淺談輸電桿塔與通訊桿塔共享技術

摘要：本文以共享經(jīng)濟為思路，介紹了輸電桿塔和通訊桿塔共享的主要研究內(nèi)容和關鍵技術，主要包括共享桿塔基站選址策略研究，無線組網(wǎng)通信技術在共享桿塔中的技術經(jīng)濟特性分析和無線組網(wǎng)通信技術在共享桿塔中的安全性評估，為輸電桿塔與通訊桿塔共享，提高資本利用效率提供了參考

關鍵詞：輸電桿塔;通訊桿塔;共享;選址;技術經(jīng)濟特性

0 引言

共享鐵塔即在電力鐵塔上加裝通信設備，尤其是高電壓等級輸電塔上安裝通訊基站，將光纜、通信基站、移動天線等通信設施附屬在輸電線路本體上，通過對電網(wǎng)通道資源的這種復合使用，使電網(wǎng)通道成為提供通信服務的走廊。共用電網(wǎng)的優(yōu)質鐵塔資源作為通信網(wǎng)絡的公共資源，使得電力通道資源獲得再利用和綜合利用，形成技術資源、物資資源、時空資源等資源整合與共享[1-2]。共享鐵塔可以有效避免電力企業(yè)資源浪費，對社會公共資源而言，“一塔多用”能極大節(jié)約土地資源，避免重復建設與投資，實現(xiàn)國家基礎設施的優(yōu)勢互補和資源共享，提高國有資產(chǎn)利用效率。

鐵塔資源共享前，我國通信行業(yè)重復建設現(xiàn)象十分嚴重，雙塔并立、三塔林立隨處可見。結合“網(wǎng)絡強國”、“寬帶中國”的國家戰(zhàn)略背景，三大運營商從各自為戰(zhàn)、重復建設到鐵塔公司統(tǒng)一建設基站，再到電網(wǎng)企業(yè)和鐵塔公司深度合作，每一次蛻變，無一不是在踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，無一不是在貫徹落實“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念。鐵塔共享承建的公網(wǎng)覆蓋工程實現(xiàn)了三家運營商共享鐵塔、機房、電力引入、泄露電纜等資源，極大地減少重復建設與資源浪費，顯著提高了資源使用效益，降低了公共基礎設施建設的社會總成本，促進了移動網(wǎng)絡快速規(guī)模發(fā)展，使行業(yè)受益、國家受益、人民受益。

1桿塔共享技術的研究內(nèi)容

圍繞桿塔共享技術及通訊業(yè)務建設需求，針對桿塔共享的通信基站選址問題、共享桿塔技術的經(jīng)濟性分析以及共享桿塔的安全性評估展開相關研究。本文研究基于共享桿塔的通信基站選址性問題，綜合考慮區(qū)域人口分布、網(wǎng)絡覆蓋率、電力桿塔共享率、基站建設環(huán)境等多種因素，基于智能優(yōu)化算法給出共享桿塔基站選址最優(yōu)策略[3]。以電力桿塔基站選址策略為基礎，本文主要分析共享桿塔的經(jīng)濟特性，基于經(jīng)濟學的統(tǒng)計規(guī)律及最佳收益問題的優(yōu)化算法，建立共享桿塔收益數(shù)學模型求解最優(yōu)配置結果，并給出經(jīng)濟性評估指標，這是電力桿塔共享技術順利推廣的應用前提。安全性分析為上述內(nèi)容的順利展開提供了安全保障，在實現(xiàn)電力桿塔資源利用率、經(jīng)濟效益最大化的基礎上，保證電力桿塔及輸電線路的安全穩(wěn)定運行，由ANASYS對電力桿塔進行受力分析，基于模糊專家經(jīng)驗系統(tǒng)綜合評估桿塔共享的安全性。技術經(jīng)濟型評估作為共享桿塔的關鍵落腳點，是共享桿塔推廣應用的核心體現(xiàn)，共享桿塔安全性評估也能夠作為電網(wǎng)與通訊企業(yè)共建共享過程中安全風險管理的重要內(nèi)容[4]。

