倾斜摄影在移动通信基站精细规划上的应用

曾哲君，李文锋

倾斜摄影在移动通信基站精细规划上的应用

曾哲君，李文锋

（中睿通信规划设计有限公司，广东 广州 510630）

为解决目前常规的基站规划手段因各种客观原因限制而影响数据准确性的问题，利用无人机倾斜摄影技术获取精确空间数据为核心手段生成三维模型，通过三维模型展现周边环境详细空间信息以实现辅助基站精细规划。经过实际规划案例分析，验证了利用无人机倾斜摄影应用于基站精细规划的可行性和有效性，并且其应用效果与常规手段相比优势明显，建议可推广应用。

倾斜摄影 无人机 三维模型 基站规划

1 引言

目前我国通信市场竞争激烈，各大运营商通信网都需要快速建网抢占市场，基站规划建设要求更加精准、高效。但目前在通信基站建设的规划选址阶段，规划人员需到场收集基站规划数据，耗费人力、时间较多。此外，还可能因为各种客观原因（如不能上楼面及山顶或者受周边环境阻挡）而不能全面收集现场数据，以及谷歌地图照片清晰度不高、更新不及时，导致采集到的数据缺乏全面性和科学性，而现场数据的准确性最终又将影响到基站规划的准确性。为了探索提高基站建设现场数据精确性的有效办法，本文提出一种基于无人机应用的创新方法，以无人机技术获取精确空间数据为核心手段，利用三维模型展现周边环境详细空间信息，实现基站的精细规划设计。

2 利用无人机倾斜摄影技术辅助移动通信基站规划

2.1 倾斜摄影技术介绍

无人机实现辅助精细规划的一个核心应用就是倾斜摄影三维建模。倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往的正摄影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从前、后、左、右、垂直五个方向对地物进行拍摄，再通过多视影像联合平差、多视影像关键匹配、数字表面模型生产和正摄影像纠正等技术得到地表数据更多的侧面信息，加上数据处理，从而得到数据的三维模型。

倾斜摄影关键技术主要包括倾斜摄影航线设计及相机的工作原理、多视影像联合平差等，具体如下：

（1）倾斜摄影航线设计及相机的工作原理

倾斜摄影的航线设计采用专用航线设计软件进行设计，其相对航高、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系。航线设计一般采取70%的旁向重叠度、70%的航向重叠度，目前要生产自动化模型，旁向重叠度、航向重叠度都需要达到70%。各个相机根据对应的曝光点坐标自动进行曝光拍摄。

（2）多视影像联合平差

多视影像不仅包含垂直摄影数据，还包括倾斜摄影数据，而部分传统空中三角测量系统无法较好地处理倾斜摄影数据，因此多视影像联合平差需充分考虑影像间的几何变形和遮挡关系。结合POS（Position and Orientation System，定位定向系统）系统提供的多视影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略在每级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到较好的同名点匹配结果。同时建立连接点和连接线、控制点坐标、GPS/IMU辅助数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程，通过联合解算，确保平差结果的精度。

由倾斜摄影技术获取的模型具有以下特点：

特点一：反映地物周边真实情况

相对于正摄影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察地物，更加真实地反映地物的实际情况，极大地弥补了基于正摄影像应用的不足。

特点二：倾斜影像可实现单张影像量测

通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。

特点三：建筑物侧面纹理可采集

针对各种三维数字城市应用，利用航空摄影大规模成图的特点，加上从倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能够有效地降低城市三维建模成本。

特点四：数据量小易于网络发布

相较于三维GIS（Geographic Information System，地理信息系统）技术应用庞大的三维数据，应用倾斜摄影技术获取影像的数据量要小得多，其影像的数据格式可采用成熟的技术快速进行网络发布，实现共享应用。

航空倾斜影像不仅能够真实地反映地物情况，而且还通过采用先进的定位技术嵌入精确的地理信息，因此让使用无人机实现工参数据的自动采集并通过对覆盖区域进行三维建模实现辅助工程规划成为可能。例如，无人机采集数据后生成的三维模型内含丰富的数据，能真实地还原现场的地貌环境，可以让规划人员更加直观地了解预规划站点位置的周边环境概况，从而有效地辅助规划人员准确判断预规划站点位置、挂高、方向角等是否合适。

2.2 建立规划区域三维模型

（1）规划区域数据采集

要建立规划区域的三维模型，首先需要对规划区域进行全面数据采集，按0.1km2区域飞行5架次倾斜数据配置，对要采集的目标区域进行航线预规划。如果区域较大则要进行航线分块，上传航线任务，无人机将自动按规划航线拍照采集数据，基站规划所需数据均可以通过无人机无阻碍采集。无人机飞行高度一般以超过主要建模区域内建筑物35m为宜，结合70%的旁向重叠度和70%的航向重叠度。无人机航线规划APP主设备界面如图1所示。

