增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高速公路信息化應(yīng)用場景解析

劉繼 胡曉光

摘 要：本文從視頻與空間地理信息的融合、視頻與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合、視頻數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)的融合三個方面出發(fā)，闡述了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高速公路信息化中的應(yīng)用場景，以期為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高速公路信息化中的應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：視頻;增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);高速公路;信息化;融合

Abstract： From the three aspects of video and spatial geographic information fusion， video and business data fusion， video data and video data fusion， this paper expounded the application scenarios of augmented reality technology in highway information， in order to provide reference for the application of augmented reality technology in highway information.

Keywords： video;augmented reality;highway;information;integration

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR），是一種實(shí)時地計算攝影機(jī)影像位置和角度并加上相應(yīng)的圖像技術(shù)，是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)。這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界疊套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動，實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)在真實(shí)世界的直觀展示[1]。例如，把AR增強(qiáng)技術(shù)運(yùn)用在泛家居行業(yè)，當(dāng)顧客在選購家具的時候，用戶只要用手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)房間內(nèi)的任何位置，就可以看到真實(shí)尺寸家具擺放在其中的效果[2]。

目前，高速公路安裝了大量的攝像機(jī)，采集了豐富的視頻資源，基本實(shí)現(xiàn)了從高速公路入口、路上到出口的全覆蓋。同時，高速公路有許多信息管理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)功能豐富、數(shù)據(jù)齊全，但基本都是以列表或圖表的形式呈現(xiàn)，不具有直觀性。如何將豐富的視頻數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合是一個需要持續(xù)討論的話題，傳統(tǒng)的方式希望將視頻數(shù)據(jù)變成可以檢索的結(jié)構(gòu)化視頻，但效果并不理想。隨著AR技術(shù)的誕生，找到了一條新的途徑，而且這種方式更加直觀、更符合人類的思維習(xí)慣和操作習(xí)慣。

基于AR技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)視頻與空間地理信息的融合、視頻與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合、視頻與視頻的融合。其是一種良好的模式，可以真實(shí)、直觀、高效地展示數(shù)據(jù)，并且可以通過歷史回溯，將數(shù)據(jù)發(fā)生的時間與視頻發(fā)生的時間同步展示給使用者。

1 視頻與空間地理信息的融合

以視頻為載體，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將高速公路的地形狀況、地理位置、道路部件等信息通過語義標(biāo)簽、圖形標(biāo)簽、矢量標(biāo)簽等形式疊加在視頻畫面中，形成一張視頻實(shí)景地圖，標(biāo)簽支持交互，支持自定義，支持分層分類顯示，支持搜索、定位。例如，在潤揚(yáng)大橋上應(yīng)用本技術(shù)時，就將懸索橋立柱的攝像機(jī)作為高點(diǎn)攝像機(jī)，對大橋進(jìn)行大場景地圖處理，同時利用路側(cè)地點(diǎn)攝像機(jī)進(jìn)行局部場景地圖處理。通過基于球形坐標(biāo)系的攝像機(jī)標(biāo)簽跟隨算法，可以很好地做到虛擬標(biāo)簽與攝像機(jī)的隨動[3]，做到攝像機(jī)視頻與標(biāo)簽的完美融合，從而成功地將視頻的像素點(diǎn)對應(yīng)到視頻拍攝的物體的真實(shí)坐標(biāo)上。

由于使用了GPS標(biāo)簽技術(shù)，做到視頻標(biāo)簽全部攝像機(jī)可視，通過實(shí)景地圖技術(shù)，將標(biāo)簽構(gòu)建在空間信息中，視頻中的畫面所在區(qū)域的標(biāo)簽在其他攝像機(jī)也同樣可見，做到視頻與空間地理數(shù)據(jù)（地圖）的融合。視頻與空間地理數(shù)據(jù)（地圖）的融合實(shí)例如圖1所示。

通過應(yīng)用AR技術(shù)，可以將道路信息特征提前注入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在視頻中可直接看到道路行駛的方向，車輛所處位置（如樁號、上下行），從而將其精確地告知監(jiān)控人員。同時，通過上云的方式對公眾開放。對道路情況并不熟悉的車主，面對視頻中出現(xiàn)的堵點(diǎn)，其可以第一時間知道擁堵是否發(fā)生在自己的前方。

