CN109284345B - 一种电磁频谱展示方法、存储介质、终端和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁频谱展示方法、存储介质、终端和***，方法包括：获取各个网络栅格中的电磁频谱感知节点采集上报的电磁频谱数据；计算获得各区域所采集频段的电磁环境背景噪声数据，生成电磁信号数据表；将电磁信号数据表中的数据记录映射为虚拟城市建筑物对象，并保存至虚拟建筑物对象表中；建立城市建筑物的三维GIS模型，与虚拟建筑物对象表绑定，通过三维GIS引擎在二维矢量地图图层和栅格网络地图图层两个背景图层上进行叠加，形成三维虚拟城市的态势场景。本发明通过一张三维的虚拟城市场景图展示了多站点采集的电磁频谱数据及其分析结果，便于管理决策人员快速、全面掌握城市的电磁频谱态势，为城市无线电监测管理提供决策支撑。

Description

一种电磁频谱展示方法、存储介质、终端和***

技术领域

本发明涉及一种电磁频谱展示方法、存储介质、终端和***。

背景技术

随着移动互联网、物联网为代表的新一代无线电应用加速向城市的经济建设、社会发展等领域渗透，城市的电磁环境也日趋复杂，各类无线电干扰事件时有发生，“黑广播”、“伪基站”等违法设台日益增多，无线电管理部门实时监测空中电磁环境，有效管理空中电波秩序的任务越来越重。

城市网格化无线电监测应用***通过建设栅格化的电磁频谱感知网络，利用信息栅格里的电磁频谱感知节点采集电磁频谱数据，实现了对整个城市电磁环境全面、泛在的感知，有力的支撑了城市空中电波秩序的管理。

目前，网格化无线电监测应用***已实现了海量电磁频谱数据的采集，但由于采集节点众多，数据量巨大，现有应用***的数据展示方式(如频谱图、统计表格、热力图等)难以对这些海量数据进行实时、全面、直观的展示，而且这些展示方式的专业性很强，信息获取也需要有一定专业背景的操作人员不断的进行判断和筛选。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电磁频谱展示方法、存储介质、终端和***，对电磁频谱数据进行虚拟化抽象，通过动态虚拟城市场景来直观展示城市电磁频谱态势。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电磁频谱展示方法，包括以下步骤：

建立区域电磁背景噪声与电子地图区块的背景颜色的映射规则，并建立电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则；

获取各个网络栅格中的电磁频谱感知节点采集并上报的电磁频谱数据；

计算获得各区域所采集频段的电磁环境背景噪声数据，通过与各个区域的电磁环境背景样本进行比对分析、识别栅格区域内的电磁信号、并分析信号的类型信息，生成电磁信号数据表；

创建与电磁信号数据表相对应的虚拟建筑物对象表，按照所述的电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则，将电磁信号数据表中的数据记录映射为虚拟城市建筑物对象，并保存至虚拟建筑物对象表中；

制作作为虚拟地市场景底层背景进行显示的城市街道的二维矢量地图图层，并根据城市网格化无线电监测网络的信息栅格划分，生成栅格网络地图图层；

根据所述建立区域电磁背景噪声与电子地图区块的背景颜色的映射规则，将电磁环境背景噪声数据与栅格网络地图图层区块的背景颜色进行映射，并将映射后的栅格网络地图图层叠加到所述二维矢量地图图层进行显示；

建立城市建筑物的三维GIS模型，与虚拟建筑物对象表进行绑定后，通过三维GIS引擎在二维矢量地图图层和栅格网络地图图层两个背景图层上进行叠加显示，形成三维虚拟城市的态势场景。

进一步地，所述的建立电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则包括：

将电磁信号的场强映射为城市虚拟建筑物对象的高度，其中包括：设置场强值取值范围区间，按一定场强范围进行区段划分，并设置对应场强范围的虚拟建筑物的高度；

将电磁信号中心频率所处的业务频段与虚拟建筑物对象的形状建立映射；

将电磁信号的类型信息映射为虚拟建筑物对象的不同颜色。

进一步地，在各个网络栅格区域内的电磁信号数量与栅格区域的虚拟建筑物对象数量建立保持一致，栅格区域内的虚拟建筑物对象根据具体数量在区域内平均分布，并确定虚拟建筑物对象的经纬度坐标。

