車載式地理信息快速采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研究

宋 珂馬 磊丁林可劉怡真朱 茵

（1.河南省地圖院，河南 鄭州450008；2.河南七彩數(shù)字制圖有限公司，河南 鄭州450008）

車載式地理信息快速采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研究

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（1.河南省地圖院，河南 鄭州450008；2.河南七彩數(shù)字制圖有限公司，河南 鄭州450008）

本文主要研究新近發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)視頻錄像技術(shù)，快速采集城市地理信息，以滿足當前數(shù)字城市建設(shè)的需要。系統(tǒng)集成了NVR、IPC、GPS，從硬件設(shè)備和軟件程序兩個方面進行研究，設(shè)計并開發(fā)出一種新的軟件及設(shè)備，進一步提高當前地理信息采集的工作效率和技術(shù)水準。

網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機；網(wǎng)絡(luò)攝像機；全球定位系統(tǒng)

1 引言

隨著數(shù)字城市的不斷發(fā)展，城市地理信息的獲取、管理和更新成為數(shù)字城市工程的關(guān)鍵，其空間信息和屬性信息是和諧社會可持續(xù)發(fā)展的基本信息資源。為了進一步提高當前地理信息采集的工作效率和技術(shù)水準，本文從硬件設(shè)備和軟件程序兩個方面進行研究，開發(fā)并設(shè)計出一種新的軟件及設(shè)備，以滿足地理信息調(diào)繪工作的快捷性和實用需要。

車載式地理信息快速采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是通過在汽車上安裝地理信息快速采集設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機NVR、網(wǎng)絡(luò)攝像機IPC、全球定位系統(tǒng)GPS）,在行駛過程中完成對道路兩邊街景的地理信息采集，并在后期對采集回來的數(shù)據(jù)進行處理，最終實現(xiàn)車載導航電子地圖和數(shù)字城市地理空間框架所需數(shù)據(jù)的要求。系統(tǒng)集成了新近發(fā)展的多種傳感器，可以實時地完成車載GPS定位數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)攝像機IPC影像數(shù)據(jù)的采集，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件具有如下功能：糾正時間后的GPS數(shù)據(jù)，提供載體的地理位置、時間，經(jīng)緯度坐標；網(wǎng)絡(luò)攝像機IPC拍攝的影像數(shù)據(jù)，提供建筑物的距離、高度或?qū)挾?；網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機NVR，通過網(wǎng)絡(luò)接收網(wǎng)絡(luò)攝像機設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)字視頻碼流，進行存儲、管理[1]。

2 系統(tǒng)總體方案

本文設(shè)計一種車載式地理信息快速采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將新近發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機NVR、網(wǎng)絡(luò)攝像機IPC、GPS集成于一體，并開發(fā)多源信息復合處理軟件，在數(shù)據(jù)采集過程中，各傳感器在系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件控制下對城市街景的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行同步采集與同時存儲，然后，對不同的數(shù)據(jù)進行后期的數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理，是自主研發(fā)的先進的移動測繪系統(tǒng)[2，3]。

作為移動測繪系統(tǒng)，車載式地理信息快速采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是一種高度集成化、自動化的數(shù)據(jù)獲取方式，是建立數(shù)字城市最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N數(shù)據(jù)獲取手段。它不僅用于數(shù)字城市地理空間框架的構(gòu)建，而且可用于導航電子地圖建設(shè)、高速公路外業(yè)調(diào)繪等。該系統(tǒng)能在較短的時間內(nèi)測繪各種對象，因而成為更新地理信息空間數(shù)據(jù)庫的重要手段。本文主要研究新近發(fā)展的多種傳感器的集成技術(shù)，從地面快速采集城市地理信息，以滿足數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的需要[1],工作流程如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

圖1 城市地理信息快速采集系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)硬件主要由NVR、IPC、GPS三種傳感器,視頻采集控制器以及汽車構(gòu)成，作業(yè)示意框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

系統(tǒng)以汽車為運載平臺，車內(nèi)緊靠駕駛室設(shè)立寬敞的工作臺，其上安置NVR、網(wǎng)絡(luò)交換機和筆記本電腦，車頂安裝堅固支架，各支架均使用優(yōu)質(zhì)鋼管，牢固安置GPS和5個網(wǎng)絡(luò)攝像機。攝像機方向分別朝向正前方、左、左上、右、右上，以對城市道路兩邊的街景及高層建筑物上部攝像，所有控制線路均與車內(nèi)系統(tǒng)視頻采集控制器相連接[1]。

