摘要：本文以共享經(jīng)濟(jì)為思路，介紹了輸電桿塔和通訊桿塔共享的主要研究?jī)?nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)，主要包括共享?xiàng)U塔基站選址策略研究，無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)在共享?xiàng)U塔中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性分析和無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)在共享?xiàng)U塔中的安全性評(píng)估，為輸電桿塔與通訊桿塔共享，提高資本利用效率提供了參考

關(guān)鍵詞：輸電桿塔;通訊桿塔;共享;選址;技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性

0 引言

共享鐵塔即在電力鐵塔上加裝通信設(shè)備，尤其是高電壓等級(jí)輸電塔上安裝通訊基站，將光纜、通信基站、移動(dòng)天線等通信設(shè)施附屬在輸電線路本體上，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)通道資源的這種復(fù)合使用，使電網(wǎng)通道成為提供通信服務(wù)的走廊。共用電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)鐵塔資源作為通信網(wǎng)絡(luò)的公共資源，使得電力通道資源獲得再利用和綜合利用，形成技術(shù)資源、物資資源、時(shí)空資源等資源整合與共享[1-2]。共享鐵塔可以有效避免電力企業(yè)資源浪費(fèi)，對(duì)社會(huì)公共資源而言，“一塔多用”能極大節(jié)約土地資源，避免重復(fù)建設(shè)與投資，實(shí)現(xiàn)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和資源共享，提高國(guó)有資產(chǎn)利用效率。

鐵塔資源共享前，我國(guó)通信行業(yè)重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，雙塔并立、三塔林立隨處可見(jiàn)。結(jié)合“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”、“寬帶中國(guó)”的國(guó)家戰(zhàn)略背景，三大運(yùn)營(yíng)商從各自為戰(zhàn)、重復(fù)建設(shè)到鐵塔公司統(tǒng)一建設(shè)基站，再到電網(wǎng)企業(yè)和鐵塔公司深度合作，每一次蛻變，無(wú)一不是在踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，無(wú)一不是在貫徹落實(shí)“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念。鐵塔共享承建的公網(wǎng)覆蓋工程實(shí)現(xiàn)了三家運(yùn)營(yíng)商共享鐵塔、機(jī)房、電力引入、泄露電纜等資源，極大地減少重復(fù)建設(shè)與資源浪費(fèi)，顯著提高了資源使用效益，降低了公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的社會(huì)總成本，促進(jìn)了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)快速規(guī)模發(fā)展，使行業(yè)受益、國(guó)家受益、人民受益。

1桿塔共享技術(shù)的研究?jī)?nèi)容

圍繞桿塔共享技術(shù)及通訊業(yè)務(wù)建設(shè)需求，針對(duì)桿塔共享的通信基站選址問(wèn)題、共享?xiàng)U塔技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析以及共享?xiàng)U塔的安全性評(píng)估展開相關(guān)研究。本文研究基于共享?xiàng)U塔的通信基站選址性問(wèn)題，綜合考慮區(qū)域人口分布、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、電力桿塔共享率、基站建設(shè)環(huán)境等多種因素，基于智能優(yōu)化算法給出共享?xiàng)U塔基站選址最優(yōu)策略[3]。以電力桿塔基站選址策略為基礎(chǔ)，本文主要分析共享?xiàng)U塔的經(jīng)濟(jì)特性，基于經(jīng)濟(jì)學(xué)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及最佳收益問(wèn)題的優(yōu)化算法，建立共享?xiàng)U塔收益數(shù)學(xué)模型求解最優(yōu)配置結(jié)果，并給出經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)，這是電力桿塔共享技術(shù)順利推廣的應(yīng)用前提。安全性分析為上述內(nèi)容的順利展開提供了安全保障，在實(shí)現(xiàn)電力桿塔資源利用率、經(jīng)濟(jì)效益最大化的基礎(chǔ)上，保證電力桿塔及輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，由ANASYS對(duì)電力桿塔進(jìn)行受力分析，基于模糊專家經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)綜合評(píng)估桿塔共享的安全性。技術(shù)經(jīng)濟(jì)型評(píng)估作為共享?xiàng)U塔的關(guān)鍵落腳點(diǎn)，是共享?xiàng)U塔推廣應(yīng)用的核心體現(xiàn)，共享?xiàng)U塔安全性評(píng)估也能夠作為電網(wǎng)與通訊企業(yè)共建共享過(guò)程中安全風(fēng)險(xiǎn)管理的重要內(nèi)容[4]。

2 輸電桿塔與通訊桿塔共享關(guān)鍵技術(shù)

