CN107798182A - 一种基站辐射范围的快速计算与更新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基站辐射范围的快速计算与更新方法,包括如下步骤:(1)以初始三角形为基础,计算与更新Delaunay三角网;(2)计算与更新Delaunay三角形的网格索引与拓扑关系;(3)基于Delaunay三角网与Voronoi图生成算法,计算与更新Voronoi图;(4)结合Voronoi图与基站辐射方向,计算与更新基站理论辐射范围;(5)依据包含基站的最小外接矩形,对基站理论辐射范围进行裁剪。本发明的有益效果为:通过构建网格索引与拓扑关系、改进Voronoi图更新的算法,提升了Voronoi图计算与更新的效率,进而实现了基站理论辐射范围的快速计算与更新,有利支撑基站理论辐射范围定位基站上登录用户的手段,辅助实现对基站上登录用户更为准确的定位。
Description
技术领域
本发明涉及空间分析算法领域,尤其是一种基站辐射范围的快速计算与更新方法。
背景技术
由于用户在基站上的登录位置实际是所在基站的位置,是固定的、离散的高密度点信息,无法真实反映用户实际所处位置,相比而言,通过基站辐射范围可以更为准确地定位用户位置。
基站辐射范围一般以蜂窝网络表示,蜂窝网原理和Voronoi图原理本质上趋于一致,可以采用Voronoi图相关算法来构建基站理论辐射范围。实际上,理论上蜂窝状信号覆盖网络并不存在,受制于基站建设点的限制,基站辐射范围往往为不规则网络。
Voronoi图也称泰森多边形,对于泰森多边形的生成,采用生成速度更接近线性时间的基于Delaunay三角网算法;对于泰森多边形的更新,则以Delaunay三角网更新为基础,其中,Delaunay三角网更新主要包括点***更新和点删除更新。对于点***更新,采用时间效率较高的方法:确定外接圆包含***点的三角形构成的影响域,将***点与影响域边界节点连接,对影响域整体进行LOP优化。对于点删除更新,国内外相关研究很多,Aggarwal最早提出了点删除算法,但计算复杂,应用很少。Heller提出了最小外接圆的点删除算法,Devillers对Heller算法进行改进,并纠正Heller的错误,提出了凸耳权值点删除算法,计算效率较高,但由于凸耳定义严格,动态编辑过程中凸耳队列的更新维护比较复杂,在一定程度上影响了计算效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种基站辐射范围的快速计算与更新方法,能够快速的更新基站理论辐射范围,有利支撑基站理论辐射范围定位基站上登录用户的手段,辅助实现对基站上登录用户更为准确的定位。
为解决上述技术问题,本发明提供一种基站辐射范围的快速计算与更新方法,包括如下步骤:
(1)以初始三角形为基础,计算与更新Delaunay三角网;
(2)计算与更新Delaunay三角形的网格索引与拓扑关系;
(3)基于Delaunay三角网与Voronoi图生成算法,计算与更新Voronoi图;
(4)结合Voronoi图与基站辐射方向,计算与更新基站理论辐射范围;
(5)依据包含基站的最小外接矩形,对基站理论辐射范围进行裁剪。
优选的,步骤(1)中,初始三角形为包含点集的最小外接矩形的外接等边三角形。
优选的,步骤(2)中,计算与更新Delaunay三角形的网格索引与拓扑关系具体包括如下步骤:
(21)根据全球地理范围建立网格;
(22)对点集的凸包三角化,生成初始三角形,并以三角形重心为标识,对生成的三角形进行网格索引;
(23)依次将点集中每个点内插到三角网,依据空圆准则更新三角网,并对三角网中的三角形进行网格索引和拓扑关系的计算与更新。
优选的,步骤(4)中,计算基站理论辐射范围具体包括如下步骤:
(41)基于Delaunay三角网,以接近线性的速度,为每个基站生成Voronoi图,作为其理论辐射范围;
(42)对于同一位置有辐射方向的多个基站,其组合方向是全方向,则每个基站的理论辐射范围为其对应Voronoi图在其辐射方向上的部分。
优选的,步骤(4)中,更新基站理论辐射范围包括基站***的更新和基站删除的更新。
优选的,对于基站***,先判断是否需要扩充Delaunay三角网范围,再进行基站***;判断是否需要扩充Delaunay三角网范围具体为:a、将待***基站构成点集,对该点集的凸包三角化,生成新三角形;b、判断初始三角形是否包含新三角形,若不包含,将待***基站与初始三角形顶点构成点集,对该点集的凸包三角化,生成新三角形,将新三角形顶点作为初始三角形顶点,更新三角网中与该顶点关联的三角形,同时更新其网格索引与拓扑关系。
