基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

龔志鵬王楠溢

(1.江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院,江蘇 南京210049;2.江蘇省測(cè)繪工程院,江蘇 南京210013)

0 引 言

當(dāng)前,我國經(jīng)濟(jì)體制改革不斷深化,在新時(shí)期、新形勢(shì)下,逐漸呈現(xiàn)新常態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。面對(duì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,國土資源的管理工作在面臨較多機(jī)遇同時(shí),也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流,保護(hù)國土資源,強(qiáng)化對(duì)國土資源的監(jiān)督與管理工作,關(guān)系著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。全面、準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握國土資源數(shù)量、質(zhì)量、分布及其變化趨勢(shì),合理開發(fā)利用,將為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)有力支持。

國土資源監(jiān)察管理工作涉及面廣,監(jiān)管難度大,科學(xué)的監(jiān)察機(jī)制仍在不斷完善中。傳統(tǒng)國土執(zhí)法監(jiān)察模式一般以基層國土資源部門定期巡查為主,年度一次的土地衛(wèi)片執(zhí)法監(jiān)察為輔。隨著目前國土資源管理形勢(shì)日趨嚴(yán)峻,這兩種方法的結(jié)合對(duì)全面實(shí)現(xiàn)國土資源管控愈加困難。傳統(tǒng)執(zhí)法因方式方法比較機(jī)械,在進(jìn)行巡查過程中,消耗了較多時(shí)間成本與人力成本,最終取得的效果也不理想。通過應(yīng)用視頻監(jiān)控方式進(jìn)行監(jiān)察監(jiān)管,可以更好進(jìn)行成本管控,針對(duì)圖片進(jìn)行更快捷的實(shí)時(shí)傳送,全面實(shí)現(xiàn)監(jiān)管工作自動(dòng)化。如何實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)化的國土視頻監(jiān)控是當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

國土視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展可以分為兩個(gè)時(shí)期:① 傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控時(shí)期;② 結(jié)合GIS的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控時(shí)期。傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備有自身局限性,通過這種裝備顯示的圖像一般都是局部的,缺乏整體性:受光線等因素干擾,削弱了視頻監(jiān)控的空間位置感,且不能實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控?cái)z像頭的聯(lián)動(dòng)。結(jié)合GIS的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用GIS系統(tǒng)成熟技術(shù),通過接口將其嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中,是監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。目前已有的結(jié)合GIS的國土視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要使用GIS顯示靜態(tài)地圖信息。國土部門進(jìn)行視頻監(jiān)管時(shí)需要結(jié)合年度影像、年度衛(wèi)片、土地利用現(xiàn)狀圖、規(guī)劃圖等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),不僅需要監(jiān)控具體宗地的實(shí)時(shí)狀況,且需要使用系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)并及時(shí)比對(duì)分析實(shí)時(shí)畫面。

而目前視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在現(xiàn)有結(jié)合GIS的國土視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方式僅作為空間實(shí)體的一種屬性信息對(duì)待,缺乏在同一空間框架下根據(jù)國土業(yè)務(wù)對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行解讀的方法:導(dǎo)致現(xiàn)有國土視頻監(jiān)控系統(tǒng)不能將視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合分析,未能發(fā)揮GIS在處理復(fù)雜空間數(shù)據(jù)方面的能力,難以滿足國土部門的業(yè)務(wù)需求。

為了能夠根據(jù)國土業(yè)務(wù)規(guī)則對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合國土部門核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),發(fā)揮了GIS在處理復(fù)雜空間數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢(shì),形成了高效的國土實(shí)時(shí)視頻監(jiān)管體系,大大提高了國土視頻監(jiān)管智能化水平。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

