CN113916187B - 基于无人机的基站天线下倾角测量方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及基于无人机的基站天线下倾角测量方法、装置和系统。所述方法由无人机测量装置执行，包括：根据地面站的飞行控制指令悬停至基站天线侧面；测量每个悬停点的海拔高度；获取基站天线的实时图像并返回给地面站；接收由地面站识别并选择的基站电杆上的第一测量点和基站天线上的第二测量点；根据地面站的测量控制指令，在悬停至每个悬停点时，利用第一激光测距模块测量从悬停点至第一测量点的第一距离，利用第二激光测距模块测量从悬停点至第二测量点的第二距离，利用角度传感器测量第一激光测距模块与第二激光测距模块的瞄准方向之间的转动角度；将对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度返回给地面站。

Description

基于无人机的基站天线下倾角测量方法、装置和系统

技术领域

本公开涉及移动通信领域。更具体地，本公开涉及移动通信中基于无人机的基站天线下倾角测量方法、装置和系统。

背景技术

在移动通信网络中，天线下倾角作为描述基站天线方位的重要参数，是衡量移动通信网络性能的重要指标之一。通过合理地调节和设置基站天线下倾角，能够有效地对移动通信网络的整体性能进行优化。以往的基站天线下倾角的测量主要通过人工测量的方式，不仅精度较低，而且存在较大的安全隐患。近年来，利用无人机测量装置对基站天线下倾角进行辅助测量的方式逐年兴起，但现有技术中的基于无人机的基站天线下倾角测量技术存在较大的局限性。

现有技术中的利用无人机的基站天线下倾角的测量方法通常基于测距原理，通过在无人机上搭载激光测距仪来测量基站天线下倾角角度。在一种测量方式中，需要预先设定至少3个预定测量点，其中的第三测量点，在天线下沿与抱杆相连接时为天线下沿与抱杆的连接点；但如果天线下沿与抱杆没有相连接，则该第三测量点为天线的延长线与抱杆的连接点，即成为虚拟的连接点。然而在实际测量中，很多基站上的抱杆与天线并不相接，因而实际并不存在人眼可识别的第三测量点，而仅有虚拟的第三测量点。这种情况下，当无人机测量装置获取基站天线的实时图像并返回给地面控制装置以识别预定测量点时，仅凭人工识别，指定点和实际测量点会存在较大的误差，尤其是难以精确地确定人眼难以定位的虚拟的第三测量点。

在现有技术的另一种测量方式中，需要由地面控制装置控制搭载激光测距仪的无人机飞至待测基站天线的正面位置，然后无人机在待测基站天线正面轴线垂直方向上下移动一定距离，记录激光测距仪上下移动的距离值以及激光测距仪上下移动前后与待测基站天线正面的距离值，得到一组数据以供计算。其中地面控制装置控制搭载激光测距仪的无人机飞至待测基站天线的正面位置的步骤，也需要利用无人机的摄像模块实时对基站天线拍摄图像，通过无人机的无线通信模块将图像传回地面控制装置，以便通过人眼来人工确认无人机悬停于基站天线的正面位置。这样通过人眼确认并操纵无人机悬停于特定位置来进行测量，容易导致天线下倾角测量的误差增加而且较为不便。

发明内容

在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的一些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图用来限定本公开的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本公开的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。

本公开的目的在于提供一种能够便捷、准确地测量基站天线下倾角的方法、装置和系统，通过在无人机上增加角度传感器，采用新颖的计算模型，从而无需指定特定测量点，就能够便捷地从基站天线附近多角度地针对各种类型的抱杆天线进行精准的下倾角测量。

根据本公开的一个方面，提供了一种基站天线下倾角测量方法，由无人机测量装置执行，该方法可以包括：悬停步骤，根据来自无人机飞行地面站的飞行控制指令，在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面；高度测量步骤，根据来自无人机飞行地面站的测量控制指令，测量每个悬停点的海拔高度；图像获取步骤，获取在每个悬停点处的基站天线的实时图像，并返回给无人机飞行地面站；测量点接收步骤，接收由无人机飞行地面站识别并选择的基站电杆上的第一测量点和基站天线上的第二测量点；距离及角度测量步骤，根据来自无人机飞行地面站的测量控制指令，在悬停至每个悬停点时，利用第一激光测距模块测量从悬停点至基站电杆上的第一测量点之间的第一距离，利用第二激光测距模块测量从悬停点至基站天线上的第二测量点之间的第二距离，并且利用角度传感器测量第一激光测距模块与第二激光测距模块的瞄准方向之间的转动角度；以及测量数据发送步骤，将对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度返回给无人机飞行地面站。

