2 2 2 三维 G IS与视频监控系统的集成与应用研究 (1. 中国石油大学 (华东 ) 地球资源与信息学院 ,山东 青岛 266555; 2. 山东科技大学 黄丙湖 1 ,韩李涛 2 ,孙根云 1 ,陈 　龙 1 测绘科学与工程学院 ,山东 青岛 266510) In tergra tion and Applica tion s of 3D G IS and V ideo Surve illance HUANG B inghu, HAN L itao, SUN Genyun, CHEN Long 2011年 　第 1期 　　　黄丙湖 ,等 :三维 GIS与视频监控系统的集成与应用研究 94 　　文章编号 : 0494 0911 (2011) 01 0049 03 中图分类号 : P208　　　　　　文献标识码 : B 摘要 :结合 Skyline软件中的 V ideo on Terrain技术提出一种三维 GIS与视频监控系统相集成的三维地面影像视频监控方案 ,设计 地面影像视频监控系统的软硬件框架 ,分析音视频编码传输原理和视频控制机制 ,实现三维地面影像视频监控原型系统。 关键词 :三维 GIS;视频监控 ; Skyline;地面影像 　　一 、引 　言 随着 GIS的广泛应用 ,集成二维电子地图等空间 位置信息的视频监控系统解决方案在视频监控领域 正逐步走向成熟 [ 1 3 ] 。与传统的单纯获取监控目标的 实时音、视频信息的视频监控系统相比 ,集成了空间 位置信息的视频监控系统在增强用户空间位置意识、 辅助用户应急决策等方面将发挥更大的作用。随着 Google Earth、Skyline Software、GeoFusion以及国内的 “影像中国 ”、Ev Globe、VGEGIS等三维软件的推出 , 三维 GIS在构建数字城市基础平台系统中的地位变 得越来越重要 [ 4 6 ] 。如何把三维 GIS与广泛分布于城 市各个角落的视频监控系统集成起来已成为基于位 置的视频监控系统的研究热点。 在三维视频监控方面 ,目前比较流行的做法是 间断性地从各地实时监控影像中采集出图片 ,以标 注的形式在三维场景中进行显示 。当用户想知道 某地的监控影像时 ,点击该标注即可弹出实时监控 影像截图 。由于网络传输速度等原因 ,该三维视频 监控方式还远没有达到与三维周边信息进行融合 的目标 ,丢失了大量的信息 。为了实现视频监控信 息与三维空间信息的无缝融合 , Skyline近来提出了 地面影像 (V ideo on Terrain)的概念 ,为三维 GIS与 视频监控系统的集成提供了一种良好的解决途径。 通过分布在街道或城市不同位置的实时监控视频 ,经 过网络收集起来并按一定的投影方式发布在三维场 景中 ,形成一系列多个地点在三维虚拟世界的真实演 绎 ,让用户能在室内对各个重要地点进行具有空间感 受的实时监控。针对三维 GIS与视频监控系统的集 成问题 ,本文基于 V ideo on Terrain技术进行了地面 影像监控系统的方案设计及关键问题研究 ,实现了一 个原型系统 ,为类似系统的研究提供了借鉴。 　　二 、基于 Skyline的地面影像视频监控 系统设计 [ 7 9] 　　地面影像视频监控集成系统包括硬件和软件 两部分 (如图 1所示 ) 。硬件设备包括音 、视频采集 设备 (摄像头 、麦克风等 ) ,云台 ,网络服务器 DVS和 硬盘录像机 DVR等视频监控设备以及网络设备 ;软 件系统包括 Skyline系统 、视频控制系统及其二次开 发集成组件等 。系统数据流程为 : 通过音 、视频采 集设备采集的音 、视频信号经过音 、视频编码器进 行编码 ,并以 MPEG4、WMV编码等方式通过流媒体 服务器采用 RTSP通信协议进行流媒体发布 ;在软 件部分通过音 、视频解码器解码后 ,对获得的实时 视频流经 Skyline投影机制投影到三维地形上进行 三维实时显示 。 图 1　地面影像视频监控集成系统整体架构图 　　收稿日期 : 2009 12 18 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (40801158) ;武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室开放基金资助项目 (09 I04) 作者简介 : 黄丙湖 (1977—) ,男 ,山东青岛人 ,博士 ,主要研究方向为数字城市及电子政务 。 

