CN116743295B - 一种应急广播管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于应急广播领域，公开了一种应急广播管理系统，包括判断模块、获取模块、无人机模块和广播模块；判断模块用于对发生灾害的地区进行分区，获得多个受灾区域，并分别判断每个受灾区域是否具备通过基站进行通信的能力；获取模块用于获取所有不具有通过基站进行通信的能力的受灾区域的中心的坐标的集合coordset；无人机模块包括路径计算装置和中继通信无人机；路径计算装置用于根据coordset中的元素生成最短路径；中继通信无人机用于根据最短路径进行飞行和提供中继通信服务；广播模块用于通过卫星通信的方式将应急广播消息发送至中继通信无人机。

Description

一种应急广播管理系统
技术领域
本发明涉及应急广播领域，尤其涉及一种应急广播管理系统。
背景技术
应急广播是指当发生重大自然灾害、突发事件、公共卫生与社会安全等突发公共危机时，提供一种迅速快捷的讯息传输通道。
传统的应急广播体系，信息接收终端需要依靠附近的通信基站来进行通信，这就导致通信基站被破坏时，无法实现应急消息的及时传播。
发明内容
本发明的目的在于公开一种应急广播管理系统，解决如何在通信基站被破坏时，如何传输应急广播消息的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种应急广播管理系统，包括判断模块、获取模块、无人机模块和广播模块；
判断模块用于对发生灾害的地区进行分区，获得多个受灾区域，并分别判断每个受灾区域是否具备通过基站进行通信的能力；
获取模块用于获取所有不具有通过基站进行通信的能力的受灾区域的中心的坐标的集合coordset，并将coordset发送至无人机模块；
无人机模块包括路径计算装置和中继通信无人机；
路径计算装置用于根据coordset中的元素生成最短路径；
中继通信无人机用于根据最短路径进行飞行，以及用于为处于通信范围内的通信设备提供中继通信服务；
广播模块用于工作人员输入应急广播消息，并通过卫星通信的方式将应急广播消息发送至中继通信无人机。
优选地，对发生灾害的地区进行分区，获得多个受灾区域，包括：
获取发生灾害的地区的最小外接矩形；
将最小外接矩形按照预设的规则分为多个大小一致的子矩形；
对获得的子矩形进行筛选，获得受灾区域。
优选地，将最小外接矩形按照预设的规则分为多个大小一致的子矩形，包括：
采用如下函数计算子矩形的数量：
其中，numsubrtg表示子矩形的数量，areartg表示最小外接矩形的面积，areacvg表示中继通信无人机的最大通信覆盖面积，Ψ表示大于1的控制系数，turrd表示中继通信无人机的最小转弯半径，stdru表示中继通信无人机的标准转弯半径；
将最小外接矩形分为numsubrtg个大小一致的子矩形。
优选地，对获得的子矩形进行筛选，获得受灾区域，包括：
判断子矩形对应的区域是否完全处于发生灾害的地区之外，若是，则将该子矩形删除；
将剩余的每个子矩形对应的区域作为一个受灾区域。
优选地，分别判断每个受灾区域是否具备通过基站进行通信的能力，包括：
获取受灾区域的基站的在线数量；
计算基站在线比例；
若在线比例小于设定的比例阈值，则表示受灾区域不具备通过基站进行通信的能力。
优选地，基站在线比例采用如下函数计算：
其中，olprop表示基站在线比例，olnum表示受灾区域的基站的在线数量，alnum表示受灾区域的基站的总数。
优选地，根据coordset中的元素生成最短路径，包括：
以中继通信无人机的停放地点为起点和终点，采用最短路径算法计算得到经过coordset中的元素所对应的受灾区域的最短路径。
优选地，最短路径算法为Floyd算法、Dijkstra算法、Bellman-Ford算法和SPFA算法中的任一种。