國土視頻監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)結(jié)合中國移動(dòng)公司基站鐵塔資源,利用網(wǎng)絡(luò)球機(jī)攝像頭采集實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù),采集的數(shù)據(jù)通過中國移動(dòng)公司的光纖寬帶傳送到具有控制、保護(hù)、計(jì)算功能的移動(dòng)公司視頻監(jiān)控管理平臺(tái)中。系統(tǒng)整個(gè)架構(gòu)體系包括信息采集系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和顯控系統(tǒng),其中信息采集系統(tǒng)以云臺(tái)+網(wǎng)絡(luò)球機(jī)攝像頭為主,通訊系統(tǒng)以移動(dòng)光纖為主,顯控系統(tǒng)以最新的GIS系統(tǒng)為主,結(jié)合視頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)等手段搭建而成(圖1)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

如圖1所示,基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)總體架構(gòu)分為3個(gè)層次。

(1)獲取數(shù)據(jù)層是工程的前期準(zhǔn)備階段。通過架設(shè)鐵塔獲取高清攝像頭坐標(biāo)信息、相關(guān)參數(shù)信息,設(shè)置預(yù)設(shè)位置,外業(yè)精確定位預(yù)設(shè)位置,為初始預(yù)設(shè)位置照片添加預(yù)設(shè)紅線。

(2)智能預(yù)警層是項(xiàng)目工程的主要階段。該階段對(duì)拍攝照片進(jìn)行智能處理分析,自動(dòng)檢測(cè)圖片變化區(qū)域,將變化量和原始照片做對(duì)比,進(jìn)行一次預(yù)判,再比對(duì)紅線框取區(qū)域,確定預(yù)判是在違法用地高發(fā)區(qū)、建設(shè)用地批后區(qū)或基本農(nóng)田區(qū)后執(zhí)行二次預(yù)判。最后將預(yù)警結(jié)果以短信或微信方式自動(dòng)發(fā)送至區(qū)域負(fù)責(zé)人。

(3)外部接口層是外接“一張圖”政務(wù)內(nèi)網(wǎng)接口,區(qū)域執(zhí)法負(fù)責(zé)人接到系統(tǒng)智能預(yù)警結(jié)果后經(jīng)人工判別確定是否進(jìn)行實(shí)地勘察。如屬實(shí),進(jìn)入內(nèi)部政網(wǎng)系統(tǒng)填寫執(zhí)法回執(zhí)單,完成執(zhí)法任務(wù);如誤判,則亦要進(jìn)入內(nèi)部政網(wǎng)系統(tǒng)填寫執(zhí)法回執(zhí)單,執(zhí)法巡查結(jié)束。

2 關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)

2.1 實(shí)時(shí)視頻與照片

使用系統(tǒng)后用戶可瀏覽視頻點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻、點(diǎn)的具體信息、可視域的信息,實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)控視頻點(diǎn)與電子地圖的雙向聯(lián)動(dòng)與控制。瀏覽視頻點(diǎn)指定預(yù)置位的照片瀏覽時(shí),用戶可以按照時(shí)間段查找,若某一張照片有告警信息,則有方框高亮顯示(圖2)。

2.2 預(yù)警比對(duì)

圖2 實(shí)時(shí)視頻與照片

對(duì)于主要違法用地高發(fā)區(qū)、建設(shè)用地批后區(qū)、基本農(nóng)田區(qū)等區(qū)域,需要通過對(duì)預(yù)置位照片進(jìn)行比對(duì),利用圖像檢測(cè)技術(shù),準(zhǔn)確判斷照片變化量信息,自動(dòng)檢驗(yàn)圖片的變化量。即比對(duì)前期圖像和后期圖像,經(jīng)過一系列智能分析,對(duì)違法行為進(jìn)行一次預(yù)判,然后配合區(qū)域紅線再次分析從而進(jìn)行二次預(yù)判,若有違法行為,自動(dòng)通知片區(qū)所屬負(fù)責(zé)人,完成智能預(yù)警。

2.3 “一張圖”聯(lián)動(dòng)

