智能查勘設(shè)備在移動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用及分析

步晹

摘要：中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)階段已完成建成基站達(dá)到323萬(wàn)個(gè)，其中4G基站179萬(wàn)個(gè)；運(yùn)營(yíng)商提出開(kāi)展5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)的發(fā)展方向服務(wù)以客戶需求為導(dǎo)向，以行業(yè)為主線，對(duì)傳統(tǒng)的勘查設(shè)計(jì)也提出新的創(chuàng)新方式。

關(guān)鍵詞：智能查勘設(shè)備無(wú)人機(jī)設(shè)備使用。

Abstract： China Mobile at this stage has been completed build base stations reached 3 million 230 thousand， of which 1 million 790 thousand 4G base stations； 5G network operators put forward the development direction of large-scale construction of the service oriented to customer needs in the industry as the main line， the traditional exploration design also put forward a new way of Innovation

Keywords： Intelligent survey equipment UAV Equipment use

1 全景智能勘查的發(fā)展方向

2017年7月8日國(guó)務(wù)院提出了人工智能的發(fā)展規(guī)劃的理念，10月份十九大召開(kāi)，習(xí)總書(shū)記在會(huì)議上也著重提出了互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，加快中國(guó)社會(huì)已經(jīng)走在整理數(shù)字化轉(zhuǎn)型到進(jìn)一步發(fā)展智能化過(guò)渡。中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)階段已完成建成基站達(dá)到323萬(wàn)個(gè)，其中4G基站179萬(wàn)個(gè)；運(yùn)營(yíng)商提出開(kāi)展5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)的發(fā)展方向服務(wù)以客戶需求為導(dǎo)向，以行業(yè)為主線，對(duì)傳統(tǒng)的勘查設(shè)計(jì)也提出新的創(chuàng)新方式。

多年來(lái)設(shè)計(jì)單位前期工作階段就是現(xiàn)場(chǎng)勘查、繪制資料的收集、分析、整理與評(píng)估，建立工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)文件信息資料庫(kù)，設(shè)計(jì)人員采用文本和圖片方式間接對(duì)建設(shè)單位進(jìn)行匯報(bào)，論述建設(shè)項(xiàng)目的必要性能和設(shè)計(jì)中所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及方案。

智能全景式無(wú)人機(jī)勘查方式的外業(yè)操作簡(jiǎn)便，內(nèi)業(yè)解算周期短，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，同時(shí)能夠快速生成正攝影像，在初步設(shè)計(jì)過(guò)程中與傳統(tǒng)在地形圖進(jìn)行站址規(guī)劃相比更直觀、高效。

1.1智能全景式無(wú)人機(jī)移動(dòng)通信中勘查應(yīng)用場(chǎng)景

無(wú)人機(jī)勘查可實(shí)現(xiàn)高分辨率影像的采集，融合了模式識(shí)別、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)所在省市內(nèi)移動(dòng)基站的鐵塔、房屋、天線等基礎(chǔ)設(shè)備和周邊環(huán)境利用三維立體數(shù)字影像，對(duì)于重要卻無(wú)法進(jìn)入的基站、山頂上的基站進(jìn)行立體建模能夠極大地節(jié)省人力投入，并能保護(hù)勘測(cè)人員野外作業(yè)的安全。幫助高危險(xiǎn)區(qū)域、抗震救災(zāi)搶險(xiǎn)等臨時(shí)應(yīng)急工作更好實(shí)施。

三維立體建模在北京、天津、山東、黑龍江、吉林等5個(gè)省進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，我們獲取50米以上鐵塔高度的天線背板信息，拍攝導(dǎo)出后能精準(zhǔn)看到背板后面的天線銘牌信息，通過(guò)數(shù)字建模遠(yuǎn)程獲取了天線下傾角的信息，測(cè)量精度達(dá)到1度。特別是利用無(wú)人機(jī)的懸停特性，可對(duì)天線部件進(jìn)行精細(xì)化巡檢。

