CN108572379B

CN108572379B - 基于无人机的通信基站选址勘察方法

Info

Publication number: CN108572379B
Application number: CN201810394447.XA
Authority: CN
Inventors: 陈亮; 宋雅; 白路; 范颖秋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: CN108572379A

Abstract

本发明提供一种基于无人机的通信基站选址勘察方法，包括无人机系统和地面系统，无人机系统包括无人机控制模块、陀螺仪、GPS定位装置、摄像机和无人机无线通信装置；地面系统包括地面无人机遥控装置、地面无线通信装置、地面便携GPS设备和地面计算机。本发明利用无人机的摄像机和GPS定位装置拍摄定位备选基站站点可减少人员风险,避免人为疏漏，提高现场勘察的效率和精度；通过对数据进行处理分析评估形成的勘察报告，可节约勘察分析时间，提升勘察决策的效率和准确度。

Description

基于无人机的通信基站选址勘察方法

技术领域

本发明属于基站勘察技术领域，具体涉及一种基于无人机的通信基站选址勘察方法。

背景技术

随着移动无线通信技术的快速发展，移动无线通信领域设备的部署范围不断扩张，新老设备的更新换代也日益增多。通信基站作为这些领域的重要骨干设备而备受重视。在建设通信基站之前，要对备选基站的基本情况进行勘察、测量和评估。

当前通信基站的勘察往往借助人工现场勘察。人员利用纸质地图、指北针（进行各方位多角度拍摄）、GPS（测位置）、望远镜、测距仪、皮尺、卷尺等来搜集必须的勘察数据。由于需要勘察的数据较多，交通不便等因素，一个备选站点往往要进行多次往返勘察，效率较低。另外，人工选址和勘察记录往往精度不够，勘察记录结果受人的因素影响，精确度和准确度难以把握，使后续站点建成后需要根据实际测量结果调整基站的参数比例大幅增高，导致网络建设成本的增加。

在不同的地理条件下通信基站的勘察还面临一些具体问题。

例如，在人口、建筑密集的市区高楼上建造通信基站，通常需要通过谈判获得物业或所有人的同意才能成行，如果谈判受阻则需要另选其他地点。因此，市区基站选址往往需要在原网络规划中的一个通信基站站点的附近，多找几个物业的天面进行备份，一旦原定的位置谈不下来，可以通过其他几个位置来进行替换。备选站点越多，需要人工勘察的时间也越长，进一步降低勘察效率。

又如在山区建造通信基站，山区地势可能难以攀爬，即使抵达山顶可能也会由于树木过于密集，也难以把握通信覆盖情况。

而一些高风险区域，比如洪涝区、高压电站、加油站、滑坡山体、易燃易爆区、粉尘区等，勘察人员接近的话，还会有一定的人身安全风险。

专利无线通信基站的数字化勘察方法和装置（公告日2005.03.09，公告号CN1192655C）公开了一种无线通信基站的数字化勘察方法和装置，由测量仪、基站数据处理设备和数据处理中心构成，测量仪包括全球卫星定位仪、数字指南针、数字照相机、数字测高仪和数字录音机，基站数据处理设备包括装有勘察软件的微型电脑以及无线发射机，数据处理中心包括无线接收机和数据处理器，可勘察基站的坐标、天线方位和高度、相邻基站的位置关系，基站勘察评估的语音录音及周围无线频率环境的语音描述，并通过无线传输记录于数据处理中心的数据库中，勘察报告经互联网传给基站建设和设计用户，可提高勘测精度和工作效率，避免手录差错。该发明通过人工将测量仪设置在备选基站上进行勘察测量，其设备较多较重、尺寸较大，需要勘察人员抵达现场安装，影响现场勘察效率同时可能存在人员威胁因素。该发明的数字照相机无多方向自动拍照功能，也没有自动评估处理功能，勘察结果还需人为进一步分析评估判断，无法直接利用，导致整体勘察及勘察分析效率较低。

因此急需一种能够自主勘测测量备选基站站点必要参数，并能够智能处理、分析和评估备选站点满足基站选址需求和基站建设条件的通信基站选址勘察系统及其方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于无人机的通信基站选址勘察方法，该方法利用无人机的摄像机和GPS定位装置拍摄定位备选基站站点可减少人员风险,避免人为疏漏，提高现场勘察的效率和精度；通过对数据进行处理分析评估形成的勘察报告，可节约勘察分析时间，提升勘察决策的效率和准确度。

