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

一种基站辐射范围的快速计算与更新方法
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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