автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Территориальное планирование и оптимизация сетей связи и вещания с использованием геоинформационных технологий по фактору электромагнитной безопасности

На правах рукописи

Бдельсков Алексей Евгеньевич

ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ И ВЕЩАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ФАКТОРУ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Специальность 05.12.13 - «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2009

о з (ООН 2009

003472024

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Линдваль Владимир Романович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сподобаев Юрий Михайлович

Ведущая организация: Уфимский государственный авиационный технический университет, г.Уфа.

Защита состоится на заседании диссертационного совета Д 212.079.03 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева «30» июня 2009г. в _часов по адресу: 420111, г. Казань, ул. К. Маркса,

31.

E-mail: kai@kstu-kai.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, с авторефератом -на сайте КГТУ им.А.Н.Туполева: http://www.kai.ru

Ваши отзывы, заверенные печатью, просим выслать по адресу 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, д.10 на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан "_" мая 2009 г.

кандидат технических наук, доцент Сабасв Ирек Анварович

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современных технологий передачи информации (мобильной связи, широкополосного доступа, цифрового телевидения) привело к освоению новых частотных диапазонов, росту числа радиоканалов связи, теле- и радиовещания. Особенностью этих средств является создание пространственно-распределенной зоны радиопокрытия, что приводит к увеличению электромагнитного фона в окружающей среде. Как следствие, сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды -электромагнитный. В перспективе развития современных технологий следует ожидать роста количества технических средств, излучающих электромагнитную энергию в окружающую среду.

Многие технически развитые страны реализуют как свои национальные программы исследования биологического действия электромагнитного поля (ЭМП) и обеспечения безопасности человека и экосистем в условиях нового глобального фактора загрязнения окружающей среды (HPA-PDA, Англия; ARPANSA, Австралия), так и международные проекты (IEC, ICES, ICNIRP). Исследования проводятся и в рамках международного проекта Всемирной организации здравоохранения (WHO EMF project), включившей проблему глобального электромагнитного загрязнения (ЭМЗ) в перечень приоритетных для человечества.

Существующие методы контроля ЭМЗ имеют существенные недостатки: использование изолированного подхода, при котором не учитывается вклад функционирующих радиопередающих средств (РПС) при проведении санитарно-гигиенической экспертизы планирующегося к вводу в эксплуатацию РПС, невозможность проведения инструментального контроля уровня ЭМП на высотах зданий перспективной застройки и недоступность некоторых территорий. Указанные недостатки могут приводить к появлению зон, в которых превышается предельно допустимый уровень поля.

В таких условиях актуальной становится задача эффективного прогнозирования и размещения РПС с обеспечением необходимой зоны радиопокрытия и минимальной территории с превышением уровнем ЭМП предельно допустимого значения. Решение этой задачи на этапе территориального планирования радиопередающих телекоммуникационных сетей или отдельного технического излучающего средства поможет избежать дополнительных затрат на повторное планирование или демонтаж при выявлении недопустимых уровней ЭМП на этапе инструментального контроля полей вводимых в эксплуатацию объектов. Анализ существующих работ показывает, что. данным вопросам до настоящего времени не уделено достаточного внимания.

Решение такой задачи требует использования данных о рельефе местности, типе местности, застройке, промышленных объектах и других пространственно-распределенных данных. Для работы с пространственно-распределенными данными в настоящее время широко применяются геоинформационные системы (ГИС). Существующие специализированные ГИС территориального планирования телекоммуникационных сетей (САПР «Балтика», программный комплекс «Эксперт», программный комплекс проекти-

рования и анализа радиосетей ПИАР, программный комплекс «Ресурс» и другие) не учитывают существующей ЭМЗ или же не проводят оптимизацию размещения и параметров РПС с учетом ЭМЗ.

Следовательно, задача оптимизации размещения РПС и их параметров по критерию электромагнитной безопасности (ЭМБ) и технической эффективности на территориях, имеющих ЭМЗ, является актуальной.

Объект исследования - сети связи и вещания. Предметом исследования в настоящей работе является электромагнитная безопасность и техническая эффективность указанных объектов.

Состояние вопроса. Масштабные исследования в нашей стране в области электромагнитной экологии и обеспечения электромагнитной безопасности проводятся г. Самаре. Этой проблеме посвящены работы Сподобаева Ю.М., Маслова О.Н., Бузова А.Л., Шередько Е.Ю., Романова В.А. Практической реализацией исследований стало создание программного комплекса анализа электромагнитной обстановки (ПК АЭМО), применение которого обязательно при подготовке санитарно-эпидемиологического заключения на радиотехнический объект, и ГИС ЭМБ, позволяющая проводить мониторинг электромагнитной обстановки на больших территориях. Однако вопросы обеспечения ЭМБ далеки от разрешения.

Цели и задачи исследования. Целью работы является повышения ЭМБ территорий, на которых располагаются РПС телекоммуникационных сетей, средств теле- и радиовещания.

Для достижения поставленной цели в диссертации решена задача разработки моделей, показателей эффективности, методов, алгоритмов и программных средств, позволяющих оптимизировать размещение и параметры РПС по критерию ЭМБ и технической эффективности на базе геоинформационных технологий. Она включает следующие частные задачи:

■ разработка интегрированной модели расчета ЭМП РПС и методики ее применения;

■ развитие методики построения карт ЭМЗ территории от действующих РПС;

■ оптимизация размещения нового РПС на территории, имеющей ЭМЗ по критериям минимума площади с превышением предельно допустимого уровня (ПДУ) ЭМП и степени этого превышения, с учетом весовых объектов и радиопокрытия заданной области;

■ оптимизация размещения сети новых РПС на территории, имеющей ЭМЗ по критериям минимума площади с превышением ПДУ ЭМП и степени этого превышения, с учетом весовых объектов и обеспечения радиопокрытия заданной области;

" разработка алгоритмов и программных средств решения задач территориального планирования сетей связи, реализующих решение этих задач. Методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе используются методы математического моделирования, численные методы расчета, методы оптимизации, организация структур и баз данных, объектно-ориентированное программирование, методы расчета напряженности элек-

тромагнитного поля. При проведении расчетов применены современные средства: среда визуального программирования Borland Delphi 7.0 и отечественная универсальная ГИС «Карта - 2005».

, Научная новизна работы. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

■ предложена интегрированная модель расчета ЭМП и методика ее применения, основанная на управляющей последовательности применения (УПП);

■ показана необходимость построения трехмерных карт ЭМЗ территорий; "задача размещения РПС телекоммуникационной сети на территории,

имеющей ЭМЗ, сформулирована как задача оптимизации;

■ предложены показатели эффективности оптимального размещения РПС на обслуживаемой территории по условию радиопокрытия заданной территории и критериям минимальной площади территории с превышением ПДУ ЭМП и степени этого превышения;

■разработаны и реализованы алгоритмы численного поиска оптимального решения поставленных задач.

Достоверность результатов работы определяется корректным использованием математического аппарата, разработкой интегрированной модели на базе международно-признанных моделей расчета ЭМП, подтверждается результатами верификации с ПК АЭМО 3.0.3, а также сравнением расчетных и экспериментальных данных.

Практическая ценность работы. Оптимизация размещения и параметров РПС на этапе проектирования с использованием ГИС по предложенным критериям позволяет повысить ЭМБ территорий без ухудшения технической эффективности телекоммуникационных систем, уменьшить затраты на проектирование и его доработки.

Разработанный программный комплекс «Эколог-2008», реализующий решение поставленных задач с применением электронной карты г. Казани, может применяться при решении практических инженерных задач.

Программный комплекс используется в курсовом и дипломном проектировании студентами КГТУ им.А.Н.Туполева, обучающимися по направлениям «Радиотехника» и «Телекоммуникации».