3.1 網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機

NVR（Network Video Recorder）是網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機，是一類視頻錄像設(shè)備，主要功能是通過網(wǎng)絡(luò)接收網(wǎng)絡(luò)攝像機IPC設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)字視頻碼流，并進行存儲、管理，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化帶來的分布式架構(gòu)優(yōu)勢。在內(nèi)業(yè)編輯過程中，通過NVR，可以同時觀看、瀏覽、回放、存儲多個網(wǎng)絡(luò)攝像機，實現(xiàn)對通過網(wǎng)絡(luò)傳送過來的數(shù)字視頻的記錄、編輯。

3.2 網(wǎng)絡(luò)攝像機

IPC(IP Camera)是網(wǎng)絡(luò)攝像機，是一種由傳統(tǒng)攝像機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合所產(chǎn)生的新一代攝像機，是一種可生產(chǎn)數(shù)字視頻流，并將視頻流通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)臄z像機。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機IPC，用以獲取影像數(shù)據(jù)，其基本工作原理是：5個網(wǎng)絡(luò)攝像機以一定的俯仰角，對道路兩邊的地理信息連續(xù)不間斷地進行監(jiān)控及錄像，提供建筑物的距離、高度或?qū)挾龋跀?shù)據(jù)處理軟件里以通道的形式進行回放、瀏覽、存儲和管理。

3.3 GPS

GPS(Global Positioning System)是全球定位系統(tǒng)，車載GPS按照一定頻率接收信號，記錄汽車行駛軌跡，在數(shù)據(jù)采集過程中實時提供目標位置數(shù)據(jù)，實時獲取車載GPS的經(jīng)緯度和時間。時間同步是移動載體多傳感器集成系統(tǒng)的基本要求，由于各個傳感器的數(shù)據(jù)采樣頻率各不相同，要對不同采集頻率的傳感器獲取的數(shù)據(jù)進行內(nèi)插或外推，保持數(shù)據(jù)采集時間序列同步。本系統(tǒng)分析了GPS數(shù)據(jù)后處理定位、定姿的精度，通過時間糾正解決多傳感器之間的時間不同步問題[3-5]。

4 數(shù)據(jù)處理軟件

本著高效、實用的原則，項目開發(fā)了一個高度集成化的地理信息采集系統(tǒng)軟件，安裝在計算機系統(tǒng)里，包括外業(yè)信息采集、外業(yè)信息核查、內(nèi)業(yè)編輯工作區(qū)和系統(tǒng)設(shè)置模塊。

4.1 外業(yè)信息采集模塊

外業(yè)信息采集模塊是外業(yè)視頻采集的控制器，主要功能是：對各傳感器進行參數(shù)設(shè)置、啟動和關(guān)閉操作，以及對傳感器采集的數(shù)據(jù)實時傳輸和記錄，所采集的數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)攝像機錄制的視頻文件、GPS定位的偽距觀測量和導航電文。

系統(tǒng)的工作原理是：車輛以一定速度沿道路前進，GPS觀測并記錄傳感器的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)攝像機同時對城市道路及其兩側(cè)的街景等三維場景進行自動快速采集，所有的傳感器都受控于計算機系統(tǒng)[6]。

該模塊用于監(jiān)控外業(yè)調(diào)繪實時進展，在目標調(diào)繪區(qū)域保證不重復調(diào)繪，也不漏掉重要信息。

4.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理模塊

在多種傳感器集成的車載移動測量系統(tǒng)中，GPS實時提供平臺的運動軌跡與方位參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)攝像機以人工設(shè)定的各種參數(shù)連續(xù)進行攝像，網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機接收IPC設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)字視頻碼流，并進行存儲、管理。在內(nèi)業(yè)處理中，利用GPS導航系統(tǒng)為影像傳感器提供高精度的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，快速恢復出城市街區(qū)的場景模型，保證每個傳感器得到的信息是在同一坐標系下的描述即空間配準，保證各個傳感器之間的數(shù)據(jù)應(yīng)該在時間上對齊即時間配準，所獲取的城市三維目標信息滿足當前數(shù)字城市地理信息框架建設(shè)的需要[6，7]。

在內(nèi)業(yè)編輯區(qū)里，通過觀看、瀏覽、回放外業(yè)采集回來的視頻，依據(jù)當?shù)氐臄?shù)字正射影像，把不同通道里顯示出來的圖像信息，經(jīng)過時間糾正后，在電子地圖上完成添加、修改、刪除、編輯poi和地名地址等工作，并補充必要的屬性信息，如圖3所示。

宋珂(1986-)，女，漢族，本科，助理工程師，主要從事測繪地理信息工程及相關(guān)工作。E-mail:115425735@qq.com