機數(shù)據(jù)的居住地精確模擬方法中，以手機基站的信號覆蓋范圍來模擬基站識別的居住人數(shù)的居住范圍是目前常用的方法。手機基站的信號覆蓋范圍的確定，可以通過專業(yè)軟件如凱瑟琳公司的KATHREIN、FORSK公司的ATOLL AIRCOM、華為的NASTAR等計算得出，或者使用泰森多邊形來模擬。這兩種方法都有各自的優(yōu)缺點：通過專業(yè)計算軟件能夠較為準確的計算出各基站的覆蓋范圍，但是專業(yè)軟件的操作，要在軟件中輸入較多的參數(shù)，如天線高度、信號發(fā)射功率、方位角、下傾角等，對通信行業(yè)有較多的背景知識要求，故一般需要由專業(yè)人士進行。相對于較為復(fù)雜的軟件操作，另一種方法是使用泰森多邊形來模擬基站的信號覆蓋范圍。泰森多邊形由于其自身的幾何特點：每個泰森多邊形內(nèi)僅含有一個離散點數(shù)據(jù)；泰森多邊形內(nèi)的點到相應(yīng)離散點的距離最近；位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊的離散點的距離相等。基于以上特點，其能夠在一定程度上表達手機基站信號在空間范圍上的覆蓋程度。因此，也常被用來模擬手機基站的信號覆蓋范圍。其優(yōu)點是，操作較為簡單，只需要以手機基站的位置為輸入?yún)?shù)，就可以獲得手機基站信號的覆蓋范圍；而其缺點是，由于泰森多邊形只考慮了基站位置的幾何屬性，而沒有考慮基站覆蓋范圍在實際使用當中的影響因素，如人口密度等，故其模擬精度不如專業(yè)軟件的模擬結(jié)果高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種基于泰森多邊形的手機基站信號覆蓋范圍模擬方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明是一種基于泰森多邊形的手機基站信號覆蓋范圍模擬方法，包括：

選定待研究區(qū)域，并獲取與其相對應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)，同時獲取待研究區(qū)域內(nèi)的所有基站的信息，并按預(yù)定順序為所有基站進行編號；

按預(yù)定的間隔生成多個散點，每個散點均對應(yīng)有預(yù)定的空間區(qū)域，使所有散點所對應(yīng)的空間區(qū)域完整覆蓋在該地圖數(shù)據(jù)上；

將每個散點所對應(yīng)的空間區(qū)域與所述地圖數(shù)據(jù)進行對照，若散點所對應(yīng)的空間區(qū)域與地圖數(shù)據(jù)中的可居住建筑物相交，則獲取該可居住建筑物與該空間區(qū)域相交的面積，并將其記錄為該散點的可居住面積；

遍歷每一個散點，計算每一個散點到地圖數(shù)據(jù)上所有基站的直線距離，找出所有基站中距離該散點最近的基站，作為該散點的歸屬基站；

獲取該歸屬基站所對應(yīng)的所有散點的數(shù)量，并統(tǒng)計每一個歸屬基站所對應(yīng)的可居住面積；

將每個歸屬基站所對應(yīng)的可居住面積與該基站所識別到的居住人口相除，得到該歸屬基站覆蓋范圍內(nèi)人均居住面積；

將每個基站的人均居住面積與預(yù)設(shè)面積范圍進行判斷，若該基站的人均居住面積不在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則為該基站賦予第一權(quán)值，否則為該基站賦予第二權(quán)值；并每個基站所對應(yīng)的權(quán)值進行記錄；

結(jié)合每個散點到每個基站的直線距離以及每個基站的權(quán)值，得到每個散點到每個基站的加權(quán)距離，找出所有基站中距離該散點最近的基站，作為該散點新的歸屬基站；

再次統(tǒng)計與判斷該歸屬基站覆蓋范圍內(nèi)人均居住面積，并再次將該人均居住面積與預(yù)設(shè)面積范圍進行判斷，若所有基站的人均居住面積都在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則獲取所有散點以及其歸屬基站的矢量數(shù)據(jù)信息；

將該矢量數(shù)據(jù)信息以其歸屬基站編號為依據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)，進而重新轉(zhuǎn)換為矢量面要素，從而形成最終修正后的基站覆蓋范圍。

進一步，所述再次將該人均居住面積與預(yù)設(shè)面積范圍進行判斷還包括：

若仍有基站的人均居住面積不在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則對該基站的權(quán)值進行累乘，在權(quán)值累乘完成后再次結(jié)合散點到每個基站的直線距離以及每個基站的權(quán)值。

進一步，所述對該基站的權(quán)值進行累乘之前包括：

保存當前的判斷結(jié)果，并判斷當前的判斷結(jié)果是否與上次的判斷結(jié)果相一致，若相一致，則獲取所有散點以及其歸屬基站的矢量數(shù)據(jù)信息；若不相一致，則對該基站的權(quán)值進行累乘。

