淺析5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)的創(chuàng)建與部署

賀 潔，閆 偉

（山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為人們提供隨時(shí)隨地接入服務(wù)，這一服務(wù)背后是通信運(yùn)營(yíng)商持續(xù)進(jìn)行的廣度及深度網(wǎng)絡(luò)覆蓋工作。2021年是“十四五”的啟動(dòng)之年，在2021年3月通過的“十四五”規(guī)劃綱要的一個(gè)突出亮點(diǎn)是，將“加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國(guó)”納入國(guó)家發(fā)展的主旋律。作為數(shù)字化發(fā)展的關(guān)鍵底座，5G技術(shù)將融合邊緣計(jì)算、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供新方法、新路徑、新思路，5G的商用發(fā)展將深刻影響中國(guó)的數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程。作為新基建核心基礎(chǔ)系統(tǒng)，賦能萬(wàn)物互聯(lián)成為共識(shí)，但沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的前提，賦能無(wú)從談起。面向千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋就不僅僅是室外的覆蓋，更需要從室外走向室內(nèi)，5G應(yīng)用中有85%為室內(nèi)場(chǎng)景，面向產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)場(chǎng)景增多，由于5G采用中頻和毫米波頻段，相對(duì)于3G/4G主流頻段，傳輸和穿透損耗大，室外基站無(wú)法覆蓋室內(nèi)，相比3G/4G有更多的室內(nèi)覆蓋建設(shè)需求。5G相當(dāng)大部分面向行業(yè)用戶，是行業(yè)用戶正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)因素中的一部分，因而對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、時(shí)延、可靠性均有嚴(yán)格要求，5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)，將利用商用終端精準(zhǔn)多維度評(píng)估5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，為5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化提供有效支撐[1]。為此，本文將對(duì)5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)的創(chuàng)建及部署進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)部署方案及技術(shù)路線

5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)旨在克服和解決目前業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)室內(nèi)測(cè)試中存在無(wú)法精準(zhǔn)平面定位和精準(zhǔn)分層定位問題，由此，系統(tǒng)的部署方案圍繞如何構(gòu)建室內(nèi)精準(zhǔn)定位為研究對(duì)象及如何實(shí)現(xiàn)這一功能的核心技術(shù)為主。

1.1 系統(tǒng)部署方案

系統(tǒng)采用三層構(gòu)架，從基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)接入層（即數(shù)據(jù)層），進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化、持續(xù)化，接入至平臺(tái)層（即服務(wù)層），進(jìn)行數(shù)據(jù)的服務(wù)化、接口化，將渲染完成的數(shù)據(jù)推送至前端或通過API接口的方式進(jìn)行服務(wù)調(diào)用，為上層應(yīng)用層（即展示層）提供綜合GIS可視化服務(wù)。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）展示層：分為Web端和App端，Web端主要負(fù)責(zé)人員管理、測(cè)試任務(wù)管理、地形建筑物呈現(xiàn)、自定義建筑物、統(tǒng)計(jì)分析等。App端主要負(fù)責(zé)GIS、樓層模型、測(cè)試打點(diǎn)、5G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)提取等。

（2）服務(wù)層：支持靜態(tài)2D/3D數(shù)據(jù)的編輯和存儲(chǔ)管理，支持動(dòng)態(tài)2D/3D數(shù)據(jù)的編輯和存儲(chǔ)管理，支持App端接口提供數(shù)據(jù)下載與上傳，對(duì)上提供北向接口支撐三維可視化服務(wù)應(yīng)用。

（3）數(shù)據(jù)層：各類2D/3D、室內(nèi)外一體化地理信息數(shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入信息、照片等作為接入層，提供北向接口，將系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息與平臺(tái)層進(jìn)行交互與同步[2]。

1.1.1 應(yīng)用3D GIS大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)