优选地，中继通信无人机用于通过卫星通信的方式接收广播模块发送的应急广播消息，并将应急广播消息发送至处于通信范围内的通信设备。
优选地，通信设备包括具有蜂窝网络通信能力的电子设备。
本发明通过对发生灾害的区域进行分区，然后计算出经过所有不具有通过基站进行通信的能力的受灾区域的最短路径，让中继通信无人机根据最短路径来进行巡航，从而实现了在地面的通信基站受到破坏的情况下，利用中继通信无人机来进行中继通信，从而及时将应急广播消息发送到受灾区域的通信设备中。
附图说明
从下文给出的详细描述和附图中将更充分地理解本公开，附图仅以说明的方式给出，因此不限制本公开，并且其中：
图1为本发明一种应急广播管理系统的一种示意图。
图2为本发明对发生灾害的地区进行分区的一种示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种应急广播管理系统，包括判断模块、获取模块、无人机模块和广播模块；
判断模块用于对发生灾害的地区进行分区，获得多个受灾区域，并分别判断每个受灾区域是否具备通过基站进行通信的能力；
获取模块用于获取所有不具有通过基站进行通信的能力的受灾区域的中心的坐标的集合coordset，并将coordset发送至无人机模块；
无人机模块包括路径计算装置和中继通信无人机；
路径计算装置用于根据coordset中的元素生成最短路径；
中继通信无人机用于根据最短路径进行飞行，以及用于为处于通信范围内的通信设备提供中继通信服务；
广播模块用于工作人员输入应急广播消息，并通过卫星通信的方式将应急广播消息发送至中继通信无人机。
本发明通过对发生灾害的区域进行分区，然后计算出经过所有不具有通过基站进行通信的能力的受灾区域的最短路径，让中继通信无人机根据最短路径来进行巡航，从而实现了在地面的通信基站受到破坏的情况下，利用中继通信无人机来进行中继通信，从而及时将应急广播消息发送到受灾区域的通信设备中。
由于并不是所有的受灾区域都丧失通过基站进行通信的能力，因此，本发明将依然具备通过基站进行通信的能力的受灾区域排除在中继无人机的飞行路径之外，从而能够更为高效地对发生灾害的地区进行中继通信，有利于提高应急广播消息的传播效率。
在一些实施例中，本发明的灾害包括水灾、地震等。
在地震之后，通过本发明的应急广播管理系统，可以再基站受到损坏的情况下，向受灾区域发送救灾计划，防护余震的建议等应急广播消息，另外，还可以让受灾区域的群众通过本发明的应急广播管理系统向外界发送消息，例如求救消息，报平安的消息等。
优选地，如图2所示，对发生灾害的地区进行分区，获得多个受灾区域，包括：
获取发生灾害的地区的最小外接矩形；
将最小外接矩形按照预设的规则分为多个大小一致的子矩形；
对获得的子矩形进行筛选，获得受灾区域。
进行分区能够有效地避免中继通信无人机的对具有通过基站进行通信的能力的区域进行中继通信，从而使得中继通信无人机能够更为有效地为需要进行中继通信的区域提供中继通信服务。而现有技术中，一般都是直接将整个发生灾害的区域作为中继通信无人机的巡航范围，但是并不是所有区域都丧失通过基站进行通信的能力的，这就导致浪费了宝贵的中继通信资源。
优选地，将最小外接矩形按照预设的规则分为多个大小一致的子矩形，包括：
采用如下函数计算子矩形的数量：
其中，numsubrtg表示子矩形的数量，areartg表示最小外接矩形的面积，areacvg表示中继通信无人机的最大通信覆盖面积，Ψ表示大于1的控制系数，turrd表示中继通信无人机的最小转弯半径，stdru表示中继通信无人机的标准转弯半径；
将最小外接矩形分为numsubrtg个大小一致的子矩形。