2 視頻與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合

2.1 機(jī)房值守

無人值守的機(jī)房、配電房等房間已經(jīng)安裝了攝像機(jī)和設(shè)備檢測傳感器，可在攝像機(jī)視頻中直接查看相關(guān)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和報警狀態(tài)，減少監(jiān)控人員的學(xué)習(xí)成本和差錯概率。對于非電工專業(yè)或者機(jī)電專業(yè)的監(jiān)控人員，也能準(zhǔn)確匯報各種數(shù)據(jù)或者報警專題。

2.2 交通氣象

高速公路交通氣象信息來源于氣象部門針對高速公路發(fā)布的實(shí)時氣象數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，也可能來自于高速公路自建的交通氣象站的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對應(yīng)對惡劣天氣具有非常重要的意義。但是，有些高速公路管轄路段長度可達(dá)幾百千米，跨越多個城市，數(shù)據(jù)用表格方式展示太不直觀。如果在視頻中查看和處理上述數(shù)據(jù)，則會使交通氣象信息起到良好的作用。

2.3 收費(fèi)特情

收費(fèi)車道經(jīng)常需要處理車型不符、“綠優(yōu)車”、軍車、施工車等車輛。這需要收費(fèi)車道通過IP電話或者無線、有線對講設(shè)備與監(jiān)控中心聯(lián)系。實(shí)際上，在處理特情問題的過程中，可以把IP電話作為觸發(fā)點(diǎn)，在監(jiān)控大廳的屏幕上投放電話接入車道亭的畫面，展示正在收費(fèi)的車輛信息。這使得監(jiān)控人員與收費(fèi)人員的溝通更加直觀，有效縮短了特情處理時間。

2.4 設(shè)備巡檢、養(yǎng)護(hù)

設(shè)備巡檢、養(yǎng)護(hù)的融合需要雙向的數(shù)據(jù)交換，也就是既要從設(shè)備養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)獲取信息在視頻中展示，也要根據(jù)視頻中的設(shè)備發(fā)起養(yǎng)護(hù)報備，并在視頻中對已經(jīng)完成養(yǎng)護(hù)的設(shè)備進(jìn)行完工確認(rèn)。尤其是對于收費(fèi)車道較少的收費(fèi)站，該功能的效果非常明顯。未使用本系統(tǒng)前，領(lǐng)導(dǎo)在視頻中發(fā)現(xiàn)，收費(fèi)站擁堵并且存在未開啟車道的情況，對此，其會直接下達(dá)開放道口的指令，而收費(fèi)站和機(jī)電管理人員要經(jīng)常對此作出解釋。視頻AR技術(shù)成功應(yīng)用于上述系統(tǒng)后，領(lǐng)導(dǎo)就能直觀地看到收費(fèi)站現(xiàn)場是管理問題還是設(shè)備問題或者是維護(hù)企業(yè)的問題，減少了很多不必要的溝通環(huán)節(jié)，使設(shè)備管理的信息化真正發(fā)揮自身優(yōu)勢。

2.5 ETC門架數(shù)據(jù)展示

之前，斷面車流量數(shù)據(jù)基本來自于交調(diào)系統(tǒng)。隨著ETC門架系統(tǒng)的推廣使用，交通數(shù)據(jù)采集依賴于RSU設(shè)備或者ETC門架上的車牌識別設(shè)備，并且可以對車輛進(jìn)行準(zhǔn)確的軌跡回溯和車輛跟蹤。將ETC門架系統(tǒng)與視頻數(shù)據(jù)融合，不僅可以展示ETC門架狀態(tài)、斷面車輛等信息，而且能真正做到一車一檔，路徑準(zhǔn)確回溯。

2.6 路面養(yǎng)護(hù)、橋梁健康監(jiān)測

路面養(yǎng)護(hù)、橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)并不是所有高速公路公司都有的系統(tǒng)，雖然該系統(tǒng)使用的頻率較低，但相關(guān)數(shù)據(jù)在應(yīng)對突發(fā)事件時卻具有非常重要的作用。將養(yǎng)護(hù)和檢測數(shù)據(jù)接入AR技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)后，數(shù)據(jù)的使用頻率明顯增加，除專業(yè)人員使用外，領(lǐng)導(dǎo)和監(jiān)控人員的關(guān)注度也不同程度地提高，這對于應(yīng)對突發(fā)事件具有重要的數(shù)據(jù)支撐作用。高速公路AR實(shí)景安全營運(yùn)管理系統(tǒng)展示實(shí)例如圖2所示。

