无线广播电视覆盖效果测量系统的设计与实现

学校编码：10384 分类号 密级 学号：2005230018 UDC 硕 士 学 位 论 文 无线广播电视覆盖效果测量系统的设计与实现Design and Implementation of Coverage QualityMeasurement System for Wireless Radio and Television Signals郑昆指导教师姓名：段 鸿 讲 师专 业 名 称：软 件 工 程论文提交日期：2009年5月论文答辩时间：2009年6月学位授予日期： 答辩委员会主席： 评 阅 人： 2009 年 5 月厦门大学学位论文原创性声明本人呈交的学位论文是本人在导师指导下,独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学术活动规范（试行）。另外，该学位论文为（ ）课题（组）的研究成果，获得（ ）课题（组）经费或实验室的资助，在（ ）实验室完成。（请在以上括号内填写课题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特别声明。）声明人（签名）： 年 月 日厦门大学学位论文著作权使用声明本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文(包括纸质版和电子版)，允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于：( )1.经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于 年 月 日解密，解密后适用上述授权。( )2.不保密，适用上述授权。(请在以上相应括号内打“”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明人(签名)：年 月 日摘要调频广播、中波广播、模拟电视、地面数字电视广播 (China Terrestrial Television Broadcasting ,CTTB) 和中国移动多媒体电视广播(China Mobile Multimedia Broadcasting ,CMMB)可以满足大众高质量的收听需求，是传播广播电视节目的重要方式，和有线电视相比，为大众户外和车上的移动收听收视提供了极大的便利。如何评价广播电视的信号覆盖效果，是广播电视工作者首要关心的问题。一般情况下测量工作都是由参与测量人员手工测量场强信号，但是随着广播电视频率的增加和测量工作量的加大，手工测量方法已无法满足测量工作的需求。针对以上问题，本文重点研究自动的无线信号覆盖测量系统，可以自动完成无线广播电视信号覆盖效果测量工作，节省大量人力，缩短测量时间，提高测量的精确度。结合GIS地图功能，测量数据经过分析处理后也比传统方式更加形象和准确。本文将遵循软件开发的需求分析、总体设计、各个功能模块的设计实现和系统应用情况等步骤，分析无线信号测量任务的业务需求，确定系统总体框架，对数据采集和存储、GIS模块、广播音频录制等各模块的设计和实现展开讨论，最后介绍本系统的应用情况。关键词: 场强;移动测量;覆盖效果Design and Implementation of Coverage Quality Measurement System for Wireless Radio and Television SignalsAbstractFrequency modulation broadcast, medium wave broadcast ,analog television ,China Terrestrial Television Broadcasting(CTTB) and China Mobile Multimedia Broadcasting(CMMB) are the main ways of wireless radio and TV broadcasting and people can listen to the radio and watch TV in outdoor or in vehicles unlike wired TVs.The Evaluation of Coverage Quality for Wireless radio and television signals is the primary concern of experts who work in radio and TV broadcasting field. Under normal circumstances coverage quality is measured manually. However with the increase number of the radio and television programs and the increase of measurement workload, manual measurement method has been unable to meet the needs of coverage quality measurement.This paper proposed a design and implementation of an automatic coverage quality