监测数据分析功能设计功能模块设计.docx

网格监测系统数据分析功能模块设计辛长安 2012.11目录一、业务分析模型3二、监测功能模型结构6三、业务分析模块81.频率资源占用分析101.1频率资源定制111.2首界面131.3业务占用统计141.4统计报表151.5频段占用度趋势181.6信道占用度及状态191.7信道占用度和场强时域分析201.8场强分布及测向定位212.干扰源查找模块233.频率指配模块26四、监测数据模型29五、数据流图32六、开发计划341监测数据处理（历史数据、统计数据、成果数据）342. 频率资源占用分析35一、 业务分析模型一个业务分析系统或模块涉及到以下业务数据、模型和算法。包括频率、台站、监测、地理信息、业务规范、传播模型。一个业务分析模块就是按着用户的应用需求，处理和利用以上数据、模型和算法，并进行合理的组织和编排，完成分析过程得出分析结果。例如重大事件保障系统的业务分析模型：铁路gsm-r保障业务分析模型：还有一些有待开发的业务分析模块或系统，如干扰排查、考试保障、民航保障、频率指配等，都需要将以上各个业务数据和功能特别是监测数据和监测控制封装成可以重用的服务或组件，发布对外接口。在此基础之上，搭建监测数据分析及其它相关业务分析系统。监测功能需要对外展现的内容通过下面模型体现。二、 监测功能模型结构实时监测模型结构：监测历史数据模型：监测统计数据模型：三、 业务分析模块可以从2个角度设计业务分析模块，一是从监测数据角度出发，二是从业务需求角度出发。从监测数据角度出发，就是考虑从监测数据中能够提炼出哪些有价值的电磁环境信息，并结合频率台站对这些信息做统计分析。从业务需求角度出发，就是从用户实际工作需要的角度，按工作分类开发与监测数据相关的综合的业务分析系统。从监测数据角度又可分为2类，实时监测分析和离线统计分析。其中实时监测分析依据业务需要触发监测测量任务，同时需要结合历史监测数据和统计数据辅助分析。离线统计分析以监测统计数据为主，辅助以历史数据，不触发监测测量任务。主要业务模块对比图如下：上下对应的颜色相同代表功能相关或部分重叠。如果单从监测数据角度出发，只要将其相关功能设计为可运行的功能模块即可，如果从工作分类角度出发着眼于综合的业务分析系统，监测类的功能模块需要封装从而体现为服务或组件。由于将要开发的综合性的工作分类系统或模块预期会不断增加，这些子系统涉及到监测功能部分存在很多重复工作，所以将监测类的功能模块封装为服务或组件只是时间问题。以下是1个以监测数据为出发点的功能模块设计。1. 频率资源占用分析以频率资源为出发点，以监测统计数据为核心，按业务频段分类统计频率资源占用情况，并反映其在某区域范围内的电磁环境特征。具体统计功能包括：频段和信道占用度统计、信道占用状态统计；占用度及场强的时域变化统计；统计报表，以上统计结果的报表及国家建议的日报和月报报表；测向数据统计，分析信号空间方位，及对不明信号追查。功能流程如下：1.1频率资源定制从现有频率资源库中选择部分业务或业务下的部分频段导入，也可以手工输出一个频段，并定义该频段的相关信息。设定后的频率资源表做为监测数据分类处理、监测数据统计分析的依据和基础。1.2首界面首界面分为5个区域：监测区域选择监测区域可以是各级行政区，省、市、县等，可以是网格监测区，也可以是临时定义的业务区域。一个区域名称+下属多个监测站就定义了一个监测区域。这些区域结构做为外部接口，由调用者传入。业务频率选择在业务列表中选择若干经过定制的频率资源做为数据分析的目标频率范围。业务占用度统计对选定的频率资源，统计其业务占用度及下属频段占用度。以频段为基本分析单位，组合频段，选择焦点频段。