基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法，依据终端设备和基站信号覆盖参数划分地理格网，遍历格网确定空间初始聚类，保证所有初始聚类的终端设备数量达到基站最大覆盖量；将终端设备初始聚类重心作为基站位置，若提供候选位置，则选取重心附近覆盖终端设备最多的位置作为基站位置；最后利用基站位置来调整初始聚类，基于基站位置和终端设备地理范围进行voronoi划分，每个泰森多边形包含的终端设备归为一类，确保终端设备由最近的基站管理。本发明专利技术解决了终端设备聚类数量即基站数量的可控问题，整个聚类过程可自动化完成，在RF终端设备网络规划仿真系统中有着广阔的应用前景。

Spatial Clustering Method of RF Terminal Equipment Based on Geographic Grid

【技术实现步骤摘要】
基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法
本专利技术属于GIS系统和智能配用电系统综合应用领域，尤其涉及一种基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法。
技术介绍
现有的配用电GIS系统中，配用电系统与GIS系统的融合明显不足，GIS强大的空间分析能力并未真正融合到配用电应用中。在RF终端设备网络规划仿真系统中，需要对终端设备进行聚类分析以便后续确定集中器、中继器等基站设备位置，聚类结果的合理性和可操作性直接影响配用电整体解决方案的经济成本。目前比较有效的RF终端设备网络规划方案是利用GIS空间分析工具计算无线信号覆盖率，用于指导设备选址和终端设备聚类，这种规划方案能较好的考虑地形因素的影响，但GIS空间分析工具只是作为辅助工具，操作步骤繁琐，未能真正融入RF终端设备网络规划中。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法，使得RF终端设备聚类数量可控，聚类过程自动高效。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法，包括步骤：(1)依据终端设备参数和基站信号覆盖参数，计算终端设备的最小外包地理矩形作为总的研究区域；(2)依据终端设备参数和基站信号覆盖参数，确定地理格网长宽，划分地理格网；(3)对网格内终端设备进行初始聚类；(4)计算各聚类中终端设备的重心位置，作为基站安装位置；(5)基于基站位置和终端设备地理范围进行voronoi重新聚类，记录基站和终端设备聚类信息，确保所有的终端设备都归入距离最近的基站管理。进一步地，所述步骤(1)中，终端设备参数包括接收损耗、可接收信号阈值；基站信号覆盖参数包括最大覆盖终端数量、覆盖范围、网络层级。进一步地，所述步骤(3)中，格网向右下扩展到四个作为研究区域，将当前格网内所有终端设备聚类后进入下一个格网聚类；聚类从左上的终端设备开始，搜索距离最近的终端设备归为一类，直到该类的终端设备数量达到最大覆盖终端数量。进一步地，所述步骤(4)中，若提供基站候选位置，将在初始聚类重心附近的候选位置中选择无线信号覆盖最多终端设备的位置作为基站位置；否则将聚类重心作为基站位置。进一步地，所述步骤(5)中，以基站位置作为空间散点、地理范围作为边界计算voronoi多边形，每个多边形对应一个基站位置；遍历voronoi多边形，计算多边形包含的终端设备作为该基站的聚类结果，记录基站和终端设备聚类信息，确保所有的终端设备都归入距离最近的基站。有益效果：本专利技术通过最大覆盖数量控制总的聚类个数，节约网络设备成本；基于地理格网划分，提高聚类结果的合理性和高效性；整个聚类过程实现自动化，集成到配用电GIS系统中即可实现地理可视化，为RF终端设备网络规划提供有效支持。附图说明图1是基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法流程图；图2是终端设备初始聚类流程图；图3是voronoi重聚类流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。本专利技术基于配用电GIS系统，考虑地形及空间连通性，对研究区域划分格网，针对格网内终端设备进行自动化聚类分析，通过参数控制聚类个数，从而有效控制经济成本，在RF终端设备网络规划仿真系统中有着广阔的应用前景。如图1所示，本专利技术所述的基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法，包括步骤：(1)设备数据准备，确定总的研究区域；终端设备作为地理要素存储在配用电GIS系统中，以FID序列化编码唯一标识；采用唯一标识符FID建立终端设备地理要素，方便配用电GIS系统统一的数据管理。