本发明提供了如下的技术方案：

一种基于无人机的通信基站选址勘察方法，包括以下步骤：

S1：制定勘察飞行计划：根据基站选址需求包括基站装置型号类型尺寸重量、基站数量、基站覆盖范围以及通信容量配置，在地面计算机带电子地图的通信环境仿真模块中利用符合周边地理环境状况的典型场景模型的传播衰减损耗仿真拟定各备选站点经纬度和海拔高度坐标范围；根据各备选站点周边地理遮挡物高度和无人机续航时间制定若干无人机勘察飞行计划，无人机勘察飞行计划包括飞行起点、飞行航路、飞行高度和飞行终点；

S2：无人机安装校准：在S1中飞行起点所在地地面为无人机安装GPS定位装置、陀螺仪和摄像机，利用地面便携GPS设备对无人机上搭载的GPS定位装置进行校准，并设置好摄像机摄像头的初始方位角和下倾角；在S1中飞行起点调查基站安装条件；

S3：无人机试飞：启动经S2处理的无人机就近试飞；通过地面无人机遥控装置遥控无人机飞行；地面计算机通过无线通信装置接收无人机传回的GPS定位装置的经纬度和海拔高度坐标信息和摄像机照片；确定该坐标信息和S2中地面便携GPS设备的差距以及摄像机照片的有效性；若坐标信息和S2中地面便携GPS设备的差距在设定的定位误差范围内且摄像机照片有效则结束试飞；否则，回收无人机，返回S2步骤；

S4：无人机现场勘察：按照S1的勘察飞行计划，起飞经S3试飞结束的无人机，通过地面无人机遥控装置遥控无人机飞行至S1中的备选站点上方环绕飞行并拍摄全向图，无人机向地面计算机传输对备选站点的GPS定位装置定位的经纬度和海拔高度坐标信息以及全向图，地面计算机对坐标信息和全向图进行记录存储；然后回收无人机；

S5：数据仿真分析：地面计算机将S4的坐标信息和全向图以及S1中的基站装置和基站覆盖范围数据进行处理形成仿真输入数据；然后将该仿真输入数据输入S1中带电子地图的通信环境仿真模块中进行仿真模拟，获得电子地图上备选站点选址位置和通信覆盖效果，再结合S1中基站选址需求和基站安装条件进行备选站点有效性的分析和评估，形成勘察报告。

优选的，仿真输入数据包括备选站点名称、经纬度和海拔高度坐标、基站类型、天线类型以及天线下倾角。

优选的，基站安装条件包括备选站点的承重、天面大小、机房配置、电力引入、通信传输、市政规划和周边环境的风险性。

优选的，全向图为无人机摄像头根据陀螺仪测定的方位角沿水平方向每隔30度间隔环拍的12向图。

一种基于无人机的通信基站选址勘察系统，包括无人机系统和地面系统，无人机系统包括无人机控制模块、GPS定位装置、陀螺仪、摄像机和无人机无线通信装置，GPS定位装置、陀螺仪、摄像机和无人机无线通信装置与无人机控制模块连接；地面系统包括地面无人机遥控装置、地面无线通信装置、地面便携GPS设备和地面计算机，无人机无线通信装置向地面无线通信装置传输信号，地面无人机遥控装置遥控无人机控制模块，地面无线通信装置、陀螺仪和地面便携GPS设备与地面计算机连接，地面计算机接收地面无线通信装置接收的信号和地面便携GPS设备的定位信息。

优选的，地面计算机包括数据输入模块、数据转换模块、数据存储模块、数据处理模块、数据分析评估模块、微处理器、通信环境仿真模块和数据输出显示模块，数据输入模块、数据转换模块、数据存储模块、数据处理模块、数据分析评估模块、通信环境仿真模块和数据输出显示模块与微处理器连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用无人机的摄像机和GPS定位装置拍摄定位备选基站站点，无需勘察人员多次攀爬至备选基站站点，可节省人员抵达备选基站站点的时间，减少人员风险,避免人为疏漏。

2、本发明无人机摄像机、GPS定位装置和陀螺仪可用于快速准确地获得的备选基站站点360度全向图和定位信息，提高现场勘察效率，避免二次勘察。通过GPS定位装置可确定备选基站的水平经纬度和海拔位置数据，通过陀螺仪和摄像机可对备选基站及其周边环境进行360度全景进行无死角拍摄，确保勘察选址的精确度和周边环境细节的最大化记录，方便后续数据的提取、处理、分析和评估，避免对同一备选基站选址的重复多次勘察，提高现场勘察效率。