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Международных НПК «Авиакосмические технологии и оборудование» в 2004, 2006 г.г., Международной НПК «Инфокоммуникаци-онные технологии глобального информационного общества» в 2008 г., VI,VII Международных НТК «Физика и технические приложения волновых процессов» в 2007, 2008г.г., Международных НТК «Инноватика - 2004», «Иннова-тика - 2007», «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах» в 2004, 2007 г.г., XI, XII Международных молодежных НТК «Туполевские чтения» в 2004,2005 г.г.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 8 - в трудах Международных и Российских научно-технических конференций, 3 - в виде статей в научно-технических журналах, в том числе 2

статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК. Получено свидетельство о регистрации разработки в отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Она содержит 137 страниц текста, список использованных источников, включающий 104 наименования, в том числе 13 работ автора.

Научные положения, выносимые на защиту:

■ интегрированная модель расчета ЭМП и методика ее применения, основанная на УПП;

■ алгоритм перехода между моделями расчета ЭМП, входящими в УПП;

■ показатели эффективности оптимального размещения РПС на обслуживаемой территории по условию радиопокрытия заданной территории и критериям минимальной площади территории с превышением ПДУ ЭМП и степени этого превышения;

" постановка задачи размещения РПС телекоммуникационной сети на территории, имеющей ЭМЗ, как задачи оптимизации по предложенным показателям эффективности сети;

■ алгоритмы и результаты численного решения задач оптимизация размещения одного и сети РПС на территории, имеющей ЭМЗ.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введение обосновывается выбор темы исследования, ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, теоретическая и практическая значимость работы. Описан состав и структура работы, имеющиеся публикации.

В первой главе приводится обзор современного состояния электромагнитной экологии (ЭМЭ) и проблем обеспечения ЭМБ, исследований в области ЭМЭ, а также отечественных и зарубежных работ, в том числе осуществляемых в рамках международных проектов. Отмечаются имеющиеся недостатки существующей системы контроля ЭМБ территорий, на которых располагаются РПС теле- и радиовещания.

В обзоре имеющихся работ по различным направлениям ЭМЭ указывается на отставание научно-технического направления, целью которого является разработка методов и средств анализа ЭМП в окружающей среде и, в случае необходимости, защиты от его воздействия.

Проводится обзор работ по научно-техническому направлению с целью определения требующих решения задач. В результате выяснено, что существующие программные средства территориального планирования не решают задач эффективного, с точки зрения требований ЭМБ, размещения антропогенных источников ЭМП.

Проводится обзор антропогенных источников ЭМЗ, выделение их характерных особенностей и степени опасности. Особое внимание уделено источникам ЭМП радиочастоты (РЧ). Последствия воздействий ЭМП РЧ весьма различны: в основном, они проявляются в подавление или стимулирование роста растений, усиление или ингибирование размножения насекомых, изме-

пение активности почвенных микроорганизмов, снижение репродуктивное™ животных. Средства РЧ диапазона сосредоточены п городах или в близлежащих районах, в местах сосредоточения или пребывания людей. Существующий лавинный рост количества РИС может приводить к ситуациям возникновения зон с уровнем ЭМГ1 выше ПДУ. Ограничивать развертывание новых сетей или использование новых технологий не представляется возможным. Однако размещение радиопередающих средств по фактору ЭМБ с учетом технической эффективности позволит значительно уменьшить площадь зон с превышением уровня ЭМП вплоть до минимально возможного значения. Це лесообразно проводить оптимизацию размещения и параметров средств РЧ и силу их широкого распространения, а также тенденции к увеличению количества и более плотного заполнения частотного диапазона.

Проводится обзор существующих нормативных документов и области ЭМБ и анализ предъявляемых требований к действующим РГ1С. Действующим документом, регламентирующим требования к ЭМБ передающих радиотехнических объектов, является СапПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03.

Для повышения эффективности решения задач, связанных с использованием пространственно-распределенных данных, целесообразно применять цифровые карты и ГИС. .Проводится обзор проблемных и инструментальных ГИС. Среди проблемных ГИС не обнаружено систем, позволяющих решать задачи эффективного и безопасного, с точки зрения ЭМБ, размещения РПС. Среди инструментальных ГИС наиболее полно удовлетворяет предъявляемым требованиям ГИС «Карта -2005».

Обслуживаемая территория представляет собой поверхность Л", на которой задан уровень электромагнитного загрязнения от существующих РПС и должно быть размещено дополнительно N РПС, Параметрами /-го РПС являются излучаемая мощность высота подвеса антенны А,, координаты размещения (ж,,у,), рабочая частота /,, коэффициент усиления и диаграмма направленности 1']{0,<р). Каждое РПС имеет зону обслуживания у1 в пределах которой выполняется условие:

(1)

где Е- напряженность поля, создаваемая РПС, Л'ш|1, - минимально используемая напряженность поля - уровень напряженности электромагнитного поля, необходимый для приема с удовлетворительным качеством в присутствии шумов, но в отсутствие пЬмех от других передатчиков.

Каждый вариант построения сети А из N РПС характеризуется техническим показателем эффективности ЭА, который зависит от параметров радиопередающих станций и является функцией нескольких переменных:

Эл=Ф{м,/1,Р1Х(х„у1),Р1(0<ч,)), (2)

Задача нахождения оптимальной сети может быть сформулирована следующим образом: найти такую радиопередающую сеть А', то есть такой набор параметров ' вводимых радиопередающих средств

((И'.Р'^И, ,(х,,у,)',!')(О,(р)), где / = 1,7\Л), который обладает наилучшим значением показателя эффективности ЭА:

Э,(Л')~ Э', ~ , тах _.Эа(А), пл

и удовлетворяет техническим ограничениям:

<Рт«;Ь, = . (4)

Задача исследования заключается в разработке моделей, показателей эффективности, методов, алгоритмов и программных средств, позволяющих оптимизировать территориальное размещение и параметры 1'ПС по критерию ЭМ1> и технической эффективности на базе геоинформационных технологий.

Вторая глава посвящена описанию методик и методов исследования. Выделяются ключевые вопросы, требующие решения: определение методов и методик расчета ЭМИ, формирование технически значимых показателей эффективности, на основании которых возможна реализация численных методов поиска и их выбор.

Рассматриваются два основных подхода к расчету ЭМП: статистический и детерминированный. Указываются их особенности и рекомендации но применению. Так, детерминированные методы расчета учитывают влияние местных условий и препятствий на трассе распространение сигнала. Полностью детерминированные методы расчета практически нереализуемы. Это связано с отсутствием полных данных и изменением параметров среды и объектов во времени на трассе распространения, а также отсутствием строгих электродинамических методов учета разнообразных препятствий и локальных особенностей. Даже незначительное смещение точки наблюдения приводит к сильному изменению напряженности поля с квазинериодом порядка длины волны в силу того, что оно является результатом сложной интерференционной суммы множества волн с различными фазами и амплитудами. Детерминированные методы следует использовать в тех случаях, когда возможна идеализация препятствий и подстилающей поверхности на трассе распространения электромагнитной волны. Статистические методы основаны на статистике множителя ослабления, полученной на основе многочисленных экспериментальных данных. Они находят широкое применение в существующих программных комплексах частотного и территориального планирования сетей радиовещания.

Проводится обзор существующих моделей расчета ЭМП с оценкой границ применимости, рекомендованных для использований на территориях крупных городов и мегаполисов. Решается вопрос методики применения рассмотренных моделей.

Переход от одной модели к другой не должен приводить к скачкообразному изменению значения напряженность ЭМП. Так как нет универсальных моделей для всех типов местности и условий распространения, то вопрос перехода должен рассматриваться отдельно для каждого конкретного случая. Путем анализа зависимостей множителей ослабления для каждой модели находятся параметры, при которых переход от одной модели к другой будет

плавным. Решена задача автоматического плавного перехода от одной модели расчет ЭМП к другой. Предложено использование аппроксимирующей функции:

где л - расстояние, с которого осуществляется переход между моделями; 2Дг- «хоридор» перехода; г- текущее расстояние, Ь^г^^г)- множители ослабления моделей, участвующих в переходе.

