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摘要：設計了一種基站天面參數自動測量系統，包括具有拍照功能和實時通信功能的小型無人機和后臺基站天面參數測量程序。無人機根據測量角度尋找方案飛抵測量的初始位置，繼而根據基站天面參數測算方案微調無人機懸停位置和角度，將拍攝的基站天面照片和相關參數傳遞給基站天面參數測算程序，實現基站天面的高度、方向角和俯仰角三個參數的測算。
關鍵詞：無人機，基站天面參數，自動測量系統
基站天面參數包括天面高度、方位角和俯仰角。其中，高度和俯仰角影響基站小區信號覆蓋距離，方向角則影響信號主瓣的覆蓋方向。故而，其參數維護一直是無線網絡優化工作的重點。城市中的基站天面數量一般在5位數以上，多數安裝在難以企及的室外高處，因此亟需研究天面參數的自動測量辦法，以規避目前人工爬塔測量存在的危險性、主觀性、高成本和低效率等問題。目前，國內對于這一塊的研究基本空白，全站儀［1］的測量方案靈活性較低。本文基于小型無人機和與之通信的后臺處理程序，設計了一種基站天面參數自動測量系統。利用板狀天線兩個側面呈矩形，并與背面都垂直的特性，可以解決主流板狀天線的天面參數自動測量問題。
1系統結構設計
本文設計的系統，包括具有拍照功能和實時通信功能的小型無人機和后臺基站天面參數測量程序。無人機用于對基站天面拍照，并將照片和飛行參數回傳后臺分析。后臺基站天面參數測量程序包括識別測算子程序、參數處理子程序和網管數據庫。識別測算子程序用于對無人機拍攝傳回的基站天面照片進行識別處理。當判斷到拍攝角度符合條件時，參數處理子程序記錄當前角度下測算出的基站天面俯仰角參數，同時記錄無人機的飛行高度和航向，換算成基站天面高度和換算角，與網管數據庫中記錄的該基站天面高度、方向角和俯仰角對比確認；當參數超過允許的一定誤差時，記錄測算俯仰角的照片用于后期人工確認自動識別的有效性。本文所述的基站天面參數測量程序的網管數據庫是現網網管數據庫的離線拷貝或者單向的實時查詢（不可向現網網管數據庫回寫）。
2基站天面參數自動測算方案
利用無人機的基站天面參數自動測算方案包括測量角度尋找方案和基站天面參數測算方案。
2．1測量角度尋找方案
測量角度尋找方案用于尋找滿足測量條件的拍攝角度，首先根據網管數據庫的記錄大致定位，再根據一定的飛行線路精確定位。方案如下：1）根據網管數據庫中記錄的待測基站天面的經緯度、高度數據，設為原點的三維坐標。2）根據網管數據庫中記錄的待測基站天面的方向角α，控制無人機飛到與記錄高度一致、α＋90°方位、距原點r米（r＜3）距離處。即根據網管記錄，正對天面右側側面、距離r米位置。3）調整無人機懸停姿態［2］，航向為α－90°，拍攝照片。4）將照片傳至后臺程序，由識別測算子程序識別照片中心的凸四邊形。理想情況下，如果實際基站天面參數與網管記錄一致，所攝照片中心位置應識別出矩形，即基站天面與方向角相差90°的一個側面?？紤]到室外長期天氣影響、網管登記失誤或飛行控制誤差，按照步驟1）、2）的無人機懸停方位極可能并非正對天面側面，導致照片僅能識別非規則凸四邊形。因此，需要繼續進行可視化手動控制調整懸停拍攝角度。5）如果步驟4）中因為遮擋等原因無法識別出凸四邊形，則控制無人機保持水平高度不變、α－90°方位、距原點r米（r＜3）距離處，調整航向為α＋90°，拍攝天面的另一個側面。6）重復步驟4）。如果依舊不能識別天面的另一個側面，則在網管數據庫中該基站天面對應的測量數據欄中標識NULL，提示維護人員后期人工爬塔核實并測算。7）一旦對天面的任一側面的大致方位識別出凸四邊形，即可改用可視化手動控制精確調整飛行懸停位置，使鏡頭成像中心的四邊形呈矩形。即測量角度尋找完成。
2．2基站天面參數測算方案
按2．1節方案尋找滿足條件的測量角度后，隨即展開基站天面高度、方位角和俯仰角三個參數的測算。方案如下：1）在測量角度拍攝照片，記錄無人機在該測量角度懸停高度h，航向角β。2）將照片傳至后臺程序，由識別測算子程序識別照片中的所有矩形［3］，并從中篩選出天面側面。特別的，天面側面矩形的篩選條件依據現網有限數量的天線天面側面長寬比、天面側面像素RGB范圍和有工程意義的俯仰角范圍。3）計算該矩形長邊斜率θ。4）計算基站天面俯仰角為｜θ－90°｜。5）計算基站天面方位角。若θ＞90°，所識別的天面側面位于正面的左邊，方位角為β＋90°；若θ＜90°，所識別的天面側面位于正面的右邊，方位角為β－90°。6）記錄基站天面高度即無人機的懸停高度h。
3應用
使用VB編寫基站天面參數測量程序。選擇待測CELL后，可查看網管數據；點擊識別測算后，根據相關天面參數控制無人機尋找識別的角度進行識別測算；并將測算結果錄入測量數據欄，若沒有成功識別，則在測量數據欄填入NULL；維護人員可點擊核查原圖，在程序界面右側查看用于識別測算的原圖，以便復查或根據NULL的測量結果人工確認識別失敗的原因。實驗選取現網某一小區，測量結果如圖2。對比網管數據和精度，誤差在工程測量的接受范圍內，驗證了此系統設計的可行性。
4結束語
本文設計的基站天面參數自動測量系統可以解決板狀天線的天面參數測算，下一步工作可以針對異型天線和天線美化進行研究。
參考文獻
［1］秦嶺．通信鐵塔安裝質量檢測系統的設計與應用［J］．廣東通信技術，2016（9）：65－68
［2］董保磊，李超英，楊波，等．基于雙目視覺的無人機懸停精度測量研究［J］．計算機工程與應用，2018，54（4）：211－217
［3］湯玉垚．復雜背景下車牌識別算法的研究［D］．合肥：中國科學技術大學，2016
作者:王臣昊 肖小潮 施鵬 張曉旭 單位:蘇州經貿職業技術學院數字化校園管理中心 中國移動通信集團江蘇有限公司蘇州分公司網絡部 南京嘉環科技有限公司蘇州分公司