measurement system. It can measure the quality of signals and evaluate the coverage quality without supervision, which can save a lot of time and greatly increase the efficiency. With the integration of GIS systems, the system provides a more user friendly interface to display the result of signal coverage measurement.According to the process of software development, the design and implementation of the system can be divided into three main steps: Requirement and Need Analysis, Global Design and Module Design which includes the data acquirement and storage strategy, GIS module implementation and radio programs recording strategy.Keywords : Field Intensity; Measure on the Move; Coverage Quality目录 第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 研究现状和存在意义21.3 论文主要内容和本系统的特色2第二章 信号覆盖测试系统的总体架构42.1 无线信号测量的理论依据42.1.1 场强理论42.1.2 场强测量仪器52.2 需要测量的无线广播电视节目52.2.1 无线广播电视节目种类52.2.2 测量方法72.2.3 录音功能72.3 无线信号覆盖测量系统的需求分析82.3.1 无线信号覆盖效果测量系统82.3.2 信号测量模块的需求分析102.3.3 GIS系统功能需求132.4 技术选型142.5 数据库设计15第三章 数据采集和数据存储模块设计183.1串口通信183.1.1 串口简介183.1.2 串口编程193.2 场强测量213.3安立频谱分析仪通讯指令223.4 Leader 953 场强仪通讯协议233.5 PROMAX Prolink4C 频谱仪通讯协议243.6 GPS坐标测量263.7 主要数据结构283.8 数据存储30第四章 GIS模块设计344.1 GIS系统简介344.2 MapX开发平台344.3 测量信息在GIS地图中的显示364.4 统计功能394.5 数据转换404.6 Excel报表输出41第五章 广播音频录制模块的设计与实现435.1 DirectShow简介435.2 广播录音压缩系统架构445.3 对Icom接收机发送指令465.4 录音回放48第六章 信号覆盖效果测量系统的开发与应用情况496.1 系统开发情况496.2 测量系统功能介绍496.2.1 GIS系统基本功能496.2.2 覆盖效果测量功能516.2.3 无线信号覆盖效果统计526.2.4 测量数据显示与查询536.3 2005年和2006年覆盖效果测量556.4 2009年覆盖效果测量57第七章 总结58参考文献59致谢61CONTENTSChapter 1 Introduction11.1 Background and Significance11.2 Research Status and Problems21.3 Main Research and Innovations2Chapter 2 Architecture of Measurement System42.1 Logical Proofs of Measurement System42.1.1 Field Intensity42.1.2 Instrument for Measuring Field Intensity52.2 Wireless Radio and TV Programs 52.2.1 Type of Wireless Radio and TV Program52.2.2 Measurement Methods62.2.3 Recording Function72.3 System Specification82.3.1 Framework of Measurement System82.3.2 Data Acquirement and Storage102.3.3 GIS Module132.4 System Specification142.5 Design of Database15Chapter 3 Design and Implement of Data Acquirement and Storage183.1 Communication of Serial Port183.1.1 Serial Port Introduction183.1.2 Serial Programming193.2 Field Intensity Measurement213.3 Communication