根据本公开的另一方面，提供了一种基站天线下倾角测量方法，由无人机飞行地面站执行，该方法可以包括：悬停控制步骤，向无人机测量装置发送飞行控制指令以控制无人机测量装置在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面；高度测量控制步骤，向无人机测量装置发送测量控制指令以控制无人机测量装置测量每个悬停点的海拔高度；测量点选择步骤，接收来自无人机测量装置的在每个悬停点处的基站天线的实时图像，以及识别、选择基站电杆上的第一测量点和基站天线上的第二测量点；距离及角度测量控制步骤，向无人机测量装置发送测量控制指令以控制无人机测量装置在悬停至每个悬停点时，利用第一激光测距模块测量从悬停点至所述第一测量点之间的第一距离，利用第二激光测距模块测量从悬停点至所述第二测量点之间的第二距离，利用角度传感器测量第一激光测距模块与第二激光测距模块的瞄准方向之间的转动角度；测量数据接收步骤，从无人机测量装置接收对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度；以及下倾角确定步骤，根据多个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度获得基站天线下倾角。

根据本公开的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有可执行指令，当所述可执行指令由信息处理装置执行时，使所述信息处理装置执行上述基站天线下倾角测量方法。

根据本公开的另一方面，提供了一种无人机测量装置。该无人机测量装置可以包括：飞行控制模块，根据来自无人机飞行地面站的飞行控制指令，使无人机在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面；高度传感器，根据来自无人机飞行地面站的测量控制指令，测量每个悬停点的海拔高度；摄像模块，获取每个悬停点处的基站天线的实时图像，并返回给无人机飞行地面站；第一激光测距模块，根据无人机飞行地面站的测量控制指令，测量悬停至每个悬停点时从悬停点至电杆上的第一测量点之间的第一距离，该第一测量点是无人机飞行地面站识别并选择的；第二激光测距模块，根据无人机飞行地面站的测量控制指令，测量悬停至每个悬停点时从悬停点至天线上的第二测量点之间的第二距离，该第二测量点是无人机飞行地面站识别并选择的；角度传感器，根据无人机飞行地面站的测量控制指令，测量悬停至每个悬停点时第一激光测距模块与第二激光测距模块的瞄准方向之间的转动角度；以及通信模块，将对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度返回给无人机飞行地面站。

根据本公开的另一方面，提供了一种无人机飞行地面站。该无人机飞行地面站可以包括：飞行遥控模块，向无人机测量装置发送飞行控制指令以控制无人机测量装置在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面；测量点选择模块，接收来自无人机测量装置的每个悬停点处的基站天线的实时图像，以及识别、选择基站电杆上的第一测量点和基站天线上的第二测量点；测量控制模块，向无人机测量装置发送测量控制指令以控制无人机测量装置在悬停至每个悬停点时，利用高度传感器测量悬停点的海拔高度，利用第一激光测距模块测量从悬停点至所述第一测量点之间的第一距离，利用第二激光测距模块测量从悬停点至所述第二测量点之间的第二距离，利用角度传感器测量测量第一激光测距模块与第二激光测距模块的瞄准方向之间的转动角度；测量数据接收模块，从无人机测量装置接收对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度；以及下倾角确定模块，根据多个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度获得基站天线下倾角。

根据本公开的另一方面，提供了一种基站天线下倾角测量系统。该基站天线下倾角测量系统可以包括上述无人机测量装置以及上述无人机飞行地面站。

附图说明

图1是示出根据本公开的实施例的基于无人机的基站天线下倾角测量系统的示例性示意图；

图2是示出根据本公开的实施例的基于无人机的基站天线下倾角测量系统中的无人机测量装置的示例性模块图；

图3是示出根据本公开的实施例的基于无人机的基站天线下倾角测量系统中的无人机飞行地面站的示例性模块图；

图4是示出根据本公开的实施例的基站天线下倾角的测量距离和测量角度数据的示例性示意图；

图5是示出根据本公开的实施例的基站天线下倾角测量方法的第一实施例的示例性流程图；

图6是示出根据本公开的实施例的基站天线下倾角测量方法的第二实施例的示例性流程图；

图7是示出根据本公开的实施例的通过聚类分析法求得最终的天线下倾角的示例性流程图。

具体实施方式

以下将参照附图详细地描述本公开内容的优选实施例。应注意到，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，并不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，而在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。本公开内容的技术能够应用于各种产品、方法和系统。例如，本公开的基站不仅包括目前已广为使用的各类基站或基站设备，而且可以包括未来通信系统中对应的网络节点等。

