網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建構(gòu)與運(yùn)行

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本文作者：薛會(huì)軍 單位：國家監(jiān)測中心北戴河監(jiān)測站

簡單來說，網(wǎng)格化監(jiān)測網(wǎng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是網(wǎng)格化監(jiān)測網(wǎng)是基于智能化管控系統(tǒng)平臺(tái)的；二是網(wǎng)格化監(jiān)測網(wǎng)是以監(jiān)測數(shù)據(jù)庫為核心，以任務(wù)管理為中心的；三是網(wǎng)格化監(jiān)測網(wǎng)基于多重疊覆蓋原則細(xì)分監(jiān)測區(qū)域，聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)分布于各區(qū)域的網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)；四是網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)具有與無線電管理緊密相關(guān)的明顯特點(diǎn)和豐富的應(yīng)用功能，其中涉及時(shí)差測量技術(shù)、網(wǎng)格化配置技術(shù)、信號(hào)分類與比對技術(shù)、聯(lián)合定位技術(shù)等。

網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)

監(jiān)測數(shù)據(jù)庫是監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)中的核心部分，所有后期的數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用擴(kuò)展都是基于監(jiān)測數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行的。如何使頻段占用度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)更接近于真實(shí)情況？如何開展電磁環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測和評(píng)估分析工作？這些都是需要深入探討的現(xiàn)實(shí)課題,而這些工作除了具備良好的監(jiān)測模式外，還必須依托準(zhǔn)確和全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。目前主流監(jiān)測測向系統(tǒng)雖都具有了數(shù)據(jù)的采集和簡單的分析處理功能，但沒有形成完善的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，在監(jiān)測數(shù)據(jù)的加工和再利用方面存在嚴(yán)重的缺失。很多監(jiān)測任務(wù)形成監(jiān)測報(bào)告或存檔就結(jié)束了，沒有對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的挖掘和利用。而本文所闡述的網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，按照網(wǎng)絡(luò)計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過對海量的多維數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、比對、相關(guān)性分析，通過數(shù)據(jù)挖掘整合成為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫集合，其具有分布、異構(gòu)、動(dòng)態(tài)和自主等相關(guān)特性，是網(wǎng)格化無線電監(jiān)測網(wǎng)的核心。

網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立及運(yùn)行流程

網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫包括實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、動(dòng)態(tài)監(jiān)測樣本庫、信號(hào)模型特征庫、歷史統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果庫、臺(tái)站管理數(shù)據(jù)庫、頻率規(guī)劃數(shù)據(jù)庫等。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)都應(yīng)該提供采集的時(shí)間和地點(diǎn)信息，以便于與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合。網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立是一個(gè)動(dòng)態(tài)的長期積累和完善過程，主要包括以下3個(gè)流程環(huán)節(jié)。

這是整個(gè)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建立的最基本要素和基礎(chǔ)性工作，必須掌握以下采集原則：數(shù)據(jù)采集要確保一致性和準(zhǔn)確性,盡量避免虛假信號(hào)和不確定性信號(hào)的產(chǎn)生；針對不同的業(yè)務(wù)頻段，制定相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工作規(guī)范，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的有效性；測量參數(shù)集和數(shù)據(jù)采集策略，根據(jù)監(jiān)測地點(diǎn)、時(shí)間、內(nèi)容（業(yè)務(wù)種類）,選擇恰當(dāng)?shù)臏y量參數(shù)(智能化匹配)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，按照數(shù)據(jù)采集規(guī)范和數(shù)據(jù)采集策略，收集到原始數(shù)據(jù)并按規(guī)范數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)。生成實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫并對異常和可疑信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)快照標(biāo)注。

采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理系統(tǒng)。這是網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建立和正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保證。預(yù)處理系統(tǒng)必須具有很強(qiáng)的兼容性，能夠支持各種數(shù)據(jù)格式；必須能夠?qū)υ紨?shù)據(jù)進(jìn)行篩選和過濾，去除無效、異常數(shù)據(jù)，避免垃圾數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，考慮到數(shù)據(jù)的預(yù)處理是自動(dòng)運(yùn)行的，因此，數(shù)據(jù)的篩選過濾策略的研究和設(shè)置是非常必要的；系統(tǒng)要對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，以達(dá)到統(tǒng)計(jì)分析的使用目的，整合的方法要依據(jù)不同的使用目的，制定不同的整合策略；數(shù)據(jù)預(yù)處理必須支持分布式的數(shù)據(jù)處理和匯總，以處理各種遠(yuǎn)程的監(jiān)測站所采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)，數(shù)據(jù)預(yù)處理必須選擇合適的處理算法，提高數(shù)據(jù)處理速度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)大量數(shù)據(jù)的快速處理。在這個(gè)環(huán)節(jié)里，主要生成各類數(shù)據(jù)庫表（當(dāng)月監(jiān)測頻率表單、頻段占用度統(tǒng)計(jì)報(bào)表、業(yè)務(wù)頻譜圖譜、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新表等）。