（2）规划区域三维模型建立

图1 无人机航线规划APP主设备界面

将采集到的数据通过软件Acute3D Viewer处理后构造规划区域的三维模型，并且可基于三维模型进行精细规划分析。添加规划基站后的三维模型图如图2所示：

图2 添加规划基站后的三维模型图

利用三维模型评估基站覆盖区域如图3所示：

图3 利用三维模型评估基站覆盖区域

三维模型与谷歌地图相比具有以下优点：

◆可三维展示现场，环境还原度高；

◆可提供经纬度、海拔等信息，并支持长度、面积、体积测量等矢量数据提取；

◆支持模型添加、基站详规数据添加，实现精细化预规划；

◆基站重点区域可视化覆盖分析；

◆实现杆塔不同高度可视覆盖评估。

2.3 实际应用案例分析

以某风景名胜半山腰区域为例，该区域作为景点的主道路，存在基站弱覆盖问题，需要解决道路覆盖。但区域整体地形复杂，道路蜿蜒起伏，给工程实施带来了较大的困难，需要对片区做好详细的预规划，并结合基站发射功率、树木衍射对信号影响等评估，才能有效地指导工程实施。若通过常规的人工数据采集方式，耗时长、效率低、精确度不足等问题将对规划、建设带来不可预估的影响。

本案例通过无人机结合倾斜摄影技术来采集地貌影像数据，再结合飞行航线等数据信息，以三维软件为平台构造该区域的三维模型，实时实景呈现区域地形地貌，对移动通信基站精细规划分析提供有效支撑。

具体规划过程如下：

（1）数据采集和建模

采用倾斜摄影的方法，在景区半山腰处采集数据。此次的飞行高度为距离地面100m的高空，设置了85%的航向重叠度、75%的旁向重叠度，相机的下倾角度为45°，本次数据采集用时约为2小时。采集完数据后，数据分析团队对数据做信息叠加处理，再由后台软件经过6小时自动处理，形成粗三维模型，然后通过操作人员对三维地形地貌数据进行修边处理，并输出最终精细模型。

由于三维模型能够充分展现周边环境详细空间信息，可随时放大、缩小移动查看区域三维环境，因此规划人员在三维模型上根据现场情况进行初步布点规划，并可采用其基站覆盖评估功能对选点位置进行初步评估。具体如图4所示。

（2）天线挂高规划

在模拟建站位置进行空间高度通视分析，杆塔低于一定高度情况下无线信号会被植被阻挡，根据以上原理初步确定杆塔高度。

图4 三维模型粗略布点覆盖规划

下面预设杆塔高度在10m左右，通过调整杆塔高度来模拟天线的覆盖变化效果。具体如图5至图8所示：

图5 规划点1天线挂高规划

图6 规划点2天线挂高规划

（3）方向角规划

后期分析软件会把模型调整为正北方向以及垂直视角，并有相关工具辅助确定天线方向角。具体如图9所示。

图7 规划点3天线挂高规划

图8 规划点4天线挂高规划

图9 天线方向角规划

3 无人机辅助规划的技术要点

3.1 三维模型的分辨率达到测绘行业标准

三维模型的分辨率能够达到地面分辨率5cm，而谷歌地图的分辨率约为1m。一般的规划设计是采用在Mapinfo或者谷歌地图上进行站点预选址。在谷歌地图和三维模型上规划站点对比如图10所示。

图10 在谷歌地图和三维模型上规划站点对比

由图10可以看出，在谷歌地图上进行站点预规划时，只能根据二维平面的信息大致判断周边环境。而采用三维模型进行站点预规划时，可以更加直观地看出周边环境的实际情况，包括站点的经纬度、楼宇高度和天面资源等信息。

在三维模型上测量规划点的经纬度和楼宇高度如图11所示。

通过图11可知，在三维模型上测量规划点的经纬度，能精确得到站点的实际位置信息；通过测量三维模型上的楼宇高度，能准确地知道预规划位置高度是否满足无线信号覆盖的需求。

在三维模型上，不仅能测量现有的一些现场工参信息，而且还能添加预先设定的通信杆塔。具体如图12所示。

由图12可以看出，在三维模型上添加设定的通信杆塔，能直观地知道在该位置建设这种类型的杆塔效果。并且该效果图也能用于与物业洽谈的效果展示，让双方都明确知道该站点建设完成后的效果，避免了施工完成后却不符合双方的设想。

