CN110475226A - 一种基于无人机的基站信号覆盖方法、系统及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的基站信号覆盖方法、系统及无人机，所述方法包括：搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域；在所述当前图像中确定检测到的目标区域的中心点的坐标以及摄像头的投影点的坐标，并计算所述中心点与投影点之间的投影距离；判断计算得到的投影距离是否大于预设的第一距离阈值；当所述投影距离大于所述第一距离阈值时，根据所述中心点的坐标、投影点的坐标以及预设的向量差计算所述无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置。通过采用拆卸方便的无人机搭载通信设备，可以灵活部署，并且根据实时的场景变化对覆盖的需求进行调整，做到快速响应。

Description

一种基于无人机的基站信号覆盖方法、系统及无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种基于无人机的基站信号覆盖方法、系统及无人机。

背景技术

目前无人机行业正处于迅速发展阶段，应用也越来越多。无人机具有可移动性强、机身轻巧、操作方便等优势，采用无人机搭载小微基站设备来解决高密度人口聚集区域小区容量或者通信条件比较恶劣紧急救援情况下的信号覆盖问题，可以做到机动灵活、快速响应。

对于手机用户高密度聚集区域（比如大型演唱会、大型会议、运动会），需要搭建临时基站用于解决容量问题，但目前有些场景下无法通过常规建设临时基站来解决覆盖问题。同时，现有的临时基站通常位置固定，不能随着用户高密度聚集区域的移动，而进行信号的跟踪覆盖，这样容易造成临时基站的覆盖信号质量不佳的问题。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种基于无人机的基站信号覆盖方法、系统及无人机，以解决现有临时基站信号覆盖无法根据覆盖目标进行追踪覆盖，而造成目标区域网络信号不佳的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于无人机的基站信号覆盖方法，其包括：

搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域；

在所述当前图像中确定检测到的目标区域的中心点的坐标以及摄像头的投影点的坐标，并计算所述中心点与投影点之间的投影距离；

判断计算得到的投影距离是否大于预设的第一距离阈值；

当所述投影距离大于所述第一距离阈值时，根据所述中心点的坐标、投影点的坐标以及预设的向量差计算所述无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置。

所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其中，所述搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并将根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域具体包括：

搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并获取所述当前图像的上一帧图像；

采用帧间差分算法检测所述当前图像及其上一帧图像之间的绝对差分图像，以获取目标区域。

所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其中，所述在所述当前图像中确定检测到的目标区域的中心点的坐标以及摄像头的投影点的坐标，并计算所述中心点与投影点之间的投影距离具体包括：

获取所述目标区域的轮廓线，并根据所述轮廓线围成的形状确定所述目标区域的中心点；

在当前图像中，以摄像头的投影点为原点建立图像坐标系，并获取所述中心点的坐标；

根据所述投影点的坐标和中心点的坐标计算中心点与投影点之间的欧式距离，并将所述欧式距离作为投影距离。

所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其中，所述获取所述目标区域的轮廓线，并根据所述轮廓线围成的形状确定所述目标区域的中心点具体包括：

获取所述目标区域的轮廓线，并识别所述轮廓线围成的形状和尺寸；

根据预设的形状与中心点计算规则之间的对应关系确定识别到的形状对应的中心点计算规则；

采用确定的中心点计算规则以及所述尺寸确定目标区域对应的中心点。

所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其中，所述当所述投影距离大于所述第一距离阈值时，根据所述中心点的坐标、投影点的坐标以及预设的向量差计算所述无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置具体包括：

当投影距离大于所述第一距离阈值时，根据中心点的坐标、投影点的坐标确定以及预设的向量差计算所述投影点对应的的第一移动向量；

采用预先存储的缩放系数和所述第一移动向量计算得到无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置。

所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其中，其还包括：

当所述投影距离小于所述第一距离阈值时，无人机保持当前位置，并执行每间隔预设时间拍摄当前图像的步骤。

所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其中，所述搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并将根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域之前还包括：

