淺析基于GIS的視頻監(jiān)控指揮平臺(tái)

■ 石剛

基于GIS的視頻監(jiān)控指揮平臺(tái)，把GIS技術(shù)與視頻監(jiān)控指揮技術(shù)兩者融合起來，實(shí)現(xiàn)了在電子地圖上顯示監(jiān)控點(diǎn)空間位置，實(shí)時(shí)高亮顯示報(bào)警監(jiān)控點(diǎn)位置，點(diǎn)擊地圖上監(jiān)控點(diǎn)時(shí)，監(jiān)控畫面跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)監(jiān)控畫面等系統(tǒng)特色功能。

背景

隨著地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)的發(fā)展，人們對地理信息系統(tǒng)技術(shù)帶來的強(qiáng)大功能的需求越來越迫切，地理信息系統(tǒng)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，以前在工程應(yīng)用上難以實(shí)現(xiàn)的功能也可以通過結(jié)合GIS找到解決方案，其中GIS與工程應(yīng)用系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)以及GIS接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并快速顯示的技術(shù)是研究人員關(guān)注的重點(diǎn)。基于GIS的視頻監(jiān)控指揮平臺(tái)，把GIS技術(shù)與視頻監(jiān)控指揮技術(shù)兩者融合起來，實(shí)現(xiàn)了在電子地圖上顯示監(jiān)控點(diǎn)空間位置、實(shí)時(shí)高亮顯示報(bào)警監(jiān)控點(diǎn)位置、點(diǎn)擊地圖上監(jiān)控點(diǎn)時(shí)監(jiān)控畫面跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)監(jiān)控畫面等系統(tǒng)特色功能。地理信息系統(tǒng)因其獨(dú)特的空間分析功能、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力以及能夠快速直觀的反應(yīng)各種行為的特點(diǎn)，其應(yīng)用于公安行業(yè)已成為當(dāng)今的發(fā)展趨勢。

警用地理信息平臺(tái)（Police Geographic Information System Platform，PGIS）是“金盾工程”二期建設(shè)任務(wù)的三大平臺(tái)之一，該平臺(tái)利用空間地理信息技術(shù)，以電子地圖為基礎(chǔ)，以公安寬帶網(wǎng)絡(luò)為依托，以信息共享和綜合利用為目標(biāo)，將各類警務(wù)信息空間化、可視化，實(shí)現(xiàn)公安基礎(chǔ)信息基于空間電子地圖的可視化查詢和分析，在“金盾工程”的背景下開展基于GIS城市智能防控指揮調(diào)度綜合平臺(tái)建設(shè)已經(jīng)具備了多元數(shù)據(jù)融合、空間分析以及圖形的可視化表達(dá)能力。它能使情報(bào)、推理、分析與其他可用數(shù)據(jù)融為一體，提供依托于電子地圖的清晰而精確的現(xiàn)場態(tài)勢圖像，是適應(yīng)公安信息化發(fā)展、滿足日常指揮調(diào)度需要、提升公安機(jī)關(guān)整體戰(zhàn)斗力的迫切要求，是一項(xiàng)事關(guān)公安科技強(qiáng)警長遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)性工程。

系統(tǒng)組成與工作原理

系統(tǒng)主要由前端設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，GIS系統(tǒng)，視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)組成。

前端設(shè)備

前端設(shè)備包括：

1、視頻監(jiān)控設(shè)備，利用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)（包括其它攝像設(shè)備）時(shí)實(shí)拍攝，進(jìn)行影像的錄制存儲(chǔ)或傳輸。

2、GPS定位設(shè)備，在單兵、車載等裝備GPS，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)備位置信息的采集。

3、其他信息收集設(shè)備。

GIS系統(tǒng)

GIS系統(tǒng)提供GIS功能與空間數(shù)據(jù)，在公安系統(tǒng)業(yè)務(wù)中主要使用警用地理信息平臺(tái)。警用地理信息平臺(tái)是以公安信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以警用電子地圖為核心，以地理信息技術(shù)為支撐，以服務(wù)于公安業(yè)務(wù)可視化管理、綜合分析和決策支持為目標(biāo)的重要信息化基礎(chǔ)設(shè)施。它原則上由各級公安機(jī)關(guān)的信息中心或信息通信技術(shù)部門負(fù)責(zé)歸口建設(shè)、管理和維護(hù)，各業(yè)務(wù)警種不建設(shè)PGIS平臺(tái)，直接基于PGIS平臺(tái)開展應(yīng)用建設(shè)。PGIS平臺(tái)由“一個(gè)PGIS平臺(tái)軟件、兩個(gè)基礎(chǔ)支撐環(huán)境、三個(gè)地理數(shù)據(jù)庫”組成。