首先，图1示出了根据本公开的实施例的基于无人机的基站天线下倾角测量系统的示例性示意图。如图1所示，基站天线下倾角测量系统的总体配置包括：无人机测量装置100和无人机飞行地面站200(以下为了方便起见有时简称为“地面站”)。该系统中还包括智能计算模块300，该智能计算模块300可以内置于地面站200，也可以通过有线或无线等各种方式可通信地外接于地面站200。

无人机测量装置100可以是例如通用的旋翼无人机测量装置，或是其它任意的带有测量功能的无人机装置。该无人机测量装置100与无人机飞行地面站200进行通信，根据来自地面站200的遥控指令(包括例如飞行控制指令、测量控制指令等)，对基站天线下倾角的计算所需的相关参数进行测量，并将测量数据返回地面站200以便其计算基站天线下倾角。无人机飞行地面站200对无人机测量装置100发出飞行控制指令、测量控制指令等，接收无人机测量装置100返回的测量数据，计算并存储原始的基站天线下倾角值。智能计算模块300可以获取地面站200中计算并存储的原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，……，θ_n)，通过例如聚类分析法等优化算法求出最终的天线下倾角θ。

接下来，对于根据本公开的实施例的基于无人机的基站天线下倾角测量系统中的各个部分进行详细说明。

图2是示出根据本公开的实施例的基于无人机的基站天线下倾角测量系统中的无人机测量装置的示例性模块图。根据本公开的实施例的无人机测量装置100包括：飞行控制模块110，根据来自无人机飞行地面站200的飞行控制指令，使无人机测量装置100在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面，例如基站天线的任意角度的侧面的位置；高度传感器130，根据来自无人机飞行地面站200的测量控制指令，测量每个悬停点的海拔高度(H₁，H₂，……，H_n)；摄像模块120，获取每个悬停点处的基站天线的实时图像，并返回给无人机飞行地面站200，该摄像模块例如可以是无人机摄像设备(FPV)；第一激光测距模块140，根据无人机飞行地面站200的测量控制指令，测量悬停至每个悬停点时从悬停点至电杆上的第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)之间的第一距离(S₁，S₂，……，S_n)，该第一测量点是无人机飞行地面站识别并选择的；第二激光测距模块150，根据无人机飞行地面站200的测量控制指令，测量悬停至每个悬停点时从悬停点至天线上的第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)之间的第二距离(T₁，T₂，……T_n)，该第二测量点是无人机飞行地面站识别并选择的；角度传感器160，根据无人机飞行地面站200的测量控制指令，测量悬停至每个悬停点时第一激光测距模块140与第二激光测距模块150的瞄准方向之间的转动角度(β₁，β₂，……，β_n)；以及通信模块，将对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度等测量数据返回给无人机飞行地面站200。

优选地，所述第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)与对应悬停点的海拔高度相同，并且所述第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)与对应悬停点的海拔高度相同。

图3是示出根据本公开的实施例的基于无人机的基站天线下倾角测量系统中的无人机飞行地面站的示例性模块图。根据本公开的实施例的无人机飞行地面站200可以包括：飞行遥控模块210，向无人机测量装置100发送飞行控制指令以控制无人机测量装置100在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面，例如基站天线的任意角度的侧面的位置；测量点选择模块220，接收来自无人机测量装置100的每个悬停点处的基站天线的实时图像，并且识别、选择基站电杆上的第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)和基站天线上的第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)；测量控制模块230，向无人机测量装置100发送测量控制指令以控制无人机测量装置100在悬停至每个悬停点时，利用高度传感器130测量悬停点的海拔高度(H₁，H₂，……，H_n)，利用第一激光测距模块140测量从悬停点至所述第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)之间的第一距离(S₁，S₂，……，S_n)，利用第二激光测距模块测量从悬停点至所述第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)之间的第二距离(T₁，T₂，……T_n)，利用角度传感器160测量测量第一激光测距模块140与第二激光测距模块150的瞄准方向之间的转动角度(β₁，β₂，……，β_n)；测量数据接收模块240，从无人机测量装置100接收对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度；以及下倾角确定模块250，根据多个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度获得基站天线下倾角。

优选地，所述第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)与对应悬停点的海拔高度相同，并且所述第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)与对应悬停点的海拔高度相同。