3、本发明利用地面计算机的通信环境仿真模块在S1制定勘察飞行计划中根据需求进行粗略地仿真以拟定备选站点，在S5数据仿真分析中对无人机勘察后形成的仿真输入数据进行仿真评估核实备选站点是否满足需求，前者可减少备选站点数量，使勘察有的放矢，后者可精确便捷地确定选择该备选站点的可行性，以减少勘察误差造成的基站改建甚至返工的成本。

4、本发明地面计算机包括数据输入模块、数据转换模块、数据存储模块、数据处理模块、数据分析评估模块和数据输出显示模块，这些模块对输入基站安装条件数据、基站选址需求数据、地面定位信息、无人机定位信息、无人机拍摄的全向图等进行综合提取、处理、对比、评估和分析，形成最终勘察报告，可节约勘察分析时间，提升勘察决策的效率和准确度。

5、本发明利用无人机飞抵备选基站站点上方，其高度接近基站天线安装的铁塔高度，能够真实模拟天线视野的环境情况，提高天线覆盖范围勘察的精确度。

6、本发明无人机搭载的有效载荷少，重量轻，勘察时可利用商业小型无人机。商业小型无人机具有成本低，技术成熟、容易操控的优点。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明各功能模块连接示意图；

图2是本发明数据处理、仿真和分析评估流程示意图；

图3是本发明通信基站选址勘察方法步骤示意图。

图中标记为：1、无人机系统；11、无人机控制模块；12、陀螺仪；13、摄像机；14、GPS定位装置；15、无人机无线通信装置；2、地面系统；21、地面无人机遥控装置；22、地面无线通信装置；23、地面便携GPS设备；24、地面计算机；3、数据输入模块；4、数据转换模块；5、数据存储模块；6、数据处理模块；7、通信环境仿真模块；8、数据分析评估模块；9、数据输出显示模块；10、微处理器。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的优选实施方式。

如图1至图3所示，一种基于无人机的通信基站选址勘察系统，包括无人机系统1和地面系统2。无人机系统1包括无人机控制模块11、陀螺仪12、摄像机13、GPS定位装置14和无人机无线通信装置15。陀螺仪12、摄像机13、GPS定位装置14和无人机无线通信装置15与无人机控制模块11连接。地面系统2包括地面无人机遥控装置21、地面无线通信装置22、地面便携GPS设备23和地面计算机24。无人机无线通信装置15向地面无线通信装置22传输信号，地面无人机遥控装置21遥控无人机控制模块11，地面无线通信装置22、地面便携GPS设备23与地面计算机24连接。

具体的，地面计算机24包括数据输入模块3、数据转换模块4、数据存储模块5、数据处理模块6、通信环境仿真模块7、数据分析评估模块8、数据输出显示模块9和微处理器10。数据输入模块3、数据转换模块4、数据存储模块5、数据处理模块6、通信环境仿真模块7、数据分析评估模块8、数据输出显示模块9与微处理器10连接。

基于无人机的通信基站选址勘察方法，包括以下步骤：

（1）S1：制定勘察飞行计划。

首先地面计算机24中的数据处理模块6中设有基站选址勘察数据库，将基站选址需求数据输入或导入基站选址勘察数据库中。基站选址需求数据包括基站装置型号类型尺寸重量、基站数量、基站覆盖范围以及通信容量配置。

然后根据基站选址需求在地面计算机24带电子地图的通信环境仿真模块7中利用符合周边地理环境状况的典型场景模型的传播衰减损耗仿真试拟定多个备选站点，获得备选站点经纬度和海拔高度坐标大致范围。典型场景模型包括人口密集的市区、山区等等。一般而言，根据通信环境仿真模块7的模拟结果显示，人口密集的市区要求GSM网络中几乎每200-400米的距离就要增加基站进行覆盖，而在山区增设基站的间隔距离大约几公里，利用通信环境仿真模块7的预先模拟典型场景模型可以大致确定需要的备选站点数量及大致位置。

最后根据各备选站点周边地理遮挡物高度和无人机续航时间制定对备选站点勘察的无人机勘察飞行计划，无人机勘察飞行计划包括飞行起点、飞行航路、飞行高度和飞行终点。其中，飞行起点和飞行终点可设置在交通方便、离备选站点在可视距离内的地区，以方便无人机目视遥控。