5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)基于高清衛(wèi)星地圖、高精度地形數(shù)據(jù)、建筑物3D數(shù)據(jù)完整體現(xiàn)了影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化主要地理因素，具有三維場(chǎng)景展示、三維模型瀏覽、縮放、二三維切換、三維空間量算、屬性信息查詢等功能，那么上述GIS大數(shù)據(jù)如何在Web前端流暢呈現(xiàn)？可分別采用以下技術(shù)：高清衛(wèi)星地圖采用TMS瓦片地圖方式，不同層級(jí)瓦片地圖按需加載；地形瓦片(heightmap-1.0)格式的瓦片集是根據(jù)TMS（瓦片地圖服務(wù)）global-geodetic（全球大地坐標(biāo)）進(jìn)行規(guī)則切分按需加載；建筑物3D數(shù)據(jù)采用3D切片技術(shù)，根據(jù)空間結(jié)構(gòu)按需加載。由此，提供了對(duì)3D GIS大數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建研究性方案[3]。

1.1.2 應(yīng)用建筑物分層模型構(gòu)建技術(shù)

5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)GIS地圖數(shù)據(jù)提供建筑物的經(jīng)緯度及高度信息數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建分層矢量模型，自定義多樓層異構(gòu)建筑物，適應(yīng)新建社區(qū)等應(yīng)用場(chǎng)景，以此提供對(duì)建筑物分層模型的研究性方案。

1.1.3 應(yīng)用室內(nèi)精準(zhǔn)定位技術(shù)5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)利用建筑物分層模型輸出的矢量圖層，利用手機(jī)各類傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建算法模型，解決信號(hào)測(cè)試人員走動(dòng)時(shí)方向抖動(dòng)大問題，識(shí)別并過濾非正常走步傳感器傳回的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)識(shí)別方向及人員走動(dòng)步數(shù)，達(dá)到精準(zhǔn)定位目的，提供室內(nèi)精準(zhǔn)定位算法的研究性方案。

1.1.4 應(yīng)用動(dòng)態(tài)場(chǎng)景數(shù)據(jù)流式傳輸技術(shù)

5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建一套能準(zhǔn)確地描述值隨時(shí)間變化的屬性、能實(shí)現(xiàn)以增量式分批流的方式傳送到客戶端數(shù)據(jù)的格式及配套的前端代碼，以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量在Web端3D回放和分析，可以完美構(gòu)建出一套流式動(dòng)態(tài)場(chǎng)景數(shù)據(jù)格式[4]。

1.2 部署系統(tǒng)的技術(shù)路線

系統(tǒng)以Visual Studio作為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合Java和WebGL技術(shù)，集成數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建可視化系統(tǒng)，所構(gòu)建的系統(tǒng)主要有三個(gè)模塊：數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)端、前端用戶端，服務(wù)端使用Java搭建的微服務(wù)對(duì)客戶端的各種操作進(jìn)行反應(yīng)；客戶端采用瀏覽器作為圖形瀏覽實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，無(wú)須專門可視化界面，初期，App端采用Android開發(fā)平臺(tái)開發(fā)[4]。

1.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)的部署與搭建

系統(tǒng)采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）組織和管理，快速提供三維空間數(shù)據(jù)服務(wù)、影像數(shù)據(jù)服務(wù)和空間矢量數(shù)據(jù)服務(wù)。在POSTGRESS上提供對(duì)象化的方式對(duì)影像（DOM）、矢量（DLG）和三維城市模型（3DCM）數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理?；谌W(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)，提供地理空間數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)，滿足構(gòu)建三維基礎(chǔ)地理空間框架?；谌S數(shù)據(jù)庫(kù)的城市三維數(shù)據(jù)管理、展示和應(yīng)用系統(tǒng)，服務(wù)器端采用Ubuntu16.04操作系統(tǒng)平臺(tái)，三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)采用POSTGIS數(shù)據(jù)庫(kù)。開發(fā)工具采用Visual studio 2010版本。平臺(tái)底層采用Java語(yǔ)言開發(fā)，該語(yǔ)言運(yùn)行高效，支持跨平臺(tái)操作。數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和三維應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)采用獨(dú)立于操作系統(tǒng)的語(yǔ)言Java，同時(shí)支持Window Server系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)環(huán)境，滿足系統(tǒng)部署后期的跨系統(tǒng)需求。采用源數(shù)據(jù)庫(kù)和表現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式，實(shí)現(xiàn)源數(shù)據(jù)庫(kù)的原始SHP數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，表現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)支持多業(yè)務(wù)化擴(kuò)展應(yīng)用，為未來(lái)共享提供技術(shù)支撐。源數(shù)據(jù)庫(kù)和表現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)更新維護(hù)采用歷史庫(kù)和臨時(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)，滿足更新時(shí)數(shù)據(jù)安全和科學(xué)的管理。