监测站列表列出当前监测区域内的所有监测站及其对已选频段的监测数据量，组合这些监测站，设定统计的监测数据范围。频段占用趋势图对已选择的多个频段统计长期的占用度趋势，显示其监测数据在时间轴上的分布，并可以查看某个频段在某个时间结点上的详细占用度和频点场强情况。1.3业务占用统计对从频率资源中选取的目标业务，显示其下属频段，同时统计近期监测数据计算这些业务及其频段的占用度。通过比例条显示占用度值。对所有频段可以选择和取消。后续操作如报表统计和趋势曲线等都针对当前选取的频段。设定焦点频段。双击焦点频段即显示其下属信道详细占用度和占用状态情况。焦点频段在占用度趋势图里表现为焦点曲线。1.4统计报表包括监测月报、监测日报、电磁环境月报。在统计频段和监测站设定的基础上，这些报表的统计还需要时间段条件，在报表统计界面中分别管理。监测月报：监测日报：监测日报是建议性的报表，针对单一监测站的一次测量任务做统计，所以在选择一段时间和多个监测站的情况下，一次统计可能生成多张报表。设定时间范围后，再依据前面选择的监测站和频段条件，自动搜索历史数据中频段扫描监测任务，显示在列表中。可以在列表中复选监测任务。执行生成报表，即生成复选任务的日报报表，并以分页形式显示报表窗口。只要监测任务的频段范围与前面选择的业务频段范围存在重叠，即列出该任务备选。电磁环境月报：按月统计选择频段的整个地区的电磁环境状况，合并所选监测站数据。包括占用度，背景噪声，场强、不明信号数量和强度等及这些指标的变化率。1.5频段占用度趋势对上面选择的多个频段做长期数据的频段占用趋势统计，可以选择单位月统计、单位旬统计、单位周统计、单位天统计。统计曲线包括多个频段合并曲线和各频段的独立曲线。通过上图的焦点频段确定焦点曲线，焦点曲线突出显示。统计曲线分左右2部分，左部是历史趋势统计，右部是详细统计。拖动左侧的一个时间结点，在右侧显示其详细统计图。右侧的详细统计又包括2部分，即固定部分显示细粒度时间的占用度曲线，浮动部分半透明显示详细信道在些时域范围的占用度和场强情况。趋势统计图没有时间范围限制，拖动底部时间轴增加统计的时间范围。在趋势图中，如果连续时间结点的数据不连续，有数据的时间位置会显示为离散的结点，拖动这些结点同样查看详细信息。这样趋势图同时起到数据的时间分布图作用。1.6信道占用度及状态双击一个焦点频段，即显示其信道占用统计图，对每个已占用信道显示其占用度和占用状态。占用状态包括合法占用、不明占用、已指配未使用，以及场强统计信息。选择一个信道后可以进行后续操作，如显示各监测站占用度数值或分布云图、统计占用度和场强变化曲线、针对此频点统计测向数据等，对于不明占用信号可以依据历史统计数据及调用实时监测分析该信号的性质和来源。初始界面不显示空闲信道，当鼠标移动到2个占用信道之间空隙时，弹出提示显示空闲信道的详细信息。可以设定相反的表现形式，为频率指配提供接口，即初始界面显示空闲信道，鼠标提示显示占用信道。合法占用和不明占用状态分别用不同颜色表示。1.7信道占用度和场强时域分析对某个选择的信道频点，统计其占用度和场强变化规律的曲线，以便了解信号的性质并发现对其查找的时间窗口。可以选择按天统计和按周统计方式统计时域变化规律。 统计数据范围是当前选择的所有监测站近6个月的监测数据，时间变化刻度是15分钟。1.8场强分布及测向定位对选择的一个占用信道，统计已选监测站的测向数据，在gis上绘出这些历史测向结果的中心方位角，还可以叠加场强云图、tdoa定位结果等。并在地图上标绘出信号源可能存在的区域。信号区域可能有多个。此功能可用于排查不明信号或核准合法信号。以下是2个以工作分类方式定义的功能模块。