一種移動通信基站全景運維系統的實現方法與流程
2024-03-09 08:07:15 2
本發明涉及移動通信基站及應用軟體技術領域，主要是一種移動通信基站全景運維系統的實現方法。
背景技術：
無人機是指利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術角度定義可以分為：無人固定翼機、無人垂直起降機、無人飛艇、無人直升機、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機等。
移動通信基站天線工參是指移動通信基站天線的工程參數，包括：天線的位置信息、天線掛高、天線的方位角、俯仰角、橫滾角等。
雲計算是分布式計算(distributedcomputing)、並行計算(parallelcomputing)、效用計算(utilitycomputing)、網絡存儲(networkstoragetechnologies)、虛擬化(virtualization)、負載均衡(loadbalance)、熱備份冗餘(highavailable)等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。
移動通信基站統計數據是指移動通信基站運行過程中，由基站按照一定時間周期採集的接入、切換、掉話等成功失敗次數、用戶數、吞吐量、幹擾、資源佔用、mr測量報告等統計數據。
移動通信基站測量數據是指使用測試設備在基站覆蓋區域內進行無線信號測量記錄的數據，數據包含測量點的位置信息、信號強度、上下行速率、切換成功失敗次數、信令等。
信號測量是指使用測試設備對移動通信網絡的無線信號進行測量。測量控制過程包括：測量任務的設定、測量項目的選擇、測量開始、測量暫停、測量停止、測量數據保存、測量回放等。
數據回傳是指把數據採集終端上採集到的數據傳遞到伺服器端，或者接收端，或者控制端。
全景圖通過廣角的表現手段以及繪畫、相片、視頻、三維模型等形式，儘可能多表現出周圍的環境。360全景，即通過對專業相機捕捉整個場景的圖像信息或者使用建模軟體渲染過後的圖片，使用軟體進行圖片拼合，並用專門的播放器進行播放，即將平面照片或者計算機建模圖片變為360度全觀，用於虛擬實境瀏覽，把二維的平面圖模擬成真實的三維空間，呈現給觀賞者。
地理信息是指帶有gps信息或者其他形式地理位置信息的數據，包括但不限於通信和電力鐵塔信息、無線信號道路測試數據、移動通信終端測量的mr數據等。地理信息一般可以通過二維的電子地圖展現出來。
目前，地理信息往往通過手動添加在全景圖上，效率低，準確性低，亟需一種全景圖上合成和展現地理信息的方法和系統。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術存在的不足，而提供一種移動通信基站全景運維系統的實現方法。
本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。這種移動通信基站全景運維系統，包含兩大部分：基站全景系統和基站信息無人機採集系統；
(1)基站全景系統主要由雲伺服器和客戶端兩大部分組成，其中：
(1.1)雲伺服器包含：用戶管理模塊、資料庫和大數據分析系統三大部分；用戶管理模塊用於存儲系統註冊用戶信息，對用戶進行分組，不同的用戶組擁有不同的權限，通過權限管理實現不同用戶訪問系統的不同功能區域；資料庫用於存儲基站信息、信號測量數據、話務統計數據、mr測量數據、用戶投訴數據和市場營銷數據等，實現對數據的插入、查詢、刪除和更新；大數據分析系統用於對基站環境圖片進行全景圖合成，並將基站的各種基礎數據呈現在全景圖上，實現top小區分析、站點數據查詢和統計報表，為移動通信網絡優化提供參考；
