網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建構與運行

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本文作者：薛會軍 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)具有以下幾個特點：一是網(wǎng)格化監(jiān)測網(wǎng)是基于智能化管控系統(tǒng)平臺的；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分監(jiān)測區(qū)域，聯(lián)網(wǎng)構成一個分布于各區(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的明顯特點和豐富的應用功能，其中涉及時差測量技術、網(wǎng)格化配置技術、信號分類與比對技術、聯(lián)合定位技術等。

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

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)分析和應用擴展都是基于監(jiān)測數(shù)據(jù)庫來進行的。如何使頻段占用度統(tǒng)計數(shù)據(jù)更接近于真實情況？如何開展電磁環(huán)境自動監(jiān)測和評估分析工作？這些都是需要深入探討的現(xiàn)實課題,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重的缺失。很多監(jiān)測任務形成監(jiān)測報告或存檔就結束了，沒有對監(jiān)測數(shù)據(jù)進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)，以實時采集節(jié)點數(shù)據(jù)為依據(jù)，按照網(wǎng)絡計算架構設計，通過對海量的多維數(shù)據(jù)進行過濾、比對、相關性分析，通過數(shù)據(jù)挖掘整合成為動態(tài)數(shù)據(jù)庫集合，其具有分布、異構、動態(tài)和自主等相關特性，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)庫的建立及運行流程

網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫包括實時節(jié)點監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、動態(tài)監(jiān)測樣本庫、信號模型特征庫、歷史統(tǒng)計分析結果庫、臺站管理數(shù)據(jù)庫、頻率規(guī)劃數(shù)據(jù)庫等。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)都應該提供采集的時間和地點信息，以便于與地理信息系統(tǒng)相結合。網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立是一個動態(tài)的長期積累和完善過程，主要包括以下3個流程環(huán)節(jié)。

這是整個監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建立的最基本要素和基礎性工作，必須掌握以下采集原則：數(shù)據(jù)采集要確保一致性和準確性,盡量避免虛假信號和不確定性信號的產(chǎn)生；針對不同的業(yè)務頻段，制定相應的監(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、時間、內容（業(yè)務種類）,選擇恰當?shù)臏y量參數(shù)(智能化匹配)。在這個環(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。生成實時節(jié)點監(jiān)測數(shù)據(jù)庫并對異常和可疑信號進行實時快照標注。

采集數(shù)據(jù)的預處理系統(tǒng)。這是網(wǎng)格監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建立和正常運轉的重要保證。預處理系統(tǒng)必須具有很強的兼容性，能夠支持各種數(shù)據(jù)格式；必須能夠對原始數(shù)據(jù)進行篩選和過濾，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)的預處理是自動運行的，因此，數(shù)據(jù)的篩選過濾策略的研究和設置是非常必要的；系統(tǒng)要對數(shù)據(jù)進行整合，以達到統(tǒng)計分析的使用目的，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，以處理各種遠程的監(jiān)測站所采集的數(shù)據(jù)，同時，數(shù)據(jù)預處理必須選擇合適的處理算法，提高數(shù)據(jù)處理速度，實現(xiàn)整個監(jiān)測網(wǎng)絡大量數(shù)據(jù)的快速處理。在這個環(huán)節(jié)里，主要生成各類數(shù)據(jù)庫表（當月監(jiān)測頻率表單、頻段占用度統(tǒng)計報表、業(yè)務頻譜圖譜、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新表等）。

基于前面的工作，這一步主要實現(xiàn)以下三項功能：形成網(wǎng)格動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫：要提高頻率管理的科學性、預見性和前瞻性，實現(xiàn)頻率資源的實時、動態(tài)監(jiān)管，并最終實現(xiàn)頻率資源的充分、合理利用，建立網(wǎng)格動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫應該算是重要的一個方面。其工作流程簡述如下。根據(jù)任務要求，制定或選擇匹配適當?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（如按照信號平均電平+頻率占用度二維組合過濾標準）進行初步篩選，生成當月監(jiān)測頻率表單。將當月監(jiān)測頻率表單與業(yè)務已指配頻率數(shù)據(jù)庫（作為原始監(jiān)測頻率樣本庫）進行比對和頻率屬性標注（即標示該頻率的狀態(tài)：合法、非法、不明、互調、雜散、信號特征等不同屬性），生成并更新監(jiān)測頻率樣本庫。為了實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的實時動態(tài)更新，需要制定相關的數(shù)據(jù)整合策略，即按什么標準添加新數(shù)據(jù)，剔除舊數(shù)據(jù)（在實踐中，可采用2～3個月的數(shù)據(jù)循環(huán)比對方式來對數(shù)據(jù)庫進行更新，數(shù)據(jù)庫結構由動態(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）臺站提供技術支持，為打擊非法設臺提供科學的依據(jù)；另外，還可實現(xiàn)對監(jiān)測網(wǎng)覆蓋范圍（覆蓋效率）的評估和校正，為管理工作贏得寶貴的時間和主動權。

建立新信號模型特征檔案：隨著無線應用領域的發(fā)展，越來越多的新技術、新設備不斷出現(xiàn)，給不明信號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)務發(fā)射信號進行頻域分析，我們發(fā)現(xiàn)它們各自具有獨特的特征屬性，就像指紋一樣，各不相同。這為我們識別和分析不同業(yè)務的信號提供了依據(jù)。通過提取相關的信號特征（信號譜圖、音頻特性、占用帶寬、調制方式、尋址方式等），并對其信號特征及相關參數(shù)進行標注和描述，就能夠方便地建立一個信號頻譜特征樣本庫。為今后類似信號的識別提供方便，同時為監(jiān)測人員提供了一個認知和提高的平臺。

電磁環(huán)境分級評估：對特定區(qū)域和特定的一個業(yè)務頻段，需要即時掌握各業(yè)務頻段占用情況、各頻段背景噪聲強度及變化趨勢，做到即時對相關頻段發(fā)出預警或當前一段時間的電磁環(huán)境通報。為更好地輔助用戶進行電磁環(huán)境評估，在監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的強力支撐下，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算；結合電子地圖平臺和臺站數(shù)據(jù)庫，電磁環(huán)境評估系統(tǒng)可以對任意時段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行抽取、疊加、分析，完成各種形式的電磁環(huán)境顯示和不同時間段、不同地點、不同頻段的電磁環(huán)境比較等；可以以直觀的形式展現(xiàn)頻率在各個地理區(qū)域的使用情況，進行模擬場強分析和顯示；可以結合地理信息系統(tǒng)來展示無線電“頻譜資源地圖”的全貌和細節(jié)。