應(yīng)用無(wú)人機(jī)輔助移動(dòng)通信基站工程設(shè)計(jì)的研究

盧如東+曾哲君+徐燦輝

【摘 要】為了改善目前常規(guī)的基站數(shù)據(jù)勘察采集手段在準(zhǔn)確性及效率方面的不足，研究通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)基站工程參數(shù)及周邊環(huán)境空間信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的站點(diǎn)數(shù)據(jù)與實(shí)際基站工程參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于基站工程設(shè)計(jì)的可行性和有效性。運(yùn)用無(wú)人機(jī)采集基站數(shù)據(jù)的手段與常規(guī)基站數(shù)據(jù)勘采手段相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，可推廣應(yīng)用于基站工程設(shè)計(jì)。

無(wú)人機(jī) 數(shù)據(jù)采集 基站工程設(shè)計(jì)

1 引言

目前我國(guó)通信市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各大運(yùn)營(yíng)商都在積極建網(wǎng)，搶占市場(chǎng)。對(duì)4G基站的規(guī)劃建設(shè)要求精準(zhǔn)且高效，但目前在建設(shè)過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題：

（1）規(guī)劃選址階段

規(guī)劃人員需到現(xiàn)場(chǎng)收集基站規(guī)劃數(shù)據(jù)，耗費(fèi)人力及時(shí)間較多。同時(shí)還可能受各種客觀因素影響而不能全面收集到基站數(shù)據(jù)，如不能上樓面及山頂或者受周邊環(huán)境阻擋等，這就導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)缺乏全面性及科學(xué)性。

（2）勘察設(shè)計(jì)階段

對(duì)于部分難點(diǎn)，站點(diǎn)天線掛高和方向角等數(shù)據(jù)沒(méi)法根據(jù)實(shí)際情況確定（受客觀環(huán)境因素影響）；還有部分站點(diǎn)的天面情況復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)繪圖耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，影響效率。

（3）基站建設(shè)階段

對(duì)施工進(jìn)度的把控，需相關(guān)人員到現(xiàn)場(chǎng)了解實(shí)際基站建設(shè)進(jìn)程，特別是對(duì)于在高山山頂建設(shè)基站的情況，導(dǎo)致了耗時(shí)長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題，拉長(zhǎng)了建設(shè)周期。

（4）后期驗(yàn)收維護(hù)期

通信桿、鐵塔、高鐵附近的基站發(fā)射點(diǎn)和高速路段等站點(diǎn)，因桿塔高度較高或地理環(huán)境復(fù)雜偏僻等，驗(yàn)收人員無(wú)法判斷天線是否已嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的方向角進(jìn)行安裝以及天線平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)情況，這或會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量等出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致后期需多次優(yōu)化，效率較低。

綜上可知，目前常規(guī)的基站勘察、數(shù)據(jù)采集手段存在優(yōu)化提升空間，因此，本文提出一種基于無(wú)人機(jī)應(yīng)用的創(chuàng)新方法，運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù)精確獲取基站工程參數(shù)及周邊環(huán)境空間信息，以輔助基站設(shè)計(jì)建設(shè)。

2 無(wú)人機(jī)輔助4G基站設(shè)計(jì)

運(yùn)用無(wú)人機(jī)輔助4G基站工程設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）利用無(wú)人機(jī)收集基站數(shù)據(jù)，能減少人力的投入，有效避免了人員登高登塔作業(yè)的危險(xiǎn)性，全面提升了工作效率；

（2）解決了人工收集數(shù)據(jù)受基站周邊環(huán)境制約的問(wèn)題。

（3）采集到的基站工參數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更可靠。

2.1 數(shù)據(jù)采集及分析

基站規(guī)劃選址及設(shè)計(jì)所需的基站經(jīng)緯度、天線掛高、方向角、抱桿資源以及環(huán)境照等現(xiàn)場(chǎng)建站數(shù)據(jù)都能用無(wú)人機(jī)進(jìn)行無(wú)障礙采集。

（1）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

建站位置細(xì)節(jié)照片：空中航拍建站位置高清照片。

規(guī)劃基站經(jīng)緯度源數(shù)據(jù)：控制無(wú)人機(jī)懸停在規(guī)劃基站正上方，俯拍采集1張照片，照片可記錄下經(jīng)緯度信息。