依据实际应用确定终端设备参数(接收损耗、可接收信号阈值等)和基站信号覆盖参数(最大覆盖终端数量C_max、覆盖范围、网络层级等)；计算终端设备的最小外包地理矩形作为总的研究区域。(2)划分地理格网；依据终端设备和基站信号覆盖参数，确定地理格网长宽，将终端设备所在地理矩形范围划分为多个镶嵌的格网，记录格网行列号和格网包含的终端设备，将研究对象转换为网格内的终端设备。按基站最大覆盖范围划分地理格网，缩小研究区域，确保聚类结果合理可靠。(3)计算终端设备初始聚类；由左上到右下遍历地理小网格，对网格内终端设备进行初始聚类。格网向右下扩展到四个作为研究区域，将当前格网内所有终端设备聚类后进入下一个格网聚类；聚类从左上的终端设备开始，搜索距离最近的终端设备归为一类，直到该类的终端设备数量达到C_max；向右下扩展网格并按最大覆盖数量归类终端设备，确保总的聚类个数合理可控。如图2所示，是终端设备初始聚类流程图。基于划分好的地理格网，从左上到右下遍历地理小网格，确保几乎所有聚类的终端设备数量达到C_max，从而控制总的聚类数量。从左上网格(G0_0)开始，聚类分析时向右下扩展至四个网格(G0_0,G0_1,G1_0,G1_1)，取当前网格最靠近左上的终端设备M_0作为聚类Cls0_0的第一个元素，以M_0为圆心，查找网格大小Size范围内的终端设备并按距离排序依次加入Cls0_0，直到类的元素数量达到C_max，则完成一次聚类，更新四个网格内剩余的终端设备，若当前网格中还有剩余终端设备未归类，则继续在该网格内取最靠近左上的终端设备作为下个聚类的初始元素，重复前述步骤直到当前格网内的终端设备聚类完成，然后进入下一个网格，直到所有终端设备聚类完成。(4)计算各聚类中终端设备的重心位置作为基站安装位置；若提供基站候选位置(如线杆、变压器位置等)，将在初始聚类重心(终端设备密集点)附近的候选位置中选择无线信号覆盖最多终端设备的位置作为基站位置；否则将聚类重心作为基站位置；将聚类重心作为基站位置，能够节约网络设备成本和保证信号传输的可靠性。(5)基于基站位置和终端设备地理范围进行voronoi重新聚类，每个泰森多边形包含的终端设备归为一类，记录基站和终端设备聚类信息，确保所有的终端设备都归入距离最近的基站管理。如图3所示，根据已经确定的基站位置，将终端设备地理范围进行voronoi多边形划分，基站位置作为空间散点、地理范围作为边界计算voronoi多边形，每个多边形对应一个基站位置；遍历voronoi多边形，计算其包含的终端设备作为该基站的聚类结果，确保所有的终端设备都归入距离最近的基站，记录基站和终端设备聚类信息。基于voronoi图调整聚类，保证大多数的终端设备都由最近的基站管理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法，其特征在于，包括步骤：(1)依据终端设备参数和基站信号覆盖参数，计算终端设备的最小外包地理矩形作为总的研究区域；(2)依据终端设备参数和基站信号覆盖参数，确定地理格网长宽，划分地理格网；(3)对网格内终端设备进行初始聚类；(4)计算各聚类中终端设备的重心位置，作为基站安装位置；(5)基于基站位置和终端设备地理范围进行voronoi重新聚类，记录基站和终端设备聚类信息，确保所有的终端设备都归入距离最近的基站管理。

【技术特征摘要】
1.一种基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法，其特征在于，包括步骤：(1)依据终端设备参数和基站信号覆盖参数，计算终端设备的最小外包地理矩形作为总的研究区域；(2)依据终端设备参数和基站信号覆盖参数，确定地理格网长宽，划分地理格网；(3)对网格内终端设备进行初始聚类；(4)计算各聚类中终端设备的重心位置，作为基站安装位置；(5)基于基站位置和终端设备地理范围进行voronoi重新聚类，记录基站和终端设备聚类信息，确保所有的终端设备都归入距离最近的基站管理。2.根据权利要求1所述的基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法，其特征在于，所述步骤(1)中，终端设备参数包括接收损耗、可接收信号阈值；基站信号覆盖参数包括最大覆盖终端数量、覆盖范围、网络层级。3.根据权利要求1所述的基于地理格网的RF终端设备空间聚类方法，其特征在于，所述步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小欢，靳志宾，陶永晶，张欢欢，郭建波，王志成，张条条，
申请(专利权)人：杭州海兴泽科信息技术有限公司，杭州海兴电力科技股份有限公司，南京海兴电网技术有限公司，宁波恒力达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33