优选地，所述测量点选择模块220可以根据测量人员对第一测量点和第二测量点的输入，调整无人机测量装置100上的第一激光测距模块140和第二激光测距模块150的瞄准方向，使得第一激光测距模块140和第二激光测距模块150分别瞄准第一测量点和第二测量点。

所述下倾角确定模块250可以包括：下倾角计算模块251，根据对应于两个相邻悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度计算对应的原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，……，θ_n)；以及存储模块252，记录计算出的多个原始的基站天线下倾角值。

其中，如后所述，所述下倾角计算模块251针对每个悬停点，利用所述第一距离、所述第二距离和所述转动角度，根据三角函数中的余弦定理计算第一测量点与第二测量点之间的第三距离，并且利用对应于两个相邻悬停点中的每个悬停点的海拔高度和第三距离，根据反正切函数计算对应的原始的基站天线下倾角值。

优选地，所述下倾角确定模块250还可以包括：智能计算模块300，该智能计算模块300获取所述存储模块252中记录的多个原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，……，θ_n)，通过算术平均法或聚类分析法等优化算法求得最终的天线下倾角θ，其中所述聚类分析法可以包括k-means算法，更优选为优化初始聚类中心的改进的k-means算法。该智能计算模块300可以设置于例如无人机飞行地面站200，也可以以与地面站200可通信的方式另行设置于例如其它计算机数据处理设备。

以下参照图4，对本公开的测量原理和计算过程进行说明。图4是示出根据本公开的实施例的基站天线下倾角的测量距离和测量角度数据的示例性示意图。图4中第一次测量点代表无人机测量装置100的例如第一次悬停的位置，该点的海拔高度例如为H₁；第二次测量点代表无人机测量装置100的例如第二次悬停的位置，该点的海拔高度例如为H₂。设第n次悬停测量时与无人机悬停点相同海拔高度的基站电杆上的待测点(第一测量点)为X_n、天线上的待测点(第二测量点)为Y_n，设从无人机悬停点至电杆上的第一测量点X_n的距离为S_n(第一距离)，从悬停点至天线上的第二测量点Y_n的距离为T_n(第二距离)，各次的第一测量点X_n与第二测量点Y_n之间的距离为L_n(第三距离)，在以每次的悬停位置所在的测量点、对应的电杆上的第一测量点X_n和天线上的第二测量点Y_n为顶点的三角形中，第一测量点X_n和第二测量点Y_n所在的边所对的夹角为β_n。

根据三角函数中的余弦定理，可以计算出图4中的第一次悬停测量时的第一测量点X₁与第二测量点Y₁之间的第三距离L₁以及第二次悬停测量时的第一测量点X₂与第二测量点Y₂之间的第三距离L₂，相关计算公式如下：

从图4中可见，由于测量点X₁和Y₁所在的直线平行于测量点X₂和Y₂所在的直线，在图4的右上角形成的、斜边为以测量点Y₁和Y₂为端点的线段的直角三角形中，其两个直角边长度分别为|H₁－H₂|和|L₁－L₂|。天线下倾角θ满足如下关系：

无人机飞行地面站200的下倾角计算模块251可以利用上述式(1)和式(3)，根据每次返回的测量数据计算出各次对应的原始的基站天线下倾角值(θ_n)。其中，为了计算θ_n，只需满足用于计算的相邻的两次测量的悬停高度差即|H_n－H_n+1|≠0即可。

进而，为了获得更高的测量精度，下倾角确定模块250可以利用智能计算模块300，通过优化算法对所获取的原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，……，θ_n)进行进一步的数据处理，求得最终的天线下倾角θ。

所采用的优化算法例如可以是算术平均法，即求出原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，……，θ_n)的算术平均值作为最终的天线下倾角θ。所采用的优化算法还可以是例如聚类分析法。如后所述，所采用的聚类分析法可以包括k-means算法，更优选为优化初始聚类中心的改进的k-means算法。

如上所述，根据本公开的基于无人机的基站天线下倾角测量装置，由于无需将无人机操纵至位于天线周边的特定位置、例如天线正面位置也能够测量基站天线的下倾角，从而便于测量人员操作，使得基站天线下倾角的测量更为便捷。通过在无人机测量装置上增加角度传感器，从而无需指定特定测量点、尤其是人眼难以定位的虚拟测量点，能够针对各种类型的抱杆天线从基站天线附近多角度地进行精准的下倾角测量。进一步地，通过采用新颖的计算模型，能够对测得的一系列原始的基站天线下倾角值进行优化处理，可以筛除测量过程中的误差数据，提高了测量精度。

