CN111526478A - 一种山地景区复杂地形无人机协同搜救系统及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统，包括个人求助端单元、通讯基站、救援中心、无人机单元和定位信息单元；多组所述通讯基站分别分布于山地景区内并实现至少两组所述通讯基站部分覆盖。本发明解决复杂山地景区搜救信号的传输问题，实时处理和分析应急救援的决策信息，针对复杂山地景区的旅游安全提供保障，实现智能化、无人化和立体化的高效搜寻与救助，从而显著提高搜寻与救助的效率。

Description

一种山地景区复杂地形无人机协同搜救系统及其装置
技术领域
本发明涉及旅游安全技术领域，具体地说,是涉及一种基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统及其装置。
背景技术
山地景区是旅游安全事故的多发区。由于山地景区具有地势高亢崎岖、人口稀少、天气多变、交通闭塞、景区观光游览可达性差等复杂性特征，游客容易发生跌落或坠崖、迷路、失踪或失联，等旅游安全事故。因游客逃票或故意探险未开放路线，近10年来，全国各山地景区游客失踪或伤亡事件屡见不鲜。复杂山地景区往往幅员广阔，安全监控和野外应急措施无法做到全覆盖和实时救助，失踪游客的搜救难度较一般景区大出近5倍。同时,遇险游客往往无法判断自身所处准确方位和身体健康的变化状态，贻误了救助的最佳时机。因此，针对山地旅游安全的应急救援一直是景区管理者、游客自身、专业高山救援队等共同面临的技术难题。
从我国历年山地景区应急救援的成效来看，一旦发生旅游安全事故，政府常不惜代价地投入大量人力物力实施救援，但其技术手段以传统的地面搜救方式为主，这与探险活动发达的欧美国家多采用航空救援技术相比，搜救能力和效率相对低下。缺乏一套适合复杂山地景区，能够整合导航定位和通信等先进技术,指挥救援可操作性强的立体搜救模式，是当前山地旅游安全保障面临的主要的技术瓶颈。
随着移动通信技术、卫星通信技术和无人机通信技术的发展，这些通信技术的接口在逐步的开放，应用成本也逐渐降低，应急救援领域可利用这些技术来满足应用需求。中国国土资源航空物探遥感中心牵头研发了基于北斗导航定位的野外地质调查作业管理与安全保障系统(2014)。可实现北斗通讯和导航信息的实时显示、通讯历史记录和工作轨迹的查询、野外工作人员的联络与定位等，管理部门利用该系统可对野外作业人员的人身安全和救援提供决策支撑。英国兰卡斯特大学研发了位置感知救援系统(LARS,2010)。该系统主要用于在山区对搜救队进行简报、实时位置定位和搜救队部署，并指引搜救队前往偏远地区进行救援。LARS系统通过混合网络(hybrid network)方式进行指挥部服务端和移动客户端的通信，不同的功能模块采用独立的通信网络方式进行数据传输。成都理工大学使用游客携带的RFID标签和在景区内布设读卡器作为技术方案，建立了人员定位跟踪的情景模拟GIS系统。
北斗系统在野外地质调查中的应用(李志忠，汪大明，2014年发表):中国地质调查局组织实施的“安全生产管理保障系统”和“基于我国卫星的野外地质调查应用高技术产业化示范工程”等项目成果，不仅包含了“安全生产管理平台”中北斗在应急救援中的相关应用，还包含了在野外地质调查时北斗卫星发挥的关键作用等应用。可实现北斗通讯和导航信息的实时显示、通讯历史记录和工作轨迹的查询、野外工作人员的联络与定位等，管理部门利用该系统可对野外作业人员的人身安全和救援提供决策支撑。
上述现有技术的方案只提供了在进行人员管理和救援时,只提供了GPS等位置信因此需要一种能有效解决上述问题的基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统，
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明包括个人求助端单元、通讯基站、救援中心、无人机单元和定位信息单元；多组所述通讯基站分别分布于山地景区内并实现至少两组所述通讯基站部分覆盖；
个人求助端单元，用于个人向救援中心发出定位以及求助信息；
所述无人机单元包括无人机图像采集单元、定位信息单元和通讯基站，所述图像采集单元用于对需救援者的区域位置的地形进行图像采集。
所述定位信息单元用于对需救援者的位置进行精准定位，并通过通讯基站将位置信息传送到救援中心，
所述通讯基站用于保持救援中心与无人机之间的通信；