进一步地，所述的信号类型的包括正常、异常、告警；

其中所述的正常信号为：与***中的信号库(台站库、合法不明信号库等)进行比对，能够与信号库中信号参数匹配的电磁信号判断为正常信号；

所述的异常信号为：与***中的信号库(台站库、合法不明信号库等)进行比对，信号频率属于信号库但占用带宽、场强等参数异常的电磁信号判断为异常信号；

所述的告警信号为：对满足预设告警判断条件的电磁信号判断为告警信号，如对重点业务频率造成干扰的信号，信道占用度大于信道样本占用度的信号，信号幅度超过信道预设门限阈值 的信号等。

进一步地，所述的方法还包括以下步骤：

对形成三维虚拟城市的态势场景进行不同维度显示。

本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的一种电磁频谱展示方法的步骤。

本发明还提供一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的一种电磁频谱展示方法的步骤。

本发明还提供一种电磁频谱展示***，包括：

电磁频谱感知节点，位于不同网络格栅，用于各处采集电磁频谱数据并上报；

数据中心，包括所述的终端，用于对电磁频谱感知节点的上报的电磁频谱数据获取与处理、并形成三维虚拟城市的态势场景。

进一步地，所述的数据中心采用实时和/或定时的方式，对电磁频谱数据进行处理与形成三维虚拟城市的态势场景。

进一步地，所述的电磁频谱感知节点设置为自动工作模式，全天24小时不间断采集电磁频谱数据并上报。

本发明的有益效果是：

(1)本发明实现了城市“电磁态势一张图”。具体地，本发明通过一张三维的虚拟城市场景图展示了多站点采集的电磁频谱数据及其分析结果，展示的数据量大，信息量也十分丰富，包括区域的电磁背景噪声、电磁信号数量、电磁信号的强度、频段占用情况、信号异常与告警情况等，便于管理决策人员快速、全面掌握城市的电磁频谱态势，为城市无线电监测管理提供决策支撑。

(2)本发明展示方式简单、直观。具体地，现有的无线电监测管理应用***往往需要操作人员具备丰富的技术经验和专业背景，对各类频谱图和数据进行专业分析才能识别电磁信号异常和告警情况。而利用本发明的三维的虚拟城市场景展示，通过虚拟建筑物的形态、高度、颜色等特点便可以快速、准确的定位电磁信号的异常和告警，迅速做出反应，降低了对操作人员的技能要求，可极大的提升城市无线电监测管理的效率。

(3)本发明界面操作简单、友好。具体地，本发明基于三维GIS引擎构建的虚拟城市场景，通过简单的三维GIS操作便可定位所关注的区域，快速、多维度的浏览该区域的电磁频谱信息，避免了繁琐的界面操作，提升了用户体验。

(4)本发明可简化电磁频谱数据分析的模型。具体地，本发明将电磁频谱数据映射为网格区块的颜色和虚拟建筑物对象后，可将原来从电磁频谱维度进行分析建模的问题转化针对空间对象的分析建模的问题，从一定程度上可以更加直观、更加简化的进行建模分析。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明的三维虚拟城市全局区域俯视图；

图3为本发明的三维虚拟城市局部区域俯视图；

图4为本发明的三维虚拟城市全局区域侧视图；

图5为本发明的三维虚拟城市局部区域侧视图；

图6为本发明***连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种电磁频谱展示方法，本方法用于对海量电磁频谱数据进行直观展示的方式，本方法可以通过动态虚拟城市场景实现对整个城市电磁频谱空间的虚拟抽象，从而实现对整个城市电磁频谱态势的全面掌握。

另外，本实施例提供了一种基于实时数据的电磁频谱展示方法，可根据需要选择定时展示的方式。

如图1所示，所述的方法包括以下步骤：

S1：建立区域电磁背景噪声与电子地图区块的背景颜色的映射规则，并建立电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则。

其中，对于所述的建立区域电磁背景噪声与电子地图区块的背景颜色的映射规则，在本实施例中，该映射规则包括：

电磁背景噪声的取值范围区间为[-5dBμV，45dBμV]；其中底噪值在[-5dBμV，0dBμV) 范围用浅绿色表示，在[0dBμV，5dBμV)范围用深绿色表示，在[5dBμV，20dBμV)范围用黄色表示，在[20dBμV，45dBμV]范围用橙色表示。