接下来，对于根据本公开的实施例的基于无人机的基站天线下倾角测量方法进行详细说明。

图5是示出根据本公开的实施例的基站天线下倾角测量方法的第一实施例的示例性流程图。优选地，本实施例可由本公开的无人机测量装置100执行。该方法可以包括以下步骤：

步骤S500：悬停步骤，根据来自无人机飞行地面站200的飞行控制指令，在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面，例如基站天线的任意角度的侧面的位置；

步骤S510：高度测量步骤，根据来自无人机飞行地面站的测量控制指令，测量每个悬停点的海拔高度(H₁，H₂，……，H_n)；

步骤S520：图像获取步骤，获取在每个悬停点处的基站天线的实时图像，并返回给无人机飞行地面站200；

步骤S530：测量点接收步骤，接收由无人机飞行地面站200识别并选择的基站电杆上的第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)和基站天线上的第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)；

步骤S540：距离及角度测量步骤，根据来自无人机飞行地面站200的测量控制指令，在悬停至每个悬停点时，利用第一激光测距模块140测量从悬停点至基站电杆上的第一测量点之间的第一距离(S₁，S₂，……，S_n)，利用第二激光测距模块150测量从悬停点至基站天线上的第二测量点之间的第二距离(T₁，T₂，……T_n)，并且利用角度传感器160测量第一激光测距模块140与第二激光测距模块150的瞄准方向之间的转动角度(β₁，β₂，……，β_n)；

步骤S550：测量数据发送步骤，将对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度返回给无人机飞行地面站200。

优选地，所述第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)与对应悬停点的海拔高度相同，并且上述第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)与对应悬停点的海拔高度相同。

图6是示出根据本公开的实施例的基站天线下倾角测量方法的第二实施例的示例性流程图。优选地，本实施例可由本公开的无人机飞行地面站200执行。该方法包括以下步骤：

步骤S600：悬停控制步骤，向无人机测量装置100发送飞行控制指令以控制无人机测量装置100在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面，例如基站天线的任意角度的侧面的位置；

步骤S610：高度测量控制步骤，向无人机测量装置100发送测量控制指令以控制无人机测量装置100测量每个悬停点的海拔高度(H₁，H₂，……，H_n)；

步骤S620：测量点选择步骤，接收来自无人机测量装置100的在每个悬停点处的基站天线的实时图像，并且识别、选择基站电杆上的第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)和基站天线上的第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)；

步骤S630：距离及角度测量控制步骤，向无人机测量装置100发送测量控制指令以控制无人机测量装置100在悬停至每个悬停点时，利用第一激光测距模块140测量从悬停点至所述第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)之间的第一距离(S₁，S₂，……，S_n)，利用第二激光测距模块150测量从悬停点至所述第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)之间的第二距离(T₁，T₂，……T_n)，利用角度传感器160测量第一激光测距模块140与第二激光测距模块150的瞄准方向之间的转动角度(β₁，β₂，……，β_n)；

步骤S640：测量数据接收步骤，从无人机测量装置100接收对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度；

步骤S650：下倾角确定步骤，根据多个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度获得基站天线下倾角。

优选地，所述第一测量点(X₁，X₂，……，X_n)与对应悬停点的海拔高度相同，并且所述第二测量点(Y₁，Y₂，……，Y_n)与对应悬停点的海拔高度相同。

优选地，在所述测量点选择步骤S620中，根据测量人员对第一测量点和第二测量点的输入，调整无人机测量装置100上的第一激光测距模块140和第二激光测距模块150的瞄准方向，使得第一激光测距模块140和第二激光测距模块150分别瞄准第一测量点和第二测量点。

优选地，以上的下倾角确定步骤S650可以包括：下倾角计算步骤，根据对应于两个相邻悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度，计算对应的原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，……，θ_n)；以及存储步骤，记录计算出的多个原始的基站天线下倾角值。

其中，如上所述，在所述下倾角计算步骤中，针对每个悬停点，利用所述第一距离、所述第二距离和所述转动角度，根据余弦定理计算第一测量点与第二测量点之间的第三距离；利用对应于两个相邻悬停点中的每个悬停点的海拔高度和第三距离，根据反正切函数计算对应的原始的基站天线下倾角值。

优选地，以上的下倾角确定步骤S650还可以包括：智能计算步骤，获取记录的多个原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，……，θ_n)，通过算术平均法或聚类分析法求得最终的基站天线下倾角θ。其中，所采用的聚类分析法可以包括k-means算法，更优选为优化初始聚类中心的改进的k-means算法。