所述救援中心用于接收个人定位以及求助信息或者根据无人机传输的图像信息通过图像识别模块向无人机发送控制指令，并引导无人机向目标接近，所述图像识别模块用于利用图像识别技术，当图像差异大于某一设定范围时，来初步判定需救援者的活动范围。
进一步地，所述定位信息单元能够将来自无人机、救援中心的数据进行综合处理，获取无人机的经纬度信息输出给数据处理单元；所述数据处理单元包括路径跟踪算法模块和运动控制算法模块，所述路径跟踪算法模块将计算出无人机与预设路径之间的偏差，并将偏差输出给运动控制算法模块，所述运动控制算法模块根据无人机与预设路径之间的偏差得出控制命令，并将控制命令传输给无人机的运动轨迹，进而得到精准的信息控制无人机的航行方向。
进一步地，所述图像识别模块的实现方法包括获取待识别地形图像，对所述待识别地形图像进行图像增强、去噪、平滑、锐化预处理；提取所述待识别地形图像的特征向量，将待识别边坡图像分别与遥感参考图像进行特征向量进行匹配度分析。若待识别地形图像与遥感图像的特征向量相匹配的数量大于或等于预定阈值，则判定该待识别地形图像对应的边坡为该需救援者的运动轨迹；若待识别地形图像与遥感参考图像的SIFT特征向量相匹配的数量都小于预定阈值，则判定该待识别地形图像对出现需救援者概率低.
进一步地，所述预定阈值是单位面积的图像相对于遥感图像数据的图像内地形改变量大于20％.
一种存储装置，其中存储有多条程序，其特征在于，所述程序适于由处理器加载并执行以实现权利要求1-4任一项所述的基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统。
一种处理装置，包括处理器，适于执行各条程序；以及存储装置，适于存储多条程序；其特征在于，所述程序适于由处理器加载并执行以实现:权利要求1-4任一项所述的基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统方法
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明解决复杂山地景区搜救信号的传输问题，实时处理和分析应急救援的决策信息，针对复杂山地景区的旅游安全提供保障，实现智能化、无人化和立体化的高效搜寻与救助，从而显著提高搜寻与救助的效率。
附图说明
图1为本发明提供的基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统优选实施例图；
具体实施方式
下面根据实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
参见图1所示，本发明包括个人求助端单元、通讯基站、救援中心、无人机单元和定位信息单元；多组所述通讯基站分别分布于山地景区内并实现至少两组所述通讯基站部分覆盖；
个人求助端单元，用于个人向救援中心发出定位以及求助信息；
所述无人机单元包括无人机图像采集单元、定位信息单元和通讯基站，所述图像采集单元用于对需救援者的区域位置的地形进行图像采集。
所述定位信息单元用于对需救援者的位置进行精准定位，并通过通讯基站将位置信息传送到救援中心，
所述通讯基站用于保持救援中心与无人机之间的通信；
所述救援中心用于接收个人定位以及求助信息或者根据无人机传输的图像信息通过图像识别模块向无人机发送控制指令，并引导无人机向目标接近，所述图像识别模块用于利用图像识别技术，当图像差异大于某一设定范围时，来初步判定需救援者的活动范围。
所述定位信息单元能够将来自无人机、救援中心的数据进行综合处理，获取无人机的经纬度信息输出给数据处理单元；所述数据处理单元包括路径跟踪算法模块和运动控制算法模块，所述路径跟踪算法模块将计算出无人机与预设路径之间的偏差，并将偏差输出给运动控制算法模块，所述运动控制算法模块根据无人机与预设路径之间的偏差得出控制命令，并将控制命令传输给无人机的运动轨迹，进而得到精准的信息控制无人机的航行方向。
所述图像识别模块的实现方法包括获取待识别地形图像，对所述待识别地形图像进行图像增强、去噪、平滑、锐化预处理；提取所述待识别地形图像的特征向量，将待识别边坡图像分别与遥感参考图像进行特征向量进行匹配度分析。若待识别地形图像与遥感图像的特征向量相匹配的数量大于或等于预定阈值，则判定该待识别地形图像对应的边坡为该需救援者的运动轨迹；若待识别地形图像与遥感参考图像的SIFT特征向量相匹配的数量都小于预定阈值，则判定该待识别地形图像对出现需救援者概率低.