PGIS平臺(tái)軟件：它是由公安部根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，基于開放的商用基礎(chǔ)GIS軟件，統(tǒng)一組織開發(fā)的一套可在部、省、市三級分布式部署的平臺(tái)化軟件功能組件，主要由“工具集”、“服務(wù)集”、“業(yè)務(wù)應(yīng)用模板”和“門戶”組成。PGIS平臺(tái)軟件是PGIS平臺(tái)的核心，它可以為各類業(yè)務(wù)GIS應(yīng)用的開發(fā)提供可靠的應(yīng)用服務(wù)支撐。

兩個(gè)基礎(chǔ)支撐環(huán)境：指的是支撐PGIS平臺(tái)軟件運(yùn)行的硬件環(huán)境和系統(tǒng)軟件環(huán)境。其中，硬件支撐環(huán)境包括服務(wù)器、光纖交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、圖形工作站、大幅面噴墨繪圖儀等；軟件支撐環(huán)境包括操作系統(tǒng)、商業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用中間件、基礎(chǔ)GIS軟件等。

三個(gè)地理數(shù)據(jù)庫：指的是警用地理信息數(shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)空間地址數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)地理關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫。

視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)

視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)是由攝像、傳輸、控制、顯示、記錄登記等部分組成。攝像機(jī)將實(shí)時(shí)視頻圖像傳輸?shù)较到y(tǒng)控制主機(jī)，控制主機(jī)再將視頻信號分配到各監(jiān)視器及錄像設(shè)備，同時(shí)可將需要的視頻圖像信息進(jìn)行錄像保存。通過控制主機(jī)，操作人員可發(fā)出指令，對云臺(tái)的上、下、左、右的動(dòng)作進(jìn)行控制及對鏡頭進(jìn)行調(diào)焦變倍的操作，并可通過控制主機(jī)實(shí)現(xiàn)在多路攝像機(jī)及云臺(tái)之間的切換。利用特殊的錄像處理模式，可對圖像進(jìn)行錄入、回放、處理等操作，使錄像效果達(dá)到最佳。

基于GIS的視頻監(jiān)控指揮平臺(tái)的工作原理主要是使用GIS系統(tǒng)提供的地理信息服務(wù)接口與功能組件，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控指揮特定的視頻業(yè)務(wù)需求，將電子地圖引用到視頻監(jiān)控中，提高視頻可視化操作，使用空間數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻圖像與地理空間的數(shù)據(jù)分析，提高監(jiān)控效果。

系統(tǒng)主要功能

視頻監(jiān)控展示

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要顯示局部實(shí)時(shí)的圖像信息，圖像的顯示受到光線等外部條件的影響，并且難以從整體上聯(lián)動(dòng)整個(gè)視頻監(jiān)控?cái)z像頭群，空間位置感不強(qiáng)?；贕IS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是把電子地圖的功能和視頻監(jiān)控的功能相結(jié)合，使用GIS系統(tǒng)提供的功能與數(shù)據(jù)接口，將豐富的GIS功能與良好的可視化操作，應(yīng)用到視頻監(jiān)控中來，解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控方式的不足，為特定的應(yīng)用服務(wù)。

主要功能有：

1、在地圖上顯示每個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，并直觀的顯示視頻監(jiān)控點(diǎn)位在轄區(qū)內(nèi)的整體部署情況。監(jiān)控人員可通過查看電子地圖，方便的找到某一地點(diǎn)的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行視頻監(jiān)控。

2、點(diǎn)擊電子地圖上的監(jiān)控點(diǎn)，可在電子地圖上進(jìn)行該監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)預(yù)覽與錄像回放，并可對監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行云臺(tái)控制；

3、監(jiān)控設(shè)備空間查詢分析，在電子地圖上進(jìn)行框選，框選出需要的視頻監(jiān)控?cái)z像頭群，進(jìn)行多視頻監(jiān)控，選擇一條道路或一個(gè)地點(diǎn)，定位選擇空間地址的周邊的所有監(jiān)控設(shè)備，方便地顯示進(jìn)行道路或地址。

4、進(jìn)行監(jiān)控點(diǎn)查詢定位，點(diǎn)擊某一監(jiān)控點(diǎn)，電子地圖立刻切換到目標(biāo)位置，并高亮顯示地圖上的監(jiān)控點(diǎn)；