以下对根据本公开的实施例的聚类分析法的应用示例进行说明。图7是示出根据本公开的实施例的通过聚类分析法求得最终的天线下倾角的示例性流程图，例如可以包括如下步骤：

步骤S700：将n个原始测量角度值各自作为一类，并规定测量角度之间的距离和类与类之间的距离；

步骤S710：将距离最近的两类合并成一个新类，计算新类与其他类之间的距离；

步骤S720：判断是否仅存在一个类，如是则进入S730；否则重复步骤S700-S720；

步骤S730：生成下倾角聚类图，根据图确定下倾角类个数，选择样本最多的一个类作为下倾角最合适类，求该类数据的中位数，最终以中位数代表基站天线下倾角θ。

更优选地，所采用的优化算法还可以是例如优化初始聚类中心的改进的k-means算法，其中计算每个原始的基站天线下倾角值所在区域的密度，选择相互距离最远的k个处于高密度区域的点作为初始聚类中心。根据该改进的k-means算法，能够消除传统k-means算法对初始聚类中心的输入的敏感性、即聚类结果随着不同的聚类中心波动的特性，从而产生质量较高和稳定的聚类结果。

根据具体的测试结果，将改进的k-means算法与传统的k-means算法进行对比，应用改进的k-means算法对不同的数据集进行测试，所得到的结果中，至少80％以上的结果的准确率比应用传统的k-means算法所得的平均准确率有明显提高。

如上所述，根据本公开的基于无人机的基站天线下倾角测量方法，由于无需将无人机操纵至位于天线周边的特定位置、例如天线正面位置也能够测量基站天线的下倾角，从而便于测量人员操作，使得基站天线下倾角的测量更为便捷。通过在无人机测量装置上增加角度传感器，从而无需指定特定测量点、尤其是人眼难以定位的虚拟的测量点，能够针对各种类型的抱杆天线从基站天线附近多角度地进行精准的下倾角测量。进一步地，通过采用新颖的计算模型，能够对测得的一系列原始的基站天线下倾角值进行优化处理，可以筛除测量过程中的误差数据，提高了测量精度。

以下对根据本公开的实施例基站天线下倾角测量方法的第三实施例进行说明。优选地，本实施例可由本公开的基站天线下倾角测量系统执行。该方法例如可以包括以下步骤：

悬停控制步骤：通过无人机飞行地面站200向无人机测量装置100发出飞行控制指令，以控制无人机测量装置100在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面；

高度测量控制步骤：通过无人机飞行地面站200控制无人机测量装置100的高度传感器130测量此时的无人机飞行高度(H_n)并进行记录；

图像获取及测量点选择步骤：通过无人机测量装置100的摄像模块120获取基站天线的实时图像，并返回给地面站200以识别并选择与无人机悬停点相同海拔高度的基站电杆上的待测点(X_n)和天线上的待测点(Y_n)；

距离及角度测量控制步骤：通过地面站200向无人机测量装置100发送测量控制指令，以在该悬停点处控制无人机测量装置100的第一激光测距模块140测量从悬停点至电杆上的第一测量点(X_n)的第一距离(S_n)，控制无人机测量装置100的第二激光测距模块150测量从悬停点至天线上的第二测量点(Y_n)的第二距离(T_n)，控制无人机测量装置100的角度传感器160测量第一激光测距模块140与第二激光测距模块150的瞄准方向之间的转动角度(β_n)；

此后在无人机测量装置100的续航范围内，重复以上悬停控制步骤、高度测量控制步骤、图像获取及测量点选择步骤、距离及角度测量控制步骤的处理，以获得下一次的新悬停点处的飞行高度(H_n+1)，识别并选择下一次的基站电杆上的第一测量点(X_n+1)和天线上的第二测量点(Y_n+1)，测量新悬停点至电杆上的新的第一测量点(X_n+1)的第一距离(S_n+1)、新悬停点至天线上的第二测量点(Y_n+1)的第二距离(T_n+1)以及第一和第二激光测距模块的瞄准方向之间的新的转动角度(β_n+1)；如此重复多次测量以获得与多个海拔高度对应的多组测量数据。

该方法可以进一步包括以下步骤：

测量数据传输步骤：通过地面站200控制无人机测量装置100将对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度返回给无人机飞行地面站200；以及

下倾角确定步骤：地面站200根据接收到的多个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度获得基站天线下倾角。