環(huán)境照數(shù)據(jù)：控制無(wú)人機(jī)在規(guī)劃天線同高的位置，調(diào)整無(wú)人機(jī)的相機(jī)角度為天線規(guī)劃的總下傾角度（機(jī)械下傾角+電調(diào)下傾角），開始進(jìn)行正北360°視頻自轉(zhuǎn)拍攝，采集環(huán)境照數(shù)據(jù)。

天線掛高數(shù)據(jù)：在覆蓋區(qū)域地面采集1張照片（覆蓋區(qū)域海拔），控制無(wú)人機(jī)飛行到與天線同高正面拍攝1張照片（天線位置海拔）。同時(shí)，可以在遙控監(jiān)視器觀測(cè)到無(wú)人機(jī)與地面（用無(wú)人機(jī)遙控）高度。

天線角度（現(xiàn)有基站）數(shù)據(jù)：控制無(wú)人機(jī)與天線同高，開始進(jìn)行正北360°興趣點(diǎn)環(huán)繞視頻采集，后續(xù)經(jīng)過(guò)軟件分析在后臺(tái)提取數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)分析及輸出

采集到規(guī)劃覆蓋環(huán)境視頻后，需使用特定的軟件SkyMeasure對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析提取出如天線掛高、天線角度、天線覆蓋效果等有效數(shù)據(jù)。

模擬天線視距覆蓋效果：將無(wú)人機(jī)設(shè)置為處于規(guī)劃天線的高度，以及天線的總下傾角來(lái)拍攝環(huán)拍視頻，故能夠模擬建成后的天線視距覆蓋效果。通過(guò)環(huán)拍視頻附以對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，可協(xié)助設(shè)計(jì)人員初步判斷天線的覆蓋方向及覆蓋效果。

天線下傾角計(jì)算：SkyMeasure軟件通過(guò)環(huán)拍視頻抽幀，確定天線的側(cè)視角度，通過(guò)雙線夾角算法計(jì)算出下傾角。下傾角計(jì)算圖例如圖1所示，采用圖像識(shí)別分別識(shí)別出天線的A點(diǎn)和B點(diǎn)位置以及抱桿的A點(diǎn)和B點(diǎn)位置，通過(guò)兩點(diǎn)組成的直線作為天線和抱桿所處的基線，兩條線的夾角就是天線與抱桿之間的夾角，計(jì)算出相應(yīng)的夾角即可得到天線下傾角。

天線方向角計(jì)算：待無(wú)人機(jī)與天線同高，無(wú)人機(jī)通過(guò)自帶的陀螺儀確定正北位置后，會(huì)按照一定線速度自轉(zhuǎn)開始進(jìn)行360°環(huán)拍（速度如每秒順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10°）。因此，SkyMeasure軟件確定天線的正面視角后，通過(guò)采集到的正北信息以及無(wú)人機(jī)環(huán)拍轉(zhuǎn)動(dòng)線速度和圖像記錄時(shí)間等參數(shù)，就可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)視角的方向角。

SkyMeasure軟件將以Excel表格的形式輸出經(jīng)緯度、掛高、天線方向角、機(jī)械下傾角等工參數(shù)據(jù)。

2.2 應(yīng)用案例

以廣州珠江公園基站作為實(shí)例，該站位于廣州市天河區(qū)珠江公園內(nèi)的主干道旁，周邊樹木林立，對(duì)勘察人員在桿塔下方測(cè)量基站經(jīng)緯度以及觀察桿塔平臺(tái)資源、測(cè)量小區(qū)方向等工作形成了遮擋，故將采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行基站參數(shù)采集。

（1）數(shù)據(jù)采集

本次無(wú)人機(jī)輔助提取TD系統(tǒng)基站工參，站點(diǎn)位于美化路燈桿2層平臺(tái)，按照上文介紹的方法對(duì)該站點(diǎn)進(jìn)行工參數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場(chǎng)拍攝圖片如圖2所示。

（2）實(shí)際工參與無(wú)人機(jī)采集數(shù)據(jù)對(duì)比

相關(guān)數(shù)據(jù)采集完成后，使用特定的軟件SkyMeasure對(duì)其進(jìn)行處理，分析提取出該站點(diǎn)經(jīng)緯度、天線掛高、天線方向角、天線機(jī)械下傾角等工參數(shù)據(jù)，并將站點(diǎn)的實(shí)際工參與無(wú)人機(jī)采集到的工參數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如表1所示。