基于前面的工作，這一步主要實(shí)現(xiàn)以下三項(xiàng)功能：形成網(wǎng)格動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫：要提高頻率管理的科學(xué)性、預(yù)見性和前瞻性，實(shí)現(xiàn)頻率資源的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)管，并最終實(shí)現(xiàn)頻率資源的充分、合理利用，建立網(wǎng)格動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫應(yīng)該算是重要的一個(gè)方面。其工作流程簡述如下。根據(jù)任務(wù)要求，制定或選擇匹配適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)采集規(guī)范和數(shù)據(jù)采集策略，保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性。對采集的原始頻率數(shù)據(jù)要依照一定的數(shù)據(jù)篩選過濾策略（如按照信號(hào)平均電平+頻率占用度二維組合過濾標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行初步篩選，生成當(dāng)月監(jiān)測頻率表單。將當(dāng)月監(jiān)測頻率表單與業(yè)務(wù)已指配頻率數(shù)據(jù)庫（作為原始監(jiān)測頻率樣本庫）進(jìn)行比對和頻率屬性標(biāo)注（即標(biāo)示該頻率的狀態(tài)：合法、非法、不明、互調(diào)、雜散、信號(hào)特征等不同屬性），生成并更新監(jiān)測頻率樣本庫。為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，需要制定相關(guān)的數(shù)據(jù)整合策略，即按什么標(biāo)準(zhǔn)添加新數(shù)據(jù)，剔除舊數(shù)據(jù)（在實(shí)踐中，可采用2～3個(gè)月的數(shù)據(jù)循環(huán)比對方式來對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)由動(dòng)態(tài)頻率樣本庫和月頻率表單兩部分組成）。通過此系統(tǒng)，監(jiān)測人員可以動(dòng)態(tài)掌握無線電頻率資源的使用情況，為清查非法（未登記）臺(tái)站提供技術(shù)支持，為打擊非法設(shè)臺(tái)提供科學(xué)的依據(jù)；另外，還可實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測網(wǎng)覆蓋范圍（覆蓋效率）的評(píng)估和校正，為管理工作贏得寶貴的時(shí)間和主動(dòng)權(quán)。

建立新信號(hào)模型特征檔案：隨著無線應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)、新設(shè)備不斷出現(xiàn)，給不明信號(hào)查找和干擾查處帶來了一定的困難。通過對不同無線電業(yè)務(wù)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行頻域分析，我們發(fā)現(xiàn)它們各自具有獨(dú)特的特征屬性，就像指紋一樣，各不相同。這為我們識(shí)別和分析不同業(yè)務(wù)的信號(hào)提供了依據(jù)。通過提取相關(guān)的信號(hào)特征（信號(hào)譜圖、音頻特性、占用帶寬、調(diào)制方式、尋址方式等），并對其信號(hào)特征及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)注和描述，就能夠方便地建立一個(gè)信號(hào)頻譜特征樣本庫。為今后類似信號(hào)的識(shí)別提供方便，同時(shí)為監(jiān)測人員提供了一個(gè)認(rèn)知和提高的平臺(tái)。

電磁環(huán)境分級(jí)評(píng)估：對特定區(qū)域和特定的一個(gè)業(yè)務(wù)頻段，需要即時(shí)掌握各業(yè)務(wù)頻段占用情況、各頻段背景噪聲強(qiáng)度及變化趨勢，做到即時(shí)對相關(guān)頻段發(fā)出預(yù)警或當(dāng)前一段時(shí)間的電磁環(huán)境通報(bào)。為更好地輔助用戶進(jìn)行電磁環(huán)境評(píng)估，在監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的強(qiáng)力支撐下，分析系統(tǒng)必須能夠支持在線及離線條件下的不同門限占用度計(jì)算；結(jié)合電子地圖平臺(tái)和臺(tái)站數(shù)據(jù)庫，電磁環(huán)境評(píng)估系統(tǒng)可以對任意時(shí)段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、疊加、分析，完成各種形式的電磁環(huán)境顯示和不同時(shí)間段、不同地點(diǎn)、不同頻段的電磁環(huán)境比較等；可以以直觀的形式展現(xiàn)頻率在各個(gè)地理區(qū)域的使用情況，進(jìn)行模擬場強(qiáng)分析和顯示；可以結(jié)合地理信息系統(tǒng)來展示無線電“頻譜資源地圖”的全貌和細(xì)節(jié)。