Protocol for Anritsu Spectrum Analyzer223.4 Communication Protocol for Leader 953233.5 Communication Protocol for PROMAX Prolink4C Spectrum Analyzer243.6 Measurement of GPS Coordinate263.7 Data Structures283.8 Data Storage30Chapter 4 Design and Implement of GIS Module344.1 Introduction to GIS System344.2 Introduction to MAPX344.3 Display of Field Intensity Data on GIS Map364.4 Statistics Function394.5 Data Transformation404.6 Data Output to Excel41Chapter 5 Design of Radio Program Recording Module435.1 Introduction to DirectShow435.2 Framework of Radio Program Recording Module445.3 Communication With ICOM Receiver465.4 Play the Recorded Sound48Chapter 6 Application of the Measurement System496.1 Development of Measurement System496.2 Introduction to Measurement System496.2.1 Basic Function of GIS Module496.2.2 Measurement of Coverage Quality516.2.3 Statistics of Coverage Quality526.2.4 Display and Query Measured data536.3 Measured Coverage Quality in 2005 and 2006556.4 Measuring Coverage Quality in 200957Chapter 7 Conclusions and Discussion58References59Acknowledgments61 第一章 绪论1.1 研究背景及意义建国以来我国的广播电视事业飞速发展。目前我国已经建成由调频广播(商业波段88m-108MHZ、调幅广播(中波526k-1.606MHz，短波2.3M-26MHz)等组成的广播传输覆盖体系。我国的社会主义市场经济体制，决定了广播电视既是党和政府的喉舌，担负着正确舆论导向的重大责任，又是拥有广泛听众和潜在消费者的广告平台运营商。具有政治、产业双重属性。政治属性要求广播节目的播出工作要确保安全，保证党和国家的政令畅通，把党和政府的声音传入千家万户。产业属性要求广播电视行业必须根据听众市场的不断变化和发展，提高节目收听收视率，吸引更多的听众和观众，在各媒体单位的市场竞争中赢得更多的广告业务。随着数字化技术的发展，无线广播电视台除了大力进行播出的数字化改造，努力提高节目内容和节目形式的可听性外，还希望提高播出信号的覆盖面、掌握信号的发射质量。然而随着无线广播电视信号覆盖面的扩大，电台如何及时了解播出的信号质量，有效地进行播出监控，成为各电台目前工作中的难点，也为是新时期广播业务发展中的一个新课题参考文献 赵石英.广播信号场强的远程监测记录仪D.2005.。保证广播的覆盖率及播出效果,是各级党和政府一项任务,是广播电台及其管理部门义不容辞的责任。广播电台在和同业及其它媒体的竞争中，覆盖始终是一个重要的手段。近年来，随着广播电视使用和技术的快速发展，广播电视监测工作的重要地位日渐显现。它对于监督和改善广播电视传输和播出质量，核查广播电视覆盖效果，维护空中电波秩序，有效利用频谱资源，加强广播电视使用管理，保证群众良好收听收看具有重要作用。它对于促进安全优质播出，保证听众收听好广播节目起着举足轻重的作用 陈伟.广播覆盖效果监测系统的设计与研究D.2005.。场强测量是广播电视部门常用的一种监测手段。对于广播电视发射台, 场强测量能帮助他们了解自己覆盖区域的变化情况。对于广播电视的技术管理部门, 场强测量也为他们进行技术监督和管理提供重要依据。随着电子技术的发展， 无线广播电视信号覆盖效果的测量工作越来越多的采用带有电脑遥控接口的先进测量仪器，和电脑自动控制相比，通过人工方式测量无线信号的方法越来越显示出浪费时间人力的弊端。因此开发这样的一个软件系统，它能够把众多的测量必备仪器整合在一起，完成自动测试信号，数据存储以及数据分析的功能，是非常有现实意义的。1.2 研究现状和存在意义测量信号收视和覆盖效果(简称收测)是一项比较重要、需要经常进行，且数据量较大的任务。常规的测量方法是选取信号覆盖区内的多个地点进行信号强度的测量，至少需要2-3名工作人员，工作安排如下：1.操作仪器进行信号场强测量。2.记录测量数据。3.对广播节目进行录音并对节目收听质量进行评价。4.针对每一个频率的广播电视节目都要进行上述工作。随着经济发展, 公路交通越来越发达。这虽然给场强测量带来很大的便利, 但同时也对场强测量提出了更高的要求。