而对于所述的建立电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则，在本实施例中，该映射规则具体包括以下三个部分：

(1)将电磁信号的场强映射为城市虚拟建筑物对象的高度，其中包括：设置场强值取值范围区间(在本实施例中，场强值取值范围区间为[-30dBμV，120dBμV])，按一定场强范围进行区段划分(在本实施例中，按10dBμV进行区段划分)，并设置对应场强范围的虚拟建筑物的高度(在本实施例中，每10dBμV对应的建筑物的高度为20米)。

(2)将电磁信号中心频率所处的业务频段与虚拟建筑物对象的形状建立映射。例如：广播业务频段的信号映射为四棱柱结构的建筑物，固定业务频段的信号映射为圆柱体结构的建筑，移动业务频段的信号用六棱柱结构的建筑物，无线电导航业务频段的信号映射为三棱柱结构的建筑物。

(3)将电磁信号的类型信息映射为虚拟建筑物对象的不同颜色。

其中，在本实施例的优选方案中，所述的信号类型的包括正常、异常、告警。

其中所述的正常信号为：与***中的信号库(台站库、合法不明信号库等)进行比对，能够与信号库中信号参数匹配的电磁信号判断为正常信号；

所述的异常信号为：与***中的信号库(台站库、合法不明信号库等)进行比对，信号频率属于信号库但占用带宽、场强等参数异常的电磁信号判断为异常信号；

所述的告警信号为：对满足预设告警判断条件的电磁信号判断为告警信号，如对重点业务频率造成干扰的信号，信道占用度大于信道样本占用度的信号，信号幅度超过信道预设门限阈值 的信号等。

而对应地，在本实施例的其中一种情况下，正常的电磁信号对应建筑物的颜色为灰色，判断为异常的电磁信号对应的建筑物颜色为紫色，判断为告警的电磁信号对应的建筑物颜色为红色。

S2：获取各个网络栅格中的电磁频谱感知节点采集并上报的电磁频谱数据。

其中，在本实施例中，各个网络栅格中的电磁频谱感知节点工作模式设置为自动工作模式，全天24小时不间断采集电磁频谱数据并上报。

S3：计算获得各区域所采集频段的电磁环境背景噪声数据，通过与各个区域的电磁环境背景样本进行比对分析、识别栅格区域内的电磁信号、并分析信号的类型信息，生成电磁信号数据表。

具体地，在该步骤中，各个网络栅格所采集的电磁频谱数据统一汇聚，并进行融合计算分析，包括：

(1)计算获得各区域所采集频段的电磁环境背景噪声数据并实时刷新；

(2)通过与各个区域的电磁环境背景样本进行比对分析，识别网络栅格内的电磁信号，并分析信号的异常情况(正常、异常和告警)，生成实时的电磁信号数据表并实时刷新表中数据。

S4：在空间数据库中创建与实时电磁信号数据表相对应的虚拟建筑物对象表，按照步骤 S1中所述的电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则，将电磁信号数据表中的数据记录映射为虚拟城市建筑物对象，并保存至空间数据库中的虚拟建筑物对象表中。

该步骤主要用于将实时电磁信号数据表中的数据记录映射为虚拟城市建筑物对象。

并且，优选地，在本实施例中，在各个网络栅格区域内的电磁信号数量与栅格区域的虚拟建筑物对象数量建立保持一致，栅格区域内的虚拟建筑物对象根据具体数量在区域内平均分布，并确定虚拟建筑物对象的经纬度坐标。

另外，在本步骤中，还会根据实时电磁信号数据表的更新情况同步更新建筑物虚拟对象表。

S5：制作作为虚拟地市场景底层背景进行显示的城市街道的二维矢量地图图层，并根据城市网格化无线电监测网络的信息栅格划分，生成栅格网络地图图层。

该步骤分别将二维矢量地图图层和栅格网络地图图层进行分别生成与制作。

S6：根据所述建立区域电磁背景噪声与电子地图区块的背景颜色的映射规则，将实时的电磁环境背景噪声数据与栅格网络地图图层区块的背景颜色进行映射，并将映射后的栅格网络地图图层叠加到所述二维矢量地图图层进行显示。

