浅谈输电杆塔与通讯杆塔共享技术
时间：2021-02-06 06:01:02 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：本文以共享经济为思路，介绍了输电杆塔和通讯杆塔共享的主要研究内容和关键技术，主要包括共享杆塔基站选址策略研究，无线组网通信技术在共享杆塔中的技术经济特性分析和无线组网通信技术在共享杆塔中的安全性评估，为输电杆塔与通讯杆塔共享，提高资本利用效率提供了参考
关键词：输电杆塔;通讯杆塔;共享;选址;技术经济特性
0 引言
共享铁塔即在电力铁塔上加装通信设备，尤其是高电压等级输电塔上安装通讯基站，将光缆、通信基站、移动天线等通信设施附属在输电线路本体上，通过对电网通道资源的这种复合使用，使电网通道成为提供通信服务的走廊。共用电网的优质铁塔资源作为通信网络的公共资源，使得电力通道资源获得再利用和综合利用，形成技术资源、物资资源、时空资源等资源整合与共享[1-2]。共享铁塔可以有效避免电力企业资源浪费，对社会公共资源而言，“一塔多用”能极大节约土地资源，避免重复建设与投资，实现国家基础设施的优势互补和资源共享，提高国有资产利用效率。
铁塔资源共享前，我国通信行业重复建设现象十分严重，双塔并立、三塔林立随处可见。结合“网络强国”、“宽带中国”的国家战略背景，三大运营商从各自为战、重复建设到铁塔公司统一建设基站，再到电网企业和铁塔公司深度合作，每一次蜕变，无一不是在践行“绿水青山就是金山银山”的理念，无一不是在贯彻落实“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念。铁塔共享承建的公网覆盖工程实现了三家运营商共享铁塔、机房、电力引入、泄露电缆等资源，极大地减少重复建设与资源浪费，显著提高了资源使用效益，降低了公共基础设施建设的社会总成本，促进了移动网络快速规模发展，使行业受益、国家受益、人民受益。
1杆塔共享技术的研究内容
围绕杆塔共享技术及通讯业务建设需求，针对杆塔共享的通信基站选址问题、共享杆塔技术的经济性分析以及共享杆塔的安全性评估展开相关研究。本文研究基于共享杆塔的通信基站选址性问题，综合考虑区域人口分布、网络覆盖率、电力杆塔共享率、基站建设环境等多种因素，基于智能优化算法给出共享杆塔基站选址最优策略[3]。以电力杆塔基站选址策略为基础，本文主要分析共享杆塔的经济特性，基于经济学的统计规律及最佳收益问题的优化算法，建立共享杆塔收益数学模型求解最优配置结果，并给出经济性评估指标，这是电力杆塔共享技术顺利推广的应用前提。安全性分析为上述内容的顺利展开提供了安全保障，在实现电力杆塔资源利用率、经济效益最大化的基础上，保证电力杆塔及输电线路的安全稳定运行，由ANASYS对电力杆塔进行受力分析，基于模糊专家经验系统综合评估杆塔共享的安全性。技术经济型评估作为共享杆塔的关键落脚点，是共享杆塔推广应用的核心体现，共享杆塔安全性评估也能够作为电网与通讯企业共建共享过程中安全风险管理的重要内容[4]。
2 输电杆塔与通讯杆塔共享关键技术
2.1 共享杆塔基站选址最优策略研究
确立基站选址基本原则及一般要求是最优规划选址的前提条件，而分析影响选址的相关因素是基于共享杆塔部署通讯基站的技术关键。以网络容量、网络覆盖率、杆塔共享率为目标函数并考虑多种约束条件建立共享杆塔基站选址模型，是制定共享杆塔基站选址最优策略的核心，为评估共享杆塔基站建设的经济效益与安全分析提供基础支撑。
（1）共享杆塔基站选址影响因素特性研究
首先，研究并建立共享杆塔基站选址的基本原则及一般要求，分析不同相关因素对站址选择策略的影响，如通讯业务需求、区域网络覆盖率、电力杆塔利用率、建设成本、基站数量、网络容量等。其次，研究关联规则分类算法原理，挖掘相关影响因素与基站选址间的关联规则;基于与选址结果具有强关联的影响因素，确定基站选址模型需要考虑的目标函数、约束条件及可控变量等。最后，研究电力杆塔资源共享率、区域网络覆盖率、区域系统容量等指标的定义或函数表征;
（2）共享杆塔基站选址问题建模研究
首先，研究并分析试点区域电力杆塔分布及基础设施建设情况，包括塔型、站高、市电引入、无线传播环境等;研究模拟退火算法相关原理，据此求解实现电力杆塔最大共享的基站范围规划。其次，研究建立以网络系统容量、网络覆盖率、杆塔共享率为目标函数，以链路质量、业务需求、地理环境为约束条件，以基站数量、建设成本为可控变量的共享杆塔基站选址模型。最后，研究混合免疫算法求解多目标优化问题的一般流程[5];研究基于混合免疫算法的共享杆塔基站选址策略，在保证充分利用共享电力杆塔资源的条件下，获得更高的网络覆盖率，提升通讯业务质量。
2.2 无线组网通信技术在共享杆塔中的技术经济特性分析
本节是以2.1节确定的基站选址最优策略为基础，附加考虑电力杆塔分布、区域人口分布、基站带宽限制、基站建设成本等其它因素，确定面向电力企业和通信运营商的共享杆塔建设经济评价指标，具体分析过程以建立经济效益模型为依托，以区域通信收益最大为目标函数，做共享杆塔的经济性分析。技术经济特性分析结果是共享杆塔建设推广的重要参考指标。
