基于地理信息系统的通信基站优化选址与布局

2020-10-13刘翔翔张昌瀚

科技和产业 2020年9期

刘翔翔，张昌瀚

(南京市规划设计研究院有限责任公司，南京 210000)

5G产业快速发展，未来将应用在各个领域。全球各地对通信网络优质覆盖的要求越来越高，而基站建设是通信网络的有力物理支撑。

相关学者对基站建设选址展开研究。文献[1-2]介绍了基站预规划工作思路及注意事项，提出基站规划需高效利用现有站址资源，在满足运营商网络覆盖与容量需求下，实现运营商站点融合。文献[3-4]从通信基站布点规划要求，技术、措施保障等方面对通信基站布点规划进行研讨，科学化规划基站站址。文献[5-6]以具体城市基站建设作为案例研究，通过对移动通信基站规划建设管理进行了多方面的探索和实践，基站作为城市基础设施纳入城市规划体系。文献[7-9]具体在进行GIS技术无线通信基站选址的过程中，必须要考虑多方面因素，提高选址的合理性、科学性，高效性。文献[10-12]中指出相关单位应充分了解无线通信基站选址和铁塔设计的基本要求，分析选址和设计的影响因素，坚持需求导向，逐渐提升基站选址和铁塔设计过程中的管理和决策水平。面对5G快速发展，未来5G基站需求大幅增加，文献[13-14]中提出了5G基站选址原则和站址规划的优化方案(“宏+微”、 “改+微”)，基站选址效率与通信网络覆盖效果均得到有效提高。

基站建设使得我们生活的城市更加智慧，基站本身的规划建设也需要更加智慧。本文首先介绍了GIS技术的内容与基本概念，然后利用GIS的数据采集、空间分析、专题制图和数据可视化等功能，对无线通信基站进行优化选址与布局。基于GIS术无线通信基站优化选址与布局，能够为加快信息经济发展和智慧城市建设提供有力的网络基础保障。

1 浅析GIS技术的内容以及基本概念

地理信息系统(Geographic Information System，GIS)是地图学、地理学、遥感与计算机科学相结合的综合性学科。

GIS主要具有以下功能：数据采集、输入、编辑、存储；空间分析，包括查询分析，位置分析，趋势分析、模式研究、模拟分析；专题制图和数据可视化。GIS技术能够解决复杂的规划问题(如：城市规划、发展规划、绘图规划、路线规划等)和管理问题(如资源管理、财产管理等)。随着各行业技术化发展与要求，GIS技术将会得到更为广泛的运用。[15]

2 基站规划引导

2.1 规划对象

规划对象为通信基站中的宏基站。宏基站是通信运营商无线信号传输基站的主要站型，是移动话务量的主要承载者。宏基站设备容量大，覆盖范围大，基站天线的安装高度应略高于周围建筑物的平均高度。

宏基站当前主要是悬挂4G网络设备，随着5G技术的成熟与应用，未来大量宏基站也会应用于悬挂5G网络设备，保障网络的高效覆盖。

2.2 基站布局原则

基站布局原则如表1所示。

2.3 基站布局引导

2.3.1 话务分区引导

依据南京市“中心城区-副城-新城-新市镇-新社区”市域城乡体系，结合通信网络覆盖的要求及通信业务发展需求，将本次规划区域分为高话务区，中话务区和低话务区。

南京市城镇体系概况如表2所示。

表1 基站布局原则列表

表2 南京市城镇体系表

南京市城镇体系分布如图1所示。

高话务区：由主城，副城的城镇建设用地组成，同时还应考虑旅游集散地区和人口密集地区等话务要求高的区域。

中话务区：由新城、新市镇的城镇建设用地组成。

低话务区：由新社区及其他用地组成。

2.3.2 布局密度引导

在进行基站规划布局的过程中应充分考虑网络传播环境及话务密度分布情况。各区域基站需要差异化布局。

确定基站服务间距如图2所示。

依据上图中分析得出本次规划范围内各场景下的基站服务间距，如表3所示。

2.3.3 建设条件引导

1)基站建设选址分类。根据城市用地分类，将基站规划建设用地分为适宜建设用地(适建区)、限制建设用地(限建区)、禁止建设用地(禁建区)。

适建区：对基站的建设类型、用地规模、辐射强度、天线外观等方面无特殊要求的区域。

限建区：对基站的建设类型、用地规模、辐射强度、天线外观等方面有限制条件的区域。在该区域范围内新建基站，需要考虑多种影响因素，进行严格慎重的选址规划。

禁建区：禁止新建任何基站的区域，该区域范围内不得新建和扩建任何基站。

2)基站规划建设选址与区域划分匹配性。根据城市总体规划及城市各片区的控制性详细规划，明确规划范围内各类用地的界限，明确基站适建、限建和禁建的建筑物类型。建议基站规划建设选址与城市用地分类对应起来，对应关系见表4。