(1.2)客戶端包含：桌面客戶端和移動客戶端，桌面客戶端基於web訪問伺服器，實現用戶管理、測量信息顯示、數據查詢及顯示、伺服器後臺管理；移動客戶端基於ios和android手機客戶端，實現用戶管理、信號測量、測量信息顯示、圖像分析、數據查詢及顯示；
(2)基站信息無人機採集系統，主要由飛行子系統和地面控制子系統兩大部分組成，其中：
(2.1)飛行子系統包含：無人機飛行系統、圖像採集模塊和信號測量模塊；無人機飛行系統主要實現和地面站之間的通信，並按照地面站的指示完成相應的飛行任務，同時負責搭載圖像採集模塊和信號測量模塊；圖像採集模塊用於採集目標基站對應的圖像和視頻信息，並通過無人機飛行系統將數據傳遞給地面控制子系統；信號測量模塊用於移動通信無線信號的測量，並把測量的數據傳送給基站全景系統雲伺服器；
(2.2)地面控制子系統包含：無人機地面站系統、飛行控制模塊、圖像分析模塊和測量信息顯示模塊；無人機地面站系統負責實現和無人機飛行系統之間的通信，並實現對無人機的飛行任務規劃和飛行自動控制，對無人機的飛行狀態進行實時顯示；飛行控制模塊根據其他模塊的信息反饋實現對無人機的手動控制或者自動控制，並對無人機的飛行狀態進行實時顯示；圖像分析模塊負責對無人機回傳的圖像和視頻信息進行分析，自動計算出基站天線的工參信息，將數據歸類存儲並上傳到基站全景系統雲伺服器；測量信息顯示模塊負責從基站全景系統雲伺服器取出測試數據，並顯示出來。
本發明通過基站全景系統和基站信息無人機採集系統，實現移動通信基站全景展示及數據分析，其實現方法,包含：移動通信基站天線工參信息的自動採集、移動通信基站全景圖的地理信息自動合成、動通信網絡的多終端間信號測量控制及數據回傳。
其中，移動通信基站天線工參信息的自動採集，通過無人機搭載圖像採集系統實現對移動通信基站天線工參信息的自動採集，其中，採集的工參包括：基站天線經緯度、基站天線掛高、基站天線方位角、基站天線下傾角；
移動通信基站全景圖的地理信息自動合成，通過在全景圖內製作地理位置標記來實現全景圖和二維平面電子地圖合成，並通過算法將合成後的地理信息在全景圖上展現出來；
移動通信網絡的多終端間信號測量控制及數據回傳，通過移動通信網絡來傳輸移動終端的信號測量數據，以及傳輸信號測量的控制消息，實現遠程接收終端測量信息和控制終端測量過程。
本發明的有益效果為：通過整套系統真實的展現基站覆蓋環境和信號分布情況，提高移動通信網絡規劃和網絡優化的效率；自動採集基站天線的工參信息，大大提升了效率；無須通過手動在全景圖中添加地理信息，在導入地理信息後，可以自動將地理信息在全景圖中展現出來。
附圖說明
圖1基站全景系統結構示意圖；
圖2基站信息無人機採集系統結構示意圖；
圖3地平線示意圖；
圖4實際地平面與投影平面關係圖；
圖5測量信號控制及數據回傳網絡結構圖；
圖6測量數據回傳示意圖；
圖7測量控制信號下發示意圖；
圖8測量數據回傳流程圖；
圖9測量控制信號下發流程圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明做詳細的介紹：
基站全景運維系統包含兩大部分：基站全景系統和基站信息無人機採集系統。
基站全景系統的結構示意圖，如圖1所示，主要由雲伺服器和客戶端兩大部分組成。
1、雲伺服器：
雲伺服器包含：用戶管理模塊、資料庫和大數據分析系統三大部分。
用戶管理模塊用於存儲系統註冊用戶信息，對用戶進行分組，不同的用戶組擁有不同的權限。通過權限管理實現不同用戶訪問系統的不同功能區域。
資料庫用戶存儲基站信息、信號測量數據、話務統計數據、mr測量數據、用戶投訴數據和市場營銷數據等，實現對數據的插入、查詢、刪除、更新等操作。
大數據分析系統可對基站環境圖片進行全景圖合成，並將基站的各種基礎數據呈現在全景圖上。還可以實現top小區分析、站點數據查詢、統計報表等功能，為移動通信網絡優化提供參考。
2、客戶端：