В качества модели расчета ЭМП предложена интегрированная модель на основе У1111. Она содержит хорошо зарекомендовавшие себя на практике модели расчета ЭМП РПС. Расчет параметров ЭМП для конкретной точки проходит в три этапа. На первом этапе определяются все параметры, составляющие границы применимости моделей. На втором этапе осуществляется построение функций для осуществления переходов от одной модели к другой. В качестве функций перехода между двумя моделями могут быть функции вида:

„ , . |Хпри_г<гт и [0,при_г<ггпгс!%ОД2

Л, Л*.у> = \г. '■>Кхг(^У) = < (6)

[0,при_?->гт.пср„ои > гт переход1

[1,при_Ц(г)<Ь2(г) ^

ГО.при _Ь(г)<1^(г) щ,х.г\х>У} ~ ц>при_£!('г ) > Ьг(г )

(7)

1,при

(г1+2Аг)~г 2Аг

[0,при_г'>г, +2Дг

О, при _ г < г{ (г-г,)

<-—,при г, <г£г< + 2Аг

I 2 Лг 1 1

(8)

(1,при _г>г^ +2 Аг

Функции вида (6) используются при осуществлении перехода в точке 'т перехода 5 виДа (?) используются при осуществлении перехода при пересечении зависимостей множителей ослабления от расстояния двух моделей, а вида (8) при осуществлении перехода в пределах коридора перехода путем аппроксимации множителей ослабления.

На третьем этапе производится вычисление параметров ЭМП на оснований выбранной модели по УПП, которая представляет собой функцию вида:

¿УПП (х.у) = М—и--(9)

^прхг

^оператор (* )

где Ц(х,у) -множитель ослабления ¿-той модели, входящей в УПП; Р»аи(х'У)~ признак, определяющий возможность использования модели (находится путем сравнения границ применимости модели с полученными на первом шаге и для точки (х,у) параметрами); ¡(*,у)- функция перехода между моделями; ^о,1сратор (О - признак применения модели. Значения ^>пери<.р (О задаются оператором. Они могут быть как бинарными (0 или 1) или же параметрическими, зависящими от различных условий и параметров.

Путем изменения (7,) используемых моделей, входящих в УПП, и

введения дополнительных условий в признак использования модели можно изменять набор моделей, используемых для расчета. Имеется возможность проводить расчет ЭМП сразу по нескольким моделям и аппроксимировать полученные результаты (9).

Применение УПП позволяет проводить расчет и оптимизацию для широкого диапазона расстояний и условий распространения радиоволны.

В состав УПП входят следующие модели: Уолфиша-Икегами, Кся-Бертони, Парсона, Окамуры, Хаты, Окамуры-Хаты с поправкой Девидсона, Рекомендации МСЭ-Р 370-7, 529-2, 1145, 1146, интерференционная формула Введенского.

Показатель эффективности сети сформулирован следующим образом:

ЭА=/(Кт.К^)\ (10)

(И) (12)

N

и^/ {Р! •к! • (Х1 ■ У, )■ Г! (°'<Р)}

V __ м

гтг--

5

—ы---;1 = 1,лг.

где Кт- коэффициент радиопокрытия территории, К^1рТ. - коэффициент ЭМЗ территории, - ЭМЗ 1-го РПС.

Варьируя координаты (х,,у,) размещаемого РПС, находим оптимальную сеть, которая имеет максимальное значение коэффициента покрытия Кт и минимальное значение коэффициента загрязненности АГмфт. области Этим требованиям удовлетворяет следующий показатель эффективности, который необходимо максимизировать:

Ъ -/_-\№п2(кт-Кт)/_;_*К„-г.)('х) /-1-ЗЧ

( ЛПтУ (13)

('■^загр.т.'

где Л"пз - заданный (необходимый) коэффициент радиопокрытия, а функция:

{1,еслн а> О

п ~ п (14)

0,если_а < О

Показатель эффективности имеет две характерные области. Первая и основная рабочая область соответствует случаю, при котором выполняется условие радиопокрытия (Л"пт > Кт), В этом диапазоне оптимизация проходит в положительной области значений показателя, проходя за счет уменьшения ЭМЗ территории.

При невыполнении условия радиопокрытия значения показателя эффективности становятся отрицательными, однако оптимизация происходит и в этой области, при этом целесообразно повышать мощности размещаемых РПС для выполнения условия радиопокрытия.

Предложено понятие «весовых объектов», на территории которых производится локальное ужесточение требований ЭМБ. К «весовым объектам», на наш взгляд, необходимо отнести территории детских садов, школ, больниц и других подобных учреждений.

Далее проводится обзор существующих методов оптимизации, в результате которого были выбраны следующие: метод циклического покоординатного спуска, метод циклического динамического программирования.

Третья глава посвящена решению конкретных задач анализа, а также задач оптимизации территориального размещения одного или сети РПС без учета и с учетом существующей ЭМЗ. Решение производится по предложенной методике расчета ЭМП, основанной на УПП. Решение задачи анализа составляет основу для проведения оптимизации размещения новых РПС. Задача анализа состоит в нахождении матрицы ЭМЗ, элементы которой вычисляются для каждой точки территории по следующей формуле:

(14

ЛПДУ / '=1 "-"^ПДУ I

Данное выражение удобно для использования, так как дает возможность последовательного независимого вычисления матрицы ЭМБ для каждого РПС в каждой точке:

N

= Е^ТПС, (16)

1=1

где К^ - матрица ЭМБ ¡' -го РПС, - матрица ЭМБ области 5.

Для учета площадей санитарных зон используется АГМ1рг следующего вида:

2{К,(х,у)-\)

¡г __I.1'/

ЛМГр.Т. „

Однако мы считаем, что целесообразно учитывать не только площади санитарных зон, не и величину ЭМЗ в этих областях, а также влияние весовых объектов. Для выполнения этих условий предложен следующий Кзгтх>-: 5 т

^\&й{К5(х,у)--——-)*К5(х,у)* р(х,у)

к _ Х.У _р* Х'У/_

загр.т. -

где матрица р(х,у) - определяет весовые объекты на территории анализа и их значимость.

Решены модельные задачи анализа построения матриц и отображения карт ЭМЗ с данными близкими к реальным РПС в г. Казани:

1 радиотелевизионный передающий центр (РТПЦ) (рис. 1,2): * РПС ДВ и СВ диапазона, РМ-радио; Е РПС базовых станций систем сотовой связи. В-таблице 1 приведены результаты расчета Агзагат на высотах 1.5, 15 и 30м. для РТПЦ при добавлении РПС, установленных на одной мачте, по порядку.

Д"о п/п Наименование РПС Р, кВт к, м -С ^ > МГц ^загр.т.

Й2=1.5м Й2=15М И2 =30 м |

1 ТВ —«1 канал» 5 150 49,75 0,00654 0,04635 0,05549

2 ТВ - «Татарстан» 5 15С 77,25 0,05546 0,12286 0,14118

3 ТВ-«ТНВ» 2 150 59,25 0,07802 0,15561 0,17762

4 ТВ - «Культура» 20 150 559,25 0,13979 0,24075 0,27084 |

5 ТВ - «5-й Канал» 1 150 583,25 0,14292 0,24517 0,27567

6 Радио - «Россия» 4 100 68,47 0,19447 0,32632 0,36465 !

7 ' Радио - «Маяк» 4 100 70,43 0,24434 0,40974 0,45624 :

8 Радио - «Маяк РМ» 1 ' 100 101.3 0,25673 0,43064 0,47919 1

- Ю-

• Ь2=30м. КУ"9 рассредот. расположение -И2=30м. КУ=9 сосредоточ. расположение

Радиус санитарной зоны (рис. 1,2) и значение /С3.„.|)т (табл.1) растут с увеличением высоты. Следует сделать вывод о необходимости построения карт ЭМЗ для ряда высот, то есть построения трехмерных карт ЭМЗ.

Па рис.3 приведен график зависимости /^загрт вида (18) от суммарной

мощности включаемых последовательно РГ1С в составе РТПЦ (табл.!). При рассредоточении тех же РИС /Сза|рл. уменьшается на 32% (рис.3).