由于中國(guó)移動(dòng)基站建設(shè)地理環(huán)境多樣性，無(wú)人機(jī)具有操控簡(jiǎn)單、部署實(shí)施快捷、維護(hù)費(fèi)用成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，精細(xì)等優(yōu)勢(shì)。利用無(wú)人機(jī)可以對(duì)平原、丘陵、山區(qū)、高原等具有復(fù)雜地形地貌環(huán)境的基站設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。無(wú)人機(jī)對(duì)管線傳輸勘測(cè)巡檢有很大的優(yōu)勢(shì)，人工勘測(cè)巡檢成本較高，耗時(shí)耗人力，對(duì)特殊地形無(wú)法進(jìn)行勘測(cè)；車(chē)輛行駛勘測(cè)速度慢，勘測(cè)數(shù)據(jù)有誤差、受地形影響較大；采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行勘測(cè)方式能夠獲得更高的分辨率，并且靈活性更大，性價(jià)比更高，同時(shí)采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行光纜管線測(cè)量進(jìn)行精細(xì)測(cè)繪，可以在同一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)完成多項(xiàng)管線傳輸走線方案及投資對(duì)比；

全景建模實(shí)際上就是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬基站建設(shè)和規(guī)劃，把完成的建模數(shù)據(jù)與中國(guó)移動(dòng)智能勘查設(shè)計(jì)平臺(tái)有效對(duì)接，在同一個(gè)界面上不同專(zhuān)業(yè)也可以進(jìn)行平行作業(yè)，并實(shí)現(xiàn)資源共享，出來(lái)的效果直觀形象，可以更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)備、管系、電纜通道等的綜合布置與平衡。

2.智能查勘無(wú)人機(jī)設(shè)備的組成

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)主要由無(wú)人機(jī)平臺(tái)、任務(wù)載荷、測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈、地面站四個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

各部分在系統(tǒng)中的作用如下：

a.無(wú)人機(jī)：是任務(wù)載荷和測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈機(jī)載設(shè)備的載體，為系統(tǒng)提供空中對(duì)地觀測(cè)的平臺(tái)。為保證任務(wù)的安全進(jìn)行，起飛前結(jié)合飛行控制軟件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，確保飛機(jī)的GPS、螺旋槳葉、空速管及其俯仰翻滾操控桿等狀態(tài)良好，避免在航拍中危險(xiǎn)情況的發(fā)生。

b.任務(wù)載荷：是系統(tǒng)對(duì)地觀測(cè)的手段，采集任務(wù)目標(biāo)的圖像、視頻。

c.數(shù)據(jù)鏈：是系統(tǒng)的空中部分和地面部分聯(lián)絡(luò)的信息通道，可以將任務(wù)載荷獲取的信息實(shí)時(shí)回傳給地面，同時(shí)將無(wú)人機(jī)下行遙測(cè)信息發(fā)送至地面站、將上行遙控信息發(fā)送至飛機(jī)和任務(wù)載荷。實(shí)時(shí)掌握飛機(jī)的姿態(tài)、方位、空速、位置、電池電壓、即時(shí)風(fēng)速風(fēng)向、任務(wù)時(shí)間等重要狀態(tài)，便于操作人員實(shí)時(shí)判斷任務(wù)的可執(zhí)行性，進(jìn)一步保證任務(wù)的安全

d.地面站：是系統(tǒng)的指揮中心，無(wú)人機(jī)地面子系統(tǒng)由地面站計(jì)算機(jī)、無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)、輔助設(shè)備組成；通過(guò)軟硬件等設(shè)備的配合對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃、控制無(wú)人機(jī)起降，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、發(fā)出系統(tǒng)的各種控制指令，并完成飛行過(guò)程相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。地面站地圖航跡顯示系統(tǒng)可為無(wú)人機(jī)駕駛員提供飛機(jī)位置信息，無(wú)人機(jī)地面站顯示飛機(jī)狀態(tài)及鏈路載荷狀態(tài)，能夠?qū)崟r(shí)獲取地表精確高程信息，讓操控基站了解執(zhí)行任務(wù)的地容地貌。目前世界上無(wú)人機(jī)的頻譜使用主要集中在UHF.L和 C波段。