2.7 路產(chǎn)管理展示

路產(chǎn)管理即高速公路資產(chǎn)管理，主要是對道路上的機(jī)電設(shè)備、交安設(shè)施、管線等進(jìn)行全生命周期的動態(tài)管理。通過視頻標(biāo)簽可以展示上述設(shè)備的全生命周期的變化情況。最關(guān)鍵的是，AR可以提供透視圖標(biāo)簽，對道路中的管線等隱蔽工程的使用情況進(jìn)行直觀展示，這些信息必須來源于現(xiàn)有路產(chǎn)管理系統(tǒng)，如果現(xiàn)有路產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)不足，就無法展示相關(guān)信息。將該系統(tǒng)應(yīng)用于改擴(kuò)建工程中，可以通過攝像機(jī)全面了解現(xiàn)場情況，比圖紙更加直觀、清晰。

AR技術(shù)可以融合的系統(tǒng)還有很多，其不僅是一種展示手段，還是一種控制手段。例如，在AR監(jiān)控系統(tǒng)中控制情報板、限速標(biāo)志等現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)。

3 視頻與視頻的融合

在視頻中增加其他攝像機(jī)標(biāo)簽，尤其在高點(diǎn)攝像機(jī)中可以俯瞰橋梁全部的攝像機(jī)或其他路側(cè)設(shè)備。通過點(diǎn)擊攝像機(jī)標(biāo)簽，可在高點(diǎn)攝像機(jī)視頻畫面中聯(lián)動查看低點(diǎn)視頻，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)視頻聯(lián)動。

從地圖上看，高速公路是一條細(xì)長的線條，僅依靠當(dāng)前道路沿線幾個特定的攝像機(jī)根本無法同時覆蓋整條高速公路。但是，可以利用視頻巡查技術(shù)，讓路側(cè)PTZ攝像機(jī)按照一定順序進(jìn)行路面狀態(tài)檢查，使監(jiān)控人員在定時巡查的基礎(chǔ)上進(jìn)行隨機(jī)巡查，以及時處理發(fā)現(xiàn)的路面問題。

此外，在處理收費(fèi)特情問題時，需調(diào)用收費(fèi)亭內(nèi)外部的視頻，就要考慮如何將不同角度的視頻更直觀地展示出來。只有依靠AR技術(shù)，根據(jù)視頻關(guān)系，對多路視頻進(jìn)行融合，才能充分發(fā)揮高速公路視頻的真實(shí)效果。

4 系統(tǒng)建設(shè)難點(diǎn)

4.1 系統(tǒng)之間互聯(lián)互通問題

傳統(tǒng)建設(shè)理念和標(biāo)準(zhǔn)均認(rèn)為視頻數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之間不存在關(guān)聯(lián)。為保障數(shù)據(jù)安全，目前，視頻數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用物理隔離，處于不同的網(wǎng)絡(luò)層。但視頻融合技術(shù)卻突破了這一傳統(tǒng)理念，這對高速公路現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全設(shè)置等均提出了新要求。

例如，現(xiàn)有的收費(fèi)數(shù)據(jù)與收費(fèi)視頻部署在收費(fèi)網(wǎng)，而AR監(jiān)控系統(tǒng)部署在監(jiān)控網(wǎng)，這就需要跨監(jiān)控與收費(fèi)系統(tǒng)工作，會存在數(shù)據(jù)融合的障礙。

4.2 接口眾多

視頻AR監(jiān)控技術(shù)是一種展示手段，接入的系統(tǒng)越多，展示的內(nèi)容越豐富，使用效果就越好。但這勢必會造成數(shù)據(jù)接口眾多，接口數(shù)據(jù)不一致等問題。同時，系統(tǒng)并不是簡單部署就能使用的，需要經(jīng)過一定的開發(fā)周期和不斷地聯(lián)調(diào)聯(lián)試，才能愈趨完善。

5 結(jié)語

雖然視頻AR監(jiān)控技術(shù)在推廣初期會遇到各種阻力，但其具有的優(yōu)勢使其具有廣闊的發(fā)展前景。隨著高速公路不斷向立體化、智慧化發(fā)展，在視頻中引入AR技術(shù)將成為必然。

參考文獻(xiàn)：

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