搭载有微型基站的无人机在预设高度飞行，并控制其配置的摄像头垂直向下拍摄；

根据所述预设高度和摄像头参数计算摄像头当前的缩放系数，并保存所述缩放系数。

一种存储介质，其存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上任一所述的基于无人机的基站信号覆盖方法。

一种无人机，其搭载有微型基站，其包括：

处理器，适于实现各指令；以及

存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上任一所述的基于无人机的基站信号覆盖方法。

一种基于无人机的基站信号覆盖系统，其包括至少一个所述的无人机，各无人机之间通讯连接，各无人机上搭载的基站均与地面基站通讯连接

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种基于无人机的基站信号覆盖方法、系统及无人机，所述方法包括：搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域；在所述当前图像中确定检测到的目标区域的中心点的坐标以及摄像头的投影点的坐标，并计算所述中心点与投影点之间的投影距离；判断计算得到的投影距离是否大于预设的第一距离阈值；当所述投影距离大于所述第一距离阈值时，根据所述中心点的坐标、投影点的坐标以及预设的向量差计算所述无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置。通过采用拆卸方便的无人机搭载通信设备，可以灵活部署，并且根据实时的场景变化对覆盖的需求进行调整，做到快速响应。

附图说明

图1为本发明提供的基于无人机的基站信号覆盖方法较佳实施的流程图。

图2为本发明提供的基于无人机的基站信号覆盖方法中步骤S10的流程图。

图3为本发明提供的基于无人机的基站信号覆盖方法中步骤S20的流程图。

图4为本发明提供的基于无人机的基站信号覆盖方法中步骤S40的流程图。

图5为本发明提供的无人机的结构原理图。

图6为本发明提供的基于无人机的基站信号覆盖系统的实施例一的结构原理图。

图7为本发明提供的基于无人机的基站信号覆盖系统的实施例二的结构原理图。

具体实施方式

本发明提供一种基于无人机的基站信号覆盖方法、系统及无人机，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。 应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。 应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。

请参照图1，图1为本发明提供的基于无人机的基站信号覆盖方法的较佳实施例的流程图。所述方法包括：

S10、搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域；

S20、在所述当前图像中确定检测到的目标区域的中心点的坐标以及摄像头的投影点的坐标，并计算所述中心点与投影点之间的投影距离；

S30、判断计算得到的投影距离是否大于预设的第一距离阈值；

S40、当所述投影距离大于所述第一距离阈值时，根据所述中心点的坐标、投影点的坐标以及预设的向量差计算所述无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置。

在本实施例中，通过采用无人机搭载微型基站来发射网络信号覆盖目标区域，同时无人机通过其配置的摄像头检测目标区域的移动，并根据目标区域的移动后的距离与无人机之间的距离来判断是否需要调整无人机的位置，从而目标区域一直处于微信基站的信号覆盖区域，并保持较佳的信号质量。

在所述步骤S10中，所述微型基站用于发射无线信号与手机等移动终端通讯，并通过传输设备与上游的基站控制器通讯，以实现移动终端的信号覆盖。所述预设时间为预先设置的拍摄时间间隔，例如1S、10S、1min等。拍摄的时间间隔可以根据实际的应用场景，以及目标区域的移动速度来确定，例如当目标区域的移动速度较快时，所述时间间隔可以减小，这样有利于及时追踪目标区域；当目标区域的移动速度较慢时，所述时间间隔可以增大，这样可以减小无人机的电池损耗，延长无人机的续航里程。所述当前图像指的是摄像头当前时刻拍摄到的包含有目标区域的图像。所述上一帧图像指的是上一个时间间隔拍摄的图像。所述目标区域指的是移动的信号覆盖区域，例如移动的人群组成的区域。在本实施例中，如图2所示，通过相邻帧之前的图像来检测目标区域，其具体过程可以包括：