客戶端主要分兩大塊：桌面客戶端和移動客戶端
桌面客戶端基於web訪問伺服器，實現用戶管理、測量信息顯示、數據查詢及顯示、伺服器後臺管理等功能。
移動客戶端基於ios和android手機客戶端，實現用戶管理、信號測量、測量信息顯示、圖像分析、數據查詢及顯示等功能。
基站信息無人機採集系統，如圖2所示，主要由飛行子系統和地面控制子系統兩大部分組成。
1、飛行子系統：
飛行子系統包含：無人機飛行系統、圖像採集模塊和信號測量模塊。
無人機飛行系統主要實現和地面站之間的通信，並按照地面站的指示完成相應的飛行任務，同時負責搭載圖像採集模塊和信號測量模塊。
圖像採集模塊用於採集目標基站對應的圖像和視頻信息，並通過無人機飛行系統將數據傳遞給地面控制子系統。
信號測量模塊用於移動通信無線信號的測量，並把測量的數據傳送給基站全景系統雲伺服器。
2、地面控制子系統：
地面控制子系統包含：無人機地面站系統、飛行控制模塊、圖像分析模塊和測量信息顯示模塊。
無人機地面站系統負責實現和無人機飛行系統之間的通信，並實現對無人機的飛行任務規劃和飛行自動控制，對無人機的飛行狀態進行實時顯示。
飛行控制模塊根據其他模塊的信息反饋實現對無人機的手動控制或者自動控制，並對無人機的飛行狀態進行實時顯示。
圖像分析模塊負責對無人機回傳的圖像和視頻信息進行分析，自動計算出基站天線的工參信息，將數據歸類存儲並上傳到基站全景系統雲伺服器。
測量信息顯示模塊負責從基站全景系統雲伺服器取出測試數據，並顯示出來。
本發明通過無人機搭載圖像採集設備實現對移動通信基站天線工參信息的自動採集。採集的工參包括：基站天線經緯度、基站天線掛高、基站天線方位角、基站天線下傾角。其包括以下步驟：
1、基站天線經緯度的採集：
步驟1，控制無人機飛抵基站天線正上方(由圖像分析模塊識別基站天線位置並通過飛行控制模塊控制無人機飛行姿態)；
步驟2，通過無人機控制軟體api接口獲取無人機當前經緯度；
步驟3，圖像分析模塊將無人機經緯度記錄為當前基站天線的經緯度；
步驟4，記錄經緯度測量結果。
2、基站天線掛高的採集：
步驟1，控制無人機飛抵基站天線的高度(由圖像分析模塊識別基站天線位置並通過飛行控制模塊控制無人機飛行姿態)；
步驟2，通過無人機控制軟體api接口獲取無人機當前飛行的相對高度；
步驟3，圖像分析模塊將無人機飛行高度記錄為當前基站天線的掛高；
步驟4，記錄天線掛高測量結果。
3、基站天線方位角的採集：
步驟1，控制無人機飛抵基站天線正上方(由圖像分析模塊識別基站天線位置並通過飛行控制模塊控制無人機飛行姿態)；
步驟2，通過無人機控制軟體api接口獲取無人機當前機頭朝向的方向角；
步驟3，飛行控制模塊控制無人機機頭朝向分別為正北和北偏東90度，控制圖像採集模塊朝正下方向拍攝兩張基站天線的照片；
步驟4，圖像採集模塊將圖像數據回傳給圖像分析模塊；
步驟5，圖像分析模塊自動識別出基站天線相對圖片正上方面的角度差。通過兩張照片，每副天線可以得到兩組測量值，兩組值取平均後得到每副天線的方位角；
步驟6，記錄天線方位角結果。
4、基站天線下傾角的採集：
步驟1，控制無人機環繞基站天線系統飛行(由無人機控制軟體實時控制)；
步驟2，圖像採集模塊將採集的圖像實時傳送給圖像分析模塊；
步驟3，無人機在繞飛的過程中，圖像分析模塊自動識別出基站天線的正側面，並計算出天面與地面垂線之間的角度，即為天線下傾角；
步驟4，每副天線可以從兩個側面計算出下傾角，然後取平均值作為最終的天線下傾角；
步驟5，記錄天線下傾角結果。
傳統的基站天線工參採集方法需要工人爬到鐵塔天線上，使用儀器手工測量和讀數記錄。本發明的有益之處在於可以自動採集基站天線的工參信息，大大提升了效率。
本發明通過在全景圖內製作地理位置標記來實現全景圖和二維平面電子地圖合成，並通過特定的算法將合成後的地理信息在全景圖上展現出來。其包括以下步驟：
