摘要：设计了一种基站天面参数自动测量系统，包括具有拍照功能和实时通信功能的小型无人机和后台基站天面参数测量程序。无人机根据测量角度寻找方案飞抵测量的初始位置，继而根据基站天面参数测算方案微调无人机悬停位置和角度，将拍摄的基站天面照片和相关参数传递给基站天面参数测算程序，实现基站天面的高度、方向角和俯仰角三个参数的测算。
关键词：无人机，基站天面参数，自动测量系统
基站天面参数包括天面高度、方位角和俯仰角。其中，高度和俯仰角影响基站小区信号覆盖距离，方向角则影响信号主瓣的覆盖方向。故而，其参数维护一直是无线网络优化工作的重点。城市中的基站天面数量一般在5位数以上，多数安装在难以企及的室外高处，因此亟需研究天面参数的自动测量办法，以规避目前人工爬塔测量存在的危险性、主观性、高成本和低效率等问题。目前，国内对于这一块的研究基本空白，全站仪［1］的测量方案灵活性较低。本文基于小型无人机和与之通信的后台处理程序，设计了一种基站天面参数自动测量系统。利用板状天线两个侧面呈矩形，并与背面都垂直的特性，可以解决主流板状天线的天面参数自动测量问题。
1系统结构设计
本文设计的系统，包括具有拍照功能和实时通信功能的小型无人机和后台基站天面参数测量程序。无人机用于对基站天面拍照，并将照片和飞行参数回传后台分析。后台基站天面参数测量程序包括识别测算子程序、参数处理子程序和网管数据库。识别测算子程序用于对无人机拍摄传回的基站天面照片进行识别处理。当判断到拍摄角度符合条件时，参数处理子程序记录当前角度下测算出的基站天面俯仰角参数，同时记录无人机的飞行高度和航向，换算成基站天面高度和换算角，与网管数据库中记录的该基站天面高度、方向角和俯仰角对比确认；当参数超过允许的一定误差时，记录测算俯仰角的照片用于后期人工确认自动识别的有效性。本文所述的基站天面参数测量程序的网管数据库是现网网管数据库的离线拷贝或者单向的实时查询（不可向现网网管数据库回写）。
2基站天面参数自动测算方案
利用无人机的基站天面参数自动测算方案包括测量角度寻找方案和基站天面参数测算方案。
2．1测量角度寻找方案
测量角度寻找方案用于寻找满足测量条件的拍摄角度，首先根据网管数据库的记录大致定位，再根据一定的飞行线路精确定位。方案如下：1）根据网管数据库中记录的待测基站天面的经纬度、高度数据，设为原点的三维坐标。2）根据网管数据库中记录的待测基站天面的方向角α，控制无人机飞到与记录高度一致、α＋90°方位、距原点r米（r＜3）距离处。即根据网管记录，正对天面右侧侧面、距离r米位置。3）调整无人机悬停姿态［2］，航向为α－90°，拍摄照片。4）将照片传至后台程序，由识别测算子程序识别照片中心的凸四边形。理想情况下，如果实际基站天面参数与网管记录一致，所摄照片中心位置应识别出矩形，即基站天面与方向角相差90°的一个侧面。考虑到室外长期天气影响、网管登记失误或飞行控制误差，按照步骤1）、2）的无人机悬停方位极可能并非正对天面侧面，导致照片仅能识别非规则凸四边形。因此，需要继续进行可视化手动控制调整悬停拍摄角度。5）如果步骤4）中因为遮挡等原因无法识别出凸四边形，则控制无人机保持水平高度不变、α－90°方位、距原点r米（r＜3）距离处，调整航向为α＋90°，拍摄天面的另一个侧面。6）重复步骤4）。如果依旧不能识别天面的另一个侧面，则在网管数据库中该基站天面对应的测量数据栏中标识NULL，提示维护人员后期人工爬塔核实并测算。7）一旦对天面的任一侧面的大致方位识别出凸四边形，即可改用可视化手动控制精确调整飞行悬停位置，使镜头成像中心的四边形呈矩形。即测量角度寻找完成。
2．2基站天面参数测算方案
按2．1节方案寻找满足条件的测量角度后，随即展开基站天面高度、方位角和俯仰角三个参数的测算。方案如下：1）在测量角度拍摄照片，记录无人机在该测量角度悬停高度h，航向角β。2）将照片传至后台程序，由识别测算子程序识别照片中的所有矩形［3］，并从中筛选出天面侧面。特别的，天面侧面矩形的筛选条件依据现网有限数量的天线天面侧面长宽比、天面侧面像素RGB范围和有工程意义的俯仰角范围。3）计算该矩形长边斜率θ。4）计算基站天面俯仰角为｜θ－90°｜。5）计算基站天面方位角。若θ＞90°，所识别的天面侧面位于正面的左边，方位角为β＋90°；若θ＜90°，所识别的天面侧面位于正面的右边，方位角为β－90°。6）记录基站天面高度即无人机的悬停高度h。
3应用
使用VB编写基站天面参数测量程序。选择待测CELL后，可查看网管数据；点击识别测算后，根据相关天面参数控制无人机寻找识别的角度进行识别测算；并将测算结果录入测量数据栏，若没有成功识别，则在测量数据栏填入NULL；维护人员可点击核查原图，在程序界面右侧查看用于识别测算的原图，以便复查或根据NULL的测量结果人工确认识别失败的原因。实验选取现网某一小区，测量结果如图2。对比网管数据和精度，误差在工程测量的接受范围内，验证了此系统设计的可行性。
4结束语
本文设计的基站天面参数自动测量系统可以解决板状天线的天面参数测算，下一步工作可以针对异型天线和天线美化进行研究。
参考文献
［1］秦岭．通信铁塔安装质量检测系统的设计与应用［J］．广东通信技术，2016（9）：65－68
［2］董保磊，李超英，杨波，等．基于双目视觉的无人机悬停精度测量研究［J］．计算机工程与应用，2018，54（4）：211－217
［3］汤玉垚．复杂背景下车牌识别算法的研究［D］．合肥：中国科学技术大学，2016
作者:王臣昊 肖小潮 施鹏 张晓旭 单位:苏州经贸职业技术学院数字化校园管理中心 中国移动通信集团江苏有限公司苏州分公司网络部 南京嘉环科技有限公司苏州分公司