首先需要改变过去落后的手工操作方式, 实现场强测量自动化,尽量缩短测量时间，其次还要能够进行场强移动收测。无线信号测量领域是属于特殊行业的特殊应用，目前尚没有通用的软件，多家广电行业的单位和机构，以及相关领域的软件公司，都在各自开发具有自动测量场强功能的软件并已投入应用。目前已知德国罗德与施瓦茨(Rohde&Schwarz,R&S)公司以及北京同方吉兆科技有限公司都有开发各自的场强测量软件并投入应用。随着GIS技术的发展和广泛应用，各家厂商和研究机构都把GIS功能加入自己开发的软件中。在场强自动测量系统中，GIS的图形功能能够直观地把广播电视信号的覆盖效果反映出来，方便对覆盖效果的查看和分析。1.3 论文主要内容和本系统的特色本文主要研究无线广播电视节目的覆盖效果测量系统。以系统的开发过程为基础，围绕需求分析、总体设计、模块实现、系统应用等步骤展开论述。论文的主要内容如下：对比其他的场强自动测量或者覆盖效果分析系统，本系统立足于无线发射台的业务模式和覆盖效果测量的特点，在具备一般场强测量和分析系统所应有基本功能的前提下，提供场强自动测量，数据存储，在GIS地图上显示分析测量数据外，本系统还具备以下特点：1.能够对多种类型的广播和电视节目进行测量。可以测量的无线广播电视种类有：调频广播，中波广播，无线模拟电视和地面数字电视。克服了同类型软件测量信号单一，使用范围较小的限制。2.在测量场强数据的同时能够对广播节目进行压缩录音。对节目的实时录音有利于的分析节目的接收效果。3.同时支持定点测量和移动测量两种场强测量方式。4.支持同时对多频率的节目进行信号强度测量，提高了系统的实用性和工作效率。5.可以导入其他系统测量的数据，也可以导出多种格式的测量数据给其他系统使用。第二章 信号覆盖测试系统的总体架构2.1 无线信号测量的理论依据2.1.1 场强理论广播发射机所发射的空中信号在某一处信号有多大，此处的收音机是否能收到，一般主要是由场强决定的，场强可以通过场强仪测量而反应出来。场强是电场强度的简称, 它是天线在空间某点处感应电信号的大小,以表征该点的电场强度。其单位是微伏/米 (V/m),为方便起见,也有用dBuV/m(0dBV =1V)表示 向天明.场强测量与场强仪J.无线电工程.2002,32,(6);59。具体而言，对于一个无线广播电视节目而言，在某个地方的场强的大小，表明了该节目对应的无线电频率，发射到此地点的信号强度。该点的场强值大，表示节目的接收效果好，场强值小，则该点的节目接收效果差。场强的测量如图所示。当天线在空中与被测信号极化方向相同时取得最大感应信号，一般可用射频(RF)的有效值型电平表(电压表)来测量。其测量原理如图2.1所示。当选取足够多的测试地点测量场强，就能够得到广播电视节目的覆盖效果情况。图2.1 电场强度测量示意图2.1.2 场强测量仪器场强仪顾名思义是测量场强的仪器。场强仪的量值是V/m作单位,它里面有一个长度单位m。从原理上来说,电平表或电压表所度量的电压值是在仪表的输入端口,而场强仪所度量的电压是天线在空中某一点感应的电压。严格来说,场强仪是由电平表和天线组成。随着电子技术和电子测量技术的发展,特别是世纪年代以来,频谱分析仪大量使用,单一的场强仪就越来越少了,因为它的功能可以用频谱仪代替。从原理上来说频谱仪、电平表、场强仪基本原理方框是一样的。频谱仪本身就是测量频谱范围内的信号电平,如果用零跨导则就是一个选频电平表。如果加上标准测试天线在频谱仪上就可测量场强。本系统支持的测量仪器有：Leader953场强仪、安立AnritsuMS2602A频谱仪、PROMAXProlink4C频谱仪。2.2 需要测量的无线广播电视节目2.2.1 无线广播电视节目种类 广播电视宣传的主要方式是利用无线电波将信息传播给公众。只有通过发射台将要宣传的广播电视节目发射出去，才能实现广播电视宣传。我国目前已经建立了分布在各个地区的由无数发射台组成的无线广播电视覆盖网络。统一的广播电视网按其基本的性能区分，可以分为广播覆盖网和电视覆盖网；按其工作的频段区分，又可分为中波广播网、短波广播网、超短波调频广播广播网；米波电视网和分米波电视网。除此之外，卫星数字电视广播系统以及地面数字电视广播系统也是我国广播电视综合覆盖网的重要组成部分。中波广播频段范围是526.5-1606.5千赫(kHz).调频广播使用的频段是87-108兆赫(MHz),频道间隔100千赫(kHz),共能容纳210个频道。电视广播使用的频段大体可分为两段，其中一段位于48.5-223兆赫(MHz),称米波频段(VHF)，另一段位于470-958兆赫(MHz)，称分米波频段(UHF) 何大中.广播电视技术手册第一分册系统与覆盖网M.北京:国防工业出版社.1990.。2006年8月，我国发布了GB20600-2006数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制国家标准，标志着我国已全面启动地面数字电视广播的进程 国家标准.数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制.GB20600-2006.。和中波广播和调频广播相比，地面数字电视广播不但必须具有支持传统电视广播服务的基本功能，而且还具有适应广播电视服务的可扩展功能。数字电视地面广播传输系统支持固定（含室内、外）接收和移动接收两种模式。