5、顯示監(jiān)控點(diǎn)詳細(xì)信息，查看監(jiān)控點(diǎn)的具體位置、周圍建筑和道路情況、監(jiān)控點(diǎn)的ID、監(jiān)控點(diǎn)所屬的監(jiān)控室、目前值班人員的姓名電話等信息；

7、實(shí)時(shí)報(bào)警展示，將視頻監(jiān)控產(chǎn)生的告警信息以醒目閃爍的標(biāo)識展示在電子地圖上，并定位告警位置，方便監(jiān)控人員及時(shí)了解告警信息。

8、視頻監(jiān)控可視監(jiān)控范圍展示，方便監(jiān)控人員能夠直觀的知道攝像機(jī)能夠監(jiān)控的空間范圍，清楚監(jiān)控位置和視點(diǎn)盲區(qū)。

9、綜合GIS系統(tǒng)應(yīng)用功能，如電子地圖漫游、地址查詢、空間查詢、路徑分析等基礎(chǔ)GIS系統(tǒng)功能，豐富系統(tǒng)功能使用。

通過在GIS上展示視頻監(jiān)控，監(jiān)控人員可以準(zhǔn)確、全面、迅速、實(shí)時(shí)地了解監(jiān)控?cái)z像頭的位置、發(fā)生的突發(fā)情況、以及周邊環(huán)境的詳細(xì)地理布局等有用信息，提高辦案效率。

移動(dòng)單兵、車載視頻監(jiān)控

單兵、車載監(jiān)控系統(tǒng)是彌補(bǔ)了固定監(jiān)控點(diǎn)位覆蓋不到而采取的移動(dòng)視頻系統(tǒng)，是治安監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案的重要組成部分。

隨著當(dāng)今社會(huì)電子技術(shù)和汽車的工業(yè)發(fā)展，汽車智能應(yīng)用已經(jīng)成為了當(dāng)今研究的主題。智能汽車由無人駕駛代替了原始的人駕駛汽車，通過安裝在汽車上的紅外線攝像機(jī)對其周圍進(jìn)行掃描和監(jiān)測，并根據(jù)計(jì)算機(jī)、電子地圖、傳感器等傳回的信息進(jìn)行分析計(jì)算，通過系統(tǒng)命令指揮操作汽車[1]。本文通過采用電源模塊、單片機(jī)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和信號采集模塊等共同完成了小車的自動(dòng)循跡功能。

單兵、車載在運(yùn)行（或臨時(shí)停止）過程中，車載終端通過GPS接收機(jī)獲取衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，與攝像頭采集的視頻實(shí)時(shí)圖像，通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，與監(jiān)控終端上的電子地圖底圖匹配，并在地圖上顯示移動(dòng)目標(biāo)的正確位置，從而使監(jiān)控終端在顯示移動(dòng)視頻的同時(shí)，也能清楚和直觀地掌握移動(dòng)目標(biāo)的精確位置。另外，還可以對移動(dòng)目標(biāo)的軌跡進(jìn)行查詢以及空間分析操作，便于做出正確決策。

主要功能有：

1、實(shí)時(shí)位置顯示：顯示監(jiān)控目標(biāo)的方位（地理空間位置）、時(shí)間、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)軌跡、速度、跟蹤圖像。

2、車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控跟蹤：現(xiàn)場車輛與指揮中心時(shí)刻保持聯(lián)系、互動(dòng)，現(xiàn)場車輛的每一個(gè)小的運(yùn)動(dòng)都在指揮中心掌握之中（包括：車輛的屬性、行程跟蹤、控制狀態(tài)、跟蹤頻率、四周道路情況等），并展示當(dāng)前位置的實(shí)時(shí)視頻影像信息。并可針對車輛設(shè)置特定行車軌跡，對偏移軌跡設(shè)備進(jìn)行告警提醒。

3、歷史軌跡跟蹤：行程軌跡回放，通過定點(diǎn)、路段、時(shí)間段進(jìn)行單兵、車輛的行程查詢等。

4、空間分析。通過路徑分析、鷹眼、測距分析等功能，為決策提供支持。

全時(shí)空立體可視化技術(shù)

傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)以顯示靜態(tài)地圖信息為主，其顯示信息的實(shí)時(shí)性不夠；“全時(shí)空立體可視化”技術(shù)，將多監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)視頻拼接融合，對部署在前端的監(jiān)控?cái)z像頭傳感器進(jìn)行全時(shí)空融合，從而超越依賴分鏡頭監(jiān)控的傳統(tǒng)管理和指揮模式，真正實(shí)現(xiàn)全場景時(shí)空融合環(huán)境下的實(shí)時(shí)全息立體監(jiān)控。