在本发明中，子矩形的数量并不是预先指定的，预先指定可能导致子矩形的面积过小或过大，面积过小的话，中继通信无人机比较难单独控制每个受灾区域的盘旋时间，从而不利于对灾情较为严重的区域提供更长的中继通信时长，不利于灾情较为严重的区域中的群众及时地向外界发送求救信息。而面积过大的话，受灾区域中包含的具有通过基站进行通信的能力的区域的比例就比较高，不利于获得中继通信效率高的最短巡航路径。因此，本发明通过中继通信无人机的最大通信覆盖面积、中继通信无人机的最小转弯半径来综合计算出与实际情况相适应的子区域的数量，最大通信覆盖面积越大、最小转弯半径越大，则子矩形的数量越小，从而使得子矩形的数量与无人机的性能参数相适应，有效地提高了中继通信无人机对单个受灾区域的盘旋时间的控制能力以及有利于获得中继通信效率高的最短巡航路径。标准转弯半径指的是中继通信无人机在正常的巡航速度(例如100km/h)下的转弯半径。
优选地，对获得的子矩形进行筛选，获得受灾区域，包括：
判断子矩形对应的区域是否完全处于发生灾害的地区之外，若是，则将该子矩形删除；
将剩余的每个子矩形对应的区域作为一个受灾区域。
在本发明中，为了更为方便地进行受灾区域的划分，本发明先获取了发生灾害的区域的最小外接矩形，对最小外接矩形进行划分后，可能存在部分得到的子矩形中，完全不在受灾区域之内，此时，将这些子矩形进行删除，能够有效地减少中继通信无人机需要提供中继通信服务的受灾区域的数量，从而提高了中继通信无人机提供的中继通信服务的有效性。
优选地，分别判断每个受灾区域是否具备通过基站进行通信的能力，包括：
获取受灾区域的基站的在线数量；
计算基站在线比例；
若在线比例小于设定的比例阈值，则表示受灾区域不具备通过基站进行通信的能力。
受灾区域的基站的在线数量以及受灾区域的基站分别情况，例如位置，数量等可以从基站运营服务商那里得到。
优选地，基站在线比例采用如下函数计算：
其中，olprop表示基站在线比例，olnum表示受灾区域的基站的在线数量，alnum表示受灾区域的基站的总数。
由于基站具有一定的冗余，因此，当被破坏的基站的数量比较少时，依然可以提供正常的通信服务，只不过信号质量会比正常状态下差一些。
优选地，根据coordset中的元素生成最短路径，包括：
以中继通信无人机的停放地点为起点和终点，采用最短路径算法计算得到经过coordset中的元素所对应的受灾区域的最短路径。
在本发明中，通过将受灾区域作为图论里面的一个端点，以受灾区域的中心为点的坐标来进行最短路径的计算。
优选地，最短路径算法为Floyd算法、Dijkstra算法、Bellman-Ford算法和SPFA算法中的任一种。
优选地，中继通信无人机用于通过卫星通信的方式接收广播模块发送的应急广播消息，并将应急广播消息发送至处于通信范围内的通信设备。
优选地，通信设备包括具有蜂窝网络通信能力的电子设备。
在另一些示例中，通信设备可以包括具有射频通信能力的电子设备。
优选地，根据最短路径进行飞行，包括：
根据最短路径上的经过顺序，依次飞行到每个受灾区域。
优选地，为处于通信范围内的通信设备提供中继通信服务，包括：
中继通信无人机进入受灾区域后，获取受灾区域的受灾图像；
中继通信无人机对受灾图像进行图像识别处理，获得受灾区域的破坏程度系数；
基于破坏程度系数计算出中继通信无人机的滞空时长；
基于滞空时长为通信范围内的通信设备提供中继通信服务。
在本发明中，中继通信无人机在不同的受灾区域的滞空时长是不同的，基于破坏程度系数来计算滞空时长，能够使得在破坏程度高的受灾区域中的滞空时长越长，从而实现为需要中继通信服务的群众提供更高时长的通信服务。
优选地，获取受灾区域的受灾图像，包括：
前往受灾区域的中心，从受灾区域的中心向下拍摄，获得受灾图像。
优选地，对受灾图像进行图像识别处理，获得受灾区域的破坏程度系数，包括：
获取受灾图像在Lab颜色空间中的亮度分量的图像bgt；
对bgt进行图像分割处理，获得bgt中的感兴趣区域；
在bgt中对感兴趣区域进行扩大处理，获得第一处理图像；
对处理图像依次进行灰度化处理和降噪处理，获得第二处理图像；