1.2.2 系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的采集

利用手機(jī)各類傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建算法模型，解決人員走動(dòng)時(shí)方向抖動(dòng)大問題，識(shí)別并過濾非正常走步傳感器數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)識(shí)別方向及人員走動(dòng)步數(shù)以達(dá)到精準(zhǔn)定位目的，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)經(jīng)緯度的精準(zhǔn)采集。App可對(duì)如圖2所示5G網(wǎng)絡(luò)測(cè)試參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行提取及采集。

圖2 5G網(wǎng)絡(luò)測(cè)試參數(shù)指標(biāo)

1.2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立表以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。針對(duì)三維建筑數(shù)據(jù)的格式，便于可視化，將所有數(shù)據(jù)提取保存其坐標(biāo)及顏色信息，根據(jù)不同的模型數(shù)據(jù)格式進(jìn)行屬性的增加。

應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫(kù)需要依托數(shù)據(jù)庫(kù)支持的接口完成數(shù)據(jù)的讀寫操作，不同客戶端接口特性不一樣，由此系統(tǒng)采用JDBC的訪問方式進(jìn)行連接。

數(shù)據(jù)的交換使用Web Ser vices來(lái)完成，Web Services可以將應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，基本的Web Services平臺(tái)是XML+HTTP。在前臺(tái)頁(yè)面的JavaScript調(diào)用Web Services。

頁(yè)面中JAVAScript回調(diào)函數(shù)鏡像從而獲取數(shù)據(jù)，流程如圖3所示。

1.2.4 可視化三維地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

⊙ 坐標(biāo)基準(zhǔn)：平面坐標(biāo)——WGS84、WebMercator；高程基準(zhǔn)——1985國(guó)家基礎(chǔ)。

⊙ 單位：米。

⊙ 精度要求：瓦片精度。

⊙ 比例尺：3000：1。

⊙ 空間分辨率：1.07米。

⊙ 高程精度：三維模型數(shù)據(jù)地形高程數(shù)據(jù)通過調(diào)繪成果生成數(shù)字地形，精度為10米。

1.2.5 系統(tǒng)輸出流程

系統(tǒng)以5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)測(cè)試整個(gè)流程為主，從App發(fā)起測(cè)試任務(wù)上傳服務(wù)器，Web用戶登錄回放分析輸出報(bào)表整個(gè)流程。

1.2.6 系統(tǒng)模塊/子功能的部署

（1）數(shù)據(jù)列表：提供測(cè)試任務(wù)管理匯總，包括根據(jù)各類條件篩選。

（2）數(shù)據(jù)分析：呈現(xiàn)3D地形、建筑物，并且可以通過點(diǎn)擊建筑物獲取相應(yīng)的基本信息。

（3）自定義建模：根據(jù)建筑物名稱、高度（米）及樓層數(shù)，創(chuàng)建建筑物。

（4）測(cè)試數(shù)據(jù)回放功能：根據(jù)任務(wù)列表選擇需要回放的測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行回放分析。

（5）測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能：實(shí)現(xiàn)按區(qū)域、樓宇、樓層、點(diǎn)多維度統(tǒng)計(jì)分析。