Па основе карт ЭМЗ, полученных в задачах анализа, решена задача оптимизации размещения одного РПС (рис.4). Для сравнения проведена оптимизаций и без учета ЭМЗ (рис.5).

■Таблица 2

Суммарная мощность РТС кВт

Рис.3. Зависимость от суммарной мощности РПС.

В результате (габл.2) установлено, что оптимизацией размещения РПС удается уменьшить /С1афт без заметного изменения /£пт. В ряде примеров, для которых в выражении (13) определяющую роль играет К.шцу[, размещаемое РПС оказывалось на максимальном удалении от существующих источников ЭМЗ.

Оптимальное расположение

без учета ЭМЗ с учетом ЭМЗ

Кт ^пт К загр.т.

0,94515 0,9457 0,4797

Рис.4 Зона радиопокрытия при оптимальном расположении РПС без учета ЭМЗ (Ж11Т =0,94515)

Рис.5 Зона радионокрытия при оптимальном расположении РИС с учетом ЭМЗ =0,9457)

Решена задача размещения сети РПС на территории, имеющей ЭМЗ. На рис.6 показана карта ЭМЗ от существующих и вводимых РПС при их начальном расположении. На рис.7 приведена карта ЭМЗ при оптимальном положении пяти вводимых РПС. В результате оптимизации удалось добиться выигрыша в Кшрг в 34%. В оптимальном варианте вводимые РПС сместились от действующих РПС.

В результате решения серии задач оптимизации показана результативность применения показателей эффективности (13 в вариантах применения

1; Задача анализе. .Построение карт А-злектромвгнигной лйгрянвнности.' .; у

Интегрированная модель' Г расчета ЭМП РПС. ' основанная ня УППв | -"составе: . :' ■ V. Модель Уолфнша-.'.';-Икегйми;' '"..', .': /:.„■

2. Модель Кся-Бсртонн ,

3.Модель Парсона.

4. Модель Охамуры

5.,'МоДель Хаты •■■: -. V ■ ¿¿Модель ХяТЫ с . иЬгфавкой.Деводсона 7. Э&омеадацикМСЭ-Р;: 370-7,529-2,1145, V146. : Й.-Фбрмулз Введенского;;

2;1'ер1жго]Н1плы1осг1лян1фовят(оР11С по критерию ЗпсктроМап1ЙТ1юй ;; г . • ; безопасности. . , . :.' ■■:

3. Территориальное гшаниронянке сети РИС по критерию электромагнитной безопасности. '-.• .•.•";•■•"

Методы одномерной оптимизации:

1, Полного перебора.;. • • -

2.;3олотого решения'-.

Методы многомерной оптимизаций;'

1. Циюмческий покоординатного спуска.

2. Динамичесхо!о. программирования

Показатель эффектиеноёти-

Рис.6 Карта ЭМЗ от 5 РПС до оптимизации

(^з„,Р.г. = 0.126868)

Рис.7 Карта ЭМЗ от 5 РПС оптимальное положение (АТзагрт - 0.09456)

Четвергам клана посвящена описанию программного комплекса «Эко-лог-2008», в котором воплотились разработанные методики и алгоритмы.

ГИС технологии

Манипулирование

[Управление;;';

[Визуализаций, вывод результатов (таблицы, файлы,'. I, "■ графически) •

1

Запрос и анализ

Базы данных I | 1 г г | | ) 1 |И) иш Т| П

1'ис.8 Обобщенная структурная схема ПК «Эколог-2008»

Структурная схема программного комплекса разбита на 3 блока (рис.8). Первый блок геоинформационных технологий содержит программные модули, которые предоставляет ГИС «Карта-2005».

Необходимая для решения задач информация о значениях ПДУ ЭМИ, диаграммах направленности и параметрах существующих антенн, фидерах, координатах пунктов установки и параметрах РПС хранится в соответствующих базах данных. Вся совокупность баз данных составляет второй блок. В третий блок вынесены основные вычислительные функции программного комплекса (ПК), которые разработа-

/<',„.„17,18) в задачах оптимального размещения радиопередающих средств с учетом требований ЭМБ при выполнении условия обеспечения радиопо-

ны в программной среде Borland Delphi. Этот блок реализован как подключаемая динамическая библиотека к ГИС «Карта 2005». В его состав входят:

• интегрированная модель и управляющая последовательность выбора

моделей расчета ЭМП с их программной реализацией;

• подпрограмма расчета показателя эффективности;

• программная реализация алгоритмов оптимизации;

• программная реализация задач анализа и оптимизации.

В программе предусмотрена возможность задания: шага оптимизации, метода оптимизации, расположения радиопередающих средств на имеющихся инженерных сооружениях с указанием высоты дополнительно устанавливаемой мачты. При выборе метода оптимизации имеется возможность задания количества случайных начальных расположений РПС.

Основные технические характеристики ПК «Эколог-2008»:

• используемая топографическая основа - цифровая карта г.Казани масштаба 1:2000 со слоями рельефа, застройки и формируемым слоем зон радиопокрытия РПС и создаваемой ими ЭМЗ;

• решаемая задача анализа - построение карт ЭМЗ территории;

• решаемые задачи оптимизации - оптимизация размещения и параметров одного или сети РПС как-без учета, так и с учетом существующей ЭМЗ;

• реализована возможность ввода исходных данных с клавиатуры или загрузка их из файлов;

• реализована возможность сохранения результатов в виде таблиц, текстовых файлов, вывода их на печать.

Для проверки достоверности результатов работы ПК «Эколог-2008», а также эффективности и точности используемых моделей было проведено сравнение расчетных значений напряженности ЭМП с экспериментальными результатами для 14 точек на местности. Математическое ожидание модуля отклонения расчетного значения от измеренного составляет 6,\дБмкВ / м, его среднеквадратичное отклонение а = 3,3дБмкВ / м.

Дополнительно проведен сравнительный расчет размеров санитарных зон с использованием ПК «Эколог-2008» и ПК АЭМО 3.0.3 для модели РТПЦ на высотах 1,5 и 30 м. Результаты расчетов в ПК «Эколог-2008» хорошо согласуются с результатами, полученными в ПК АЭМО 3.0.3. Расхождение составляет в разных направлениях 10-30%, что объясняется использованием различных моделей и учетом в ПК «Эколог-2008» рельефа местности и параметров застройки.

Приведенные данные свидетельствуют о работоспособности и достаточной для решения практических задач точности расчетов ПК «Эколог-2008».

Заключение содержит основные результаты диссертационной работы.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Совокупность результатов проведенной работы можно квалифицировать как решение актуальной задачи разработки моделей, показателей эффективности, методов, алгоритмов и программных средств, позволяющих оптими-

зировать размещение и параметры РПС по критерию ЭМБ и технической эффективности на базе геоинформационных технологий.

Основные выводы по работе можно сформулировать в виде следующих положений:

1. Разработана интегрированная модель расчета электромагнитного поля радиопередающего средства и методика ее применения, основанная на управляющей последовательности.

2. Развита методика построения карт электромагнитной загрязненности территории от действующих радиопередающих средств. Показана необходимость построения трехмерных карт электромагнитной загрязненности территорий.

3. Задача размещения радиопередающих средств телекоммуникационной сети на территории, имеющей электромагнитную загрязненность, сформулирована как задача оптимизации; предложены показатели эффективности оптимального размещения радиопередающих средств по условию обеспечения радиопокрытия заданной территории и критериям минимальной площади территории с превышением предельно допустимого уровня электромагнитного поля и степени этого превышения.

4. Сформулированы и решены задачи оптимизации размещения нового радиопередающего средства и сети новых радиопередающих средств на территории, имеющей электромагнитное загрязнение, по критериям минимума площади с превышением предельно допустимого уровня электромагнитного поля и степени этого превышения, с учетом весовых объектов и радиопокрытия заданной области.

5. Разработаны алгоритмы и программные средства решения задач территориального планирования сетей связи, реализующие решение перечисленных задач.