（1）基于无线组网通信的共享杆塔成本分析及模型建立
首先，调研分析电力杆塔与通信杆塔的实际建设分布情况，包括规划区域的人口密度、杆塔间距、通信覆盖范围、周围环境等，研究共享杆塔建设成本、通信基站建设成本、运维成本、业务收益的函数表征，确定无线组网通信基站架设于电力杆塔后所产生的具体收益函数。其次，通过上述成本分析，建立共享杆塔经济效益函数、通信单位以及电力单位建设共享杆塔的经济收益函数。最后，确定收益函数的约束条件，在满足区域负荷的通信带宽需求下，實现区域基站覆盖范围最大化，同时考虑以电力杆塔作为搭载基站为前提条件，以规划区域内电力杆塔安装基站的容量为可控变量，建立最优化的数学优化模型。
（2）基于和声搜索算法的经济效益模型求解
首先，选用和声搜索算法实现对共享杆塔经济效益评估模型的求解，由随机生成的优化组合模型建立优化模型的记忆库。通过分类迭代取值的方法对比当前优化组合模型与和声库中的组合模型，替换和声库中适应度最差的组合解[6]。其次，通过循环迭代逐次更新记忆库中的组合模型，直至与记忆库中的组合模型收敛一致，获得最优解，对此迭代结果进行验证，确定通信基站的最优配置方案。最后，依照此方案对共享杆塔经济性进行综合评估。
2.3无线组网通信技术在共享杆塔中的安全性评估
2.1节和2.2节的关键技术都要以共享杆塔的安全性评估为前提条件，共享杆塔的建设环境、人口密度、电磁辐射、电磁干扰等干扰因素都是安全性评估的重点内容，这些信息是影响共享杆塔安全运行的关键因素。
（1）部署通信基站的共享杆塔受力分析
首先，通过ANASYS软件建立66kV电力杆塔静力学分析模型，编辑材料属性设计杆塔架构。其次，由于杆塔结构划分为线性静力受力分析的前置条件，研究对杆塔结构进行网格划分，分析基站通信设备部署于杆塔后，钢塔的应力变化范围及杆塔承受重力范围。最后，基于ANASYS分析结果，确定杆塔承受基站通信设备的重力范围及共享杆塔安全性评价指标。
（2）共享杆塔安全性综合评估体系建立
首先，针对共享杆塔安全运行的影响因素复杂问题，提出运用专家系统的方法，分析影响共享杆塔安全性的多种相关因素及其影响程度，对各个影响因素分类评价，构建专家经验系统的数据参考集。其次，将外界环境、电磁干扰、附加设备等因素的影响合理地进行模糊化，形成对应的风险评估数据集，在数据集中，每个共享杆塔安全运行指标都有与之相对应的共享杆塔风险评估结果标签;在共享杆塔风险评估数据集的支持下，利用智能方法分析数据集中信息，研究影响共享杆塔安全运行的相关指标的模糊隶属度函数。最后，综合以上述两个步骤研究结果，结合共享杆塔风险评估体系模糊隶属度函数和相关指标影响程度模糊集，形成共享杆塔风险评估体系模糊推理系统，提出用共享杆塔风险评估体系模糊推理系统替代传统专家系统中推理系统方法，构建基于模糊专家系统的共享杆塔风险评估体系。
3 总结
为实现电力杆塔的最大共享，合理的基站选址、有效的经济性与安全性评估就显得尤为重要，已成为共享电力杆塔建设中重点关注的问题。本文提出选取高效合适的智能优化算法求解基于共享杆塔的基站选址问题，通过挖掘地理环境、网络质量、业务需求、人口密度等多种因素与站址选择间的关联规则，确定通讯基站选址模型的优化目标、约束条件等，最终制定共享杆塔基站选址的最优策略，为共享杆塔的经济性与安全性分析提供支撑。基于以上研究，分析电力杆塔搭载通信基站产生的经济效益，建立合适的评估模型，选用智能算法确定效益最大化的基站分布。最后研究共享杆塔的对通信基站的承载受力分析，考虑影响共享杆塔安全运行的多种因素，建立基于模糊专家系统的共享杆塔风险评估体系，实现对共享铁塔的安全风险的综合有效评估。
参考文献：
[1]Dongsheng Yang，Yongheng Pang，Bowen Zhou，and Kang Li.Fault Diagnosis for Energy Internet Using Correlation Processing-Based Convolutional Neural Networks[J].IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics：Systems，2019，49 （8）：1739-1748.
[2]杨东升，王道浩，周博文，陈麒宇，杨之乐，胥国毅，崔明建.泛在电力物联网的关键技术与应用前景[J].发电技术，2019，40 （2）：107-114.
[3]章杰鑫，郑羽洁.3G基站选址的智能优化实现[J].计算机工程与应用，2009，45 （35）：230-232+235.
[4]丁力群.浅谈综合自动化变电站二次设备的防雷保护[J].中国新技术新产品，2012 （19）：110.
[5]施加宝，杨铁牛，蔡鹏，张涛.移动通信基站建设策略探讨[J].中国新通信，2014，16 （17）：57-58.
[6]郝雅雄.基于趋向变化的和声搜索算法及其在电力负荷分配中的应用研究[D].兰州大學，2015.
作者简介：杨波（1976.2-）男，汉族，辽宁沈阳人，工程师，主要从事新能源、物联网、电气控制和电力通信等领域研究工作。
