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关于中波广播理论覆盖计算和效果图绘制的数字化研究

2010-11-16 10:14       作者:刘昆    http://www.zzyjs.com

【论文关键词】广播覆盖 传播距离 覆盖半径 Java语言 关系型数据库
  【论文摘要】本文对中波广播覆盖工作中数据计算、效果图绘制进行了数字化研究,对实现数字化的关键算法进行了分析,使用计算机系统实现了中波广播地波传输距离计算、广播覆盖效果图绘制及覆盖统计等工作。 

引言
  中波广播发展较早、覆盖范围较广,是较为普遍的广播形式。中波广播覆盖是中波广播规划设计、资源管理的基础。中波广播的频率资源短缺,为更好地利用有限的中波广播频率等其它资源,在进行广播覆盖研究时需要对中波广播频率、发射功率和地理位置等信息作各种计算、分析和统计,在实际工作中经常要进行广播覆盖半径的数据计算、覆盖效果图绘制以及覆盖统计计算,这时工作量大,程序繁琐,工作周期长,投入的时间和精力较多。
  数字化是广播电视技术的发展方向,随着广播电视数字化进程不断深入.数字化将渗透到广播电视的各个技术领域和生产环节之中,对中波广播覆盖设计、规划等各项研究中涉及的数据计算和效果图绘制等工作进行数字化,即使用计算机系统快速、精确和直观地计算并显示出各地、各广播频率和发射功率的覆盖效果图和各项统计数值,能提高工作效率、节约时间和精力,从而进行其它更抽象的决策性工作
  2手工计算与绘图的流程
  中波广播覆盖等工作经常要进行广播覆盖半径的理论计算,理论计算的方法较多,实际计算中使用球形地面的地波传播公式结合地波传播曲线表估算出的中波广播传播距离数值,更接近实地广播场强收测数值.因此作为中波广播的覆盖半径在广播覆盖工作中使用。
  球形地面上的地波传播公式为:
E=、E+101gP+10lgD(1)
  即首先使用公式(1)进行场强计算,所得场强结果结合地波传播曲线表.查出限定场强值下中波广播地波传播距离的理论值,并作为某中波频率和发射功率的广播覆盖半径。根据覆盖半径可在平面地图上用圆规绘制出中波广播覆盖效果图,而后再进行各项统计工作。
  3数字化的数据计算与图形绘制流程
  使用计算机进行数学计算和图形绘制,首先应把需要的参数、图形等数据输入进计算机,存储在数据库中,然后找到适合的算法运算数据,最后使用计算机语言编程实现算法逻辑。

  3.1数字化基础数据
  (1)选取适合的区域平面地图,制成区域平面地图的电子文档;根据区域平面地图的直线比例尺,计算出区域平面地图电子文档中两点间距离(像素数量)与实际区域的两点间距离(公里数)的换算系数。使用该系数能够算出实际区域中两点间直线距离在区域平面地图电子文档中所表示的以像素为单位的直线长度。
  (2)记录区域平面地图电子文档中该封闭区域的边界像素坐标值和该区域包含的像素数量总和,用于统计覆盖面积。
  (3)记录区域平面地图电子文档中各地、市或县所处位置的像素坐标值,该值即覆盖效果图中发射机广播覆盖的圆心坐标。
  (4)将地波传播曲线表制成电子文档,并矢量化地波传播曲线表电子文档.用于计算地波传播距离。
  3.2覆盖半径的数据计算
  (5)设定广播频率和发射功率参数,通过公式①和(4)中矢量化的地波传播曲线表电子文档计算出该点的地波传播距离即广播覆盖半径,而后使用(1)中取得的距离换算系数计算出区域平面地图电子文档中的像素数量值,即覆盖效果图中发射机播出覆盖圆的半径。
  3.3效果图绘制
  (6)在区域平面地图的电子文档上以(3)中某地、市或县的像素坐标值为圆心,以(5)中得出的覆盖半径像素数量值为半径绘制圆,圆内区域则表示某地某频率和功率的理论有效覆盖范围。
  3-4覆盖统计计算
  (7)根据(6)产生的覆盖效果图和(2)中的区域的边界像素坐标值和该区域包含的像素数量总和统计出覆盖面积。如果统计出覆盖人口数.需要生成人口分布图的电子文档,计算方法与覆盖面积统计类似。除了基础数据的准备工作外,其他各步骤通过编制计算机程序,计算用户输入的数据和存储在计算机服务器中的数据,得出计算结果、绘制出图形、完成统计工作。
  4.关键算法分析
  4.1平面地图绘制
  平面地图由曲面地图经过投影并计算得出,因此平面地图的准确度直接关系到图形绘制和统计计算的准确度。一般情况下,地图上两点间的距离与实际地理距离相比总有一定误差,为方便研究并合理控制误差范围,经过计算机程序多次计算、绘制并比较后发现,直接使用球形地面上的地波传播公式取得的广播传输距离值在1:100万的小比例尺平面地图上绘制所产生的误差可以忽略不计,因此本文中计算程序选取1:100万的小比例尺平面区域地图,并且直接使用传输距离值作为覆盖半径值绘制覆盖效果图。

  4.2曲线表的矢量化
  地波传播曲线表的电子文档精度和矢量化地波传播曲线表电子文档的方法以及使用地波传播曲线表电子文档计算地波传播距离的算法决定着地波传播距离的准确度。
  把地波传播曲线表转换成电子文档并保存在数据库中,是保存了它的像素集合,这样的地波传播曲线表电子文档数据是标量数据,计算机无法确定场强值和距离值的对应关系,因此需要通过“转换表”把场强值与高度像素值以及距离值与宽度像素值对应起来,完成从场强到距离的计算。如图所示:

  “T1表”记录了电场强度与地波传播曲线表电子文档的Y轴方向像素的一一对应关系;“T2表”记录了地波传播曲线表电子文档中不同频率的场强衰减曲线的像素坐标值,不同的频率拥有不同的曲线形状,因此其像素坐标值不也不一样;“T3表”记录了地波传播曲线表电子文档x轴像素与传输距离的对应关系。这样,通过“T1表”一“T表”一“T3表”的对应线索,可以得到传播距离数值。
  5程序实现
  使用计算机系统实现中波广播覆盖程序.首先要选取合适的计算描述语言,确认该语言的计算精度能够达到实际需求,其次选择便捷可靠的数据存储方式,最后设计软件结构、界面和程序处理流程。
  5.1语言选择
  计算机编程语言有很多,本文使用JavaTM Platform StandarEdition6编程平台来完成覆盖程序的编写。Java编程语言可被用来创建任何常规编程语言所能创建的应用程序,它的图像处理灵活方便语言编写完成后经过编译即可在任意操作系统环境运行使用。
  5.2数据存储方案
  关系型数据库系统通常作为数据访问的存储平台。Java语言拥有多样的关系型数据库接口,本程序选用的关系型数据库系统是MicrosoftSQLServer2000(sp4)数据库系统,该系统具有使用方便、可伸缩性好、与相关软件集成程度高等优点。
  程序需要永久存储在数据库中的数据主要有:区域平面地图的电子文档、距离的换算系数值、各地市县所处的像素坐标值和名称、封闭区域的边界像素坐标值和该区域包含的像素总数、矢量化的地波传播曲线表的电子文档、中波全波段频率值、发射功率值等。

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