在固定接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰度电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务；在移动接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务 王丹等.中国地面数字电视标准概要、应用及产业化J.电视技术.2007,31,(7):10.。CMMB（中国移动多媒体广播）是国内自主研发的第一套面向手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑多种移动终端的系统，可以利用S波段卫星信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游。2006年10月24日，国家广电总局正式颁布了中国移动多媒体广播(俗称手机电视)行业标准，确定采用我国自主研发的移动多媒体广播行业标准。厦门广播电视集团发射中心所承担的发射任务,共有8个调频广播(FM,Frequency Modulation)节目，16个中波广播(MW: Medium Wave)节目，4个模拟电视节目,1个数字地面数字电视节目，1个移动多媒体电视节目共5种类型的广播电视节目。本系统的测量对象就是上述5种类型的广播电视频率。5种类型的节目被调制在不同范围的频率下，需要用不同的场强测量设备进行测量。根据监测信号的类型需要用不同的仪器进行测量工作。本系统目前支持的场强仪以及能够测量的节目类型如表2.1所示。其中数字电视包括数字地面电视和移动多媒体电视。表2.1 仪器测量功能表测量仪器调频广播中波广播模拟电视数字电视Leader 953场强仪安立 MS2602A 频谱仪PROMAX Prolink4C 频谱仪2.2.2 测量方法测量场强，一般有以下三种方法：1.定点测量。事先选取数量有限的地点，在这些地点进行测量工作。这样测量得到的数据相对较少。在自动测量工具和软件没有使用之前，大多数的信号测量工作都是用这种方式人工完成的。对于模拟电视，由于无法在车辆移动中接收，也需要用定点测量的方法。2.移动测量(路测)。将所有一起组装在车辆上，在车辆移动的过程中实时测量场强。这种测量方式得到的数据较多，能否为信号覆盖分析提供更多的数据。3.在固定点进行长期测量，包括场强记录和曲线记录分析，用计算机分别存储和分析所测得的数据。如在固定监测站长期对某频点或频段的场强进行测量。这种测量方法无法得知信号覆盖情况，不在本文讨论范围内。综上所述，对于广播电视节目的场强测量，应该以移动测量为主，在无法满足移动收测的条件时，也可以采用定点收测方法。对于5种类型的节目，可以采用的场强测量方法如表2.2所示。表2.2 广播电视节目类型可以使用的测量方法广播电视类型定点测量移动测量调频广播中波广播模拟电视数字地面电视移动多媒体电视、2.2.3 录音功能 对于广播电视节目而言，场强并不是判断节目接收效果的唯一标准。由于干扰频率的存在，或者受地形影响，场强的数值大小并不总是对应节目的接收效果。因此，为了更好的分析广播电视的收视效果，需要对广播节目进行录音。 在定点测量中，需要对所有频率的广播都进行录音。而在移动测量时，则根据需要选择1路或者某几路节目进行录音。我们选择ICOM-PCR1500广播接收机录制广播节目，它可以实现的功能有：1.可以接收中波频段的广播节目和调频广播节目2.和电脑的接口为USB接口，并且提供了通用的的DirectX编程接口用于录音。支持同时连接多台设备进行录音。3.利用厂家提供通讯协议，可以对PCR 1500发送指令及进行配置。2.3 无线信号覆盖测量系统的需求分析2.3.1 无线信号覆盖效果测量系统无线信号覆盖测量系统的总体框架如图2.2所示。图2.2：无线信号覆盖效果测量系统框架无线信号覆盖效果测量系统主要由以下模块构成：1. 信号测量模块，信号测量模块主要包含有数据采集功能和数据存储功能。信号测量主要工作是通过控制场强仪测量节目信号获取场强数据以及获取测量点的GPS坐标，并保存测量数据，根据需要进行广播节目录音。根据测量方式的不同，又分为定点测量和移动实时测量。2. GIS数据显示。在GIS地图上以图元方式显示所有测量点的数据，不同的节目频率测量点对应不同的图层。用不同的颜色表示测量点场强值的区间范围。利用GIS系统提供的查看工具可以查看GIS地图上的所有元素和测量数据。测量数据的显示方法有两种：一个在移动测量中，实时的将测量数据在电子地图上显示出来，或者事后导入测量数据并显示在电子地图上。并且可以回放在测量过程中的节目录音。3. 测量数据分析统计。可以导入本系统的测量数据，也可以导入其他系统的测量数据。导入测量数据后，可以对节目覆盖面积和平均场强，场强分布进行统计。将若干天的实时测量数据转化成电子地图格式保存，能够提高系统的运行效率。可以将场强收测数据导出成excel报表。本系统的各功能模块之间的数据流关系如图2.3所示。图2.3：覆盖效果测量系统各功能模块数据流图2.3.2 信号测量模块的需求分析系统利用GPS接收机获取当前地点的经纬度坐标，从场强测量仪获取需要测量频率的场强，将获取到的数据保存在数据库中，并同时在GIS界面中显示出实时测量结果。根据用户设置，也可以对几个广播节目进行录音。本系统在进行测量工作时的硬件连接图如图2.4所示。图2.4 实时测量硬件接线图目前本单位的场强测量仪都是通过串口和计算机进行通信。