S11、搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并获取所述当前图像的上一帧图像；

S12、采用帧间差分算法检测所述当前图像及其上一帧图像之间的绝对差分图像，以获取目标区域。

具体地，无人机将拍摄到的图像按照拍摄的时间保存，并在拍摄到当前时刻的当前图像时，在数据库中获取其上一时间间隔的图像，即上一帧图像。然后采用帧间差分法，多在相邻帧间或三帧之间进行，本实施例采用相邻两帧图像进行计算。主要根据序列图像相邻的极强相关性原理，能够实现对运动目标的变化检测，在滤波的作用下，对运动目标的范围、区域进行确定，其计算公式描述为：，其中以及表示两帧连续的运动图像，绝对差分图像由表示。这样可以根据绝对差分图像确定目标区域。

在所述步骤S20中，所述中心点的坐标指的是目标区域在图像坐标系中的坐标。在本实施例中以所述摄像头在所述当前图像中的投影点为原点建立图像坐标系，然后在所述图像坐标系中确定所述中心点的坐标。所述投影距离指的是中心点的坐标与摄像头的投影点的坐标在图像中的距离。

示例性的，如图3所示，所述在所述当前图像中确定检测到的目标区域的中心点的坐标以及摄像头的投影点的坐标，并计算所述中心点与投影点之间的投影距离具体包括：

S21、获取所述目标区域的轮廓线，并根据所述轮廓线围成的形状确定所述目标区域的中心点；

S22、在当前图像中，以摄像头的投影点为原点建立图像坐标系，并获取所述中心点的坐标；

S23、根据所述投影点的坐标和中心点的坐标计算中心点与投影点之间的欧式距离，并将所述欧式距离作为投影距离。

具体的来说，在所述步骤S21中，通过采用帧间差分算法检测出目标区域，对所述当前图像进行滤波处理后，识别目标区域的轮廓线，并根据所述轮廓线围成的形状来确定目标区域的中心点。具体的确定过程可以包括：获取所述目标区域的轮廓线，并识别所述轮廓线围成的形状和尺寸；根据预设的形状与中心点计算规则之间的对应关系确定识别到的形状对应的中心点计算规则；采用确定的中心点计算规则以及所述尺寸确定目标区域对应的中心点。为了简化图像处理，将形状设定为圆形、正方形和长方形，将轮廓想围成的形状与集中预设的形状进行相似度比较，并将相似度最高的形状设为所述目标区域的形状类型。进一步，还为每一种形状类型设置其对应的中心点计算规则，例如若形状类型为圆形，则获取圆的半径来确定其圆心，并把确定的圆心作为目标区域的中心。

在所述步骤S22和S23中，以摄像头图像中的投影点为原点建立图像坐标系，并确定所述中心点的坐标，然后采用中心点的坐标和投影点的坐标计算所述中心点和投影点之间的欧式距离，这样即得到了无人机（微型基站）与目标区域之间的投影距离。

在所述步骤S30中，所述预设的距离阈值指的是预先设置的投影距离阈值，将计算得到的投影距离与所述距离阈值进行比较，若投影距离大于所述距离阈值，说明目标区域当前所处的位置所覆盖的信号不佳，此时需要执行步骤S40并调整无人机的位置，从而使得无人机搭载的微型基站移动其覆盖区域，以实现目标区域所覆盖的信号的动态追踪。若投影距离小于所述距离阈值，说明目标区域当前所处的位置所覆盖的信号质量较好，此时无需调整无人机的位置，所述无人机继续按照每间隔预设时间拍摄图像，并进行目标区域的检测即可。

在所述步骤S40中，所述预设的向量差指的是预先设置的中心点坐标与投影点坐标之间的向量差，方向为从无人机指向目标区域。其在部署设备时通过实验获取，即当中心点坐标和投影点的坐标之间向量差为所述预设向量差时，所述目标区域的网络信号最佳。在本实施例中，如图4所示，无人机位置的调整过程具体包括：

S41、当投影距离大于所述第一距离阈值时，根据中心点的坐标、投影点的坐标确定以及预设的向量差计算所述投影点对应的的第一移动向量；

S42、采用预先存储的缩放系数和所述第一移动向量计算得到无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置。