优选的,基站***分为在已有基站的位置上***基站和在新位置上***基站,在已有基站的位置上***基站无须更新Voronoi图,在新位置上***基站则要更新Voronoi图。
优选的,基站***后以更新的Voronoi图为基础,对基站辐射范围进行更新,具体流程为:a、对于***基站,将***点的Voronoi图作为其辐射范围;b、在受影响点中,对于每个点位置的所有基站,若组合方向不为全方向,则将该点的Voronoi图作为每一个基站的辐射范围;若组合方向为全方向,对于无辐射方向基站,将该点的Voronoi图作为其辐射范围,对于有辐射方向基站,取该点的Voronoi图在其辐射方向上的部分作为其辐射范围。
优选的,基站删除分为在其位置仍有其他基站和没有其他基站,在其位置仍有其他基站无需更新Voronoi图,在其位置没有其他基站则须更新Voronoi图。
优选的,基站删除后以更新的Voronoi图为基础,对基站辐射范围进行更新,具体流程为:a、对于删除基站,直接删除其辐射范围;b、在受影响的点中,对于每个点位置的所有基站,若组合方向不为全方向,则将该点的Voronoi图作为每一个基站的辐射范围;若组合方向为全方向,对于无辐射方向基站,将该点的Voronoi图作为其辐射范围,对于有辐射方向基站,取该点的Voronoi图在其辐射方向上的部分作为其辐射范围。
本发明的有益效果为:通过构建网格索引与拓扑关系、改进Voronoi图更新的算法,提升了Voronoi图计算与更新的效率,进而实现了基站理论辐射范围的快速计算与更新,有利支撑基站理论辐射范围定位基站上登录用户的手段,辅助实现对基站上登录用户更为准确的定位。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的实际基站理论辐射范围示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种基站辐射范围的快速计算与更新方法,包括如下步骤:
(1)以初始三角形为基础,计算与更新Delaunay三角网;
(2)计算与更新Delaunay三角形的网格索引与拓扑关系;
(3)基于Delaunay三角网与Voronoi图生成算法,计算与更新Voronoi图;
(4)结合Voronoi图与基站辐射方向,计算与更新基站理论辐射范围;
(5)依据包含基站的最小外接矩形,对基站理论辐射范围进行裁剪。
Delaunay三角网的初始三角形为包含点集的最小外接矩形的外接等边三角形。每一个Delaunay三角形包括网格索引与拓扑关系,通过网格索引粗略定位、拓扑关系精确定位,实现了对目标三角形的快速定位,从而实现了Delaunay三角网的快速计算与更新。
改进的Voronoi图更新算法改进了点删除与Delaunay三角网局部更新算法,基于凸耳权值的点删除算法,以特征三角形取代凸耳,省去了凸耳权值的计算与对角线交换,实现了Delaunay三角网的快速更新。对于同一位置的多个基站,若其组合方向为全方位,其理论辐射范围为Voronoi图与其辐射方向的交集,否则其辐射范围为Voronoi图。依据包含基站的最小外接矩形,对基站理论辐射范围进行裁剪,防止基站理论辐射范围地理坐标越界。
采用内插法计算Delaulay三角网,为了提高计算速度,对实时生成的三角形建立网格索引与拓扑关系,具体流程为:1)根据全球地理范围建立网格;2)对点集的凸包三角化,生成初始三角形,并以三角形重心为标识,对生成的三角形建立网格索引;3)依次将点集中每个点内插到三角网,依据空圆准则更新三角网,并对三角网中的三角形进行网格索引和拓扑关系的计算与更新。
结合Voronoi图和基站辐射方向,计算基站理论辐射范围,具体流程为:1)基于Delaunay三角网,以接近线性的速度,为每个基站生成Voronoi图,作为其理论辐射范围;2)对于同一位置有辐射方向的多个基站,若其组合方向是全方向,则每个基站的理论辐射范围为其对应Voronoi图在其辐射方向上的部分。
以包含基站的最小外接矩形为范围,对基站理论辐射范围进行裁剪,防止基站理论辐射范围地理坐标越界。
基站理论辐射范围更新主要包括基站***的更新和基站删除的更新。
对于基站***,先判断是否需要扩充Delaunay三角网范围,再基站***。
判断是否需要扩充Delaunay三角网范围的过程为:1)将待***基站构成点集,对该点集的凸包三角化,生成新三角形;2)判断初始三角形是否包含新三角形,若不包含,将待***基站与初始三角形顶点构成点集,对该点集的凸包三角化,生成新三角形,将新三角形顶点作为初始三角形顶点,更新三角网中与该顶点关联的三角形,同时更新其网格索引与拓扑关系。
基站***分为在已有基站的位置上***基站和在新位置上***基站。