所述预定阈值是单位面积的图像相对于遥感图像数据的图像内地形改变量大于20％。
在本发明中无人机在搜救行动中承担搜寻定位和远距离视频传输的任务，在搜救过程中通过对无人机的位姿和位置进行串级PID控制，控制精度可得到提高，从而可以提高搜救无人机搜救作业能力。救援中心是整个系统的中枢，向无人机发送控制命令和传输实时飞行数据、监测无人机的自主飞行状态和接收通讯基站传回的数据；通讯基站是遇险人员与救援中心的桥梁，完成救援中心和无人机之间的通信；无人机是整个系统的基础，获取遇险人员的地理位置信息并发送给通讯基站。而无人机具有无需人员驾驶、小型、便捷、比有人机更低的成本和起降时对气候条件要求低，以及卫星定位技术和无线通信技术受环境影响小、成本低等优势，无人机应用于人员搜救的优势1.机动灵活，能够快速响应：无论是自然灾害、野外遇险还，人员遇难后对其进行搜救的关键是快速反应，赢得救援人员的”黄金时间”。无人机体积小、重量轻，而且无人机不需要飞行人员，其起降准备时间缩短。旋翼可以通过较短的跑道、弹射架甚至手抛等各种方式起飞，无人直升机更可以完全垂直起降，能够在狭小的空间起飞，机动灵活，能迅速机动到指定位置展开搜救。
本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。
通过对附图，说明书和权利要求书的研究，在实施本发明时本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变形。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他步骤或元素。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些措施的事实不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何参考标记不构成对本发明的范围的限制。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统，包括个人求助端单元、通讯基站、救援中心、无人机单元和定位信息单元；多组所述通讯基站分别分布于山地景区内并实现至少两组所述通讯基站部分覆盖；
个人求助端单元，用于个人向救援中心发出定位以及求助信息；
所述无人机单元包括无人机图像采集单元、定位信息单元和通讯基站，所述图像采集单元用于对需救援者的区域位置的地形进行图像采集。
所述定位信息单元用于对需救援者的位置进行精准定位，并通过通讯基站将位置信息传送到救援中心，
所述通讯基站用于保持救援中心与无人机之间的通信；
所述救援中心用于接收个人定位以及求助信息或者根据无人机传输的图像信息通过图像识别模块向无人机发送控制指令,并引导无人机向目标接近，所述图像识别模块用于利用图像识别技术,当图像差异大于某一设定范围时，来初步判定需救援者的活动范围。
2.根据权利要求1所述一种基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统，其特征在于，所述定位信息单元能够将来自无人机、救援中心的数据进行综合处理，获取无人机的经纬度信息输出给数据处理单元；所述数据处理单元包括路径跟踪算法模块和运动控制算法模块，所述路径跟踪算法模块将计算出无人机与预设路径之间的偏差，并将偏差输出给运动控制算法模块，所述运动控制算法模块根据无人机与预设路径之间的偏差得出控制命令，并将控制命令传输给无人机的运动轨迹，进而得到精准的信息控制无人机的航行方向。
3.根据权利要求1所述一种基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统，其特征在于，所述图像识别模块的实现方法包括获取待识别地形图像，对所述待识别地形图像进行图像增强、去噪、平滑、锐化预处理；提取所述待识别地形图像的特征向量，将待识别边坡图像分别与遥感参考图像进行特征向量进行匹配度分析。若待识别地形图像与遥感图像的特征向量相匹配的数量大于或等于预定阈值,则判定该待识别地形图像对应的边坡为该需救援者的运动轨迹；若待识别地形图像与遥感参考图像的SIFT特征向量相匹配的数量都小于预定阈值，则判定该待识别地形图像对出现需救援者概率低。
4.根据权利要求3所述一种基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统,其特征在于,所述预定阈值是单位面积的图像相对于遥感图像数据的图像内地形改变量大于20％。
5.一种存储装置,其中存储有多条程序,其特征在于,所述程序适于由处理器加载并执行以实现权利要求1-4任一项所述的基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统。
6.一种处理装置，包括处理器，适于执行各条程序；以及存储装置，适于存储多条程序；其特征在于,所述程序适于由处理器加载并执行以实现:权利要求1-4任一项所述的基于混合网络系统的复杂地形无人机协同搜救系统方法。
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