進一步，所述將每個基站的人均居住面積與預(yù)設(shè)面積范圍進行判斷還包括：

若該基站的人均居住面積不在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則為該基站賦予第一權(quán)值，若該基站的人均居住面積為零，則為該基站賦予第二權(quán)值，若該基站的人均居住面積在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則為該基站賦予第二權(quán)值。

進一步，所述第二權(quán)值為1，且第一權(quán)值大于第二權(quán)值。

進一步，所述結(jié)合每個散點到每個基站的直線距離以及每個基站的權(quán)值，得到每個散點到每個基站的加權(quán)距離包括：

將每個散點到每個基站的直線距離除以每個基站的權(quán)值，得到每個散點到每個基站的加權(quán)距離。

本發(fā)明基于手機數(shù)據(jù)識別的居住人口的人均居住面積為權(quán)值，來修正泰森多邊形覆蓋范圍的大小，使其模擬結(jié)果與基站的實際覆蓋范圍更加貼近，其無需在專業(yè)人士提供基站覆蓋范圍的情況下，也能獲得精確度較高的基站覆蓋范圍數(shù)據(jù)，適合進行推廣。

附圖說明

為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實施例及附圖作詳細描述。

圖1為本發(fā)明中一個實施例的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，本發(fā)明是一種基于泰森多邊形的手機基站信號覆蓋范圍模擬方法，包括：

101.獲取地圖數(shù)據(jù)與基站信息

選定待研究區(qū)域，并獲取與其相對應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)，同時獲取待研究區(qū)域內(nèi)的所有基站的信息，并按預(yù)定順序為所有基站進行編號；

102.在地圖上均勻生成散點

按預(yù)定的間隔約5米或10米，生成多個散點，每個散點均對應(yīng)有預(yù)定的空間區(qū)域，使所有散點所對應(yīng)的空間區(qū)域完整覆蓋在該地圖數(shù)據(jù)上；通過每一個散點，來代表一定空間范圍的區(qū)域，以此覆蓋整個研究范圍。

103.獲取每個散點的可居住面積

將每個散點所對應(yīng)的空間區(qū)域與所述地圖數(shù)據(jù)進行對照，若散點所對應(yīng)的空間區(qū)域與地圖數(shù)據(jù)中的可居住建筑物相交，則獲取該可居住建筑物與該空間區(qū)域相交的面積，并將其記錄為該散點的可居住面積；分析散點與地圖數(shù)據(jù)內(nèi)可居住建筑物的空間關(guān)系：若散點與可居住建筑物相交，則該散點代表的區(qū)域為一定面積的可居住區(qū)域，反之，則該散點表示非居住區(qū)域。

104.找到每個散點的歸屬基站

遍歷每一個散點，計算每一個散點到地圖數(shù)據(jù)上所有基站的直線距離，找出所有基站中距離該散點最近的基站，作為該散點的歸屬基站；故每個歸屬基站都對應(yīng)有多個散點；

105.計算每個歸屬基站的可居住面積

獲取該歸屬基站所對應(yīng)的所有散點的數(shù)量，并統(tǒng)計每一個歸屬基站所對應(yīng)的可居住面積；

106.得到每個歸屬基站的人均居住面積

將每個歸屬基站所對應(yīng)的可居住面積與該基站所識別到的居住人口相除，得到該歸屬基站覆蓋范圍內(nèi)人均居住面積；由于每個散點中其各自所擁有的可居住面積均已知，故對每個歸屬基站所對應(yīng)的散點進行統(tǒng)計，則可得到該歸屬基站所擁有的可居住面積。

107.賦予每個歸屬基站對應(yīng)的權(quán)值

將每個基站的人均居住面積與預(yù)設(shè)面積范圍進行判斷，若該基站的人均居住面積不在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則為該基站賦予第一權(quán)值；若該基站的人均居住面積不在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則為該基站賦予第一權(quán)值，若該基站的人均居住面積為零，則為該基站賦予第二權(quán)值，若該基站的人均居住面積在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則為該基站賦予第二權(quán)值。并每個基站所對應(yīng)的權(quán)值進行記錄。

其中，所述第二權(quán)值為1，且第一權(quán)值大于第二權(quán)值，取1.01。

其判斷結(jié)果有三種情況，第一種情況：基站覆蓋范圍內(nèi)，沒有居住面積，此種情況下，設(shè)定權(quán)值該基站的權(quán)值為1.0。第二種情況：基站覆蓋范圍內(nèi)，有居住面積，但人均居住面積小于設(shè)定的調(diào)整閾值，如人均住宅面積小于5m2/人，即該情況下的基站覆蓋范圍是不符合現(xiàn)實條件的，這種情況下，設(shè)定該基站的權(quán)值為1.01。第三種情況：基站覆蓋范圍內(nèi)，有居住面積，且人均居住面積大于設(shè)定的調(diào)整閾值，即該情況下的基站覆蓋范圍符合現(xiàn)實條件，設(shè)定其權(quán)值為1.0。