6. На примерах решения ряда задач показана результативность применения предложенных показателей эффективности в задачах оптимального размещения радиопередающих средств с учетом требований электромагнитной безопасности при выполнении условия радиопокрытия территории.

7. Разработан программный комплекс, реализующий решение задач анализа, построение карт электромагнитной загрязненности и решение оптимизационных задач. Получено свидетельство о регистрации программного комплекса «Эколог-2008» в отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Таким образом, цель работы - повышение электромагнитной безопасности территорий, на которых располагаются радиопередающие средства телекоммуникационных сетей, средств теле- и радиовещания - достигнута.

СПИСОК РАБОТ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи, опубликованные в изданиях, определённых ВАК

1. Едельсков, А.Е. Проектирование телекоммуникационных сетей с использованием геоинформационных технологий/ Г.И. Щербаков, В.Р.

Линдваль, Е.А. Спирина, А.Е. Едельсков, Е.В. Нуждин // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Том 10 №5. 2007 г. - С. 73-78.

2. Едельсков, А.Е. Оптимизация размещения и параметров радиопередающих средств по фактору электромагнитной безопасности/ А.Е. Едельсков// Журнал «Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева» Том 4. Казань, 2008. - С. 65-67.

Работы, опубликованные в других изданиях

3. Едельсков, А.Е. Геоинформационные технологии как средство развития региональных сетей телерадиовещания/ Г.И. Щербаков, В.Р. Линдваль, Е.А. Спирина, А.Е. Едельсков // Материалы Международной научно-технической конференции и Российской научной школы молодых ученых и специалистов «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах (Инноватика -2004)». Часть 7, том 2. Москва: «Энергоатомиздат», 2004. - С.136-141.

4. Едельсков, А.Е. Геоинформационные технологии как средство развития сетей вещания / Г.И. Щербаков, В.Р. Линдваль, Е.А. Спирина, А.Е. Едельсков // Журнал «Вестник компьютерных и информационных технологий» №1. Москва: «Издательство Машиностроение», 2005. - С.13-16.

5. Едельсков, А.Е. Методы и современные средства решения задач электромагнитной экологии/ А.Е. Едельсков, В.Р. Линдваль // Материалы Международной молодежной научной конференции, посвященной 1000-летаю города Казани «Туполевские чтения». Том 4. Казань, 2005. -С.14-15.

6. Едельсков, А.Е. Исследование и оптимизация излучающих систем с учетом экологических требований/ В.Р. Линдваль, А.Е. Едельсков, В.Н. Иванов И Материалы международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» 15-16 августа 2006 г. Казань, 2006. - С. 229-230.

7. Едельсков, А.Е. Обеспечение требований электромагнитной безопасности при проектировании сетей вещания/ А.Е. Едельсков // Труды VI международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». Приложение к журналу. Казань, 2007.-С. 214-215.

8. Едельсков, А.Е. Проектирование телекоммуникационных сетей с использованием геоиинформационных технологий/ Г.И. Щербаков, В.Р. Линдваль, Е.А. Спирина, А.Е. Едельсков, Е.В. Нуждин // Материалы Международной научно-технической конференции и Российской научной школы молодых ученых и специалистов «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах (Инноватика -2007)». Часть 2, том 1. Москва: «Энергоатомиздат», 2007. - С. 1417.

9. Едельсков, А.Е. Проектирование телекоммуникационных сетей на основе параметрической оптимизации и геоинформационных технологий/ Г.И. Щербаков, В.Р. Линдваль, Е.А. Спирина, Е.В. Нуждин, А.Е. Едельсков // Тезисы докладов 6-й международной научно-практической конференции «Инфокоммуникационные технологии глобального информационного общества». Казань: «Издательство», 2008. -С. 187-192.

10.Едельсков, А.Е. Оптимизация размещения и параметров радиопередающих средств с учетом электромагнитной безопасности/ А.Е. Едельсков, В.Р. Линдваль, Е.А. Спирина // Тезисы VII Международной научно-практическая конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». Самара, 2008. - С. 248-249.

11 .Едельсков, А.Е. Проектирование телекоммуникационных сетей на основе параметрической оптимизации и геоинформационных технологий/ Г.И. Щербаков, В.Р. Линдваль, Е.А. Спирина, Е.В. Нуждин, А.Е. Едельсков // Сборник трудов 6-й международной научно-практической конференции «Инфокоммуникационные технологии глобального информационного общества». Казань, 2008. - С. 171-180.

Свидетельства об отраслевой регистрации разработки

12.Программный комплекс «Эколог - 2008» / А.Е. Едельсков, В.Р. Линдваль, Е.А. Спирина// Отраслевой фонд алгоритмов и программ. Свидетельство №11834 от 9.12.2008 об отраслевой регистрации разработки.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Усл. печ. л. 0,93. Усл. кр.-отг. 0,93. Уч. изд. л. 0,97.

_Тираж 100. Заказ М142._

Типография Издательства Казанского государственного технического университета 420111, Казань, К.Маркса, 10

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Электромагнитная экология и электромагнитная безопасности радиопередающих средств

1.1 Современное состояние электромагнитной экологии и существующие проблемы обеспечения требований электромагнитной безопасности

1.2 Научно-техническое направление электромагнитной экологии

1.3 Классификация антропогенных источников электромагнитного поля

1.4 Проблемные и инструментальные ГИС для решения задач территориального планирования радиопередающих средств и прогнозирования электромагнитного загрязнения

1.5 Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов

1.6 Постановка задачи исследования

Глава 2. Модели расчета, методика их применения и методы оптимизации

2.1 Обзор методов и моделей расчета напряженности поля

2.2 Показатель эффективности планируемой сети

2.3 Методы оптимизации, используемые для решения поставленных задач

2.4 Выводы по второй главе

Глава 3. Решение задач электромагнитного прогнозирования и территориального планирования радиопередающих средств

3.1 Решения задач анализа

3.2 Территориальное планирование радиопередающего средства по критерию электромагнитной безопасности

3.3 Территориальное планирование сети радиопередающих средств по критерию электромагнитной безопасности

3.4 Выводы по третьей главе

Глава 4. Программный комплекс «Эколог-2008»

4.1. Основные характеристики электронной карты г. Казани и матрицы высот

4.2 Обобщенная структура и алгоритм решения задач оптимизации параметров и положения радиоипередающих средств на этапе территориального планирования в программном комплексе «Эколог-2008».

4.3 Верификация результатов по измеренным значения и ПК

АЭМО 3.0.

4.4. Выводы по четвертой главе

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие современных технологий передачи информации (мобильной связи, широкополосного доступа, цифрового телевидения) привело к освоению новых частотных диапазонов, росту числа радиоканалов связи, теле- и радиовещания. Особенностью этих средств является создание пространственно-распределенной зоны радиопокрытия, что приводит к увеличению электромагнитного фона в окружающей среде. Как следствие, сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды — электромагнитный. В перспективе развития современных технологий следует ожидать роста количества технических средств, излучающих электромагнитную энергию в окружающую среду.

Многие технически развитые страны реализуют как свои национальные программы исследования биологического действия электромагнитного поля (ЭМП) и обеспечения безопасности человека и экосистем в условиях нового глобального фактора загрязнения окружающей среды (HPA-PDA, Англия; ARPANSA, Австралия), так и международные проекты (IEC, ICES, ICNIRP). Исследования проводятся и в рамках международного проекта Всемирной организации здравоохранения (WHO EMF project), включившей проблему глобального электромагнитного загрязнения (ЭМЗ) в перечень приоритетных для человечества.

Существующие методы контроля ЭМЗ имеют существенные недостатки: использование изолированного подхода, при котором не учитывается вклад функционирующих радиопередающих средств (РПС) при проведении санитарно-гигиенической экспертизы планирующегося к вводу в эксплуатацию РПС, невозможность проведения инструментального контроля уровня ЭМП на высотах зданий перспективной застройки и недоступность некоторых территорий. Указанные недостатки могут приводить к появлению зон, в которых превышается предельно допустимый уровень поля.