仪器不同所使用的通讯协议也不同。根据场强测量仪器的不同，用户可以选择需要的测量仪器，软件系统会自动判断采用何种通讯协议以及解析数据。软件通过串口和设备通讯，要求软件要有较好的纠错性能，当检测到数据误码时能够纠错或者要求重发。系统需支持定点测量和车载移动测量两种场强测量方式。对于定点测量和移动测量，都要求进行测量任务管理。测量任务管理保证在不同的时间内的测量结果能够得到区分，在分析测量数据的时候也要求比较数次测量数据的差别。当得到测量数据后，要求在GIS地图界面上显示出来，并将测量数据保存到数据库中。测量工作的工作流程图如图2.5所示。图2.5 测量工作流程图对于定点测量移动实时测量两种工作方式，它们的主要区别是：1.移动测量要求在车辆移动的同时获取场强数据，而定点测量只在固定地点进行测量工作即可。2.定点测量要求在尽量长的时间内测量到的足够多的场强数据，通常只从所有测量数据中选择场强值最大的数据作为测量结果。而移动测量则要求保存每一个测量数据。3.定点测量需要收听节目人工判定节目的可听度，并保存到数据库中。在无线信号覆盖效果的测量任务中，用可听度来表示节目的收听效果。节目的可听度判定分为5个等级，可听度为5代表节目的接受效果最好，没有任何干扰噪音。可听度为1表示完全无法收听到任何节目的声音。不同场强值的测量数据在电子地图上显示为不同颜色的点。对于场强值在不同的范围的测量点，场强值范围和对应颜色关系参见表2.3和表2.4。表2.3调频广播、中波广播的场强区间和对应颜色场强范围(DBV)颜色0-20黑色20-46红色46-60黄色60-80绿色80-100蓝色100以上紫色表2.4 地面数字电视广播和移动多媒体电视广播的场强区间和对应颜色场强范围(DBV)颜色0-22黑色22-27红色27-32黄色32-37绿色37-42蓝色42-47紫色47-52天蓝色52以上紫红色当同时对多套广播节目进行录音时，原始的波形音频文件会占用大量磁盘空间，需要在录音的同时进行音频压缩，保存为mp3(Moving Picture Experts Group, Audio Layer III)格式。对于FAT32格式的磁盘分区，单个文件的最大占用空间为4GMB，当录制的声音文件大小达到4G后，后面的声音将会丢失。因此保存录音文件的磁盘分区格式要求用NTFS(微软Windows NT内核的系列操作系统支持的、一个特别为网络和磁盘配额、文件加密等管理安全特性设计的磁盘格式，单个文件没有大小限制)。2.3.3 GIS系统功能需求测量数据需要在GIS系统的电子地图上进行显示的，相应的对GIS地图也要有基本的GIS常用功能。1.需要显示收测地点的地图。对于厦门广电集团而言，广播发射节目主要覆盖厦门市和周边城市，因此需要显示厦门市以及周边城市的地理信息，收测地点的经纬度坐标和相关收测数据(频率，场强，测量时间)。2.基本地图浏览功能：地图放大，地图缩小，地图漫游，地图刷新。3.区域选择功能：圆形区域选择功能，长方形区域选择功能，多边形区域选择功能，并能够进行直线的距离测量，以及对选择区域进行面积计算。4.图层选择功能。在地理信息系统中，不同类型的地理信息数据显示在不同的图层上。可以对每个图层设置是否可视，是否可选择，以及图元点数据的显示图标。5.车辆导航功能。显示当前车辆的在地图上的位置和移动方向。对于测量数据的分析，主要是查看功能和统计功能。功能需要有：1.对测量区域的选择2.统计所选择区域的面积，总测量点，平均场强，以及在各个场强区间内的测量点总数和所占百分比。对于在测量模块中获取的测量信息，显示在电子地图上，则是一个包含有相关信息的区域对象图元：圆形区域对象。对于每一个要测量的频率的测量数据，系统建立一个图层来表示。图层对象由无数个代表测量数据的圆形区域对象组成，显示出这个节目频率在地图上的信号覆盖状况。圆形区域对象的坐标为测量模块获取到的当前GPS坐标，圆形对象的直径设置为50m(根据车速的不同直径也可以进行调整)。圆形图元的颜色由场强数值决定，不同的场强范围由不同的颜色表示(详见2.3.2)。 用带有颜色标记的圆形区域代表在每一次的测量中车辆行驶过的范围，以及在此范围内测量到得某个节目的场强数值。在GIS地图上显示测量数据，每个测量点 在查看场强数据的同时，如果有对该点进行录音，同时也要能够播放在此地点的节目录音。2.4 技术选型Arc/Info、MapInfo、SuperMap等软件是目前国内普遍使用的GIS 软件平台, 随着当前计算机软件控件技术的发展, 大多数GIS软件厂商均提供了组件式开发控件技术产品,如: ERSI 公司的MapObjects,MapInfo公司的MapX,超图公司的SuperMap Objects等 盛鸣.基于GIS的电子地图系统设计与实现J.计算机技术与应用.2006,(6):135-137.。在综合比较各种软件特点后, 选择MapInfo公司的MapX来进行开发。MapX 是一个基于ActiveX(ocx)技术的可编程控件,可以被快速集成到Visual Basic、Delphi、Visual C+等面向对象的语言的客户端应用程序中,即可实现数据可视化、专题分析、地理查询等丰富的地理信息系统功能。编程人员可以选用自己最熟悉的开发语言,开发出脱离MapInfo软件平台的应用程序。该软件人机界面好，二次开发和操作相对容易。其提供的MapX控件在开发桌面应用程序上比较容易，开发资源丰富，国内有许多成熟的Gis系统都采用MapInfo/MapX系统中进行开发。