（2）S2：无人机安装校准。

在S1中飞行起点所在地地面为无人机安装陀螺仪12、摄像机13和GPS定位装置14，利用地面便携GPS设备23对无人机上搭载的GPS定位装置14进行校准，并设置好摄像机13摄像头的初始方位角和下倾角。

勘察人员可在飞行起点调查记录并向基站选址勘察数据库输入或导入基站安装条件数据。基站安装条件数据包括备选站点的承重、天面大小、机房配置、电力引入、通信传输、市政规划和周边环境的风险性。

（3）S3：无人机试飞。

启动经S2处理的无人机就近试飞。通过地面无人机遥控装置21遥控无人机飞行；地面计算机24通过无线通信装置接收无人机传回的GPS定位装置14的试飞经纬度和海拔高度坐标信息和试飞摄像机13照片信号。

试飞经纬度和海拔高度坐标信息和试飞摄像机照片信号经数据输入模块3输入、数据转换模块4数据转换形成试飞经纬度和海拔高度坐标数据和试飞照片，再经数据存储模块5存储并传入数据处理模块6的基站选址勘察数据库中形成试飞数据。地面便携GPS设备23的地面定位信息也经数据转换成为地面定位数据传入数据处理模块6的基站选址勘察数据库中。对试飞经纬度和海拔高度坐标数据和地面定位数据进行对比，由于无人机释放距离较近，因此如果两者数据差距在设定的定位误差范围内，则判断无人机定位有效。

同时，对摄像机13照片进行观察，如果能够正常拍摄到周边环境即摄像机13下倾角设置合适，则判断无人机拍摄有效。如果无人机定位有效且拍摄有效，则结束试飞。否则，回收无人机，返回S2无人机安装校准步骤。

（4）S4：无人机现场勘察。

按照S1的勘察飞行计划，起飞经S3试飞结束的无人机，通过地面无人机遥控装置21遥控无人机飞行至S1中的备选站点上方环绕飞行并拍摄全向图。具体的，无人机飞到备选站点上方、空中选定的位置后，无人机从正北方向起始向右旋转，而摄像机13根据陀螺仪12测定的方位角，每30度拍摄一张图片，旋转拍摄一圈12张，以精确记载每个图像所对应的角度，形成360度全向图。勘察完毕，回收无人机。

无人机GPS定位装置14定位备选站点实时经纬度和海拔高度坐标。

（5）S5：数据仿真分析。

地面计算机24接收实时经纬度和海拔高度坐标和摄像机13拍摄的全向图信号，并将其转换为实时经纬度和海拔高度坐标数据和全向图形成勘察数据存入到数据处理模块6的基站选址勘察数据库中。

数据处理模块6自基站选址勘察数据库中实时经纬度和海拔高度坐标数据、基站选址需求的数据和全向图提取并计算形成仿真输入数据。具体的，仿真输入数据包括备选站点名称、经纬度和海拔高度坐标、基站类型、天线类型以及天线下倾角。其中基站类型、天线类型来自基站选址需求数据中基站装置型号类型尺寸重量。天线下倾角根据建筑物和山体高度、基站覆盖范围计算。

微处理器10控制仿真输入数据输入到带电子地图的通信环境仿真模块7中进行仿真模拟，从而获得电子地图上备选站点选址位置和通信覆盖效果，形成通信环境仿真测试结果。

微处理器10将通信环境仿真测试结果传输给数据分析模块8；数据分析评估模块8对比基站选址需求的基站覆盖范围、通信容量配置和通信环境仿真测试结果，对比基站选址需求中的基站装置型号类型尺寸重量、基站数量与基站安装条件数据，形成勘察报告。

微处理器10接收勘察报告并控制数据输出显示模块9输出显示勘察报告。

在各备选站点重复进行S2至S5的现场无人机勘察和勘察分析过程，直至完成所有备选站点的选址。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于无人机的通信基站选址勘察方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于无人机的通信基站选址勘察方法，其特征在于，所述仿真输入数据包括备选站点名称、经纬度和海拔高度坐标、基站类型、天线类型以及天线下倾角。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的通信基站选址勘察方法，其特征在于，所述基站安装条件包括备选站点的承重、天面大小、机房配置、电力引入、通信传输、市政规划和周边环境的风险性。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的通信基站选址勘察方法，其特征在于，所述全向图为无人机摄像头根据陀螺仪测定的方位角沿水平方向每隔30度间隔环拍的12向图。