优选地，以上的图像获取及测量点选择步骤可以包括：无人机飞行地面站200根据测量人员对第一测量点和第二测量点的输入，调整无人机测量装置上的第一激光测距模块140和第二激光测距模块150的瞄准方向，使得第一激光测距模块140和第二激光测距模块150分别瞄准第一测量点和第二测量点。

优选地，以上的下倾角确定步骤可以包括：下倾角计算步骤，针对每个悬停点，利用所述第一距离(S₁，S₂，……，S_n)、所述第二距离(T₁，T₂，……，T_n)和所述转动角度(β₁，β₂，……，β_n)，根据余弦定理(上述式(1))计算第一测量点与第二测量点之间的第三距离(L₁，L₂，……，L_n)，利用对应于两个相邻悬停点中的每个悬停点的海拔高度和第三距离，根据反正切函数(上述式(3))计算对应的原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，……，θ_n)；以及存储步骤，记录计算出的多个原始的基站天线下倾角值。

优选地，以上的下倾角确定步骤可以进一步包括：无人机飞行地面站200内置的、或以有线或无线等各种方式外接的智能计算模块300获取无人机飞行地面站200的存储模块252中记录的原始的基站天线下倾角值(θ₁，θ₂，……，θ_n)，通过例如算术平均法或聚类分析法等优化算法求得最终的天线下倾角θ。其中所述聚类分析法可以包括k-means算法，更优选为优化初始聚类中心的改进的k-means算法。

在上文所描述的飞行控制模块110、摄像模块120、高度传感器130、第一激光测距模块140、第二激光测距模块150、角度传感器160、通信模块170、飞行遥控模块210、测量点选择模块220、测量控制模块230、测量数据接收模块240、下倾角确定模块250、下倾角计算模块251、存储模块252、智能计算模块300等功能单元可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

应当理解，本说明书中“实施例”或类似表达方式的引用是指结合该实施例所述的特定特征、结构、或特性系包括在本公开的至少一具体实施例中。因此，在本说明书中，“在本公开的实施例中”及类似表达方式的用语的出现未必指相同的实施例。

本领域技术人员应当知道，本公开被实施为一系统、装置、方法或作为计算机程序产品的计算机可读媒体(例如非瞬态存储介质)。因此，本公开可以实施为各种形式，例如完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、常驻软件、微程序代码等)，或者也可实施为软件与硬件的实施形式，在以下会被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开也可以任何有形的媒体形式实施为计算机程序产品，其具有计算机可使用程序代码存储于其上。

本公开的相关叙述参照根据本公开具体实施例的系统、装置、方法及计算机程序产品的流程图和/或框图来进行说明。可以理解每一个流程图和/或框图中的每一个块，以及流程图和/或框图中的块的任何组合，可以使用计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可供通用型计算机或特殊计算机的处理器或其它可编程数据处理装置所组成的机器来执行，而指令经由计算机或其它可编程数据处理装置处理以便实施流程图和/或框图中所说明的功能或操作。

在附图中显示根据本公开各种实施例的系统、装置、方法及计算机程序产品可实施的架构、功能及操作的流程图及框图。因此，流程图或框图中的每个块可表示一模块、区段、或部分的程序代码，其包括一个或多个可执行指令，以实施指定的逻辑功能。另外应当注意，在某些其它的实施例中，块所述的功能可以不按图中所示的顺序进行。举例来说，两个图示相连接的块事实上也可以同时执行，或根据所涉及的功能在某些情况下也可以按图标相反的顺序执行。此外还需注意，每个框图和/或流程图的块，以及框图和/或流程图中块的组合，可藉由基于专用硬件的系统来实施，或者藉由专用硬件与计算机指令的组合，来执行特定的功能或操作。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场技术的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (14)

1.一种基站天线下倾角测量方法，由无人机飞行地面站执行，其特征在于，包括：

悬停控制步骤，向无人机测量装置发送飞行控制指令以控制无人机测量装置在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面；

高度测量控制步骤，向无人机测量装置发送测量控制指令以控制无人机测量装置测量每个悬停点的海拔高度；

测量点选择步骤，接收来自无人机测量装置的在每个悬停点处的基站天线的实时图像，并且识别、选择基站电杆上的第一测量点和基站天线上的第二测量点；

距离及角度测量控制步骤，向无人机测量装置发送测量控制指令以控制无人机测量装置在悬停至每个悬停点时，利用第一激光测距模块测量从悬停点至所述第一测量点之间的第一距离，利用第二激光测距模块测量从悬停点至所述第二测量点之间的第二距离，利用角度传感器测量第一激光测距模块与第二激光测距模块的瞄准方向之间的转动角度；