3.2 三维模型的更新速度具有实时性

由于谷歌地图软件和Mapinfo数字地图的更新是按照一定的周期进行的，所以在采用常规的工具做预规划时，会因现场环境信息滞后的情况导致预判断错误的出现。而采用倾斜摄影所采集的现场数据是当前的信息，因此得到的三维模型能够最真实地反映当前的环境概貌，在这个环境信息基础上进行规划，可避免规划错误。三维模型时效性对比如图13所示：

图11 在三维模型上测量规划点的经纬度和楼宇高度

图12 在三维模型上添加通信杆塔

图13 三维模型时效性对比

通过图13可知，在三维模型上该区域的建筑物已经建设完成，而在谷歌地图上的地图数据仍显示为施工期间。若采用三维模型进行规划，则可避免错误的覆盖方向角规划。

4 结论

通过以上分析可知，与目前常规的规划手段相比，通过无人机结合倾斜摄影技术采集数据生成的三维模型内含丰富的数据，具有直观性强、时效性高等优点，可以让规划人员更加直观地了解预规划站点位置的周边环境概况，并有效地辅助规划人员准确判断预规划站点位置选择、挂高、方向角的合理性和可行性。由于基站建设前期规划需要准确的现场数据才能指导精确的基站建设，因此无人机在基站前期规划方面能够弥补常规人工采集数据做规划方法的缺陷，从而提升工作效率并增加规划精细度。

未来的5G移动通信技术发展将面向更高的传输速率，因此基站覆盖范围越发微小化、片区化，对规划工作的细致度要求也将更高。无人机与倾斜摄影技术将在该领域上发挥意想不到的能效，这场跨界应用也会有更广阔的空间。

[1] 郝永刚,赵桂琴. 倾斜摄影测量在城市规划中的应用探索[J]. 工程技术: 全文版, 2016(12): 250.

[2] 曹琳. 基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析[D]. 西安: 西安科技大学, 2016.

[3] 曹李永. 分析倾斜摄影测量技术应用及展望[J]. 华东科技: 学术版, 2017(1): 28.

[4] 吴波涛,张煜,李凌霄,等. 基于多旋翼单镜头无人机的三维建模技术[J]. 长江科学院院报, 2016,33(11): 99-103.

[5] 谢奇宇. 基于机载LiDAR和倾斜摄影测量的城市实景三维建模[J]. 测绘, 2016,39(3): 138-141.

[6] 王丙涛,王继. 基于倾斜摄影技术的三维建模生产与质量分析[J]. 城市勘测, 2015(5): 80-82.

[7] 周杰. 基于倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的方法研究[J]. 价值工程, 2016,35(25): 21-22.

[8] 李安福,曾政祥,吴晓明. 浅析国内倾斜摄影技术的发展[J]. 测绘与空间地理信息, 2014(9): 57-59.

[9] 刘丰. 无人机大比例尺地形图测量技术研究[J]. 科技资讯, 2014(36): 30-31.

[10] 曲林,张淑娟,冯洋,等. 倾斜摄影测量高中低空解决方案研究[J]. 测绘与空间地理信息, 2016,39(1): 19-20.★

Application of Oblique Photography in Elaborate Mobile Base Station Planning

ZENG Zhejun, LI Wenfeng
(Z h o n g r u i C o m m u n i c a t i o n P l a n n i n g & D e s i g n i n g C o., L t d., G u a n g z h o u 510630, C h i n a)

At present, the ordinary approach of base station planning suffers from the accuracy due to different objective reasons. The oblique photography based on unmanned aerial vehicle (UAV) was used to acquire the accurate special data to produce the three-dimensional model by which the detailed special information of the surrounding environment can be displayed to realize the elaborate base station planning in an auxiliary way. Based on practical cases, the feasibility and the effectiveness of the application of the oblique photography based on UAV to the elaborate base station planning are veri fi ed. In addition, its application effect has obvious advantages compared with the ordinary approach.

oblique photograph unmanned aerial vehicle three-dimensional model base station planning

曾哲君：工程师，PMP，工程硕士毕业于北京邮电大学，现任中睿通信规划设计有限公司无线网络设计院总工程师，长期从事无线网络通信工程规划咨询及设计工作，主要研究方向为移动通信工程建设流程优化管理、无人机在通信行业的应用研究。

李文锋：助理工程师，学士毕业于华南理工大学，现任中睿通信规划设计有限公司无线网络设计院无人机行业应用中心技术研发经理，主要研究方向为无人机在通信行业的应用研究。

10.3969/j.i s s n.1006-1010.2017.12.018

T N929.5

A

1006-1010(2017)12-0091-06

曾哲君,李文锋. 倾斜摄影在移动通信基站精细规划上的应用[J]. 移动通信, 2017,41(12): 91-96.

2017-05-25

责任编辑：袁婷 y u a n t i n g@m b c o m.c n