该步骤用于将代表电磁背景噪声的颜色融入进栅格网络地图图层区块，并且将二维矢量地图图层和栅格网络地图图层进行叠加。

S7：建立城市建筑物的三维GIS模型，与虚拟建筑物对象表进行绑定后，通过三维GIS 引擎在二维矢量地图图层和栅格网络地图图层两个背景图层上进行叠加显示，形成三维虚拟城市的态势场景。

同时，在给步骤中，按设定的时间间隔读取区域的电磁背景噪声数据和虚拟建筑物对象表对三维GIS进行刷新显示，展示城市电磁频谱态势的变化情况。

优选地，在本实施例中，所述的方法还包括以下步骤：

S8：对形成三维虚拟城市的态势场景进行不同维度显示。

具体地，为了展示虚拟现实软件的效果，本实施例将XX市网络化无线电监测***中所采集的电磁频谱数据接入到***，并建立映射规则和相应的空间对象数据库，按照映射规则生成以下虚拟城市的三维场景图，如图2～图5所示。

其中图2通过全局俯视，可以清晰的看出各个网格区域虚拟建筑物对象分布密度，从而可以直观的掌握各个网格区域内电磁信号数量情况，并通过网格区块的背景颜色直观掌握区域的电磁背景噪声。

图3通过局部区域俯视，可以清晰的看出局部区域内虚拟建筑对象的形状，从而直观的掌握各个网格区域内各个电磁信号的所属的业务频段。

图4通过全局区域侧面观察，则可根据虚拟建筑物对象的高度直观掌握城市电磁信号强度情况。

图5通过局部区域侧面观察虚拟建筑物对象的高度、形状、颜色，可进一步清晰掌握各个网格区域内电磁信号的强度、所属业务频段以及信号的异常与告警情况。

即该步骤可以对形成三维虚拟城市的态势场景进行不同维度显示。

实施例2

基于实施例1的实现，本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行如实施例所述的所述的一种电磁频谱展示方法的步骤。

基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例3

基于实施例1的实现，本实施例还提供一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行实施例 1中所述的一种电磁频谱展示方法的步骤。

在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在本发明所提供的所有实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或模块可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

实施例4

基于实施例3的实现，本实施例还提供一种电磁频谱展示***，如图6所示，包括：

电磁频谱感知节点，位于不同网络格栅，用于各处采集电磁频谱数据并上报；(通过有线或无线的形式)

数据中心，包括如实施例3中所述的终端，用于对电磁频谱感知节点的上报的电磁频谱数据获取与处理、并形成三维虚拟城市的态势场景。

更优地，在本实施例中，所述的数据中心采用实时和/或定时的方式，对电磁频谱数据进行处理与形成三维虚拟城市的态势场景。

更优地，在本实施例中，所述的电磁频谱感知节点设置为自动工作模式，全天24小时不间断采集电磁频谱数据并上报。

上述实施例目的是为网格化无线电监测应用***提供一种对海量电磁频谱数据进行直观展示的方式，可以通过动态虚拟城市场景实现对整个城市电磁频谱空间的虚拟抽象，从而实现对整个城市电磁频谱态势的全面掌握。

本发明应用于无线电监测管理的虚拟现实软件，涉及到数据自动采集、海量数据存储与分析、大数据可视化、GIS三维建模、虚拟现实等相关技术，主要针对当前城市网格化无线电监测管理应用***中海量电磁频谱数据的可视化能力弱、展示方式不直观、获取关键信息操作繁琐等问题，将多站点实时采集的电磁频谱数据及其分析结果映射为虚拟建筑物对象，并通过GIS三维建模进行可视化展示。其中以地图背景中栅格区块的颜色表示区域电磁环境的底噪信息，并以栅格区块内建筑物的密集程度、高度、形状、颜色来直观表示区域内的信号数量、信号场强、频段占用情况、信号异常与告警情况等信息，从而将城市的电磁环境以三维虚拟城市场景的形式“画”出来，实现数据动态更新的三维“城市电磁频谱地图”。

具体地，可以根据从不同栅格区域所采集的电磁频谱数据及其分析结果数据，按照预先设计的虚拟化映射规则，生成不同数量、不同高度、不同形状、不同颜色的建筑物虚拟对象，形成实时、动态变化的虚拟化城市场景，管理人员通过对栅格区域内建筑物进行直观观察后，便可掌握城市中各个栅格区域内信号数量、信号场强、频段占用情况、信号异常与告警情况等信息，为干扰查处、设台规划、产业感知等提供决策支撑，极大的提升城市无线电监测管理的效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电磁频谱展示方法，其特征在于：包括以下步骤：