使用該技術(shù)直觀地將處在不同位置、具有不同視點(diǎn)視角的分鏡頭監(jiān)控?cái)z像實(shí)時(shí)智能拼接到復(fù)雜真實(shí)的三維GIS場景中，在單一畫面中實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控范圍整體大場景的實(shí)時(shí)全局監(jiān)控；指揮人員無須了解具體監(jiān)控?cái)z像機(jī)位置及覆蓋區(qū)域，即可在整體區(qū)域內(nèi)跨鏡頭多區(qū)域?qū)崟r(shí)跟蹤可疑人物，而無需切換任何攝像頭錄像屏幕，便于及時(shí)指揮和處置各種突發(fā)事件。將復(fù)雜真實(shí)場景包括室內(nèi)、室外、地下，可以分層顯示在GIS場景中，可以從用戶所需要的任意視角對整體場景進(jìn)行全景把握。

在全時(shí)空立體可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合全時(shí)空智能視頻分析技術(shù)，可根據(jù)客戶需求實(shí)現(xiàn)跨鏡頭跟蹤、人群趨勢分析、多種異常行為報(bào)警等，從而快速、高效地實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域安全態(tài)勢感知、安全威脅分析以及實(shí)時(shí)指揮。

主要功能有：

1、重點(diǎn)區(qū)域大場景監(jiān)控實(shí)時(shí)立體監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)對各個(gè)分鏡頭視頻進(jìn)行拼接得到整個(gè)監(jiān)控區(qū)域的大場景監(jiān)控，“沉浸式監(jiān)控巡視區(qū)”對整體大場景支持多視點(diǎn)、多視角的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察，具有視點(diǎn)移動(dòng)，鏡頭遠(yuǎn)近調(diào)整，角度旋轉(zhuǎn)等控制。

2、關(guān)鍵路徑定制巡航

可自定義巡航路徑和巡航速度，系統(tǒng)遵循定制的巡航路線進(jìn)行對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行巡航，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)通過不停切換分鏡頭視頻進(jìn)行巡航的模式。

3、最佳視角選擇

根據(jù)用戶在三維GIS場景中選中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，系統(tǒng)自動(dòng)給出所有照射到該目標(biāo)的所有攝像視頻以方便用戶挑選最佳視角進(jìn)行觀察，為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的連續(xù)、精確監(jiān)控提供有效手段，同時(shí)也為監(jiān)控人員迅速獲取所需視頻信息并及時(shí)作出判斷和響應(yīng)提供有力的技術(shù)支持。

4、攝像頭資源優(yōu)化布置

通過直觀展示轄區(qū)攝像頭的覆蓋范圍，為設(shè)計(jì)攝像頭的布置方案、實(shí)現(xiàn)轄區(qū)的無盲區(qū)規(guī)劃提供直觀的科學(xué)依據(jù)。

5、動(dòng)靜結(jié)合實(shí)現(xiàn)目標(biāo)鎖定

將高點(diǎn)槍機(jī)與低點(diǎn)球機(jī)配合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜結(jié)合的優(yōu)化顯示，對于高視點(diǎn)、大視野的情況，采用高點(diǎn)頭進(jìn)行拼接顯示，以滿足“全景防護(hù)”的實(shí)際應(yīng)用需求，當(dāng)在全景監(jiān)控畫面中框選出可疑目標(biāo)或區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用最佳位置的球機(jī)鎖定該區(qū)域，并可手動(dòng)調(diào)節(jié)球機(jī)焦距實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)觀察，以滿足“目標(biāo)鎖定”的實(shí)際應(yīng)用需求。

6、全場景歷史視頻回溯

系統(tǒng)支持將歷史保存的分鏡頭視頻拼接融合到三維場景里，實(shí)現(xiàn)在單一畫面的全景還原回溯，可方便地對可疑目標(biāo)進(jìn)行全時(shí)空正向或反向播放搜索。

結(jié)束語

GIS技術(shù)是新經(jīng)濟(jì)時(shí)代新興的技術(shù)方法，它正廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。將GIS技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，極大的提升了視頻監(jiān)控的可視化操作體驗(yàn)，豐富了視頻監(jiān)控的功能應(yīng)用。GIS系統(tǒng)的各種技術(shù)已經(jīng)很好的幫助工作人員從繁雜而枯燥的“盯屏幕”任務(wù)解脫出來。相信隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，未來GIS與視頻系統(tǒng)集成技術(shù)在工程領(lǐng)域會(huì)有更好的前景和更廣泛的市場。