2.1智能全景式無(wú)人機(jī)勘測(cè)拍攝設(shè)定和選型

無(wú)人機(jī)是由無(wú)線設(shè)備控制操作的不載人飛機(jī)，其成本低廉，空域限制小，能完成載人駕駛飛機(jī)不宜執(zhí)行的多種航拍任務(wù)。由于無(wú)人機(jī)飛行高度低，攜帶的傾斜攝影傳感器所拍攝出的像片分辨率高，顏色真實(shí)，能夠提高所構(gòu)建模型質(zhì)量。本研究采用的電動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)適用于100～300m高度層的航空攝影飛行任務(wù)，該高度的拍攝可準(zhǔn)確還原近地面的建筑細(xì)節(jié)，尤其適合對(duì)局部重點(diǎn)目標(biāo)的航攝與建模任務(wù)。鑒于傾斜攝影數(shù)據(jù)建模需要65%以上的航向重疊，因此，低空拍攝會(huì)導(dǎo)致同一區(qū)域的拍攝。無(wú)人機(jī)勘查中需要在云臺(tái)上鏡頭上安裝UV鏡，最大有效的保護(hù)好鏡頭，拍攝過(guò)程中主要用來(lái)降低快門(mén)速度拍攝夕陽(yáng)、夜景燈明暗反差大的景色以及延時(shí)攝影時(shí)，使用ND鏡可以提高成像質(zhì)量。勘測(cè)公路等長(zhǎng)曝光照片更是離不開(kāi)ND鏡。給無(wú)人機(jī)使用合適的濾鏡可以提升航拍畫(huà)質(zhì)面，北方冬季勘測(cè)的基站，對(duì)無(wú)人機(jī)的操作和照片的準(zhǔn)確曝光都提出了較高的要求，其機(jī)身工作環(huán)境溫度為0—40℃，而電池的工作環(huán)境溫度為-10—40℃，所以在冬季飛行，首先要重點(diǎn)做好無(wú)人器機(jī)身及電池的檢查和保暖維護(hù)。要將電池預(yù)熱到25℃（視機(jī)型會(huì)有所不同，但基本要要達(dá)到20℃以上）后再進(jìn)行飛行。

計(jì)算好勘測(cè)的建筑物，調(diào)整合適的拍攝間隔，如果延時(shí)攝影成品是20fps，即每秒20張照片。飛行器的安全留空時(shí)間是10分鐘左右，即600秒。如需要成品的長(zhǎng)度為6秒，則你需要拍攝20×6=120張，間隔則為600÷140=5，取整則為5秒。隨著周邊環(huán)境的變化，無(wú)人機(jī)飛行器的安全留空時(shí)間可能會(huì)變化，需要根據(jù)實(shí)際環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)整。航拍任務(wù)完成后，導(dǎo)航航拍影像進(jìn)行研究區(qū)域的影像拼接。

無(wú)人機(jī)主要可分為固定翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)三大類(lèi)，各類(lèi)無(wú)人機(jī)特性的對(duì)比分析如下所示

管線傳輸勘查測(cè)繪需要對(duì)整條線路進(jìn)行普查，要求無(wú)人機(jī)具備飛行速度快、飛行時(shí)間長(zhǎng)的能力；管線傳輸勘查測(cè)繪需要對(duì)線路重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行精確測(cè)量、對(duì)周邊環(huán)境信息進(jìn)行錄入，要求無(wú)人機(jī)具備低空飛行、滯空懸停能力。

根據(jù)移動(dòng)屋面基站和落地塔勘查測(cè)繪的需求，使用多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)地段的精細(xì)詳查。

3.智能勘測(cè)設(shè)備的展望

無(wú)人機(jī)勘測(cè)設(shè)備外業(yè)操作簡(jiǎn)便，內(nèi)業(yè)周期短，勘查巡檢行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，面向建模需求，依托原有飛行平臺(tái)希望共同實(shí)驗(yàn)有效提升設(shè)備的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性。伴隨著無(wú)人機(jī)與傳感器的發(fā)展，無(wú)人機(jī)將來(lái)能夠攜帶更多的傳感器，得出的數(shù)據(jù)更加豐富，給勘察建模提供更加穩(wěn)定的拍攝環(huán)境。

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