В таких условиях актуальной становится задача эффективного прогнозирования и размещения РПС с обеспечением необходимой зоны радиопокрытия и минимальной территории с превышением уровнем ЭМП предельно допустимого значения. Решение этой задачи на этапе территориального планирования радиопередающих телекоммуникационных сетей или отдельного технического излучающего средства поможет избежать дополнительных затрат на повторное планирование или демонтаж при выявлении недопустимых уровней ЭМП на этапе инструментального контроля полей вводимых в эксплуатацию объектов. Анализ существующих работ показывает, что данным вопросам до настоящего времени не уделено достаточного внимания.

Решение такой задачи требует использования данных о рельефе местности, типе местности, застройке, промышленных объектах и других пространственно-распределенных данных. Для работы с пространственно-распределенными данными в настоящее время широко применяются геоинформационные системы (ГИС). Существующие специализированные ГИС территориального планирования телекоммуникационных сетей (САПР «Балтика», программный комплекс «Эксперт», программный комплекс проектирования и анализа радиосетей ПИАР, программный комплекс «Ресурс» и другие) не учитывают существующей ЭМЗ или же не проводят оптимизацию размещения и параметров РПС с учетом ЭМЗ.

Следовательно, задача оптимизации размещения РПС и их параметров по критерию электромагнитной безопасности (ЭМБ) и технической эффективности на территориях, имеющих ЭМЗ, является актуальной.

Объект исследования — сети связи и вещания. Предметом исследования в настоящей работе является электромагнитная безопасность и техническая эффективность указанных объектов.

Состояние вопроса. Масштабные исследования в нашей стране в области электромагнитной экологии и обеспечения электромагнитной безопасности проводятся г. Самаре. Этой проблеме посвящены работы Сподобаева Ю.М.,

Маслова О.Н., Бузова А.Л., Шередько Е.Ю., Романова В.А. Практической реализацией исследований стало создание программного комплекса анализа электромагнитной обстановки (ПК АЭМО), применение которого обязательно при подготовке санитарно-эпидемиологического заключения на радиотехнический объект, и ГИС ЭМБ, позволяющая проводить мониторинг электромагнитной обстановки на больших территориях. Однако вопросы обеспечения ЭМБ далеки от разрешения.

Цели и задачи исследования. Целью работы является повышения ЭМБ территорий, на которых располагаются РПС телекоммуникационных сетей, средств теле- и радиовещания.

Для достижения поставленной цели в диссертации решена задача разработки моделей, показателей эффективности, методов, алгоритмов и программных средств, позволяющих оптимизировать размещение и параметры РПС по критерию ЭМБ и технической эффективности на базе геоинформационных технологий. Она включает следующие частные задачи: разработка интегрированной модели расчета ЭМП РПС и методики ее применения; развитие методики построения карт ЭМЗ территории от действующих РПС; оптимизация размещения нового РПС на территории, имеющей ЭМЗ по критериям минимума площади с превышением предельно допустимого уровня (ПДУ) ЭМП и степени этого превышения, с учетом весовых объектов и радиопокрытия заданной области; оптимизация размещения сети новых РПС на территории, имеющей ЭМЗ по критериям минимума площади с превышением ПДУ ЭМП и степени этого превышения, с учетом весовых объектов и обеспечения радиопокрытия заданной области; разработка алгоритмов и программных средств решения задач территориального планирования сетей связи, реализующих решение этих задач.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе используются методы математического моделирования, численные методы расчета, методы оптимизации, организация структур и баз данных, объектно-ориентированное программирование, методы расчета напряженности электромагнитного поля. При проведении расчетов применены современные средства: среда визуального программирования Borland Delphi 7.0 и отечественная универсальная ГИС «Карта - 2005».

Научная новизна работы. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: предложена интегрированная модель расчета ЭМП и методика ее -применения, основанная на управляющей последовательности применения (УПП); показана необходимость построения трехмерных карт ЭМЗ территорий; задача размещения РПС телекоммуникационной сети на территории, имеющей ЭМЗ, сформулирована как задача оптимизации; предложены показатели эффективности оптимального размещения РПС на обслуживаемой территории по условию радиопокрытия заданной территории и критериям минимальной площади территории с превышением ПДУ ЭМП и степени этого превышения; разработаны и реализованы алгоритмы численного поиска оптимального решения поставленных задач.

Достоверность результатов работы определяется корректным использованием математического аппарата, разработкой интегрированной модели на базе международно-признанных моделей расчета ЭМП, подтверждается результатами верификации с ПК АЭМО 3.0.3, а также сравнением расчетных и экспериментальных данных.

Практическая ценность работы. Оптимизация размещения и параметров РПС на этапе проектирования с использованием ГИС по предложенным критериям позволяет повысить ЭМБ территорий без ухудшения технической эффективности телекоммуникационных систем, уменьшить затраты на проектирование и его доработки.

Разработанный программный комплекс «Эколог-2008», реализующий решение поставленных задач с применением электронной карты г. Казани, может применяться при решении практических инженерных задач.

Программный комплекс используется в курсовом и дипломном проектировании студентами КГТУ им.А.Н.Туполева, обучающимися по направлениям «Радиотехника» и «Телекоммуникации».

Апробация результатов работы Результаты диссертационной работы докладывались на Международных НПК «Авиакосмические технологии и оборудование» в 2004, 2006 г.г., Международной НПК «Инфокоммуникационные технологии глобального информационного общества» в 2008 г., VI,VII Международных НТК «Физика и технические приложения волновых процессов» в 2007, 2008г.г., Международных НТК «Инноватика - 2004», «Инноватика - 2007», «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах» в 2004, 2007 г.г., XI, XII Международных молодежных НТК «Туполевские чтения» в 2004, 2005 г.г.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 8 - в трудах Международных и Российских научно-технических конференций, 3 - в виде статей в научно-технических журналах, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК. Получено свидетельство о регистрации разработки в отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Она содержит 137 страниц текста, список использованных источников, включающий 104 наименования, в том числе 13 работ автора.

Основные выводы по работе можно сформулировать в виде следующих положений:

1. Разработана интегрированная модель расчета электромагнитного поля радиопередающего средства и методика ее применения, основанная на управляющей последовательности.

2. Развита методика построения карт электромагнитной загрязненности территории от действующих радиопередающих средств. Показана необходимость построения трехмерных карт электромагнитной загрязненности территорий.

3. Задача размещения радиопередающих средств телекоммуникационной сети на территории, имеющей электромагнитную загрязненность, сформулирована как задача оптимизации; предложены показатели эффективности оптимального размещения радиопередающих средств по условию обеспечения радиопокрытия заданной территории и критериям минимальной площади территории с превышением предельно допустимого уровня электромагнитного поля и степени этого превышения.

4. Сформулированы и решены задачи оптимизации размещения нового радиопередающего средства и сети новых радиопередающих средств на территории, имеющей электромагнитное загрязнение, по критериям минимума площади с превышением предельно допустимого уровня электромагнитного поля и степени этого превышения, с учетом весовых объектов и радиопокрытия заданной области.

5. Разработаны алгоритмы и программные средства решения задач территориального планирования сетей связи, реализующие решение перечисленных задач.

6. На примерах решения ряда задач показана результативность применения предложенных показателей эффективности в задачах оптимального размещения радиопередающих средств с учетом требований электромагнитной безопасности при выполнении условия радиопокрытия территории.

7. Разработан программный комплекс, реализующий решение задач анализа, построение карт электромагнитной загрязненности и решение оптимизационных задач. Получено свидетельство о регистрации программного комплекса «Эколог-2008» в отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Таким образом, цель работы - повышение электромагнитной безопасности территорий, на которых располагаются радиопередающие средства телекоммуникационных сетей, средств теле- и радиовещания — достигнута.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность результатов проведенной работы можно квалифицировать как решение актуальной задачи разработки моделей, показателей эффективности, методов, алгоритмов и программных средств, позволяющих оптимизировать размещение и параметры РПС по критерию ЭМБ и технической эффективности на базе геоинформационных технологий.