（6）App建筑物提取功能：支持點(diǎn)擊提取當(dāng)前位置300米周圍建筑物輪廓。

（7）App室內(nèi)打點(diǎn)功能：提供步行數(shù)據(jù)在分層模型精準(zhǔn)打點(diǎn)功能。

（8）App 5G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)獲取功能：根據(jù)手機(jī)當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)時(shí)提取5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵指標(biāo)功能。

3 系統(tǒng)的意義及優(yōu)勢(shì)

5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)的部署及搭建依托調(diào)研行業(yè)中存在的痛點(diǎn)，收集用戶需求，確定系統(tǒng)功能規(guī)劃，后臺(tái)開發(fā)平臺(tái)選型、數(shù)據(jù)庫(kù)選型、前端開發(fā)框架選型，軟件交互界面設(shè)計(jì)，代碼開發(fā)以及關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用解決方案。系統(tǒng)通過前端手機(jī)測(cè)試并上傳系統(tǒng)平臺(tái)，經(jīng)過平臺(tái)算法處理，在瀏覽器前端實(shí)現(xiàn)建筑物3D模型可視化、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試數(shù)據(jù)矢量化、3D分層回放呈現(xiàn)、報(bào)表輸出?？捎糜谶\(yùn)營(yíng)商5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估，支撐并指導(dǎo)5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化，保證5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的投資得以有的放矢。同時(shí)可廣泛應(yīng)用于各類通信設(shè)計(jì)院，對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃前期精確評(píng)估，指導(dǎo)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)方案實(shí)施后網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評(píng)估，形成設(shè)計(jì)規(guī)劃事后評(píng)估閉環(huán)工作機(jī)制；也可用于通信工程公司作為單站驗(yàn)證工程類優(yōu)化工作以及三方網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化服務(wù)提供商作為室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果評(píng)估工具[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)5G還有很多業(yè)務(wù)會(huì)從室外延伸到室內(nèi)，室內(nèi)室外業(yè)務(wù)，既有關(guān)聯(lián)也各有特色，需要同步推進(jìn)。尤其是5G發(fā)展會(huì)延伸至如住房、醫(yī)療等與其垂直行業(yè)，因此，使用高效精準(zhǔn)的5G室內(nèi)覆蓋測(cè)試手段顯得尤為重要。5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)的部署實(shí)施將為通信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)計(jì)院、工程公司等行業(yè)單位集成完備的5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試數(shù)據(jù)提供信息化技術(shù)支撐。移動(dòng)通信日新月異的發(fā)展及長(zhǎng)期演進(jìn)，存在多制式測(cè)試需求，如2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，在多制式多運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的前提下，5G的高頻段決定了5G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋將是網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重點(diǎn)，同時(shí)高頻的高衰耗，使傳統(tǒng)的無(wú)線移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)解決方案將面臨更多的挑戰(zhàn)。5G的高流量要求無(wú)線移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)提供更大的容量，微功率、大容量數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)將在5G網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用。5G標(biāo)準(zhǔn)還在不斷演進(jìn)，需要長(zhǎng)期跟蹤5G技術(shù)發(fā)展并持續(xù)性跟進(jìn)開發(fā)。5G室內(nèi)覆蓋精準(zhǔn)3D測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)，為通信信息化社會(huì)發(fā)展提供必要的5G室內(nèi)信號(hào)覆蓋測(cè)試工具支持和數(shù)據(jù)支持，系統(tǒng)可以幫助通信行業(yè)各部門實(shí)現(xiàn)信息共享和利用，更好地輔助通信運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)5G室內(nèi)信號(hào)覆蓋的可視化統(tǒng)一調(diào)度管理與宏觀決策，有效地促進(jìn)通信信息化、數(shù)據(jù)化，促進(jìn)通信行業(yè)生產(chǎn)力的跨越、蓬勃式發(fā)展，提升通信行業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[6]?！?/p>