图2 基站服务间距分析图

表3 室外宏基站设置标准表

表4 基站建设用地分类表

3 基于GIS技术无线通信基站优化选址与布局

3.1 现状基站整合

3.1.1 GIS系统内现状基站整合流程

现状基站整合流程，如图3所示。

图3 现状基站整合流程图

3.1.2 现状基站精准入库

1)现状基站数据入库。南京市现状基站入GIS系统库，如图4所示。

图4 南京市现状基站入库

2)现状基站校准工作。运用GIS进行校准，如图5所示。

图5 现状基站位置校核

3.1.3 现状基站盲区及场景分析

1)基站盲区分析。运用ArcGIS软件对不同话务区进行盲区分析，不同话务区基站设置对应的覆盖范围。通过盲区分析可以清晰的掌握各区域内信号覆盖情况，针对信号盲区有计划的开展基站规划建设。

在GIS系统中展开基站盲区分析，如图6所示。

图6 基站盲区分析图

2)基站场景分析。针对基站建设过程中景观问题和落地问题进行充分的梳理，此部分站点优先进行整合改造。

①景观问题，基站建设与城市规划缺少衔接，塔型和高度未与城乡景观风貌较好协调。

②落地问题，市民对电磁辐射认识不清，特别是大型居住小区基站落地难，需要与城市建设项目同步实施，避免后续矛盾。

3)现状基站整合。对部分相距过近的周边站点进行现状整合、优化改造，实现共建共享，满足周边区域网络需求，节约资源的目标。铁塔公司要积极主动协调运营商进行基站整合。

现状改造：在满足运营商网络覆盖的基础上，优先考虑在现状站址资源上进行共址建设。对于现网没有新增建设需求，但存在站址资源距离相对较近，可以选择较好的站址作为本次现状改造的目标对象。

现状拆除：对于局部区域资源过剩的情况，现网站址条件较差，无法满足共享需要的站址，现状拆除部分基站，通过改造周边满足共享条件的现网站址，或者新增共享站址实现网络覆盖。

现状保留：分析现状基站的共享情况，站址条件，综合考虑实际情况，现状保留其中满足条件的现状基站。

现状基站整合前后对比，如图7所示。

图7 现状基站整合前后对比图

3.2 新建基站布局

现阶段，基站通常是为了满足话务需求和覆盖弱信号区域而设立的。这种按需补建的方式，通常采用租赁住房或者单独新建机房的方式新建基站，缺乏规划指引和超前性，这就会影响原来的设计方案，影响整体建筑的美观和谐。为此，本次专项规划以已编的总体规划和控制性详细规划为基础，按照城乡未来对通信基站发展需求，结合通信技术的发展趋势，运用GIS技术对规划范围内进行全域的通信基站布局，使本规划具有前瞻性，能够适应未来社会发展和城乡建设等的需求，提高社会运营效率，推动社会全方位的发展。

1)GIS系统内新建基站规划流程。新建基站规划流程图如图8所示。

图8 新建基站规划流程图

2)基站预测。划定区域后，各地市应按区域对现有基站进行分类，统计各区域的面积和相应的基站数量，计算本区域的平均站间距。站间距的计算方法如图9所示。

定向站：小区覆盖半径R，站间距D=1.5R，单站覆盖面积1.949R×R。

全向站：小区半径R，站间距D=1.732R，单站覆盖面积2.598R×R。

现网站址基本是全向站，站间距D可由下式得出：

图9 基站预测方法

其中，站间距D，m；区域面积，m2。

3)基站布局。为了科学合理进行基站布局，集约使用空间资源，配合城市景观的建设，本次基站规划以城乡规划为依据，按照满足规划期内业务需求，分为高中低话务区，采用网络蜂窝结构进行站点统筹规划，运用GIS技术对基站数据进行数据采集、空间分析、数据可视等处理，力求做到无线通信网络的建设能够适应未来社会发展和城乡建设等的需求，成为推动全社会发展一个重要支撑。图10为南京市秦淮区的基站布局图。