1. Автоматизированный комплекс контроля уровней электромагнитных полей/ Ю.Е. Седельников и др.//Труды 8-ой Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, Украина Изд. «Вебер» - С.625-626.

2. Антенно-фидерные устройства: технологическое оборудование и экологическая безопасность/ под ред. А.Л. Бузова.-М.:Радио и связь, 1998. -221 с.

3. Аоки, М. Введенине в методы оптимизации./М. Аоки- М.: Наука, 1977.-344 с.

4. Бабков, В.Ю. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование/ В.Ю. Бабков, М.А. Вознюк, П.А. Михайлов. -СПб.: Спб ГУТ, 2000.- 196 с.

5. Банди, Б. Методы оптимизации. Вводный курс:/Б. Банди// Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.

6. Бардин, Н.И. Распространение дециметровых радиоволн в условиях крупного города/ Н.И.Бардин, Н.Д. Дымович.- Электросвязь,-1964.- №7- С.17-25.

7. Батищев, Д.И. Методы оптимального проектирования/ Д.И. Батищев-М.: «Радио и связь», 1984.-248 с.

8. Беллман, Р. Динамическое программирование/ Р. Беллман// Изд. «Иностранная литература», 1960.

9. Берлянт, A.M. Картография и телекоммуникация (аналитический обзор)./ A.M. Берлянт- М.: 1998 74 с.

10. Бугаевский, JI.M. Геоинформационные системы/ JI.M. Бугаевский, В.Я. Цветков -М.: Златоуст, 2000 222 с.

11. Бугаевский, JI.M. Математическая картография/ JI.M. Бугаевский М., Златоуст, 1998.

12. Бузов, A.JI. Электромагнитная безопасность и функционирование отрасли «Связь»/ A.JI. Бузов, Ю.М. Сподобаев, Д.В. Филиппов -М.:Радио и связь, 2000 -77 с.

13. Бузов, A.JI. Электромагнитная экология. Основные понятия и нормативная база/ A.JI. Бузов, Ю.М. Сподобаев и др. -М.:Радио и связь, 2004.-100 с.

14. Введенский, Б. А. Распространение ультракоротких радиоволн/Б.А. Введенский -М.: Наука, 1973.- 408 с.

15. Вишняков, М.Г. Исследование электромагнитных полей вблизи антенн цифровых систем передачи информации для целей электромагнитной безопасности: автореферат, дис. канд. тех. наук: 05.12.07/ Вишняков Михаил Григорьевич.- Самара, 2002 г. -12 с.

16. Всемирная организация здравоохранения. Информационный бюллетень №322. июнь, 2007 г.

17. Геоинформационная система «Карта 2008». Руководство пользователя, г. Ногинск,2008 - 136 с.

18. Геоинформационная система ObjectLand. Руководство пользователя.

19. Геоинформационная система ГеоГраф ГИС 2.0. Документация.

20. Геоинформационные технологии как средство развития сетей вещания /Г.И. Щербаков и др.// Журнал «Вестник компьютерных и информационных технологий» №1. Москва: «Издательство Машиностроение», 2005. С.13-16.

21. Гершензон, В.Е. Информационных технологии в управлении качеством среды обитания/ В.Е. Гершензон и др. М.:Изд. Академия, 2003 -288 с.

22. Давыдов, И.И. Биологическое действие, нормирование и защита от электромагнитных излучений/ И.И. Давыдов, B.C. Тихончук, В.В Антипов — М.: Энергоатом-издат, 1984. — 176 с.

23. Долуханов, М.П. Распространение радиоволн. Учебник для вузов./ М.П. Долуханов М.: Связь, 1972 - 336 с.

24. Едельсков, А.Е. Дискретная фазовая оптимизация антенной решетки/ А.Е. Едельсков, В.Р. Линдваль // Материалы международной молодежной научной конференции «XII Туполевские чтения». Том 4. Казань, 2004. С. 68-69.

25. Захаров, В. М. Здоровье среды: практика оценки/ В.М. Захаров, А.Т. Чубинишвили, С.Г. Дмитриев и др. М.: Центр экологической политики России, 2000. - 320 с.

26. Иванов, В.Н. Исследование и оптимизация антенн для систем связи и вещания с учетом требования электромагнитной экологии: автореферат, дис. канд. тех. наук: 05.12.01/ Иванов Владимир Николаевич -Казань, 2005.-16 с.

27. Кирюшин, Г.В. Проектирование, развитие и электромагнитная безопасность сетей сотовой связи стандарта GSM/ Г.В. Кирюшин, О.Н. Маслов, В.Г.Шаталов.- Москва «Радио и связь», 2000.-148 с.

28. Коновалова, Н.В. Введение в ГИС/ Н.В. Коновалова, Е.Г. Капралов -М.: 1997 160 с.

29. Кубанов, В.П. Электромагнитная экспертиза — независимость и компетентность/В.П. Кубанов, О.Н. Маслов, Ю.М. Сподобаев// Телекоммуникационное поле регионов, №3(7),1999 -С. 22-25.

30. Кузнецов, А.Н. Биофизика электромагнитных воздействий/ А.Н. Кузнецов-М.:Энергоатомиздат, 1994. -254 с.

31. Лесин, В.В. Основы методов оптимизации/ В.В. Лесин, Ю.П. Лисовец М.: Изд-во МАИ, 1995.- 344 с.

32. Лурье, И.К. Основы геоинформатики и создание ГИС./ И.К. Лурье // Дистанционное зондирование и географические информационные системы. Часть1. Под. ред A.M. Берлянта.- М.: Изд-во ООО «ИНЭКС-92», 2002,- 140 с.

33. Маслов, О.Н. 50 лет науки в ПГАТИ: события, люди, даты/О.Н. Маслов // Журнал «Вестник связи» №8, 2006 г.

34. Маслов, О.Н. Вероятностное моделирование и нормирование уровней электромагнитного фона./О.Н. Маслов// Труды Международной Академии Связи, №2(6), 1998. С.12-16.

35. Маслов, О.Н. Вероятностное моделирование последствий непороговых электромагнитных воздействий/О.Н. Маслов// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Т1. №4, 1998. С.30-34.

36. Маслов, О.Н. Электромагнитная безопасность радиоэлектронных средств/О.Н. Маслов // Серия изданий «Связь и бизнес», М.:МЦНТИ, 2000.82 с.

37. МУК 4.3.1167-02. Определение плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц. Информационно-издательский центр Минздрава России, 2002.

38. МУК 4.3.1677-03. Определение уровней электромагнитного поля, создаваемого излучающими техническими средствами телевидения, 4M радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи. -М.:Госкомсанэпиднадзор России, 2003.

39. Поповкин, В.И. Синтез антенных решеток методом типа динамического программирования/ В.И. Поповкин, A.B. Маторин // «Радиотехника и электроника», 1974. №10, С. 20-29

40. Программный комплекс анализа электромагнитной обстановки ПК АЭМО 3.0.3. Руководство пользователя. Самара, 2003. 116 с.

41. Проектирование телекоммуникационных сетей с использованием геоинформационных технологий/ Г.И. Щербаков и др.// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Том 10 №5. 2007 г. С. 73-78.

42. Рыбникова, В.И. Биологическое действие микроволн на некоторые микроорганизмы/ В.И. Рыбникова // В кн. Тезисы докладов Всесоюз. симпозиума «Биологическое действие ЭМП» Пущино, 1982. С. 27.

43. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи. Министерство здравоохранения российской федерации. 2003 г.

44. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов. Министерство здравоохранения российской федерации. 2003.

45. СанПиН 2.2.4.1191-03. Электромагнитные поля в производственных условиях. М.:Госкомсанэпиднадзор России, 2003.

46. Северцов, A.C. Основы теории эволюции/ A.C. Северцов -М.:Наука, 1985.-200 с.