2.1 共享?xiàng)U塔基站選址最優(yōu)策略研究

確立基站選址基本原則及一般要求是最優(yōu)規(guī)劃選址的前提條件，而分析影響選址的相關(guān)因素是基于共享?xiàng)U塔部署通訊基站的技術(shù)關(guān)鍵。以網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、桿塔共享率為目標(biāo)函數(shù)并考慮多種約束條件建立共享?xiàng)U塔基站選址模型，是制定共享?xiàng)U塔基站選址最優(yōu)策略的核心，為評(píng)估共享?xiàng)U塔基站建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與安全分析提供基礎(chǔ)支撐。

（1）共享?xiàng)U塔基站選址影響因素特性研究

首先，研究并建立共享?xiàng)U塔基站選址的基本原則及一般要求，分析不同相關(guān)因素對(duì)站址選擇策略的影響，如通訊業(yè)務(wù)需求、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、電力桿塔利用率、建設(shè)成本、基站數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)容量等。其次，研究關(guān)聯(lián)規(guī)則分類算法原理，挖掘相關(guān)影響因素與基站選址間的關(guān)聯(lián)規(guī)則;基于與選址結(jié)果具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的影響因素，確定基站選址模型需要考慮的目標(biāo)函數(shù)、約束條件及可控變量等。最后，研究電力桿塔資源共享率、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、區(qū)域系統(tǒng)容量等指標(biāo)的定義或函數(shù)表征;

（2）共享?xiàng)U塔基站選址問(wèn)題建模研究

首先，研究并分析試點(diǎn)區(qū)域電力桿塔分布及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況，包括塔型、站高、市電引入、無(wú)線傳播環(huán)境等;研究模擬退火算法相關(guān)原理，據(jù)此求解實(shí)現(xiàn)電力桿塔最大共享的基站范圍規(guī)劃。其次，研究建立以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、桿塔共享率為目標(biāo)函數(shù)，以鏈路質(zhì)量、業(yè)務(wù)需求、地理環(huán)境為約束條件，以基站數(shù)量、建設(shè)成本為可控變量的共享?xiàng)U塔基站選址模型。最后，研究混合免疫算法求解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的一般流程[5];研究基于混合免疫算法的共享?xiàng)U塔基站選址策略，在保證充分利用共享電力桿塔資源的條件下，獲得更高的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，提升通訊業(yè)務(wù)質(zhì)量。

2.2 無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)在共享?xiàng)U塔中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性分析

本節(jié)是以2.1節(jié)確定的基站選址最優(yōu)策略為基礎(chǔ)，附加考慮電力桿塔分布、區(qū)域人口分布、基站帶寬限制、基站建設(shè)成本等其它因素，確定面向電力企業(yè)和通信運(yùn)營(yíng)商的共享?xiàng)U塔建設(shè)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體分析過(guò)程以建立經(jīng)濟(jì)效益模型為依托，以區(qū)域通信收益最大為目標(biāo)函數(shù)，做共享?xiàng)U塔的經(jīng)濟(jì)性分析。技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性分析結(jié)果是共享?xiàng)U塔建設(shè)推廣的重要參考指標(biāo)。

（1）基于無(wú)線組網(wǎng)通信的共享?xiàng)U塔成本分析及模型建立

首先，調(diào)研分析電力桿塔與通信桿塔的實(shí)際建設(shè)分布情況，包括規(guī)劃區(qū)域的人口密度、桿塔間距、通信覆蓋范圍、周圍環(huán)境等，研究共享?xiàng)U塔建設(shè)成本、通信基站建設(shè)成本、運(yùn)維成本、業(yè)務(wù)收益的函數(shù)表征，確定無(wú)線組網(wǎng)通信基站架設(shè)于電力桿塔后所產(chǎn)生的具體收益函數(shù)。其次，通過(guò)上述成本分析，建立共享?xiàng)U塔經(jīng)濟(jì)效益函數(shù)、通信單位以及電力單位建設(shè)共享?xiàng)U塔的經(jīng)濟(jì)收益函數(shù)。最后，確定收益函數(shù)的約束條件，在滿足區(qū)域負(fù)荷的通信帶寬需求下，實(shí)現(xiàn)區(qū)域基站覆蓋范圍最大化，同時(shí)考慮以電力桿塔作為搭載基站為前提條件，以規(guī)劃區(qū)域內(nèi)電力桿塔安裝基站的容量為可控變量，建立最優(yōu)化的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。

