無人機、VR和3D建模等技術為改變傳統基站查勘方式提供了可能, 可以最大程度避免基站選址不準、效果評估不準、查勘信息收集不完備等問題。
我國地緣面積遼闊, 地形面貌複雜多樣, 為通信基站勘察帶來了難題, 傳統依靠人力, 通過相機、GPS、指北針和捲尺等進行查勘等方式已經不再適合新的需求。在此方面, 新型的無人機、VR和3D建模等技術為改變傳統基站查勘方式提供了可能, 可以最大程度避免基站選址不準、效果評估不準、查勘信息收集不完備等問題。
無人機航拍、VR和3D建模相關技術
無人機、VR和3D建模是當前業界比較流行的幾個概念, 筆者在實際的基站建設和維護工作中發現, 上述技術也可用在基站查勘過程中:無人機平臺搭載相關設備, 可以對通信基站進行航拍, 結合VR全景製作和快速三維重建, 可以給通信基站規劃和選址帶來方便。
無人機是利用無線遙控或程序控制來執行特定航空任務的飛行器。在通信應用方面, 無人機主要有固定翼和多旋翼兩種。固定翼無人機, 其機翼固定不變, 靠流過機翼的風提供升力, 起飛的時候需要助跑, 降落的時候必須滑行。這種無人機續航時間長、飛行效率高、載荷大, 主要用於通信光纜線路巡線、杆線規劃等。多旋翼無人機靠2N個主旋翼提供升力, 可以垂直起降, 在空中懸停, 體積小, 使用方便, 續航時間比較短, 載荷能力一般, 主要用於選址查勘、鐵塔隱患巡檢等。今年湖南水災、九寨溝地震等幾次自然災害, 無人機搭載的繫留式應急通信基站均得到充分應用。
VR虛擬現實是指藉助計算機及傳感器技術創造的一種嶄新的人機交互手段, 其核心是建模與仿真。它在電腦、手機和VR眼鏡上構建虛擬信息環境, 使用戶具有身臨其境的沉浸感, 具有與環境交互作用的能力, 並有助於啟發構思。2016年以來, VR技術在虛擬展廳、看房、婚慶等多領域得到廣泛應用。VR用於通信基站規劃查勘, 以點視圖的方式, 可提供720度站址實景拍攝照片與視頻, 能清楚地展示站址環境細節, 如地質情況、空間位置、遮擋物等, 給通信網優規劃部門提供參考。
三維重建對三維物體建立適合計算機表示和處理的數學模型, 是在計算機中建立表達客觀世界的虛擬現實關鍵技術。通俗來講, 三維重建就是通過三維製作軟件和虛擬三維空間構建出三維數據模型。基於無人機傾斜攝影的快速三維重建, 是在無人機上搭載多臺傳感器, 從垂直、傾斜等不同角度採集影像, 通過對傾斜影像數據的處理並整合其他地理信息, 輸出正射影像、地形圖、三維模型等產品。一張圖的力量勝過千言萬語, 三維重建能夠較為全面地反映實際情況。
通信基站規劃查勘遇到的問題和解決方案
本部分以湖南郴州臨武縣為例, 詳述通信基站規劃查勘所遇到的問題。
不精準的站址查勘和預選址, 給後續建設工作帶來麻煩
臨武縣大沖鄉毛背村規劃查勘, 根據地形位置匹配, 最佳的選址應該在該村的後山上。由於後山全部是樹林, 查勘人員時間有限, 沒有上到山頂, 就提供經緯度信息去會審, 會審通過後, 可以在該經緯度周邊偏離100米的控制距離內進行選址。接到中國移動建設需求後, 鐵塔公司進行站址篩查選址上山查看, 結果發現該山頭上面全部是石頭, 無法開挖建設, 只能挪到偏離105米的位置進行建設。偏離過多, 就需要做設計變更, 流程複雜, 而且站址變更數量被嚴格控制。如果使用無人機, 現場查勘的時候, 飛機直接飛到預選山頭進行俯拍, 10分鐘的飛行操作就可以看清楚山頭地質情況, 如果是石頭不適合建站, 就直接做另外的選址方案, 省時、省力、效果好。
