Page 21 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第6期

第 50 卷第 6 期 甄 杰等：面向应急通信选址的增强卷积神经网络山顶点快速提取方法 1043

gency communication nodes to help complete the optimization of the deployment of communication nodes
for emergency rescue, and to protect the regional communication smooth.
Key words： convolutional neural network； emergency communication system siting； summit point extrac‑
tion； signal coverage； viewshed analysis

在地震、泥石流、洪水和森林火灾等重特大 行了改进，提出特征显著度进行结果修正，提高
自然灾害发生时，道路、电力和通信往往遭到严 抗噪能力。文献［6］重点讨论了 DEM 的分辨率
重破坏形成“三断”情况，受灾区域会形成信息孤 以及邻域分析窗口大小，一定程度上依赖于窗口
［1］
岛 ，严重阻碍应急救援通信指挥决策。在公共 大小，无法实现定量化。文献［7］通过采用封闭
通信网络中断时，应急通信保障部门的首要任务 等高线设置最大起伏度阈值，但依然存在伪山顶
是快速选择适合的地点作为临时通信节点，派遣 点和山顶点丢失情况，阈值的主观性影响了提取
通信力量快速到达指定地点并搭建应急通信网 结果。文献［8］提出通过确定山体范围并利用坡
络，保障现场与后方的通信畅通。为了获得较好 向 特 征 提 取 山 顶 点 ，但 依 然 存 在 山 体 范 围 主 观
的信号传播条件和尽量大的信号覆盖区域，通常 性、约束条件不够明确的情况。文献［10］首次提
选择地势较高并且易到达的山顶区域布设通信 出反地形 DEM 概念，山顶区域反转为汇水区域，
节点。但是如何筛选易到达、易架设的山顶点， 利 用 水 文 分 析 计 算 汇 水 中 心 从 而 提 取 山 顶 点 。
并且通过优化算法选择达到预定通信覆盖率和 文献［11］提出了一种结合热点分析聚类和改进
通信质量的最优通信节点数量等是应急通信指 的八连通提取算法，能够克服低精度和虚假山顶
挥调度人员首先需要考虑的问题之一。目前中 点等局限性，快速准确地提供了山顶点的位置与
国省、市、县各级通信保障队伍的现场指挥员普 高程。
遍缺乏基于高精度数字地形数据和人工智能结 栅格数据格式与神经网络所用数据结构存
合的筛选手段进行应急现场通信节点的选址分 在相似性，但其本身连续变化的特点使得山顶区
析和决策。 域的特征并不突出，直接使用 DEM 作为卷积神
数字地形特征要素是反映地貌形态的空间 经网络（convolutional neural network，CNN）的基
分布的矢量要素，点、线、面三要素构成了反映真 础数据提取山顶点将产生极大的困难。因此，本
实地貌空间形态的基本框架。地形特征点主要 文将使用 DEM 为基础数据，设计一种新的数据
包 括 山 顶 点 、裂 点 、径 流 节 点 、沟 头 点 、鞍 部 点 集，通过采用等高线和坡面、坡向融合的方式制
［2］
等 。地形特征点能够直接反映出该位置的地形 作山顶点特征数据集，提高 DEM 山顶区域的特
信息与地貌特征，同时还蕴含着该位置周围的地 征信息，给出适合应急通信节点的山顶区域筛选
貌变化信息。其中，山顶点是最具代表性与控制
条件，提出增强更快速区域卷积神经网络（faster
性的地形特征点之一，主要体现为局部区域内的
region-based convolutional neural networks， Fast‑
［3］
高程极大值位置点 。山顶点通常四周开阔、具 er R-CNN）算法模型完成山顶区域的快速定位，
有良好的信号传播条件，在满足易到达、易部署 运用局部极大值方法完成山顶点的精确化提取，
的前提下，可作为优选的通信节点布设位置，增 为重特大自然灾害情况下的应急通信网络快速
强信号覆盖率和通信质量。 搭建和高质量通信保障提供技术支持。
实际提取山顶点时可能存在模糊性，并且提
取精度与高程、坡度、区域范围联系紧密，在地貌 1 研究区概况
特征复杂、地势起伏较大的环境中，山顶点难以
精确量化。因此，针对山顶点的提取与分析，学 本文研究区域聚焦于四川省雅安市宝兴县
者 们 以 数 字 高 程 模 型（digital elevation model， 及 其 周 边 20 km 辐 射 范 围 ，地 理 坐 标 为 102°
DEM）为数据基础提出了解决方法，主要从地表 41′E~102°54′E，30°18′N~30°29′N，地 处 四 川
［4］
［7］
水流模拟分析 、断面高程极值 ［5-6］ 、邻域分析 、 盆地西缘向青藏高原过渡的关键部位，隶属龙门
几何形态特征分析 ［8-9］ 、正反地形提取分析 ［10］ 等 5 山构造带中南段。在地貌特征上，研究区属典型
个方面开展研究。文献［3］整体提取分析结果较 的高山峡谷地貌区，呈现强烈的地形切割特征，
好，但其设置参数过多，效率偏低，对平坦区域分 海拔 806~3 278 m，最大相对高差达 2 472 m，地
析较弱。文献［5］对常用的断面高程极值方法进 形坡度多超过 35°。该地区发育有典型的地震-滑