软件系统运行在windows平台，可以选择的数据库有access以及Sql Server，Oracle等数据库。最终选择数据库用access，原因有：1.在外出测量任务中，出于便携性考虑，一般所有软件都运行在一台笔记本电脑上。采用轻型的access数据库能够降低系统的资源占用率。2.采用access数据库软件不需要进行部署安装，方便广播电视工作人员运行软件查看测量结果。对于每次测量任务，最后测量结果都需要保存在光盘上，整套软件系统包括数据库都可以直接在光盘上读取和运行。在开发工具上，选择Visual C+ 6.0作为系统开发平台,采用MFC库作为Windows应用程序框架。MFC库是C+类的一个集合和一个应用程序框架，主要用于创建Microsoft Windows应用程序。这个类的集合将C+语言扩展为包括创建基于windows的应用程序所需的大部分基本结构元素。MFC对90%以上的Win32API进行了面向对象的包装，使开发者可以充分体会C+语言的编程优势，同时又具有和直接操作API函数一样的效率。MFC提供了一致的应用程序框架和文档视图结构，还提供了大量的基础性功能服务，譬如消息处理、对象的序列化和动态创建、诊断等 刘晓华等.精通MFCM.北京:电子工业出版社.2003.。选择微软的ado(ActiveX Data Objects)数据库编程接口对数据库进行操作。它被设计用来同新的数据访问层OLE DB Provider一起协同工作，以提供通用数据访问(Universal Data Access)。OLE DB是一个低层的数据访问接口，用它可以访问各种数据源，包括传统的关系型数据库，以及电子邮件系统及自定义的商业对象。可以说，ADO是一个封装了OLE-DB的较高层次的包裹程序，可以帮助开发人员更加迅速的创建代码 Paul Nielsen.刘瑞等译.Microsoft SQL Server 2000宝典M.北京:中国铁道出版社.2005.。ADO易于使用的原因是它基于通用的自动化接口，有许多工具和语言支持该接口。ADO合并了远程数据对象（RDO）和数据访问对象（DAO）的最佳功能，并使用与简化语意类似的方便方法使其易于学习。另外，ADO提供高速和地内存开销以提高性能 微软公司.全面掌握Microsoft Windows C+ 6.0 MFC应用程序开发M.北京：清华大学出版社.2002.。2.5 数据库设计在无线信号覆盖效果测量系统中，最主要的数据操作是对测量信息进行存储。在一个地点上，可以同时测量多个频率的场强。根据关系数据理论，为了使关系模式达到第三范式要求 萨师煊.王珊.数据库系统概论M.北京:高等教育出版社.2000.，避免信息存储的冗余，将测量数据保存在两张表中，测量地点表存储测量地点的经纬度坐标、测量时间等信息，而测量数据表则保存场强值等测量数据。对于定点和移动两种测量方式，都要求进行测量任务管理。因此需要建立测量任务表，每一次测量任务中的测量数据都要求和测量任务表进行关联。移动测量数据和定点测量数据在数据库中的逻辑模型分别如图2.6和图2.7所示。图2.6 实时测量数据逻辑模型图2.7 定点测量数据逻辑模型两种测量方式的数据逻辑模型基本结构类似，主要的差别在于：1.定点测量数据表中多增加一列可听度数值。2.移动测量数据表中多增加录音时间、车辆移动速度等多列。3.定点测量任务中一个测量地点要存储一次录音文件，而移动测量是持续录音，因此录音文件的信息存储在移动测量任务表中，对应的在移动测量表中增加录音时间列。对于测量频率则另外设置一张表保存相关信息。显示场强测量数据有两种方式：一是在测量时实时显示测量结果，二是任务完成后查看所有测量结果。场强数据在GIS系统上显示，其实质是把存在数据库中的原始格式数据转化成Mapinfo格式的地图元数据。对于第二种方式，由于需要把大量的Access格式的数据转化成Mapinfo格式的地图元数据，势必占用相当长的时间，对于使用者而言每次在查看测量结果前都要进行漫长的等待是不适当的。因此软件需要有数据转换功能，将测量结果保存成Mapinfo的地图格式，以缩短读取测量结果的时间。同时本系统也支持导入其他系统的移动测量数据,主要是。外部测量数据为Access数据库格式，其测量数据表的数据库构成格式如图2.8所示。图2.8 其他系统测量数据数据库结构其他系统主要的测量数据列和本系统的实时测量数据表是一一对应的，因此可以方便的将其他系统的测量数据导入本系统中。第三章 数据采集和数据存储模块设计3.1串口通信3.1.1 串口简介数据采集是信号覆盖效果测量工作的核心模块，它包括GPS经纬度坐标采集和场强测量，其核心是通过串口通信功能模块获取信息，并根据仪器对信息流进行解析。串行接口是在自动化和工业控制领域应用非常广泛的一种设备之间进行信息交换的低成本的通讯方案。RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准,最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的,RS-232作为工业标准,能保证不同厂家产品之间的兼容。目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯。RS-232C标准最初是为远程通信连接数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）与数据通讯设备DCE（Data Communication Equipment）而制定的。