2 輸電桿塔與通訊桿塔共享關鍵技術

2.1 共享桿塔基站選址最優(yōu)策略研究

確立基站選址基本原則及一般要求是最優(yōu)規(guī)劃選址的前提條件，而分析影響選址的相關因素是基于共享桿塔部署通訊基站的技術關鍵。以網(wǎng)絡容量、網(wǎng)絡覆蓋率、桿塔共享率為目標函數(shù)并考慮多種約束條件建立共享桿塔基站選址模型，是制定共享桿塔基站選址最優(yōu)策略的核心，為評估共享桿塔基站建設的經(jīng)濟效益與安全分析提供基礎支撐。

（1）共享桿塔基站選址影響因素特性研究

首先，研究并建立共享桿塔基站選址的基本原則及一般要求，分析不同相關因素對站址選擇策略的影響，如通訊業(yè)務需求、區(qū)域網(wǎng)絡覆蓋率、電力桿塔利用率、建設成本、基站數(shù)量、網(wǎng)絡容量等。其次，研究關聯(lián)規(guī)則分類算法原理，挖掘相關影響因素與基站選址間的關聯(lián)規(guī)則;基于與選址結果具有強關聯(lián)的影響因素，確定基站選址模型需要考慮的目標函數(shù)、約束條件及可控變量等。最后，研究電力桿塔資源共享率、區(qū)域網(wǎng)絡覆蓋率、區(qū)域系統(tǒng)容量等指標的定義或函數(shù)表征;

（2）共享桿塔基站選址問題建模研究

首先，研究并分析試點區(qū)域電力桿塔分布及基礎設施建設情況，包括塔型、站高、市電引入、無線傳播環(huán)境等;研究模擬退火算法相關原理，據(jù)此求解實現(xiàn)電力桿塔最大共享的基站范圍規(guī)劃。其次，研究建立以網(wǎng)絡系統(tǒng)容量、網(wǎng)絡覆蓋率、桿塔共享率為目標函數(shù)，以鏈路質量、業(yè)務需求、地理環(huán)境為約束條件，以基站數(shù)量、建設成本為可控變量的共享桿塔基站選址模型。最后，研究混合免疫算法求解多目標優(yōu)化問題的一般流程[5];研究基于混合免疫算法的共享桿塔基站選址策略，在保證充分利用共享電力桿塔資源的條件下，獲得更高的網(wǎng)絡覆蓋率，提升通訊業(yè)務質量。

2.2 無線組網(wǎng)通信技術在共享桿塔中的技術經(jīng)濟特性分析

本節(jié)是以2.1節(jié)確定的基站選址最優(yōu)策略為基礎，附加考慮電力桿塔分布、區(qū)域人口分布、基站帶寬限制、基站建設成本等其它因素，確定面向電力企業(yè)和通信運營商的共享桿塔建設經(jīng)濟評價指標，具體分析過程以建立經(jīng)濟效益模型為依托，以區(qū)域通信收益最大為目標函數(shù)，做共享桿塔的經(jīng)濟性分析。技術經(jīng)濟特性分析結果是共享桿塔建設推廣的重要參考指標。

（1）基于無線組網(wǎng)通信的共享桿塔成本分析及模型建立

首先，調研分析電力桿塔與通信桿塔的實際建設分布情況，包括規(guī)劃區(qū)域的人口密度、桿塔間距、通信覆蓋范圍、周圍環(huán)境等，研究共享桿塔建設成本、通信基站建設成本、運維成本、業(yè)務收益的函數(shù)表征，確定無線組網(wǎng)通信基站架設于電力桿塔后所產(chǎn)生的具體收益函數(shù)。其次，通過上述成本分析，建立共享桿塔經(jīng)濟效益函數(shù)、通信單位以及電力單位建設共享桿塔的經(jīng)濟收益函數(shù)。最后，確定收益函數(shù)的約束條件，在滿足區(qū)域負荷的通信帶寬需求下，實現(xiàn)區(qū)域基站覆蓋范圍最大化，同時考慮以電力桿塔作為搭載基站為前提條件，以規(guī)劃區(qū)域內(nèi)電力桿塔安裝基站的容量為可控變量，建立最優(yōu)化的數(shù)學優(yōu)化模型。