108.重新獲取每個散點的歸屬基站

將每個散點到每個基站的直線距離除以每個基站的權(quán)值，得到每個散點到每個基站的加權(quán)距離。并找出所有基站中距離該散點最近的基站，作為該散點新的歸屬基站；以更新各個散點的歸屬基站。

109.再次比較基站的人均居住面積

以基站擁有的可居住面積與基站識別的居住人口相除，得到迭代過程該基站覆蓋范圍內(nèi)新的人均居住面積，再次統(tǒng)計與判斷該歸屬基站覆蓋范圍內(nèi)人均居住面積，并再次將該人均居住面積與預(yù)設(shè)面積范圍進行判斷，若所有基站的人均居住面積都在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則說明通過多次調(diào)整，當所有多邊形內(nèi)人均居住面積都達到預(yù)定面積范圍內(nèi)，故進行步驟112.獲取矢量數(shù)據(jù)信息；若仍有基站的人均居住面積不在預(yù)定面積范圍內(nèi)，則進行步驟110.判斷結(jié)果與上次是否一致。

110.判斷結(jié)果與上次是否一致

保存當前的判斷結(jié)果，并判斷當前的判斷結(jié)果是否與上次的判斷結(jié)果相一致，若相一致，則進行步驟112.獲取矢量數(shù)據(jù)信息，其表面權(quán)值調(diào)整變化達到穩(wěn)定狀態(tài)；若不相一致，則進行步驟111.對該基站的權(quán)值進行累乘。

111.對該基站的權(quán)值進行累乘

將該基站的權(quán)值繼續(xù)累乘第一權(quán)值1.01，使其在下一次的迭代中獲得更多的居住面積；并重新進行步驟108重新獲取每個散點的歸屬基站。

112.獲取矢量數(shù)據(jù)信息

獲取所有散點以及其歸屬基站的矢量數(shù)據(jù)信息；

113.得到基站覆蓋范圍

通過程序，在ArcEngine平臺中將該矢量數(shù)據(jù)信息以其歸屬基站編號為依據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)，進而在arcgis平臺中重新轉(zhuǎn)換為矢量面要素，從而形成最終修正后的基站覆蓋范圍。

與現(xiàn)有基于泰森多邊形的基站信號覆蓋范圍模擬方法相比，本發(fā)明通過在泰森多邊形內(nèi)，加入以人均可居住面積為基礎(chǔ)的權(quán)值，通過此權(quán)重的不斷調(diào)整，迭代生成新的泰森多邊形的范圍，修正了泰森多邊形模擬的基站覆蓋范圍中與現(xiàn)實情況相比，不合理的區(qū)域，使其模擬的基站覆蓋范圍與真實基站的覆蓋范圍更加貼近。

與基于專業(yè)軟件生成基站覆蓋范圍的方法相比，本方法操作簡單，對通信行業(yè)的背景知識要求較低，為在無法獲得專業(yè)人士提供基站覆蓋范圍的情況下，獲得與現(xiàn)實情況更加貼近的基站覆蓋范圍提供一種更好的方法。

本發(fā)明選擇國內(nèi)某大城市局部區(qū)域2012年3月某一天的手機定位數(shù)據(jù)及該區(qū)域的基站數(shù)據(jù)進行了實驗。實驗結(jié)果表明，與該區(qū)域全國第六次人口普查數(shù)據(jù)相比，在整個城市城市社區(qū)尺度上，該方法能夠有效的提高居住地人口識別相對誤差的準確性。具體結(jié)果如表1所示：

表1迭代權(quán)值后相對誤差表

表1中，普查人口為該市全國第六次人口普查的社區(qū)尺度居住人口，識別人口為基于手機基站位置生成的泰森多邊形內(nèi)，手機數(shù)據(jù)識別的社區(qū)尺度范圍內(nèi)居住人口。迭代加權(quán)_識別人口為經(jīng)過本專利中提出的加權(quán)泰森多邊形方法修正過后的基站范圍內(nèi)，手機數(shù)據(jù)識別的社區(qū)尺度范圍內(nèi)居住人口。

未加權(quán)_相對誤差和加權(quán)相對誤差分別為沒有經(jīng)過加權(quán)泰森多邊形方法修正和修正后的比較結(jié)果。計算公式為：

從部分社區(qū)結(jié)果及平均相對誤差比較結(jié)果可以看出，經(jīng)過本發(fā)明所修正過的相對誤差比為修正過的相對誤差明顯減小。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。