2. 干扰源查找模块接到干扰投诉后，针对受干扰的频点和发生区域，在此区域范围内监测可能产生干扰的频点的电磁环境情况，找出不明信号，对比当前实时数据和监测历史数据筛选发生变化的可疑频点。对可疑信号做分析和定位，并判定是否为杂散干扰、阻塞干扰、及结合互调干扰计算方法查找干扰源，进一步确定干扰源。处理流程如下：电磁环境对比图如下：当无法明确定位时可以辅助电磁环境云图确定信号区域或方位。3. 频率指配模块首先对省市无委机构能够指配的超短波频率资源的当前利用情况进行统计分析，从中选择可用信道，即频率预指配。信道状态包括空闲、合法使用、不明使用、占用比例统计、各信道占用度和最大场强值统计、监测信号与台站工作频点对比统计、监测站或地区间利用情况对比统计等。然后对预选的频率做干扰分析。确定预选频点后，控制监测站监测设备做电磁环境测试。频率资源占用统计图如下。四、 监测数据模型监测数据包括实时数据、实时分析结果数据、监测统计数据、统计分析结果4大类。辅助数据包括监测站及设备数据、监测参数（监测任务）数据、其它辅助数据。实时数据是对来自监测设备的数据进行规格化处理之后生成的格式统一的标准数据，比如能量单位统一为场强存储，其它字典类型统一等。这部分数据可分为频段测量数据和频点测量数据2类。其中频段测量数据内容单一，主要包括各频点场强数据，如果具备宽带多信道测向的能力，还包括对各频点测向的方位数据。单频测量中的iq和音频数据以文件方式存储。实时分析结果数据即对单频或频段中出现的信号进行特征分析。特征分析的目的是进一步计算除itu测量参数之外的其它属性，如调制方式、发射时段、定位，并能够对同一频点中的多个信号源做细分。借鉴r&s ammous的信号分析模型，可以在取得信号特征的基础上计算（或人为参与）出与信号相关的会话层、链路层。从无线电管理业务角度出发，会话层和链路层只是进一步辅助明确信号源，所以信号的实时分析重点在于对信号特征的提取。监测统计数据是对实时数据和实时分析结果的统计，对一段时域内的实时数据做规律统计、抽样概括、特征抽取等。因为实时数据的海量性致使其存储时段有限、处理速度有限，时域统计的目的就是要克服这些缺点，提高监测数据的可用性。统计分4个层次，15分钟、24小时、1个月、n月。因为无论单频测量还是频段测量最终数据可以通过监测站+频点表示，n月统计即按频点统计，统计结果包括此频点近几个月（如6个月）的长期特征或普遍规律以及通过最近一次测量反映的当前特征。统计分析结果数据是针对无线电管理的业务需要，将监测统计数据与频率资源数据、台站数据、无线电业务规则、gis数据结合，生成反映频率占用的统计数据、反映台站工作情况的核查数据、反映电磁环境情况如电磁环境态势的电磁环境统计数据等。数据的概念模型图如下:五、 数据流图数据流图描述监测数据在软件中流动、处理和存储的逻辑过程，也体现了各业务模块与监测数据的关系。 红色框图表示各个功能模块，这些功能模块需要访问不同的监测数据层次，也会触发监测控制生成监测数据流。六、 开发计划1监测数据处理（历史数据、统计数据、成果数据）任务模块工时（人天）备注定时器引擎1处理流程调度，线程互斥。监测历史数据15分钟统计2以下只处理频段数据，其它监测数据暂不处理。监测统计数据天统计1 月统计1频点统计1成果数据标准频点及信号统计2台站核查统计1异常及日志处理2数据库调整3字段结构调整、性能优化调整测试算法调试代码调试2. 频率资源占用分析任务模块工时(人天)备注soa服务频段占用度统计3给定监测站列表和时间范围，统计一个频段的刻、天、周、旬、月占用度。频点占用度时域统计3给定监测站列表和时间范围，按天、周合并一个频点的占用度。频点