（2）基于和聲搜索算法的經(jīng)濟效益模型求解

首先，選用和聲搜索算法實現(xiàn)對共享桿塔經(jīng)濟效益評估模型的求解，由隨機生成的優(yōu)化組合模型建立優(yōu)化模型的記憶庫。通過分類迭代取值的方法對比當前優(yōu)化組合模型與和聲庫中的組合模型，替換和聲庫中適應度最差的組合解[6]。其次，通過循環(huán)迭代逐次更新記憶庫中的組合模型，直至與記憶庫中的組合模型收斂一致，獲得最優(yōu)解，對此迭代結果進行驗證，確定通信基站的最優(yōu)配置方案。最后，依照此方案對共享桿塔經(jīng)濟性進行綜合評估。

2.3無線組網(wǎng)通信技術在共享桿塔中的安全性評估

2.1節(jié)和2.2節(jié)的關鍵技術都要以共享桿塔的安全性評估為前提條件，共享桿塔的建設環(huán)境、人口密度、電磁輻射、電磁干擾等干擾因素都是安全性評估的重點內(nèi)容，這些信息是影響共享桿塔安全運行的關鍵因素。

（1）部署通信基站的共享桿塔受力分析

首先，通過ANASYS軟件建立66kV電力桿塔靜力學分析模型，編輯材料屬性設計桿塔架構。其次，由于桿塔結構劃分為線性靜力受力分析的前置條件，研究對桿塔結構進行網(wǎng)格劃分，分析基站通信設備部署于桿塔后，鋼塔的應力變化范圍及桿塔承受重力范圍。最后，基于ANASYS分析結果，確定桿塔承受基站通信設備的重力范圍及共享桿塔安全性評價指標。

（2）共享桿塔安全性綜合評估體系建立

首先，針對共享桿塔安全運行的影響因素復雜問題，提出運用專家系統(tǒng)的方法，分析影響共享桿塔安全性的多種相關因素及其影響程度，對各個影響因素分類評價，構建專家經(jīng)驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參考集。其次，將外界環(huán)境、電磁干擾、附加設備等因素的影響合理地進行模糊化，形成對應的風險評估數(shù)據(jù)集，在數(shù)據(jù)集中，每個共享桿塔安全運行指標都有與之相對應的共享桿塔風險評估結果標簽;在共享桿塔風險評估數(shù)據(jù)集的支持下，利用智能方法分析數(shù)據(jù)集中信息，研究影響共享桿塔安全運行的相關指標的模糊隸屬度函數(shù)。最后，綜合以上述兩個步驟研究結果，結合共享桿塔風險評估體系模糊隸屬度函數(shù)和相關指標影響程度模糊集，形成共享桿塔風險評估體系模糊推理系統(tǒng)，提出用共享桿塔風險評估體系模糊推理系統(tǒng)替代傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中推理系統(tǒng)方法，構建基于模糊專家系統(tǒng)的共享桿塔風險評估體系。

3 總結

為實現(xiàn)電力桿塔的最大共享，合理的基站選址、有效的經(jīng)濟性與安全性評估就顯得尤為重要，已成為共享電力桿塔建設中重點關注的問題。本文提出選取高效合適的智能優(yōu)化算法求解基于共享桿塔的基站選址問題，通過挖掘地理環(huán)境、網(wǎng)絡質量、業(yè)務需求、人口密度等多種因素與站址選擇間的關聯(lián)規(guī)則，確定通訊基站選址模型的優(yōu)化目標、約束條件等，最終制定共享桿塔基站選址的最優(yōu)策略，為共享桿塔的經(jīng)濟性與安全性分析提供支撐。基于以上研究，分析電力桿塔搭載通信基站產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，建立合適的評估模型，選用智能算法確定效益最大化的基站分布。最后研究共享桿塔的對通信基站的承載受力分析，考慮影響共享桿塔安全運行的多種因素，建立基于模糊專家系統(tǒng)的共享桿塔風險評估體系，實現(xiàn)對共享鐵塔的安全風險的綜合有效評估。

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作者簡介：楊波（1976.2-）男，漢族，遼寧沈陽人，工程師，主要從事新能源、物聯(lián)網(wǎng)、電氣控制和電力通信等領域研究工作。