具体地，采用所述中心点的坐标和投影点的坐标计算从无人机图像中的位置Wi到目标区域移动后的位置S_i+1的向量为，当无人机在和目标区域的向量保持为所述预设向量差ΔD时，则在图像中需要移动的向量为，所述即为投影点在图像中所需要移动的第一移动向量。在所述步骤S42中，再采用预先存储的缩放系数来计算无人机的移动向量，例如，缩放系数为A，则在实际场景中，无人机需要移动的向量为，这样控制无人机以当前位置为起点，按照所述移动向量进行移动，来实现目标位置的信号的动态覆盖，保证目标位置的信号一直处于较佳的状态。

在本实施例中，为了简化图像处理步骤，将无人机的飞行高度固定，使得无人机保持在预设高度飞行，从而消除了在Z方向上的移动。同时，控制无人机上配置的摄像头垂直向下拍摄，使得图像保持垂直投影，然后再采用所述预设高度以及摄像头本身的参数来计算其当前的缩放系数，并保存所述缩放系数以备后续进行无人机移动向量的转换。

本发明还提供了一种存储介质，其存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上任一所述的无人机的显示内容的配置方法。

本发明还提供了一种无人机，如图5所示，其包括至少一个处理器（processor）20；显示屏21；以及存储器（memory）22，还可以包括通信接口（Communications Interface）23和总线24。其中，处理器20、显示屏21、存储器22和通信接口23可以通过总线24完成相互间的通信。显示屏21设置为显示初始设置模式中预设的用户引导界面。通信接口23可以传输信息。处理器20可以调用存储器22中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。

此外，上述的存储器22中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器22作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器30通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。

存储器22可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据无人机的使用所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。例如，U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

此外，上述存储介质以及无人机中的多条指令处理器加载并执行的具体过程在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。

基于上述无人机，本发明还提供一种基于无人机的基站信号覆盖系统，其包括至少一个所述的无人机，各无人机之间通讯连接，各无人机上搭载的基站均与地面基站通讯连接。

实施例一

如图6所示，所述无人机与基站，无人机与无人机之间采用有线（光缆和电缆）的传输方式，适用于决突发人口聚集或者大型活动需要增加小区容量（地面没有设备安装点时）且飞行高度不高、飞行距离不远（10-50米）的场景，这种情况下可以通过电缆由地面向无人机和基站设备供电，这样可以让无人机保持长时间飞行。其中，所述微型基站包括基带单元（BBU），射频拉远单元（RRU），以及天线；所述基带单元用于完成基带信号处理，传输，主控，还有时钟等功能，所述射频拉远单元用于完成对射频信号的滤波、信号放大和上下变频处理，并采用了数字中频技术来实现从中频模拟信号到基带数字信号的转换；所述天线用于发射无线信号，实现无线信号的覆盖。

地面基站由PTN传输设备、BBU、RRU和天线组成。核心网与PTN传输设备通过光缆传输进行连接，PTN传输设备有多个传输端口可以给BBU提供传输接口，并通过网管给此端口分配IP完成逻辑基站接入网络，其中BBU和PTN传输设备之间通过一对光纤进行信号的发送和回传。RRU和天线之间通过馈线进行连接，将射频信号传输到天线，通过天线进行电磁波的发射。

微型基站的BBU与地面基站通过光纤与PTN设备进行连接，另外考虑到无人机的续航以及微小基站的供电问题，微型基站的BBU与PTN设备之间也可以采用光纤加电缆的连接方式，通过电缆同时给无人机和微小基站供电。