对于第一种情况,无须局部更新Voronoi图,其辐射范围的更新过程为:1)若该基站无辐射方向,或者该基站有辐射方向但与该位置其他基站的组合方向不为全方向,则将对应的Voronoi图作为该基站辐射范围;2)若该基站有辐射方向,且与该位置其他基站组合方向为全方向,或者该位置其他基站组合方向已为全方向,则对于该位置每个有辐射方向的基站,取对应Voronoi图在其辐射方向上的部分作为其辐射范围。
对于第二种情况,则须更新Voronoi图,具体流程为:1)根据三角形网格索引与拓扑关系,快速定位***点所在的三角形;2)将该三角形加至受影响列表,同时将该三角形及其邻近三角形添加至待检查队列,已添加过的三角形不再添加;3)将待检查队列中的每个三角形出列,与***点进行判断,若***点不处于该三角形的外接圆外,执行步骤2;4)循环执行步骤2、3,直至待检查队列为空;5)从受影响三角形中找出不重叠的边,即待重新生成三角形的边,这些边包含的点即为Voronoi图受到影响的点;6)将受影响三角形的邻近三角形加至三角形列表,并从中删除受影响的三角形,同时在三角网中删除受影响的三角形及其邻近关系;7)由***点与步骤5中找出的边生成新的三角形,将其加至新三角形列表,同时也将其加至三角形列表;8)将新生成的三角形加至三角网,同时在三角网中,利用三角形列表更新每一个新生成三角形的邻近关系;9)为***点生成Voronoi图,并为每一个受影响的点重新生成Voronoi图。
以更新的Voronoi图为基础,对基站辐射范围进行更新,具体流程为:1)对于***基站,将***点的Voronoi图作为其辐射范围;2)在受影响点中,对于每个点位置的所有基站,若组合方向不为全方向,则将该点的Voronoi图作为每一个基站的辐射范围,若组合方向为全方向,对于无辐射方向基站,将该点的Voronoi图作为其辐射范围,对于有辐射方向基站,取该点的Voronoi图在其辐射方向上的部分作为其辐射范围。
对于基站删除,主要分为:基站删除之后,其位置仍有其他基站和已没有其他基站。
对于第一种情况,无须更新Voronoi图,其辐射范围的更新过程为:1)若该基站没有辐射方向,或者该基站有辐射方向但该位置其他基站的组合方向为全方向,直接删除该基站的辐射范围;2)若该基站有辐射方向且该位置其他基站的组合方向不为全方向,则在删除该基站辐射范围的同时,对于该位置其他基站中的每个有辐射方向的基站,则取对应Voronoi图作为其辐射范围。
对于第二种情况,则须更新Voronoi图,具体流程为:1)根据三角形网格索引与拓扑关系,快速定位包含删除点的三角形;2)将包含删除点的三角形加至受影响三角形列表;3)依次找出受影响三角形除删除点外的其他顶点,这些点即为Voronoi图受影响的点;4)依次从上述顶点中取3点生成三角形,如q0q1q2、q1q2q3、…、qn-1q0q1,按以下公式
依次计算其权值(其中p为删除点),并将其添加至特征三角形队列;5)从特征三角形队列中删除权值最小的qiqi+1qi+2,将其加至新三角形列表,同时将其在特征三角形队列中的前后元素修改为qi-1qiqi+2、qiqi+2qi+3,并重新计算修改元素的权值;6)循环执行步骤5,直至特征三角形队列的长度为3,将这3个三角形合并为1个三角形,加至新三角形列表;7)将受影响三角形的邻近三角形和新生成三角形加至三角形列表,并从中删除受影响的三角形,同时在三角网中删除受影响的三角形及其邻近关系;8)将新生成的三角形加至三角网,同时在三角网中,利用三角形列表更新每一个新生成三角形的邻近关系;9)删除删除点的Voronoi图,同时为每一个受影响点重新生成Voronoi图。以更新的Voronoi图为基础,对基站辐射范围进行更新,具体流程为:1)对于删除基站,直接删除其辐射范围;2)在受影响点中,对于每个点位置的所有基站,若组合方向不为全方向,则将该点的Voronoi图作为每一个基站的辐射范围,若组合方向为全方向,对于无辐射方向基站,将该点的Voronoi图作为其辐射范围,对于有辐射方向基站,取该点的Voronoi图在其辐射方向上的部分作为其辐射范围。
如图2所示,可以看出实际基站的理论辐射范围为不规则多边形网络,在人口聚集区基站较为密集,网格覆盖面积较小;在偏远地区基站较为稀疏,网格覆盖面积较大。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述,但本领域的技术人员应当理解,只要不超出本发明的权利要求所限定的范围,可以对本发明进行各种变化和修改。
Claims (10)
1.一种基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)以初始三角形为基础,计算与更新Delaunay三角网;