05 测 　绘 　通 　报 　　　　 　　　　　　　　2011年 　第 1期 1. 音 、视频编码协议与传输协议测试分析 视频监控视频流输入到系统时出现视频编码 格式不一定支持的问题 ,应该兼容 Real Networks标 准的 RTSP协议或微软的 MMS传输协议 ,在测试过 程中 主 要 用 到 了 MMS、RTSP 传 输 协 议 、H. 264、 MPEG4、WMV等编码格式 。测试分析结果是 :从系 统平台 支 持 看 , 在 相 应 的 解 码 器 支 持 下 Skyline Pro5. 0目前能够播放 H. 264 格式等视频文件 。从 通信协议方面 , 要求网络服务器同时支持 RTSP、 MMS流媒体协议 (市场上的视频通信协议虽然也标 称带 RTSP协议 ,但有的是具有厂商标示的修改过 的协议或者其他非 Real Networks标准的 RTSP 协 议 ) 。然而 ,测试发现目前无法用 RTSP发布 H. 264 等非常规压缩编码 。因此 ,可以采用 WMV 视频编 码方式和 MMS协议相结合来完成视频流的传输 。 尽管这种方式编码压缩率低 、占用宽带大从而在一 定程度上影响实时监控方面效率 ,但可以保证视频 流成功传输和播放 。 2. 视频控制分析 视频控制分为理想模式和应用模式两种 。 (1) 理想模式 视频控制理想模式应该为当进入到摄像监控 模式的时候 ,视角变化时摄像头即跟着变化 ,这时 会出现以下两种情形 : 1) 当视角向上下左右旋转时 ,云台即向上下左 右进行实时旋转 ,影像能够与地面进行规定精度内 的匹配 。 2) 当摄像机探测到有预定危险行为而进行视 场扫描时 ,三维视角亦及时跟进 。 对于单点监控要求视角变化在三维视图里面 非常迅速 ,这就对云台提出了精度上和时效上的要 求 。因此 ,基于以上情况需做出以下设备要求 : 摄 像机为 360°全实时摄影 ,每一个时刻都能获得任意 方位的实时影像 。从目前的技术来看可以将多个 摄像头同时对摄像点 360°周围进行监控 ,将其影像 传输到硬件的视频拼接服务器进行多视角拼接 ,并 以多视角的影像方式输出视频流 。 (2)应用模式 在实际应用中不能达到以上硬件要求的情况 下 ,就得调整系统的设计方案 。可将由多视角的场 景视角获得监控点视角的方式变化为由监控点单 视角来获得场景视角的方式 。以目前的监控设备 提供的功能来看 ,可以利用监控设备的预置点的功 能对观看视角进行调整 ,必要时可引入预置位的自 动二次微动控制以提高原监控系统的精度 。 3. 分析模块 视频监控系统应用时常会遇到对突发事件进 行应急处理 ,如进行路径搜索 ,提出人员到达事故 现场的最佳解决方案并进行三维模拟演练 。因此 , 地面影像视频监控系统一方面要起到实时监控作 用 ,同时需要提供一些辅助决策分析功能 ,比如事 故地点信息查询 、最短路径巡逻分析 [ 10 ]等 。 Skyline 是三维空间信息系统技术服务的著名提供商 ,在海 量三维数据管理与传输以及场景的高效渲染方面 具有优势 ;而 A rcGIS在空间分析领域则占据主导地 位 。因此监控系统可以融合 Esri强大的网络分析 模块 ,将其置于服务器端来提供网络最佳路径搜索 服务 ,然后将路径搜索结果放置于三维 GIS中进行 显示 ,并按照路径行走方向对周围三维场景进行 巡视 。 　　三 、基于 Skyline的地面影像视频监控 系统的主要功能实现 　　1. 地面影像的加载编辑 加载监控对象视频前 ,首先从摄像机的角度调 整好当前视角 ,在弹出视角调整对话框中设置相应 参数 ,默认视角参数已取为当前视角 ; 当视频加载 后查看是否与地面纹理吻合 ,不吻合时微调监控器 的位置和姿态参数等 ;确定后添加摄像机视角对象 记录到数据库 ,在取得主键的同时添加 Camera对象 记录到内存对象表中 ,并赋予 URL 值和摄像机视角 ID值 ,然后显示出来供用户编辑其他字段 ,再更新 数据库 ;下一步即在二维地图中添加监控点元素 , 并更新对象树使其同步 。 2. 三维最短路径巡逻 三维最短路径巡逻功能可通过 Esri组件编写 的最短路径类实现 ,通过对一系列点进行分析 ,算 出最短路径 。当计算出最短路径后 ,将所有组成路 径的片段添加到 IPolyline中 。由于片段集并不是期 望的有序排列 ,因此还需将其进行拓扑重构为简单 型 ,使其首尾有序 。获得折线后 ,再提取构成折线 的所有有序点集合 ,并以 Skyline规定的形式进行对 象重构生成点集 ,同时在三维场景中生成 Skyline对 象的动态对象 ,并添加先前对象点到动态对象 ,形 成动态对象行走路径 。当观察动态对象时视角是 随该对象改变的 ,因此便可对最短路径周边进行 巡逻 。 3. 视频监控报警 视频 监 控 报 警 过 程 比 较 复 杂 , 表 示 方 式 多 样 [ 11 ] ,主要有 : ①弹出报警时现场截图画面及详细 