47. Седельников, Ю.Е. Основы экологического мониторингаЛО.Е. Седельников, Б.Г. Андреянов// Вестник КГТУ №1 Казань, 1997.

48. Сивков, B.C. Применение геоинформационных технологий для решения задач электромагнитной безопасности телекоммуникационных систем: автореферат, дис. канд. тех. наук: 05.13.13/ Сивков Вадим Сергеевич -Самара, 2007-16 с.

49. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике/Е.В.Авдеев и др. М.: Радио и связь, 1986. -368 с.

50. Сочетание статистических и детерминистских методов расчета радиополя в городских условиях/ Панченко В.Е. и др.// Электросвязь. № 4. 1998.- С.31-33.

51. Спирина, С.А. Проектирование сетей телевизионного и звукового вещания на основе параметрической оптимизации и геоинформационных технологий: дис. канд. тех. наук: 05.12.13, защищена 26.12.2003/ Спирина Елена Александровна Казань, 2003. - 19 с.

52. Сподобаев, Ю.М. Основы электромагнитной экологииЯО.М. Сподобаев, В.П. Кубанов -М.: Радио и связь, 2000 240 с.

53. Сподобаев, Ю.М. Проблемы электромагнитной экологииЯО.М. Сподобаев// Журнал «Электросвязь», 1992, №3. С. 8-9.

54. Сподобаев, Ю.М. Расчетное прогнозирование и визуализация электромагнитных полей технических средств телекоммуникаций/ Ю.М. Сподобаев // Метрология и измерит, техника связи N 5. 2000. С. 9-10.

55. Суворов, Г.А. Неионизирующие электромагнитные излучения и поля (экологические и гигиенические аспекты)/ Г.А.Суворов, Ю.П. Пальцев, Л.Л. Хунданов и др.//под ред. Н.Ф. Измерова. М., «Вооружение. Политика. Конверсия.», 1998 -102 с.

56. Сухарев, А.Г. Курс методов оптимизации/ А.Г. Сухарев, A.B. Тимохов, В.В.Федоров -М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1986.-328 с.

57. Терещенко, А.И. Радиоэлектроника и экология/ А.И. Терещенко// Серия «Радиоэлектроника и связь», №8. -М.: Знание, 1989. -64 с.

58. Трифонова, Т.А. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях/ Т.А. Трифонова, Н.В. Мищенко, А.Н. Краенощеков-М.: Академический проспект, 2005.-350 с.

59. Троицкий, В.Н. Особенности распространения радиоволн в диапазоне 0.5 3 ГГц/ В.Н.Троицкий, А.А Шур.// Электросвязь № 8. 1995. -С.36-37.

60. Хаксхолд, В. Введение в городские географические информационные системы/ В. Хаксхолд New York. Oxford, 1991- 298 с.

61. Холостов, K.M. Методика моделирования информационно-измерительных систем мобильной радиосвязи в городской застройке: автореферат, дис. канд. тех. наук: 05.11.16/ Холостов Константин Михайлович Тула, 2007. - 20 с.

62. Цветков, В.Я. Геоинформациооные системы и технологии/ В.Я. Цветков-М.:Финансы и статистика, 1998.-288 с.

63. Электромагнитная безопасность человека. Справочно-информационное издание./ Ю.Г. Григорьев и др. М.:Российский национальный комитет по защите от неионизирующего излучения, 1999. -151с.

64. Электромагнитное загрязнение окружающей среды и здоровье населения России/ Под ред. А.К. Демина -М.:Фонд «Здоровье и окружающая среда», 1997. -91с.

65. Яшин, А.А. Биофизика полей и излучений и биоинформатика/А.А. Яшин// Часть I. Изд. ТГУ, Тула, 1998. -333 с.

66. Arara, R.K. Synthesis of unequatty spaced arrays using dynamic programming./ R.K. Arara, N.C.V. Krichnamachaiyutu // IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1968, AP-16, 5, 593.

67. Carpenter, D.O. Biological effects of electric and magnetic fields/ D. O. Carpenter, S. Ayrapetyan. Academic Press, 1994. -357 p.

68. Environmental assessment for leasing land for the sitting, construction and operation of a commercial AM radio Antenna at Los Alamos national Laboratory. U.S. Department of Energy, Los Alamos Area office, February 16, 2000.

69. Establishing a Dialogue on Risks from Electromagnetic Fields/ World Health Organization/ Marketing & Dissemination 1211- Geneva 27 • Switzerland-2002-74p.

70. Hata, M. Empirial formula for propagation loss in land mobile radio services/ M. Hata //IEEE Trans. Venicular Technology. V, vol.29, №3, 1980. -P.317-325.

71. Ikegami, F. Propagation factors controlling mean field strength on urban streets/ F. Ikegami, S. Yoshida, T. Takeuchi et al.//IEEE Trans. On Antennas and Propagation, vol.32, Dec. 1984.- P. 822-829

72. Information on human exposure to radiofrequency fields from cellular and PCS radio transmitters. Federal Communications Comission Office of Engineering & technology. Washington D.C. 20554. January 1998.

73. ITU-R P.370-7. VHF AND UHF PROPAGATION CURVES FOR THE FREQUENCY RANGE FROM 30 MHZ TO 1000 MHZ. 1995.

74. Kari Jokela. Evaluation of compliance with SAR limits on the basis of external RFEM-filed and inducted current measurements/Kari Jokela//. Non1.nization Radiation Laboratory STUK, Radition and Nuclear Safety Autority. -Finland, 2006.

75. Klauenberg, B.J. Radiofrequency Radiation Standards. Biological Effects, Dosimetry, Epidemiology and Public Health Policy/ B.J. Klauenberg, Martino Grandolfo, David N. Erwin. NATO ASI Series, Plenum Press. New York and London, 1995 . 455 p.

76. Land Mobile Services. User's manual. National Telecommunications and Information Administration, 2004.

77. Maplnfo Professional/ Руководство пользователя/ Пер. В. Журавлева, Д. Анрющенко, В. Николаева, А. Просянова. -ЭСТИ МЭП, 1999. -540 с.

78. Minutes of the 11-th meeting of the Internationa; Advisory Committee 7-9 June 2006. Geneva, Switzerland.

79. Okumura, Y. Field Strength and Its Vriability in VHF and UHF Land Mobile Service/ Y. Okumura, E. Ohmori, T. Kawano, K. Fukuda //Rev.Elec/Comm.Lab., vol.16, IX-X, 1968.-P.825-873.

80. Parsons, J.D. The Mobile Radio Propagation Channel/ J.D. Parsons -John Wiley & Sons, Inc., 1992.

81. Polk, C. Handbook of biological effects of electromagnetic fields/ C. Polk, E. Postow// 2nd edition. Boca Raton, New York, London, Tokyo: CRC Press, 1996 .-618 p.

82. Progress Report. June 2006-2007. The International EMF Project. World Health Organization. Geneva 27 • Switzerland, 2002 -22 p.

83. Sakagami, S. Mobile propagation loss prediction for arbitrary urban environments/ S. Sakagami, K. Kuboi //Trans. Inst. Electron. Inform. Comm. Eng. (Japan), vol. J74-B-11, Jan. 1991.-P. 17-25.

84. Skalnik, M.I. Dynamic programming applied to unequatty spaced arrays./ M.I. Skalnik, Q. Nemhauser, J.W. Sherman // IEE Trans. Antennas and Propagation, 1964, AP-12, 1, 35.

85. Strauss, S. H. Electromagnetic fields (EMF) and Health Hazahrds/ Scott H. Strauss and Susan M. Bernard// Environmental Law Institute -1991.

86. Vecchia, P. Scientific rationale of ICNIRP guidelines/ P. Vecchia//WHO Workshop on Current Trends in Health and Safety Risk Assessment of Work Related Exposure to EMFs. 14-16 February 2006, Milan, Italy.

87. Walfich J. A theoretical model of UHF propagation in urban environments/ J. Walfich, H.L. Bertoni //IEEE Trans. On Antennas and Propagation, vol.36,Dec. 1988.-P.1788-1796.