（2）基于和聲搜索算法的經(jīng)濟(jì)效益模型求解

首先，選用和聲搜索算法實(shí)現(xiàn)對(duì)共享?xiàng)U塔經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型的求解，由隨機(jī)生成的優(yōu)化組合模型建立優(yōu)化模型的記憶庫(kù)。通過(guò)分類迭代取值的方法對(duì)比當(dāng)前優(yōu)化組合模型與和聲庫(kù)中的組合模型，替換和聲庫(kù)中適應(yīng)度最差的組合解[6]。其次，通過(guò)循環(huán)迭代逐次更新記憶庫(kù)中的組合模型，直至與記憶庫(kù)中的組合模型收斂一致，獲得最優(yōu)解，對(duì)此迭代結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確定通信基站的最優(yōu)配置方案。最后，依照此方案對(duì)共享?xiàng)U塔經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合評(píng)估。

2.3無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)在共享?xiàng)U塔中的安全性評(píng)估

2.1節(jié)和2.2節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)都要以共享?xiàng)U塔的安全性評(píng)估為前提條件，共享?xiàng)U塔的建設(shè)環(huán)境、人口密度、電磁輻射、電磁干擾等干擾因素都是安全性評(píng)估的重點(diǎn)內(nèi)容，這些信息是影響共享?xiàng)U塔安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

（1）部署通信基站的共享?xiàng)U塔受力分析

首先，通過(guò)ANASYS軟件建立66kV電力桿塔靜力學(xué)分析模型，編輯材料屬性設(shè)計(jì)桿塔架構(gòu)。其次，由于桿塔結(jié)構(gòu)劃分為線性靜力受力分析的前置條件，研究對(duì)桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，分析基站通信設(shè)備部署于桿塔后，鋼塔的應(yīng)力變化范圍及桿塔承受重力范圍。最后，基于ANASYS分析結(jié)果，確定桿塔承受基站通信設(shè)備的重力范圍及共享?xiàng)U塔安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）共享?xiàng)U塔安全性綜合評(píng)估體系建立

首先，針對(duì)共享?xiàng)U塔安全運(yùn)行的影響因素復(fù)雜問(wèn)題，提出運(yùn)用專家系統(tǒng)的方法，分析影響共享?xiàng)U塔安全性的多種相關(guān)因素及其影響程度，對(duì)各個(gè)影響因素分類評(píng)價(jià)，構(gòu)建專家經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參考集。其次，將外界環(huán)境、電磁干擾、附加設(shè)備等因素的影響合理地進(jìn)行模糊化，形成對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)集，在數(shù)據(jù)集中，每個(gè)共享?xiàng)U塔安全運(yùn)行指標(biāo)都有與之相對(duì)應(yīng)的共享?xiàng)U塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果標(biāo)簽;在共享?xiàng)U塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)集的支持下，利用智能方法分析數(shù)據(jù)集中信息，研究影響共享?xiàng)U塔安全運(yùn)行的相關(guān)指標(biāo)的模糊隸屬度函數(shù)。最后，綜合以上述兩個(gè)步驟研究結(jié)果，結(jié)合共享?xiàng)U塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系模糊隸屬度函數(shù)和相關(guān)指標(biāo)影響程度模糊集，形成共享?xiàng)U塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系模糊推理系統(tǒng)，提出用共享?xiàng)U塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系模糊推理系統(tǒng)替代傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中推理系統(tǒng)方法，構(gòu)建基于模糊專家系統(tǒng)的共享?xiàng)U塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

3 總結(jié)

為實(shí)現(xiàn)電力桿塔的最大共享，合理的基站選址、有效的經(jīng)濟(jì)性與安全性評(píng)估就顯得尤為重要，已成為共享電力桿塔建設(shè)中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。本文提出選取高效合適的智能優(yōu)化算法求解基于共享?xiàng)U塔的基站選址問(wèn)題，通過(guò)挖掘地理環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、業(yè)務(wù)需求、人口密度等多種因素與站址選擇間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，確定通訊基站選址模型的優(yōu)化目標(biāo)、約束條件等，最終制定共享?xiàng)U塔基站選址的最優(yōu)策略，為共享?xiàng)U塔的經(jīng)濟(jì)性與安全性分析提供支撐?；谝陨涎芯?，分析電力桿塔搭載通信基站產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，建立合適的評(píng)估模型，選用智能算法確定效益最大化的基站分布。最后研究共享?xiàng)U塔的對(duì)通信基站的承載受力分析，考慮影響共享?xiàng)U塔安全運(yùn)行的多種因素，建立基于模糊專家系統(tǒng)的共享?xiàng)U塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)共享鐵塔的安全風(fēng)險(xiǎn)的綜合有效評(píng)估。

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作者簡(jiǎn)介：楊波（1976.2-）男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，工程師，主要從事新能源、物聯(lián)網(wǎng)、電氣控制和電力通信等領(lǐng)域研究工作。