­¥ψ‹¶z¶s ­¥ψ‹¶z¶s 2011年 　第 1期 　　　黄丙湖 ,等 :三维 GIS与视频监控系统的集成与应用研究 15 当地信息 ; ②在三维空间进行位置标注 ,可查截图 及详细信息 ; ③二维空间警告位置闪烁 ; ④抬头显 示部分提示简洁文字信息 。 弹出警告窗体模块负责报警信息的显示 、窗体 的可移动 、三维标注和自动延时对象销毁等 。若自 动延时对象一直存在不销毁 ,则屏幕在遇到大量警 告提示时将使用户无法忍受 ,且消耗系统资源等 。 为了降低控件刷新频率 ,二维空间警告闪烁实现主 要是利用屏幕绘图功能 ,而不是对图层元素监控对 象进行操作 ,其效果如图 2所示 。 图 2　视频监控报警效果图 　　四 、结 　论 通过对三维地面影像视频监控技术在软硬件 方面的探讨与应用 ,得出以下结论 : 三维地面影像 视频监控技术的重点在于视频监控的数据流与软 件部分的兼容及其视频的及时性和控制的精确性 要求 ,主要体现在视频编码和传输协议方面 ,以及 在软件设计过程中需要考虑视频数据容量问题 、视 频监控的空间分析功能等 。此外 ,还需要考虑如视 频监控设备的精准实时控制 、视频数据的切割以及 多视频图像的完美融合等众多问题 。 　　参考文献 : [ 1 ] 　王建华 ,祝国瑞 ,毋河海. GIS中可视化媒体的描述与 表达 [ J ]. 测绘通报 , 1999 (2) : 12 15. [ 2 ] 　李欣 ,华一新. GIS和 DVS的集成与应用 [ J ]. 测绘科 学 , 2008, 33 (2) : 200 203. [ 3 ] 　张靓 ,张凌 ,袁华. 视频监控系统中的电子地图的设计 与实 现 [ J ]. 计 算 机 工 程 与 应 用 , 2004, 40 ( 19 ) : 107 111. [ 4 ] 　朱庆 ,高玉荣 ,危拥军 ,等. GIS中三维模型的设计 [ J ]. 武汉大学学报 :信息科学版 , 2003, 28 (3) : 283 287. [ 5 ] 　李清泉. 基于混合数据结构的三维 GIS数据模型与空 间分析研究 [D ]. 武汉 :武汉测绘科技大学 , 1998. [ 6 ] 　杨必胜 ,李清泉 ,梅宝燕. 三维城市模型的可视化研 究 [ J ]. 测绘学报 , 2000, 29 (2) : 149 154. [ 7 ] 　周海兵 ,白玉江 ,沈体雁. 基于 SKYL INE的三维空间信 息库构建技术研究 [ J ]. 测绘与空间地理信息 , 2008, 31 (5) : 115 119. [ 8 ] 　ZHANG J injie, SHEN Tiyan. Research on Construction of scale 3D City Models Based on Skyline Prototype Large System [ C ] ∥Proceedings of SP IE, Geoinformatics 2008. Guangzhou: [ s. n. ] , 2008. [ 9 ] 　HU Yingjie, WU J ianp ing. The Design of Enterp rise Three dimensional GIS Based on Skyline and ExtJS [ C ] ∥The 6 th International Symposium on D igital Earth. Beijing: [ s. n. ] , 2009. [ 10 ] 　徐占华 ,梁建国. 基于 Skyline的最短路径分析算法设 计与实现 [ J ]. 城市勘察 2008 (2) : 31 33. 《遥感精解 (修订版 ) 》出版 [本刊讯 ] 由日本遥感研究会编写 、中国科学院对地观测与数字地球科学中心刘勇卫研究员翻译的《遥感精解 (修订版 ) 》 一书已于 2011年 1月由测绘出版社出版 。 《图解 》是在日本首部遥感教科书《遥感笔记 》(技报堂出版 )的基础上精心编写而成的 。该书由在 摄影测量与遥感学界享有盛誉的亚洲遥感学会和亚洲遥感会议的创始人之一 ,原国际摄影测量与遥感协会主席 、亚洲遥感学 会秘书长 、日本东京大学名誉教授村井俊治先生担任主编 ,并且自其 1992年问世以来一直作为遥感理论与技术的经典教材而 广受欢迎 。《遥感精解 (修订版 ) 》是《图解 (改订版 ) 》的中译本 。 该书深入浅出 ,内容简明扼要而又全面系统地涵盖了遥感理论 、技术与应用的各方面 ,并融合了当前最 新的研究成果 ,充分反映了目前遥感技术及其应用开发所取得的进步 ,特别是日本和亚太地区的技术前沿 。 全书独创的图 (表 )文对开参照的笔记形式 ,纲举目张 ,更易于理解 、查阅和注释 。既可以作为遥感专业学生 的教材或自学用书 ,又可作为遥感专业研究人员随时翻阅的笔记资料和参考工具书 ,还可作为相关管理人 员与相关专业研究人员全面了解遥感的高级科普读物 。 该书为 16开 ,定价 59. 00元 。