本發(fā)明屬于無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于空間插值的電磁頻譜分布預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)可視化方法。

背景技術(shù)：

在無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)的日常無(wú)線電監(jiān)測(cè)中，網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)作為無(wú)線電監(jiān)測(cè)精細(xì)化管理的有效手段，正在成為一種越來(lái)越普遍的監(jiān)測(cè)方式。然而目前的監(jiān)測(cè)方向集中在頻段(頻率)占用度的統(tǒng)計(jì)分析、單站點(diǎn)頻譜監(jiān)測(cè)、不明信號(hào)偵聽(tīng)解調(diào)和測(cè)向定位等方面。然而相對(duì)于監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的大量頻譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，目前的監(jiān)測(cè)手段對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用率仍然顯得偏低，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的電磁頻譜分布和變化情況依然停留在獨(dú)立站點(diǎn)監(jiān)測(cè)處理的階段，對(duì)于站點(diǎn)以外的大面積區(qū)域中的電磁頻譜連續(xù)分布和變化情況監(jiān)測(cè)沒(méi)有有效的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)無(wú)線電網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)中產(chǎn)生大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，卻不能及時(shí)反映監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)電磁頻譜分布和變化情況，數(shù)據(jù)低效利用的現(xiàn)狀，提供一種基于Kriging插值算法的空間電磁態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)及動(dòng)態(tài)可視化方法。為網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)提供一種新的監(jiān)測(cè)手段。所述方法將空間上離散分布的網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間插值的辦法對(duì)未覆蓋區(qū)域的電磁分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，構(gòu)建在空間上連續(xù)分布，時(shí)間上連續(xù)變化的電磁態(tài)勢(shì)曲面，并使用熱力圖渲染技術(shù)實(shí)現(xiàn)電磁頻譜態(tài)勢(shì)可視化動(dòng)態(tài)化展示。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于空間插值的電磁頻譜分布預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)可視化方法包含以下步驟：

第一步，讀取網(wǎng)格監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其包括：頻率、經(jīng)度、維度、時(shí)間、場(chǎng)強(qiáng)；

第二步，根據(jù)所選頻段、門(mén)限、時(shí)間粒度對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選壓縮，將監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行柵格化處理，柵格交點(diǎn)作為未知數(shù)據(jù)點(diǎn)；

第三步，構(gòu)建當(dāng)前時(shí)間段t_i每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Z_ij(Lng,Lat,E)；

第四步，計(jì)算篩選后監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩兩之間的距離{d_ij}和半方差{γ_ij}；

第五步，對(duì)距離{d_ij}和半方差{γ_ij}數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，獲取擬合曲線函數(shù)γ_ij＝f(d_ij)；

第六步，根據(jù)擬合曲線重新計(jì)算已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩兩之間的半方差{γ_ij}；

第七步，任選一個(gè)未知點(diǎn)，利用擬合函數(shù)計(jì)算其與所有已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離{d_io}和半方差{γ_io＝f(d_io)}；

第八步，計(jì)算未知點(diǎn)到各個(gè)已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)λ_i；

第九步，計(jì)算未知點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度得到未知點(diǎn)數(shù)據(jù)Z_o(Lng,Lat,E)；

第十步，重復(fù)第七步到第九步，直到完成所有未知點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算，生成當(dāng)前時(shí)間段t_i內(nèi)的未知點(diǎn)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集{Z_o}，并存儲(chǔ)；

第十一步，判斷是否完成所有時(shí)間段的插值計(jì)算和結(jié)果存儲(chǔ)，若完成則將所有時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)集{Z_o}進(jìn)行熱力圖渲染，并按照時(shí)間先后順序依次展示在GIS地圖上；若未完成，則重復(fù)第三步到第十步運(yùn)算過(guò)程。

作為優(yōu)選，第四步中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離d_ij(Z_i,Z_j)(km)計(jì)算涉及球面兩點(diǎn)間距計(jì)算，經(jīng)緯度參數(shù)需要做一定的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換公式如下：

d_ij[Z_i(Lng_i,Lat_i,E_i),Z_j(Lng_i,Lat_j,E_j)]＝

int((cos^-1(sin(Lat_i/180×π)×sin(Lat_j/180×π)+cos(Lat_i/180×π)

×cos(Lat_j/180×π)×cos(Lng_i/180×π-Lng_j/180×π))