步驟1，通過攝像設備獲取某一位置的周邊環境照片；
步驟2，通過測量設備獲取拍照位置的經緯度和高度信息；
步驟3，將該位置的環境照片、經緯度和高度等信息導入軟體系統；
步驟4，軟體系統自動合成全景圖並通過算法1識別出地平線，通過算法2繪製出地平面；
步驟5，將需要在全景圖上展現的地理信息導入軟體系統；
步驟6，軟體系統通過算法3確定地理信息在地平面上的位置；
步驟7，通過算法4將地理信息在軟體系統客戶端上以全景圖的形式展現出來。
其中，算法1包括以下步驟：
步驟a：通過全景圖中天空和地面物體間的對比度和色彩信息識別出地面和天空的分界線；
步驟b：去掉一部分極值後，計算出初始地平線在圖片中的位置；
步驟c：根據拍攝環境(高樓較多的大城市、鄉村、山區、平原等)對地平線的位置進行修正。
其中，算法2包括以下步驟：
步驟a：假設地球是標準的球體，那麼拍攝位置所觀測到的地平線即為觀測位置延伸出去與地球表面的切線。根據幾何學中圓的知識，切線處與地心的連線，正好與切線垂直。那麼，地心、相切處與拍攝位置構成一個直角三角形，通過這個關係可以計算出拍攝位置與地平面之間的距離：
其中，r為地球半徑；
h為拍攝位置相對地平面高度。
步驟b：根據實際地平面和拍攝投影平面的關係，可以計算出地平面與照片投影平面的關係如下：tag(a)＝d0/h；
d1＝2*pi*d*a/360＝pi*d*a/180；
d0＝h*tag[(180*d1)/pi*d]；
其中，a為拍攝位置與地面上x點的垂直夾角；
d0為x點到拍攝位置與地面垂點的距離；
d1為d0在投影平面上的長度；
d為拍攝位置與地平面之間的距離；
h為拍攝位置相對地平面的高度；
步驟c：根據之前地平線在全景圖中的位置，可以計算出d與h之間的夾角。根據這個夾角可以得到投影平面的實際長度。可以得到照片中每個像素點與d1之間的關係，從而得到每個像素點與d0的關係。根據這個關係繪製出地平面。
其中，算法3包括以下步驟：
步驟a：通過已經繪製出來的地平面和拍攝地點的經緯度信息可以計算出像素點和經緯度之間的關係；
步驟b：把地理信息中的經緯度轉換為圖片中的像素點，就可以在圖片中相應位置繪製出地理信息。不同的地理信息用不同的圖標表示。
其中，算法4包括以下步驟：
步驟a：通過全景圖展現算法把全景圖顯示在客戶端上；
步驟b：選擇要呈現的地理信息；
步驟c：根據前述步驟計算出的地理信息像素點位置，結合全景圖展現算法做相應修正後，顯示在客戶端上；
步驟d：用戶在點擊全景圖中的某個位置或者某個地理信息點時，輸出位置的地理信息(經緯度等)或者地理信息點的信息內容。
本發明通過移動通信網絡來傳輸移動終端的信號測量數據，以及傳輸信號測量的控制消息，來達到遠程接收終端測量信息和控制終端測量過程的目的。系統結構框圖如圖5所示。
信號測量數據回傳的主要步驟(非遠程控制)如下，參考圖6和圖8：
步驟a：信號採集終端登錄伺服器，獲取信息上報權限，註冊終端號；
步驟b：信號採集終端設置測量任務，並選擇測量任務類型為共享型，設置測量任務名稱；
步驟c：信號採集終端啟動測量任務，終端向伺服器發送測量任務信息；
步驟d：伺服器檢查任務名稱是否存在，如果存在，則返回錯誤值給終端；如果不存在，則返回確認值給終端，允許終端上報測量信息；
步驟e：信號採集終端如果接收到錯誤值，則提示測量任務重名，重新命名測試任務；如果接收到確認值，則開始測試任務，並將採集到的測量數據上報伺服器；
步驟f：伺服器將接收到的測試任務和測量數據保存到資料庫，並標上時間戳。伺服器設置該終端數據上報狀態為「正在上報」；
步驟g：信號顯示終端登錄伺服器，並獲取查詢權限，註冊終端號；
步驟h：信號顯示終端啟動遠程測量實時查詢模式；
步驟i：信號顯示終端輸入測量任務名稱，並發送給伺服器；