实施例二

如图7所示，无人机与基站，无人机与无人机之间采用无线（电磁波等）传输。考虑到无线传输方式在无人机的电池能耗较大，可以在地面基站和微小基站上增加回传设备，通过微波进行传输。所述回传设备可以采用无人机搭载，即将无人机进行分组，采用部分无人机搭载微小基站，另外部分的无人机搭载回传设备，用搭载的微小基站与回传设备解决用户密集区域覆盖。根据信号的覆盖范围，动态决定搭载回传设备及微小基站的数量，可以增加无人机数量N=1,2,……n，从而增加覆盖小区数量，建立星型拓扑或者级联拓扑结构。另外为了减轻重量，搭载回程设备的无人机可以不安装摄像头。在实际应用中，微小基站和回传设备也可以不分开搭载，均采用无人机进行搭载，那么采用无线传输的无人机与基站通信系统的具体操作方式按照实施例一进行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于无人机的基站信号覆盖方法，其特征在于，其包括：

搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域；

在所述当前图像中确定检测到的目标区域的中心点的坐标以及摄像头的投影点的坐标，并计算所述中心点与投影点之间的投影距离；

判断计算得到的投影距离是否大于预设的第一距离阈值；

当所述投影距离大于所述第一距离阈值时，根据所述中心点的坐标、投影点的坐标以及预设的向量差计算所述无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置。

2.根据权利要求1所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其特征在于，所述搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并将根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域具体包括：

搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并获取所述当前图像的上一帧图像；

采用帧间差分算法检测所述当前图像及其上一帧图像之间的绝对差分图像，以获取目标区域。

3.根据权利要求1所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其特征在于，所述在所述当前图像中确定检测到的目标区域的中心点的坐标以及摄像头的投影点的坐标，并计算所述中心点与投影点之间的投影距离具体包括：

获取所述目标区域的轮廓线，并根据所述轮廓线围成的形状确定所述目标区域的中心点；

在当前图像中，以摄像头的投影点为原点建立图像坐标系，并获取所述中心点的坐标；

根据所述投影点的坐标和中心点的坐标计算中心点与投影点之间的欧式距离，并将所述欧式距离作为投影距离。

4.根据权利要求3所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其特征在于，所述获取所述目标区域的轮廓线，并根据所述轮廓线围成的形状确定所述目标区域的中心点具体包括：

获取所述目标区域的轮廓线，并识别所述轮廓线围成的形状和尺寸；

根据预设的形状与中心点计算规则之间的对应关系确定识别到的形状对应的中心点计算规则；

采用确定的中心点计算规则以及所述尺寸确定目标区域对应的中心点。

5.根据权利要求1所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其特征在于，所述当所述投影距离大于所述第一距离阈值时，根据所述中心点的坐标、投影点的坐标以及预设的向量差计算所述无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置具体包括：

当投影距离大于所述第一距离阈值时，根据中心点的坐标、投影点的坐标确定以及预设的向量差计算所述投影点对应的的第一移动向量；

采用预先存储的缩放系数和所述第一移动向量计算得到无人机的移动向量，并根据所述移动向量调整无人机的位置。

6.根据权利要求1所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其特征在于，其还包括：

当所述投影距离小于所述第一距离阈值时，无人机保持当前位置，并执行每间隔预设时间拍摄当前图像的步骤。

7.根据权利要求1所述基于无人机的基站信号覆盖方法，其特征在于，所述搭载有微型基站的无人机每间隔预设时间拍摄当前图像，并将根据所述当前图像及其上一帧图像检测目标区域之前还包括：

搭载有微型基站的无人机在预设高度飞行，并控制其配置的摄像头垂直向下拍摄；

根据所述预设高度和摄像头参数计算摄像头当前的缩放系数，并保存所述缩放系数。

8.一种存储介质，其特征在于，其存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1-7任一所述的基于无人机的基站信号覆盖方法。

9.一种无人机，其特征在于，其搭载有微型基站，其包括：

处理器，适于实现各指令；以及

存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1-7任一所述的基于无人机的基站信号覆盖方法。

10.一种基于无人机的基站信号覆盖系统，其特征在于，其包括至少一个如权利要求9所述的无人机，各无人机之间通讯连接，各无人机上搭载的基站均与地面基站通讯连接。