测量数据接收步骤，从无人机测量装置接收对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度；以及

下倾角确定步骤，根据多个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度获得基站天线下倾角，所述下倾角确定步骤包括下倾角计算步骤，所述下倾角计算步骤包括：

针对每个悬停点，利用所述第一距离、所述第二距离和所述转动角度，根据余弦定理计算第一测量点与第二测量点之间的第三距离，

利用对应于两个相邻悬停点中的每个悬停点的海拔高度和第三距离，根据反正切函数计算对应的原始的基站天线下倾角值。

2.根据权利要求1所述的基站天线下倾角测量方法，其中

所述第一测量点与对应悬停点的海拔高度相同，并且

所述第二测量点与对应悬停点的海拔高度相同。

3.根据权利要求1所述的基站天线下倾角测量方法，其中所述测量点选择步骤包括：

根据测量人员对第一测量点和第二测量点的输入，调整无人机测量装置上的第一和第二激光测距模块的瞄准方向，使得第一和第二激光测距模块分别瞄准第一测量点和第二测量点。

4.根据权利要求1所述的基站天线下倾角测量方法，其中，所述下倾角确定步骤还包括：

存储步骤，记录计算出的多个原始的基站天线下倾角值。

5.根据权利要求4所述的基站天线下倾角测量方法，其中，所述下倾角确定步骤还包括：

智能计算步骤，获取记录的多个原始的基站天线下倾角值，通过算术平均法或聚类分析法求得最终的基站天线下倾角。

6.根据权利要求5所述的基站天线下倾角测量方法，其中，

所述聚类分析法包括k-means算法。

7.一种无人机飞行地面站，包括：

飞行遥控模块，向无人机测量装置发送飞行控制指令以控制无人机测量装置在多个悬停点的每个悬停点处悬停至基站天线侧面；

测量点选择模块，接收来自无人机测量装置的每个悬停点处的基站天线的实时图像，并且识别、选择基站电杆上的第一测量点和基站天线上的第二测量点；

测量控制模块，向无人机测量装置发送测量控制指令以控制无人机测量装置在悬停至每个悬停点时，利用高度传感器测量悬停点的海拔高度，利用第一激光测距模块测量从悬停点至所述第一测量点之间的第一距离，利用第二激光测距模块测量从悬停点至所述第二测量点之间的第二距离，利用角度传感器测量第一激光测距模块与第二激光测距模块的瞄准方向之间的转动角度；

测量数据接收模块，从无人机测量装置接收对应于每个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度；以及

下倾角确定模块，根据多个悬停点的海拔高度、第一距离、第二距离和转动角度获得基站天线下倾角，所述下倾角确定模块包括下倾角计算模块，其中，所述下倾角计算模块针对每个悬停点，利用所述第一距离、所述第二距离和所述转动角度，根据余弦定理计算第一测量点与第二测量点之间的第三距离，并且利用对应于两个相邻悬停点中的每个悬停点的海拔高度和第三距离，根据反正切函数计算对应的原始的基站天线下倾角值。

8.根据权利要求7所述的无人机飞行地面站，其中

所述第一测量点与对应悬停点的海拔高度相同，并且

所述第二测量点与对应悬停点的海拔高度相同。

9.根据权利要求7所述的无人机飞行地面站，其中，

所述测量点选择模块根据测量人员对第一测量点和第二测量点的输入，调整无人机测量装置上的第一和第二激光测距模块的瞄准方向，使得第一和第二激光测距模块分别瞄准第一测量点和第二测量点。

10.根据权利要求7所述的无人机飞行地面站，其中，所述下倾角确定模块还包括：

存储模块，记录计算出的多个原始的基站天线下倾角值。

11.根据权利要求10所述的无人机飞行地面站，其中，所述下倾角确定模块还包括：

智能计算模块，获取所述存储模块中记录的多个原始的基站天线下倾角值，通过算术平均法或聚类分析法求得最终的天线下倾角。

12.根据权利要求11所述的无人机飞行地面站，其中，

所述聚类分析法包括k-means算法。

13.一种基站天线下倾角测量系统，其特征在于，包括如权利要求7～12中任一项所述的无人机飞行地面站以及所述无人机测量装置。

14.一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，当所述可执行指令由信息处理装置执行时，使所述信息处理装置执行根据权利要求1～6中的任一项所述的基站天线下倾角测量方法。