对第二处理图像进行图像分割处理，获得第三处理图像；
将第三处理图像输入到预先训练好的神经网络模型中进行识别，获得受灾图像中的被破坏的建筑的数量；
基于被破坏的建筑的数量计算受灾区域的破坏程度系数。
现有的图像识别处理过程一般都是先灰度化，然后再降噪、图像分割、图像识别。但是，灰度化和降噪需要针对所有的像素点进行，而并不是所有的像素点都需要进行灰度化处理和降噪处理的，因此，本发明通过直接对bgt进行图像分割处理和对得到的感兴趣区域进行扩大处理，从而获得了包含感兴趣区域比例非常高的第一处理图像，对第一处理图像再进行现有的图像识别处理过程，这样便能够大幅度缩短获得破坏程度系数所需要的时间，有利于更为及时地为受灾区域的群众提供中继通信服务。
优选地，对bgt进行图像分割处理，获得bgt中的感兴趣区域，包括：
使用图像分割算法对bgt进行分割，获得bgt中的前景区域，将前景区域作为感兴趣区域。
例如，可以采用种子生长算法、大津法等算法对bgt进行图像分割处理。
从高空往下拍摄时，感兴趣区域，即建筑物所在的区域仅为图像bgt中的一部分，因此图像分割处理所需要的时间与对bgt中感兴趣区域之外的像素点进行灰度化处理和降噪处理所需要的时间相比，明显低很多。从而有效地提高了图像识别的效率。
优选地，在bgt中对感兴趣区域进行扩大处理，获得第一处理图像，包括：
获取感兴趣区域的像素点的集合roiset；
计算判断距离：
ampcoef表示判断距离，numfront表示感兴趣区域的像素点的数量，numbgt表示bgt的像素点的数量，δ表示预设的常数；msdist表示预设的判断距离最大值；
将与感兴趣区域的边缘之间距离小于ampcoef的像素点保存到roiset；
由roiset中的元素组成第一处理图像。
在本发明中，扩大处理仅需要判断距离便可以完成，而且需要判断的像素点仅为bgt中的一部分，因此，本发明能够快速地完成扩大处理。
进行扩大处理是因为进行图像分割获取感兴趣区域的过程是在降噪之前完成的，这就导致获得的感兴趣区域的精度低于降噪之后再进行图像分割的精度，因此，本发明通过进行扩大处理，能够提高第一处理图像中包含完整的感兴趣区域的概率，从而获得更为准确的图像识别结果。
判断距离与感兴趣区域的像素点的数量有关，numfront的值越小，则表示感兴趣区域在bgt中的比例越小，此时，扩大的程度也越小，从而避免将面积很小的感兴趣区域扩大为面积很大的第一处理图像，造成第一处理图像中的非感兴趣区域的像素点的数量过多，降低本发明的图像识别效率。另外，本发明还设置了msdist来避免在感兴趣区域在bgt中的比例较高时，使得第一处理图像中包含的非感兴趣区域的像素点的数量过多。
优选地，基于被破坏的建筑的数量计算受灾区域的破坏程度系数，包括：
使用如下函数计算破坏程度系数：
其中，damcoef表示破坏程度系数，numdam表示bgt中被破坏的建筑的数量，numtotal表示bgt中的建筑的总数。
在本发明中，被破坏的建筑的数量越大，则表示破坏程度越严重。
优选地，基于破坏程度系数计算出中继通信无人机的滞空时长，包括：
使用如下函数计算中继通信无人机的滞空时长：
其中，statim表示无人机的滞空时长，stddam表示预设的破坏程度系数对比值，H为预设的时长。
在本发明中，破坏程度系数越大，则滞空时长越大，从而实现在不同受灾程度的受灾区域停留不同的时间。
优选地，基于滞空时长为通信范围内的通信设备提供中继通信服务，包括：
在受灾区域中进行盘旋，盘旋的时长为滞空时长。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种应急广播管理系统，其特征在于，包括判断模块、获取模块、无人机模块和广播模块；
判断模块用于对发生灾害的地区进行分区，获得多个受灾区域，并分别判断每个受灾区域是否具备通过基站进行通信的能力；