建立区域电磁背景噪声与电子地图区块的背景颜色的映射规则，并建立电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则；

获取各个网络栅格中的电磁频谱感知节点采集并上报的电磁频谱数据；

计算获得各区域所采集频段的电磁环境背景噪声数据，通过与各个区域的电磁环境背景样本进行比对分析、识别栅格区域内的电磁信号、并分析信号的类型信息，生成电磁信号数据表；

创建与电磁信号数据表相对应的虚拟建筑物对象表，按照所述的电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则，将电磁信号数据表中的数据记录映射为虚拟城市建筑物对象，并保存至虚拟建筑物对象表中；

制作作为虚拟地市场景底层背景进行显示的城市街道的二维矢量地图图层，并根据城市网格化无线电监测网络的信息栅格划分，生成栅格网络地图图层；

根据所述建立区域电磁背景噪声与电子地图区块的背景颜色的映射规则，将电磁环境背景噪声数据与栅格网络地图图层区块的背景颜色进行映射，并将映射后的栅格网络地图图层叠加到所述二维矢量地图图层进行显示；

建立城市建筑物的三维GIS模型，与虚拟建筑物对象表进行绑定后，通过三维GIS引擎在二维矢量地图图层和栅格网络地图图层两个背景图层上进行叠加显示，形成三维虚拟城市的态势场景。

2.根据权利要求1所述的一种电磁频谱展示方法，其特征在于：所述的建立电磁频谱数据与城市虚拟建筑物对象之间的、以及电磁频谱数据分析结果与城市虚拟建筑物对象之间的映射规则包括：

将电磁信号的场强映射为城市虚拟建筑物对象的高度，其中包括：设置场强值取值范围区间，按一定场强范围进行区段划分，并设置对应场强范围的虚拟建筑物的高度；

将电磁信号中心频率所处的业务频段与虚拟建筑物对象的形状建立映射；

将电磁信号的类型信息映射为虚拟建筑物对象的不同颜色。

3.根据权利要求1所述的一种电磁频谱展示方法，其特征在于：在各个网络栅格区域内的电磁信号数量与栅格区域的虚拟建筑物对象数量建立保持一致，栅格区域内的虚拟建筑物对象根据具体数量在区域内平均分布，并确定虚拟建筑物对象的经纬度坐标。

4.根据权利要求1所述的一种电磁频谱展示方法，其特征在于：所述的信号类型包括正常、异常、告警；

其中正常信号为：与***中的信号库进行比对，能够与信号库中信号参数匹配的电磁信号判断为正常信号；

异常信号为：与***中的信号库进行比对，信号频率属于信号库但包括占用带宽、场强在内的参数异常的电磁信号判断为异常信号；

告警信号为：对满足预设告警判断条件的电磁信号判断为告警信号，包括对重点业务频率造成干扰的信号、信道占用度大于信道样本占用度的信号、信号幅度超过信道预设门限阈值 的信号。

5.根据权利要求1所述的一种电磁频谱展示方法，其特征在于：所述的方法还包括以下步骤：

对形成三维虚拟城市的态势场景进行不同维度显示。

6.一种存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于：所述计算机指令运行时执行权利要求1至5中任一项所述的一种电磁频谱展示方法的步骤。

7.一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1至5中任一项所述的一种电磁频谱展示方法的步骤。

8.一种电磁频谱展示***，其特征在于：包括：

电磁频谱感知节点，位于不同网络格栅，用于各处采集电磁频谱数据并上报；

数据中心，包括如权利要求7所述的终端，用于对电磁频谱感知节点的上报的电磁频谱数据获取与处理、并形成三维虚拟城市的态势场景。

9.根据权利要求8所述的一种电磁频谱展示***，其特征在于：

所述的数据中心采用实时和/或定时的方式，对电磁频谱数据进行处理与形成三维虚拟城市的态势场景。

10.根据权利要求8所述的一种电磁频谱展示***，其特征在于：所述的电磁频谱感知节点设置为自动工作模式，全天24小时不间断采集电磁频谱数据并上报。

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