5G基站精細化建模的傾斜攝影數(shù)據(jù)采集方式比較

摘" 要：針對5G基站智慧巡檢問題，以昆明市呈貢區(qū)某5G基站為例，采取不同航線規(guī)劃，以傾斜攝影技術采集5G基站影像數(shù)據(jù)，構建5G基站三維模型，對3種航線規(guī)劃獲取的數(shù)據(jù)進行幾何精度分析，并進行視覺紋理效果評價。實踐證明，井字飛行法、五向飛行法及貼面環(huán)繞飛行法均滿足三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范中的成圖比例尺1∶500中平面精度0.3 m、高程精度0.5 m的要求，但從視覺紋理效果而言，井字飛行法與五向飛行法均存在立面缺失、構件粘連的情況，貼面環(huán)繞飛行法相對能夠較為完整地反應5G基站立面數(shù)據(jù)，適宜用于采集5G基站影像數(shù)據(jù)。

關鍵詞：5G基站；傾斜攝影；航線規(guī)劃；精度分析；精細化建模

中圖分類號：P231" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）11-0148-04

Abstract： Aiming at the problem of 5G base station wisdom inspection， a 5G base station in Chenggong District of Kunming City is taken as an example， different types of route planning are adopted， 5G base station image data is collected by tilt photography technology， 5G base station 3D model is constructed， geometric accuracy analysis of data obtained from three route planning is conducted， and visual texture effect evaluation is carried out. It is proved that the tic-tac-toe， five-way flight and veneer surround flight methods meet the requirements of 0.3 m plan imetric accuracy and 0.5 m elevation accuracy in the scale of 1∶500 in the 3D geographic information model data product specification， but in terms of visual texture effect， the tic-tac-toe flight method and five-way flight method have missing elevations and adhering components， and the veneer surround flight method can relatively completely reflect elevation data from the 5G base station， and thereby is suitable for collecting 5G base station image data.

Keywords： 5G base station; tilt photography; route planning; accuracy analysis; fine modeling

傳統(tǒng)的人工攀爬基站巡檢存在危險系數(shù)高、巡檢效率低等問題。如何對5G基站進行高效、全面的快速巡檢也成為行業(yè)中亟待解決的問題。同時，隨著5G基站建設密度增大與數(shù)字化技術的發(fā)展，將5G基站巡檢資料從傳統(tǒng)二維影像升級為三維精細化模型迫在眉睫，而如何構建5G基站精細化模型，則成為影響5G基站實現(xiàn)智慧巡檢的關鍵問題[1]。

隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，無人機被廣泛運用于工程建設領域，具有作業(yè)效率高、作業(yè)成本低和可視化強等優(yōu)勢。采用傾斜攝影技術采集影像數(shù)據(jù)構建三維模型，具有效率高、成本低和可視化強等優(yōu)點[2]。現(xiàn)今，該技術已成熟運用于國土監(jiān)察[3]、城市建設[4-5]和應急救災[6]等領域。但目前研究中，運用無人機傾斜攝影進行基站的巡檢鮮有涉及，而5G基站相較于傾斜攝影傳統(tǒng)被攝物，其特點在于測區(qū)采集范圍小，加之立面數(shù)據(jù)采集難度較大。且數(shù)據(jù)采集過程中，如選取不同的航線規(guī)劃進行影像數(shù)據(jù)采集，其三維模型成果質(zhì)量也會存在較大差距。

本文以云南省昆明市呈貢區(qū)某5G基站信號塔為例，以大疆精靈4 RTK為實驗設備，規(guī)劃井字飛行航線、五向飛行航線及貼面環(huán)繞飛行航線3種不同的航線方案采集5G基站信號塔影像數(shù)據(jù)，并根據(jù)影像數(shù)據(jù)構建三維模型，從模型精度及模型視覺紋理2方面對模型成果質(zhì)量分別進行評價。

1" 傾斜攝影航線規(guī)劃

目前，以多旋翼單鏡頭無人機為平臺的傾斜攝影在小范圍三維實景建模中已經(jīng)得到了廣泛應用，以大疆精靈4 RTK為例，其自帶的航線規(guī)劃有井字飛行和五向飛行2種[7]。除此之外，還可自行規(guī)劃飛行航線，本文根據(jù)5G基站信號塔的特征，采用大疆智圖設計貼面環(huán)繞飛行航線，目的是更好地采集5G基站信號塔立面信息。圖1為航線規(guī)劃示意圖。

1.1" 井字飛行法

井字航線即每2條航線以90°相交，保證圖像的重疊度和完整性，作業(yè)過程中使無人機保持一定俯角，通過井字航線規(guī)劃覆蓋測繪范圍，采集到4個方向傾斜數(shù)據(jù)，不僅易于拍攝，還可快速獲得測繪范圍的完整數(shù)據(jù)。

1.2" 五向飛行法

與井字飛行不同，五向飛行采集“1+4”方法，即1個方向的正射數(shù)據(jù)和4個方向的傾斜數(shù)據(jù)，將測繪區(qū)域視為一個整體，首先從測繪區(qū)域正上方獲取正射影像，再分別從4個立面獲取傾斜數(shù)據(jù)，直到5條航線全部執(zhí)行完畢。

1.3" 貼面環(huán)繞飛行法

與上述2種飛行方法不同，貼面環(huán)繞航線始終以被攝物為中心，以距被攝物相同距離進行環(huán)繞飛行，均勻采集立面數(shù)據(jù)。其航高指的是距離被攝物中心的環(huán)繞半徑，為相對航高。