該系統(tǒng)將內(nèi)嵌在已經(jīng)建設(shè)的國土資源“一張圖”平臺(tái)中,可以對(duì)電子地圖進(jìn)行交互式訪問,在空間數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上將應(yīng)用數(shù)據(jù)與地圖有機(jī)結(jié)合,能夠?qū)ο嚓P(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的空間分析,并且能將分析結(jié)構(gòu)直觀地展示在用戶面前。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于Web的視頻監(jiān)控技術(shù)

近幾年來,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)有了較大發(fā)展,人們開始廣泛關(guān)注基于Web的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其工作原理是:視頻服務(wù)器上安裝Web服務(wù)器,前置攝像機(jī)傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后,傳送到Web服務(wù)器,用戶使用瀏覽器查看視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),在經(jīng)授權(quán)后可通過云臺(tái)控制攝像機(jī)做出各種指令動(dòng)作。

3.2 基于國土資源“一張圖”本底數(shù)據(jù)的GIS服務(wù)聚合技術(shù)

基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)的核心是“一張圖”本底數(shù)據(jù)庫。通過“一張圖”統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和服務(wù)體系,可以將國土管理部門各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、歷年影像、衛(wèi)片等地理信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一放到一個(gè)空間框架下進(jìn)行管理,為后續(xù)視頻數(shù)據(jù)的空間映射提供便利。此外,這些聚合服務(wù)還包括外部插件服務(wù),可以便捷地和其他部門共享數(shù)據(jù)。

3.3 圖像變化監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)需要對(duì)拍攝照片變化量進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),得出分析結(jié)果,結(jié)合一張圖專題數(shù)據(jù)進(jìn)行智能預(yù)警。本系統(tǒng)中應(yīng)用變化檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)流程如下。

3.3.1 影像預(yù)處理

遙感影像幾何配準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)多時(shí)相遙感影像變化檢測(cè)的關(guān)鍵。本項(xiàng)目采用特征點(diǎn)提取、特征點(diǎn)優(yōu)選、粗匹配、精匹配計(jì)算流程,實(shí)現(xiàn)兩期影像的配準(zhǔn)。

3.3.2 閾值法變化檢測(cè)

對(duì)配準(zhǔn)后的兩期圖像數(shù)據(jù)利用閾值法進(jìn)行變化檢測(cè)。由于配準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)在空間上已經(jīng)準(zhǔn)確匹配,發(fā)生變化的像元或?qū)ο笤诹炼?、紋理特征、幾何結(jié)構(gòu)等方面都具有典型區(qū)別:主要體現(xiàn)在像元亮度變化上。為此,本項(xiàng)目選用閾值法對(duì)發(fā)生變化的像元進(jìn)行檢測(cè),主要算法包括:圖像濾波、變化向量構(gòu)建、閾值選取、變化檢測(cè)。

3.3.3 變化范圍標(biāo)識(shí)和量化

對(duì)兩期數(shù)據(jù)中發(fā)生變化的像元進(jìn)行量化,使用變化像元的個(gè)數(shù)與總像元個(gè)數(shù)進(jìn)行對(duì)比,若超出一定比例范圍(如30%),則會(huì)預(yù)警;否則,不預(yù)警,將圖像存入數(shù)據(jù)庫。對(duì)變化的像元或區(qū)域在結(jié)果處理圖像中進(jìn)行高亮顯示,標(biāo)識(shí)出可能發(fā)生變化的區(qū)域。

4 結(jié) 語

(1)基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)合理、功能強(qiáng)大、實(shí)用性好,能夠?qū)⒁曨l數(shù)據(jù)根據(jù)國土業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行解讀并應(yīng)用到國土管理中。

(2)但是系統(tǒng)也還存在一些不足之處,需在日后進(jìn)一步升級(jí):如圖像自動(dòng)對(duì)比功能不夠完善,塔基視頻監(jiān)控布局存在較大盲區(qū)等。此外,視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻軌跡分析、高清視頻存儲(chǔ)等技術(shù)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)與三維GIS的集成應(yīng)用還有待后期研究。

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