(2)计算与更新Delaunay三角形的网格索引与拓扑关系;
(3)基于Delaunay三角网与Voronoi图生成算法,计算与更新Voronoi图;
(4)结合Voronoi图与基站辐射方向,计算与更新基站理论辐射范围;
(5)依据包含基站的最小外接矩形,对基站理论辐射范围进行裁剪。
2.如权利要求1所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,步骤(1)中,初始三角形为包含点集的最小外接矩形的外接等边三角形。
3.如权利要求1所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,步骤(2)中,计算与更新Delaunay三角形的网格索引与拓扑关系具体包括如下步骤:
(21)根据全球地理范围建立网格;
(22)对点集的凸包三角化,生成初始三角形,并以三角形重心为标识,对生成的三角形进行网格索引;
(23)依次将点集中每个点内插到三角网,依据空圆准则更新三角网,并对三角网中的三角形进行网格索引和拓扑关系的计算与更新。
4.如权利要求1所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,步骤(4)中,计算基站理论辐射范围具体包括如下步骤:
(41)基于Delaunay三角网,以接近线性的速度,为每个基站生成Voronoi图,作为其理论辐射范围;
(42)对于同一位置有辐射方向的多个基站,其组合方向是全方向,则每个基站的理论辐射范围为其对应Voronoi图在其辐射方向上的部分。
5.如权利要求1所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,步骤(4)中,更新基站理论辐射范围包括基站***的更新和基站删除的更新。
6.如权利要求5所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,对于基站***,先判断是否需要扩充Delaunay三角网范围,再进行基站***;判断是否需要扩充Delaunay三角网范围具体为:a、将待***基站构成点集,对该点集的凸包三角化,生成新三角形;b、判断初始三角形是否包含新三角形,若不包含,将待***基站与初始三角形顶点构成点集,对该点集的凸包三角化,生成新三角形,将新三角形顶点作为初始三角形顶点,更新三角网中与该顶点关联的三角形,同时更新其网格索引与拓扑关系。
7.如权利要求5所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,基站***分为在已有基站的位置上***基站和在新位置上***基站,在已有基站的位置上***基站无须更新Voronoi图,在新位置上***基站则要更新Voronoi图。
8.如权利要求7所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,基站***后以更新的Voronoi图为基础,对基站辐射范围进行更新,具体流程为:a、对于***基站,将***点的Voronoi图作为其辐射范围;b、在受影响点中,对于每个点位置的所有基站,若组合方向不为全方向,则将该点的Voronoi图作为每一个基站的辐射范围;若组合方向为全方向,对于无辐射方向基站,将该点的Voronoi图作为其辐射范围,对于有辐射方向基站,取该点的Voronoi图在其辐射方向上的部分作为其辐射范围。
9.如权利要求5所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,基站删除分为在其位置仍有其他基站和没有其他基站,在其位置仍有其他基站无需更新Voronoi图,在其位置没有其他基站则须更新Voronoi图。
10.如权利要求9所述的基站辐射范围的快速计算与更新方法,其特征在于,基站删除后以更新的Voronoi图为基础,对基站辐射范围进行更新,具体流程为:a、对于删除基站,直接删除其辐射范围;b、在受影响的点中,对于每个点位置的所有基站,若组合方向不为全方向,则将该点的Voronoi图作为每一个基站的辐射范围;若组合方向为全方向,对于无辐射方向基站,将该点的Voronoi图作为其辐射范围,对于有辐射方向基站,取该点的Voronoi图在其辐射方向上的部分作为其辐射范围。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180313 |
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