2" 研究案例

經(jīng)過前期調(diào)查勘探及空域申請，選取云南省昆明市呈貢區(qū)某5G基站作為實驗案例，該5G基站經(jīng)緯度為102°E，24°N。

2.1" 設備選取

本實驗選擇大疆精靈4 RTK進行實驗數(shù)據(jù)采集，大疆精靈4 RTK作為一款小型多旋翼高精度航測無人機，具有機身小巧、靈活和自動避障優(yōu)點[8]，已成為低空攝影測量主要應用無人機之一。

2.2" 數(shù)據(jù)采集

為確保實驗結(jié)果的準確性，避免基礎參數(shù)對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，本次實驗更改無人機重疊率參數(shù)進行三輪九次實驗數(shù)據(jù)采集，基本覆蓋無人機作業(yè)的常用參數(shù)設置，分別設定無人機重疊率參數(shù)為旁向60%，航向70%；旁向70%，航向80%；旁向80%，航向90%。

經(jīng)測量，5G基站距地面高度為32 m，所以航高選取為50 m，以此完整采集5G基站信號塔影像數(shù)據(jù)。同時，盡量選擇相同天氣情況進行外業(yè)作業(yè)，以避免由于參數(shù)或天氣改變而帶來的模型成果質(zhì)量的影響。3種航線參數(shù)設置見表1。

2.3" 建模成果

將采集后的影像數(shù)據(jù)在Context Capture中進行空三解算、模型重建等操作后，得到傾斜攝影三維模型，建模成果如圖2—圖4所示。

3" 模型質(zhì)量評價

3.1" 模型幾何精度評價

本文從模型的平面精度、高度精度方面對5G基站三維模型進行精度評定。在5G基站信號塔周圍地面選取9個地面檢查點，以RTK測量值作為坐標值，以此求出模型中控制點的中誤差，其中δx ，3種航線控制點平均誤差見表2。

經(jīng)過控制點的平均誤差計算，由表2可知，井字飛行模型誤差分別為0.035、0.037 m，高度誤差為0.036 m；而五向飛行模型平面誤差為0.035、0.037 m，高度誤差為0.034 m；貼面環(huán)繞飛行模型平面誤差為0.048、0.047 m，高度誤差為0.045 m。本文中的3種模型精度均滿足三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范中的成圖比例尺1∶500中平面精度0.3 m、高程精度0.5 m的要求[9]。

3.2" 模型視覺紋理效果評價

除了模型幾何精度外，模型視覺紋理效果也非常重要，而視覺紋理效果主要分為3個方面：第一是模型整體完整性，即模型是否存在破洞黑洞情況；第二是模型結(jié)構質(zhì)量，即結(jié)構之間是否存在粘連情況；第三是模型整體視覺紋理效果。本文的視覺紋理評價區(qū)域重點集中于圖中Ⅰ、Ⅱ區(qū)域，即5G基站的AAU設備及傳輸天線部分。

從三維模型飛行航線自身重疊率出發(fā)進行比較，發(fā)現(xiàn)航攝參數(shù)重疊率設置越高，5G基站模型完整性越高，結(jié)構質(zhì)量越高，構件之間粘連情況也越少，整體視覺紋理效果越好。

同一航攝參數(shù)水平下，可以看出井字飛行航線由于僅從一個角度進行測區(qū)數(shù)據(jù)采集，所以模型立面缺失嚴重，構件之間粘連嚴重，只能用于采集信號塔的地理數(shù)據(jù)，構件細節(jié)難以觀察。即使在旁向80%，航向90%的重疊率下，能夠基本還原5G基站，但Ⅰ、Ⅱ區(qū)域的模型仍然存在嚴重缺失情況。五向飛行模型相對完整，但僅能還原較大體積構件，難以觀察構件細節(jié)部分，且模型細節(jié)同樣缺失嚴重。在Ⅰ、Ⅱ區(qū)域的模型仍然存在構件粘連情況。貼面環(huán)繞飛行模型整體較為完整，即使旁向60%，航向70%的重疊率下，有部分模型缺失情況出現(xiàn)，但基本能夠反映信號塔外觀情況，當重疊率達到70%以上時，模型基本沒有缺失情況，在Ⅰ、Ⅱ區(qū)域中模型細節(jié)部分表現(xiàn)良好，沒有出現(xiàn)模型缺失，且模型粘連情況較少出現(xiàn)，模型視覺紋理效果高度還原。整體三維模型視覺紋理效果結(jié)果表現(xiàn)為貼面環(huán)繞飛行模型優(yōu)于五向飛行模型優(yōu)于井字飛行模型。

4" 結(jié)束語

本文以5G基站信號塔為研究對象，以多旋翼單鏡頭無人機為平臺，采用井字飛行、五向飛行及貼面環(huán)繞飛行航線的影像采集獲取5G基站的影像數(shù)據(jù)，并構建5G基站三維模型，分別從模型幾何精度和模型視覺紋理效果對構建的3個模型進行分析，結(jié)果可知：第一，不同數(shù)據(jù)采集方案下建立的5G基站三維模型幾何精度均滿足三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范。第二，不同數(shù)據(jù)采集方案下建立的5G基站三維模型視覺紋理差距較大，貼面環(huán)繞飛行視覺紋理效果最佳，能夠還原模型本身，模型整體完整，構件粘連情況較少出現(xiàn)，整體紋理較為客觀、真實。故針對三維塔狀構筑物，推薦使用貼面環(huán)繞飛行航線進行影像數(shù)據(jù)采集，能夠最大限度還原構筑物立面信息，模型質(zhì)量較高。

本文的不足之處是未對3種模型進行紋理效果的客觀量化比較，后續(xù)研究中將繼續(xù)深入分析。

參考文獻：

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