目前更广泛地应用于计算机与终端或外设之间的近端通讯。这个标准对串行通信接口有关问题，如信号功能、电气特性和机械特性都做了较明确的规定。由于通信接口与设备制造厂商都生产与RS-232C兼容的通信设备，因此它已成为微机串行通信接口中广泛采用的一种标准 许兴存等.微型计算机接口技术M.北京:电子工业出版社.2003.。RS232串口分为9针串口(DB9)和25针串口(DB25)。差别在于其引脚定义的顺序不同，但是引脚功能是一样的。9针串口的通用引脚定义如表3.1所示。表 3.1 DB9串口针脚定义针脚功能TXD(pin 3)串口数据发送RXD(pin 2串口数据接收RTS(pin 7)发送数据请求CTS(pin 8)负责握手协议DSR(pin 6)数据发送就绪DCD(pin 1)数据载波检测DTR(pin 4)数据终端就绪GND引脚(pin 5)地线RI(pin 9)铃声指示对于一般的应用，只需要用到其2，3，5针脚。计算机和仪器常用的串口接线如图3.1 Jan Axelson.串行端口大全M.北京：中国电力出版社.2001.。图3.1 一般应用中的串口通信接线图3.1.2 串口编程在编程时，通过调用系统API对串口进行异步I/O操作。异步IO操作是指应用程序可以在后台读或者写数据，而在前台做其他事情 李现勇.Visual C+串口通信技术与工程实践M.北京:人民邮电出版社.2002.。在读写操作完成后，向应用程序发送Windows消息，通知应用程序调用相关函数进行处理。为了保证串口通信的效率，本系统并没有采用微软提供的MSComm控件进行串口通信，而是直接使用windows API函数操作串口。Win32系统中有三个基本的函数用来执行I/O,它们是 Jim Beveridge & Robert Wiener.侯捷译.Win32多线程程序设计M.华中科技大学出版社.1997.:1. CreateFile().用来打开各式各样的资源，包括文件、串口、并口等。2. ReadFile().从系统设备中获取数据。3. WriteFile().向系统设备写入数据。Windows中进行用系统API函数进行串口通讯的基本流程如图3.2。图3.2 用Win32 API函数进行串口通信流程为了保证通信的异步进行，另开一个工作线程来进行串口的读写等操作。工作线程不处理窗口消息，通常执行后台任务，例如动画序列的控制或者电子数据表数据的计算Clayton Walnum.杜大鹏等译.Windows 2000 编程核心技术精解M.北京:中国水利水电出版社.2002.。根据上述方法，设计了一个类MyComm类实现对串口的异步通信VC知识库网站.封装较完整的串口类库Z.网址:.,如图3.3。图3.3 异步串口通信类结构在MyComm类中，_hThreadHandle为工作线程的指针，_hNotifyWnd为父窗口的句柄，通过SetWnd函数设置父窗口的句柄，当有事件发生，比如串口接收到数据时，工作线程发送消息ON_COM_RECEIVE通知父窗口进行处理。Open(int comport,long BaudRate)和Close()为打开和关闭串口函数，Read(long Buffer,long BufferLength)和Write(long Buffer,long BufferLength)函数对串口进行数据读和写操作。3.2 场强测量数据测量模块通过串口和场强测量仪器进行通讯。对于不同的仪器需要遵循不同的通讯协议。大多数的串口通讯基本上都采用问询式通讯方法，即软件发送命令或者查询数据，设备返回查询结果。本系统支持的场强测量仪器有：Leader 953场强仪，安立 Anritsu MS2602A 频谱分析仪，PROMAX Prolink 4C 频谱仪。对于这三种仪器而言，场强测量的通用流程如图3.4所示。三种仪器通信协议的主要差别有：1. 测量前的发送的配置指令和频率设置指令不同。2. 返回的场强等测量信息格式不同。3. 场强仪一次可以测量多个频率的场强，而频谱仪每次发送测量指令只能测量单个频率的场强。3.4-3.6节详细描述了各种场强测量仪器具体的通信协议。图3.4 场强测量流程图3.3安立频谱分析仪通讯指令安立 Anritsu MS2602A 频谱分析仪接收和返回由Ascii字符组成的指令。指令格式为 为回车控制符，对应16进制数字 0D, 为换行控制符,对应16进制数字 0A频谱仪返回数据格式为本系统需要用到的命令有：1)INI测量命令之前要发送此指令初始化频谱仪。仪器没有任何返回指令。2)CF CF指令设置频谱仪要测量的频段的中心频率数值，频率单位为HZ如果设置成功，则频谱仪返回 3)SP SP指令设置要测量的频段的频率宽度，单位为HZ。若成功设置则频谱仪返回 。通过设置中心频率和频率宽度可以确定要测量的一段频率范围。这是频谱仪和场强仪工作模式的不同，场强仪获取的是频率的场强的瞬间数值，而频谱仪获取的是一段频率范围内的场强的最大值。在广播测量中可以将SP数值设置为8HZ。4)TS刷新频谱仪，即命令频谱仪重新测量数据。频谱仪没有返回指令。5)MKL?获取测量频段的最大场强值，该数值即为需要测量的频率的场强值。频谱仪返回 3.4 Leader 953 场强仪通讯协议频谱仪每发送一次测量命令只能测量一个频率的场强，而场强仪可以通过一条指令测量一组频率的场强值。如此可以大大缩短测