ASTER GDEM 格式地形数据在Radio Mobile 仿真软件中的 应用探索*

孙海洋，王一博，彭冬华，夏子杰，汤晓安

（1.湖南交通工程学院，湖南 衡阳 421099；2.湖南信息学院，湖南 长沙 410100）

0 引 言

复杂地形环境下的无线传播信道特性分析，对移动通信工程规划中的诸多环节，如基站选址[1]、设备参数预判[2]以及网络优化[3]等具有重要意义。程芳[4]等人利用抛物方程（Parabolic Equation，PE）模型，结合电子地图对电波传播预测进行研究，其中考虑了地形起伏对电波传播的影响。蔡圣龙[5]等考虑了复杂地形环境的影响，应用Rice 和Rayleigh 衰落模型对Helmholtz 波动方程进行旁轴近似，得到了抛物型方程的信道建模方法。白瑞杰[6]等从实际工程应用的角度出发，预估了地理信息数据分割对于无线信道仿真计算的影响。

除了上述理论研究外，GSI 软件也在无线电信道仿真中得到了越来越广泛的应用。孙红云[7]等结合地理信息系统（Geographic Information Sciences，GIS）的空间数据管理、数字地形分析等技术，构建了台站与发射机宾体对象，基于地理空间信息环境实现了典型电波传播场强分析模型，提高了场强计算的效率和空间位置精度。杨迪[8]以Mapobjects为开发平台构建了城市地区地理信息系统，设计完成了适合城市地形的信道模型库，并在此基础上运用信道模型库中的各种信道模型，完成了有关单一基站的覆盖分析、多基站情况下的覆盖分析以及不同基站之间的干扰问题的分析。孙威[9]在Mapobjects 平台上构建了一个多山地区的地理信息系统（GIS）。在多山地形环境下，结合Deygout 模型分析多重刃峰的绕射问题，结果与工程用Egli 模型比较，证明了其正确性。杨卫星[10]基于ArcGIS Engine 平台开发出能够支持通用的TIF 格式地图的数字地图软件，并在此基础上通过Cost231-Walfisch-Ikegami 模型、Egli 模型、Longley- Rice 模型的构建，实现了城区、丘陵、群岛等不同地形环境路径二维剖面数据下的传播路径损耗仿真的分析，最终集成研制了基于数字地图的电波传播预测集成仿真计算系统软件。

由此可见，结合地理信息技术（GIS）的计算机仿真已经成为无线电传播信道分析的重要手段之一。目前，国际上已经出现了一些成熟的基于GIS 的无线电场强预测分析软件，如ICS、ELLIPSE、RAP等。但是，它们价格昂贵，地形数据接口也多为专有，地图数据需要经过转换才能应用。Radio Mobile[11]是一款来自于加拿大的无线信道仿真自由软件，建立在不规则地形传播模型（Longley- Rice）基础上，适用于20 MHz ～20 GHz、传播距离1 ～2 000 km 的基本工况。在地理信息接口方面，Radio Mobile 可以识别包括SRTM、DTED、GTOPO30、GLOBE 以及BIL等格式在内的多种地形数据。遗憾的是，笔者发现，Radio Mobile 并不能识别当今精度最高且国内广为流行的免费地形数据ASTER GDEM（精度可达30 m）。本文的基本目的就是要解决Radio Mobile 识别ASTER GDEM 格式地形数据的问题。

1 ASTER GDEM 格式地形数据的转化

当前，互联网上可得的我国地形数据中（免费），ASTER GDEM 格式（*.tiff）无疑最全面、最精确。这些数据已经以省为单位，被归纳成30多个压缩包。以笔者所在的湖南省长沙市为例，首先将“湖南.zip”解压到某个非中文名目录下，如图1 所示。

以图1为例，湖南省的ASTER GDEM数据包（湖南.zip）里有很多以经纬度命名的小zip 文件。笔者发现，不需要自己手动进一步解压这些小Zip 文件，Global Mapper 软件会帮忙将它们批量转换为Radio Mobile 所能识别的DTED 格式。

在此之前，首先新建一个非中文目录用于安放转换后的DTED 文件，注意不要命名为简单的”DTED”。以笔者所在的湖南省为例，Global Mapper 转换出来DTED 数据可以存放在“DTED_HuNan”文件夹中，如图2 所示。