获取模块用于获取所有不具有通过基站进行通信的能力的受灾区域的中心的坐标的集合coordset，并将coordset发送至无人机模块；
无人机模块包括路径计算装置和中继通信无人机；
路径计算装置用于根据coordset中的元素生成最短路径；
中继通信无人机用于根据最短路径进行飞行，以及用于为处于通信范围内的通信设备提供中继通信服务；
广播模块用于工作人员输入应急广播消息，并通过卫星通信的方式将应急广播消息发送至中继通信无人机；
对发生灾害的地区进行分区，获得多个受灾区域，包括：
获取发生灾害的地区的最小外接矩形；
将最小外接矩形按照预设的规则分为多个大小一致的子矩形；
对获得的子矩形进行筛选，获得受灾区域；
将最小外接矩形按照预设的规则分为多个大小一致的子矩形，包括：
采用如下函数计算子矩形的数量：
其中，numsubrtg表示子矩形的数量，areartg表示最小外接矩形的面积，areacvg表示中继通信无人机的最大通信覆盖面积，Ψ表示大于1的控制系数，turrd表示中继通信无人机的最小转弯半径，stdru表示中继通信无人机的标准转弯半径；
将最小外接矩形分为numsubrtg个大小一致的子矩形；
为处于通信范围内的通信设备提供中继通信服务，包括：
中继通信无人机进入受灾区域后，获取受灾区域的受灾图像；
中继通信无人机对受灾图像进行图像识别处理，获得受灾区域的破坏程度系数；
基于破坏程度系数计算出中继通信无人机的滞空时长；
基于滞空时长为通信范围内的通信设备提供中继通信服务；
对受灾图像进行图像识别处理，获得受灾区域的破坏程度系数，包括：
获取受灾图像在Lab颜色空间中的亮度分量的图像bgt；
对bgt进行图像分割处理，获得bgt中的感兴趣区域；
在bgt中对感兴趣区域进行扩大处理，获得第一处理图像；
对第一处理图像依次进行灰度化处理和降噪处理，获得第二处理图像；
对第二处理图像进行图像分割处理，获得第三处理图像；
将第三处理图像输入到预先训练好的神经网络模型中进行识别，获得受灾图像中的被破坏的建筑的数量；
基于被破坏的建筑的数量计算受灾区域的破坏程度系数。
2.根据权利要求1所述的一种应急广播管理系统，其特征在于，对获得的子矩形进行筛选，获得受灾区域，包括：
判断子矩形对应的区域是否完全处于发生灾害的地区之外，若是，则将该子矩形删除；
将剩余的每个子矩形对应的区域作为一个受灾区域。
3.根据权利要求1所述的一种应急广播管理系统，其特征在于，分别判断每个受灾区域是否具备通过基站进行通信的能力，包括：
获取受灾区域的基站的在线数量；
计算基站在线比例；
若在线比例小于设定的比例阈值，则表示受灾区域不具备通过基站进行通信的能力。
4.根据权利要求3所述的一种应急广播管理系统，其特征在于，基站在线比例采用如下函数计算：
其中，olprop表示基站在线比例，olnum表示受灾区域的基站的在线数量，alnum表示受灾区域的基站的总数。
5.根据权利要求3所述的一种应急广播管理系统，其特征在于，根据coordset中的元素生成最短路径，包括：
以中继通信无人机的停放地点为起点和终点，采用最短路径算法计算得到经过coordset中的元素所对应的受灾区域的最短路径。
6.根据权利要求5所述的一种应急广播管理系统，其特征在于，最短路径算法为Floyd算法、Dijkstra算法、Bellman-Ford算法和SPFA算法中的任一种。
7.根据权利要求1所述的一种应急广播管理系统，其特征在于，中继通信无人机用于通过卫星通信的方式接收广播模块发送的应急广播消息，并将应急广播消息发送至处于通信范围内的通信设备。
8.根据权利要求1所述的一种应急广播管理系统，其特征在于，通信设备包括具有蜂窝网络通信能力的电子设备。
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