現場無法進行掛高視角模擬仿真, 給選址決策帶來困難
臨武縣西瑤鄉桃源坪村, 位於遠離縣城的山裡面, 交通十分不便。桃源坪村和文昌坪村之間有A和B兩個山頭。由於兩個站頭高度相當, 山上竹林密佈, 現場查勘很難判斷B上頭建設何種塔型, 才能夠提供足夠的天線掛高, 可以實現基站信號對A山頭後面文昌坪村的覆蓋, 因此只能夠憑藉感覺和經驗來確定基站建設位置和塔高。而操控無人機, 則可首先進行俯拍, 飛到預選山頭位置後, 拉高到擬定天線掛高位置, 可以模擬天線掛高視角, 對周邊進行環境拍照, 根據遙控屏顯示的相對高度, 可以很方便地確定適合的建塔高度。
傳統站址查勘照片拍攝缺乏整體直觀感
當前通信基站查勘常用的工作方式是攜帶相機、GPS、指北針和捲尺進行通信基站無線查勘, GPS確定基站位置, 指北針確定機房和天線方位角, 使用相機拍攝周圍環境照最少不低於8張 (從正北方向開始, 每30~45度一張) , 另外把最終確定的樓宇或綠化帶等拍個照片, 代表現場選址的位置。每張照片的拍攝角度約為30度, 瞭解站址周邊全部情況, 需要瀏覽8~12張照片, 方向感難以把握。採用三角架和獨角架, 可以把全景相機升高至離地6米高位置進行全景拍攝, 一鍵拍攝可以無死角記錄選址現場的環境信息, 給會審規劃決策帶來便利。
三維快速重建
三維重建的原理是, 點雲數據經過深度圖像增強、點雲計算與配準、數據融合、表面生成等步驟, 完成對景物的三維重建。在深度圖像採集方面, 為了獲取足夠多的圖像, 需要變換不同的角度來拍攝同一景物, 以保證包含景物的全部信息。具體方案既可以是固定相機來拍攝旋轉平臺上的物體, 也可以是旋轉相機來拍攝固定的物體, 然後對深度圖像進行去噪和修復等增強工作。經過預處理後的深度圖像具有二維信息, 像素點的值是深度信息, 表示物體表面到相機之間的直線距離。對於多幀通過不同角度拍攝的景物圖像, 各幀之間包含一定的公共部分, 需要點雲配準處理消除冗餘信息;然後對點雲數據進行融合處理, 以獲得更加精細的重建模型, 再通過表面生成構造物體的可視等值面。
現場拍攝時, 可操作無人機在基站選址上空, 升高至鐵塔掛高位置或更高一點, 開啟視頻錄像功能。首先俯拍30秒, 然後調整無人機到興趣點繞飛方式, 設定繞飛半徑為50米, 飛機速度設置為5米/秒。繞飛在一圈後, 降低高度到一半, 調整鏡頭對準拍攝目標, 再繞飛一圈。
後期製作時, 把視頻複製到電腦上, 用premiere軟件將視頻單幀導出為照片, 保證每張照片有30%的重複度。俯拍4張照片, 繞飛2圈每圈8張照片, 合計共20張照片。導入到3D重建軟件Photo Scan進行三維重建。為了獲得更快的處理速度和更好的重建效果, 可以將照片素材導入到雲平臺altizure, 經過照片對齊, 建立密集點雲, 生成網格, 生成紋理, 即可快速生成三維模型。
對於地形複雜的高山和農村偏遠站點, 在通信基站現場查勘和後期會審中, 採用無人機航拍、採集製作VR全景照片和三維重建技術, 能夠縮短查勘時間, 對信號覆蓋效果進行視覺仿真, 便於精準確定選址和制定建設方案。在後期工程會審中, 這些技術也能夠全面展示現場環境信息, 會審專家能夠快速達成一致意見。在災害應急通信保障中, 新技術的應用前景也非常廣闊。
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