图2 存放DTED 格式文件的目录命名

运行GIS 软件Global Mapper，菜单栏选择File →Open All Files in a Directory tree，然后选择刚才解压（“湖南.zip”）完成的、用于存放ASTER GDEM 数据的文件夹，如图3 所示。

两次默认OK 后，开始数据导入，只需要1 min左右。然后，菜单栏File →Export →Export Elevation Grid Format，在弹出的菜单栏选择DTED，如图4 所示。

点击OK 后，在随后的弹出对话框中的参数设置界面保持默认，然后选择用于存放DTED 的文件夹（DTED_HuNan）和设定文件前缀名（HuNan），如图5 所示。

点击确认后，一个省的ASTER GDEM 数据转换为DTED 格式通常需要十几分钟。转换完成后，将会生成一系列的dt2 文件。这些文件需重组后才能为Radio Mobile 所读取。

2 DTED 格式文件的重组

笔者发现，Global Mapper 转换出来的DETD 文件的命名方式仍然不能被Radio Mobile 直接识别和读取，如图6 所示。

经过研究发现，这些DTED 数据需要整理在以经度命名的文件夹内，每个文件按照纬度命名。唯有如此，DTED 数据才能被Radio Mobile 正确导入。为此，笔者专门编制了相应的文件重命名和重组程序，如图7 所示。

图3 Global Mapper 导入ASTER GDEM 数据

图4 Global Mapper 选择导出数据格式（DTED）

图5 导出数据参数设定界面保持默认

图6 转换而来的DETD 文件的命名方式

先运行Get_DTED_File_Name.bat 会生成一个文件列表，然后运行Rename_DTED_File_ for_Radio_Mobile.exe，可以将这些dt2 文件剪贴到以经度命名的文件夹中，并重命名为可以被Radio Mobile 所识别的文件名，如图8 所示。

经过重组后，这些DTED 格式的地形文件被转移到一个名为“DTED”的子目录中。在Radio Mobile 中，只要选中包含这个DTED 子目录的上级目录（本例中的DTED_HuNan），就可以完成地形文件的识别与导入。

图7 用于DETD 文件重组的自制程序

3 Radio Mobile 中的地形建模与仿真

打开Radio Mobile，菜单栏中选择文件→地图属性，如图9 所示。

这里首先需要设定好模拟地域中心的经纬度，以笔者所在的长沙为例，设定纬度28.4，经度112.6。然后，设定好像素大小和模拟域大小，设定数据类型为DTED。在路径中设定好文件重组，包含“DTED”子目录的上级目录（DTED_HuNan）。读入的地形如图10 所示，岳麓山、湘江以及橘子洲依稀可见。

此后，按照《浅谈无线电传播模拟软件之Radio Mobile》[12]所述的操作步骤，建立移动网络及收发电台参数。这里仅简要介绍其中的一些关键步骤。

图8 DETD 文件重组的结果

图9 Radio Mobile 载入DETD 文件

①文件→单元属性：设置收发点的地理参数；

②文件→网络属性→“参数”标签页：设置传播环境，这里主要设置传播网络的预期运行频率，最高20 GHz；

③文件→网络属性→“系统”标签页：设置收发设备（电台或基站）参数，包括功率、接收灵敏度和天线增益等；

④文件→网络属性→“会员”标签页：收发设备（电台）与收发点（即第①步中的单元）绑定；

本例假设岳麓山上有一个发射基站，河东某处高地的迎山、背山处各有一个接收用户。完成上述传播网络的设置后，可得到如图11 所示的地形环境中的传播路径。

点击工具栏上的“天线链路”按钮，可以得到如图12 所示的路径损耗仿真结果。

图10 Radio Mobile 中导入的长沙地形数据

图11 Radio Mobile 所建立的地形传播路径

图12 Radio Mobile 所得的路径损耗仿真结果

4 结 语

通过Global Mapper 转换为DTED 格式及文件名重组，ASTER GDEM 格式的我国地形数据可以被Radio Mobile 所识别和读取，成为无线信道仿真中的重要支撑数据。