×180×60÷π)×100000)÷100000×1.852

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的半方差γij計(jì)算：

作為優(yōu)選，第八步中采用Kriging空間插值算法進(jìn)行曲線擬合，具體為：

在Kriging插值中，權(quán)重系數(shù)λ與半方差{γ_ij}、{γ_io}存在線性函數(shù)關(guān)系，具體關(guān)系如下：

對(duì)矩陣求逆，即可解得：

本發(fā)明的基于空間插值的電磁頻譜分布預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)可視化方法，目的在于推動(dòng)無(wú)線電監(jiān)測(cè)頻譜精細(xì)化管理的發(fā)展，提高頻譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用效率。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的主要思路是對(duì)來(lái)自網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)按照時(shí)間粒度聚合，對(duì)每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)使用Kriging空間插值算法，擬合監(jiān)測(cè)站點(diǎn)間距離與電磁信號(hào)強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，對(duì)未知區(qū)域的電磁頻譜分布數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)無(wú)偏插值預(yù)測(cè)。對(duì)每個(gè)時(shí)間段下的插值預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力圖渲染并按照時(shí)間先后順序輸出到GIS地圖中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域電磁頻譜分布的預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)可視化展示。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

1、使用地理統(tǒng)計(jì)學(xué)插值算法實(shí)現(xiàn)對(duì)空間電磁場(chǎng)分布的插值預(yù)測(cè)，構(gòu)建電磁場(chǎng)在空間上連續(xù)分布曲面，并反映時(shí)間維度上的電磁態(tài)勢(shì)變化情況。

2、充分利用網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，挖掘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的潛在應(yīng)用，推動(dòng)頻譜精細(xì)化管理的發(fā)展。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明

實(shí)施例

如圖1所示，一種基于空間插值和聚類分析的無(wú)線發(fā)射源定位方法，其方法步驟如下：

第一步，讀取網(wǎng)格監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，Point(頻率(Freq)、經(jīng)度(Lng)、維度(Lat)、時(shí)間(timestamp)、場(chǎng)強(qiáng)(E))

第二步，根據(jù)所選頻段(頻率)、門(mén)限、時(shí)間粒度為5min對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選壓縮，將監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行柵格化處理，柵格粒度100m×100m，柵格交點(diǎn)作為未知數(shù)據(jù)點(diǎn){Z_o(Lng_o,Lat_o,E_o)}。

第三步，構(gòu)建當(dāng)前時(shí)間段t_i每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Z_ij(Lng,Lat,E)。

第四步，計(jì)算篩選后監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩兩之間的距離d_ij和半方差γ_ij

監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離d_ij(Z_i,Z_j)(km)計(jì)算涉及球面兩點(diǎn)間距計(jì)算，經(jīng)緯度參數(shù)需要做一定的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換公式如下：

d_ij[Z_i(Lng_i,Lat_i,E_i),Z_j(Lng_i,Lat_j,E_j)]＝

int((cos^-1(sin(Lat_i/180×π)×sin(Lat_j/180×π)+cos(Lat_i/180×π)

×cos(Lat_j/180×π)×cos(Lng_i/180×π-Lng_j/180×π))

×180×60÷π)×100000)÷100000×1.852

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的半方差γij計(jì)算：

第五步，對(duì)距離d_ij和半方差γ_ij數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，獲取擬合曲線函數(shù)γ_ij＝f(d_ij)

第六步，根據(jù)擬合曲線重新計(jì)算已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩兩之間的半方差γ_ij

γ_ij＝f(d_ij)

第七步，任選一個(gè)未知點(diǎn)，計(jì)算其與已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離d_io和半方差γ_io＝f(d_io)

第八步，計(jì)算未知點(diǎn)到各個(gè)已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)λ_i

在Kriging插值中，權(quán)重系數(shù)λ與半方差{γ_ij}、{γ_io}存在線性函數(shù)關(guān)系，具體關(guān)系如下：

對(duì)矩陣求逆，即可解得：

第九步，計(jì)算未知點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度獲得單個(gè)未知點(diǎn)的結(jié)果Z_o(Lng_o,Lat_o,E_o)

第十步，重復(fù)第七步到第九步，直到完成所有未知點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算，生成當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)的未知點(diǎn)插值預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集{Z_o(Lng_o,Lat_o,E_o)}，并存儲(chǔ)。

第十一步，判斷是否完成所有時(shí)間段的插值計(jì)算和結(jié)果存儲(chǔ)。若未完成，則重復(fù)第三步到第十步運(yùn)算過(guò)程；若完成則將數(shù)據(jù)集{Z_o}進(jìn)行熱力圖渲染，并按照時(shí)間先后順序依次展示在GIS地圖上，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)電磁頻譜分布的預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)化展示。

本發(fā)明根據(jù)電磁信號(hào)在空間分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，引入地理統(tǒng)計(jì)學(xué)中廣泛使用的Kriging插值算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)站未覆蓋區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布的插值預(yù)測(cè)，并按照時(shí)間粒度對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和分別插值預(yù)測(cè)，以反映監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)電磁態(tài)勢(shì)分布在時(shí)間上的變化情況。通過(guò)GIS地圖上熱力圖渲染的方式，實(shí)現(xiàn)電磁態(tài)勢(shì)分布可視化動(dòng)態(tài)化展示。為無(wú)線電頻譜精細(xì)化管理提供一個(gè)有力工具。