步驟j：伺服器根據接收的測量任務名稱查詢資料庫，如果不存在任務名稱，則返回錯誤值；如果存在任務名稱，則返回確認值，並開始發送資料庫中已經保存的測量信息，並設置信號顯示終端的狀態為「正在接收」。第一次測量數據發送完畢後，每隔1秒鐘伺服器查詢一次信號採集終端狀態，如果信號採集終端狀態為「正在上報」，則查詢資料庫，將查詢到的最後一條測量信息發送給信號顯示終端；如果信號採集終端狀態為「停止上報」，則停止向信號顯示終端發送測量信息。
步驟k：信號顯示終端接收伺服器返回消息，如果接收到錯誤值，則輸出提示信息，重新輸入任務名稱；如果接收到確認值，則開始接收測量信息；
步驟l：信號顯示終端將接收到的測量信息顯示在終端界面上；
步驟m：停止查詢。信號顯示終端向伺服器發送停止查詢消息，伺服器停止發送數據，並把信號顯示終端的狀態設置為「停止接收」；
步驟n：停止測量信息上報。信號採集終端停止測量後，向伺服器發送停止上報消息，伺服器停止接收終端測量信息，並設置信號採集終端狀態為「停止上報」；
步驟o：信號顯示終端從伺服器註銷；
步驟p：信號採集終端從伺服器註銷。
信號測量控制的主要步驟如下，參考圖7和圖9：
步驟a：信號採集終端登錄伺服器，獲取信息上報權限，註冊終端號；
步驟b：信號採集終端設置測量任務，並選擇測量任務類型為共享型，設置測量任務名稱；
步驟c：信號採集終端啟動測量任務，終端向伺服器發送測量任務信息；
步驟d：伺服器檢查任務名稱是否存在，如果存在，則返回錯誤值給終端；如果不存在，則返回確認值給終端，允許終端上報測量信息。伺服器將任務名稱添加進任務列表；
步驟e：信號採集終端如果接收到錯誤值，則提示測量任務重名，重新命名測試任務；如果接收到確認值，則等待開始測量的命令；
步驟f：信號顯示終端登錄伺服器，並獲取查詢權限，註冊終端號；
步驟g：信號顯示終端向伺服器發起查詢測量任務列表；
步驟h：伺服器查詢測量任務列表，並將查詢結果發送給信號顯示終端；
步驟i：信號顯示終端選擇要實施控制的任務；
步驟j：信號顯示終端向伺服器發起開始測量任務。
步驟k：伺服器查詢信號測量終端狀態，如果狀態為「停止測量」，則向信號測量終端發送開始測量命令，向信號顯示終端返回確認值，並重新設置信號測量終端和顯示終端狀態；如果信號測量終端狀態不為「停止測量」，則向信號顯示終端返回錯誤值；
步驟l：信號測量終端開始測量任務，信號顯示終端開始接收測量數據；
步驟m：信號顯示終端向伺服器發起暫停測量任務。
步驟n：伺服器查詢信號測量終端狀態，如果狀態為「正在測量」，則向信號測量終端發送暫停測量命令，向信號顯示終端返回確認值，並重新設置信號測量終端和顯示終端狀態；如果信號測量終端狀態不為「正在測量」，則向信號顯示終端返回錯誤值；
步驟o：信號測量終端暫停測量任務，信號顯示終端暫停接收測量數據；
步驟p：信號顯示終端向伺服器發起恢復測量任務。
步驟q：伺服器查詢信號測量終端狀態，如果狀態為「暫停測量」，則向信號測量終端發送恢復測量命令，向信號顯示終端返回確認值，並重新設置信號測量終端和顯示終端狀態；如果信號測量終端狀態不為「暫停測量」，則向信號顯示終端返回錯誤值；
步驟r：信號測量終端恢復測量任務，信號顯示終端開始接收測量數據；
步驟s：信號顯示終端向伺服器發起停止測量任務。
步驟t：伺服器查詢信號測量終端狀態，如果狀態不為「停止測量」，則向信號測量終端發送停止測量命令，向信號顯示終端返回確認值，並重新設置信號測量終端和顯示終端狀態；如果信號測量終端狀態為「停止測量」，則向信號顯示終端返回錯誤值；
步驟u：信號測量終端停止測量任務，信號顯示終端停止接收測量數據。
可以理解的是，對本領域技術人員來說，對本發明的技術方案及發明構思加以等同替換或改變都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。