（3）誤差分析

從以上實(shí)例可看出，在用無(wú)人機(jī)方式采集到的工參數(shù)據(jù)中，經(jīng)緯度基本與手持GPS測(cè)量數(shù)據(jù)吻合，掛高誤差不超過(guò)1 m，天線方向角與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)誤差在5°以內(nèi)，機(jī)械下傾角誤差在1°以內(nèi)，誤差在工程設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，相比傳統(tǒng)的人工采集數(shù)據(jù)的方式準(zhǔn)確性和時(shí)效性更高。

3 無(wú)人機(jī)應(yīng)用效果對(duì)比分析

（1）節(jié)約工具成本

分析常規(guī)的設(shè)計(jì)工具與無(wú)人機(jī)在單套硬件上成本的對(duì)比，如表2所示。

（2）規(guī)劃效能提升

無(wú)人機(jī)具有飛行速度快、障礙少、采集效率高等特點(diǎn)，現(xiàn)以1天8個(gè)工作小時(shí)的規(guī)劃站點(diǎn)數(shù)為基準(zhǔn)，對(duì)比傳統(tǒng)人工方式與無(wú)人機(jī)規(guī)劃選址方式的時(shí)間效率。

從表3數(shù)據(jù)可見(jiàn)，無(wú)人機(jī)在效率方面比人工方式提升約1倍，則相應(yīng)規(guī)劃進(jìn)度可提升約1倍。

（3）工參提取效能提升

無(wú)人機(jī)具有飛行速度快、障礙少、采集效率高等特點(diǎn)，現(xiàn)以1天8個(gè)工作小時(shí)規(guī)劃站點(diǎn)數(shù)為基準(zhǔn)，對(duì)比傳統(tǒng)人工方式與無(wú)人機(jī)輔助方式的工參提取效率，如表4所示。

從表4可見(jiàn)，無(wú)人機(jī)在工程參數(shù)采集方面可提升效率約50%，省去了人工上塔的時(shí)間，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）采集數(shù)據(jù)更全面更準(zhǔn)確

對(duì)比現(xiàn)有人工采集手段，通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)可獲得更全面更準(zhǔn)確的規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。人工與無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集手段對(duì)比，如表5所示。

（5）實(shí)際應(yīng)用情況

目前廣西某運(yùn)營(yíng)商已將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于基站選址及巡檢。從實(shí)際使用效果來(lái)看，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行勘察，可實(shí)現(xiàn)10分鐘完成一個(gè)高度達(dá)100 m的高山的站點(diǎn)勘察，比傳統(tǒng)方式節(jié)約了85%的時(shí)間。并且選址和巡檢數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性都有了質(zhì)的提高，采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率從原來(lái)的95%提升到了99%。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)采集方式進(jìn)行分析，以及對(duì)實(shí)際案例中現(xiàn)場(chǎng)采集基站數(shù)據(jù)精確度的研究和無(wú)人機(jī)應(yīng)用效果的對(duì)比，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于基站工程設(shè)計(jì)的可行性和有效性。相比過(guò)去常規(guī)的數(shù)據(jù)采集手段，運(yùn)用無(wú)人機(jī)采集數(shù)據(jù)具有精確性、效率更高以及費(fèi)用更低等優(yōu)勢(shì)?；窘ㄔO(shè)從前期規(guī)劃到后期維護(hù)優(yōu)化的整個(gè)過(guò)程都需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集分析，只有精確的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)才能有效指導(dǎo)基站建設(shè)。因此，將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于基站建設(shè)市場(chǎng)前景廣闊。目前市場(chǎng)上的無(wú)人機(jī)存在續(xù)航時(shí)間短，飛行環(huán)境要求嚴(yán)格，使用公共頻段容易遭受干擾等不足，未來(lái)對(duì)于無(wú)人機(jī)的研究將聚焦于對(duì)這些問(wèn)題的改進(jìn)，改進(jìn)后的無(wú)人機(jī)技術(shù)預(yù)計(jì)將會(huì)在基站建設(shè)方面有更廣泛的應(yīng)用。

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