2019年視頻地理信息系統關鍵技術及其應用.pdf

1、視頻地理信息系統關鍵技術及其應用南京師范大學地理科學學院江蘇省地理信息產業研究院公共管理與社會安全的現實需求我國每年由公共安全問題造成的非正常死亡約20萬人，傷殘約200萬人，造成的經濟損失約占GDP總量的5%各級管理部門迫切需要對現實世界透徹的感知和控制手段，提升公共事件的管理與應對水平現實世界：靜態場景+動態目標地理信息系統視頻監控技術地理信息系統和視頻監控技術的互補現有地理信息技術側重靜態場景的表達，缺少動態場景感知能力以幾何-屬性為基礎的現有GIS數據模型難以支持動態變化、內容豐富、關系復雜的視頻信息的表達、分析與可視化。地理信息系統和視頻監控技術的互補現有視頻監控技術側重圖像空間的分

2、析，忽略地理空間時空格局GIS操作者只看一張地圖（場景）視頻監控操作者則必須看復數的視頻畫面地理信息系統和視頻監控技術的互補現有視頻監控技術側重圖像空間的分析，忽略地理空間時空格局追壞人闖紅燈“以管窺豹，缺乏全局性”地理信息系統與視頻監控技術的集成方式特點相機位置作為點要素管理視頻數據作為外掛屬性GIS和視頻功能獨立開發優點松耦合，開發難度低缺點視頻的覆蓋范圍沒有空間表示視頻中的人車等目標沒有空間位置GIS的要素無法在視頻中反映GIS的空間分析無法在視頻中使用最常見的松散集成方式地理信息系統與視頻監控技術的集成方式特點相機位置作為點要素管理視頻數據作為外掛屬性GIS和視頻功能獨立開發優點松耦合

3、，開發難度低缺點視頻的覆蓋范圍沒有空間表示視頻中的人車等目標沒有空間位置GIS的要素無法在視頻中反映GIS的空間分析無法在視頻中使用最常見的松散集成方式動態紋理地理信息系統與視頻監控技術的集成方式特點相機位置作為點要素管理視頻數據作為外掛屬性GIS和視頻功能獨立開發優點松耦合，開發難度低缺點視頻的覆蓋范圍沒有空間表示視頻中的人車等目標沒有空間位置GIS的要素無法在視頻中反映GIS的空間分析無法在視頻中使用最常見的松散集成方式問題根源：外掛！視頻是一種天然的地理空間數據！空間分辨率時間分辨率地圖投影視頻地理信息系統視頻GIS是指處理、分析、表達和管理視頻/地理視頻數據為特征的GIS需要解決視頻與

4、地理空間統一表達、流數據組織與管理、視頻地理分析、視頻虛實融合可視化等技術難題可服務于公安、交通等所有對實時信息、動態信息有需求的行業和部門。更為廣泛的意義上，可服務于所有對空間信息有需求的領域。研發歷程視頻GIS關鍵技術研究（國家863計劃項目，2007AA12Z238），2007-2010視頻GIS與突發公共事件的感知控制系統（國家科技支撐計劃項目，2012BAH35B02），2012-2015基于視頻監控數據的區域地理場景中人群特征分析（國家自然科學基金，41301415），2014-2016監控視頻的三維空間覆蓋模型研究（國家自然科學基金，41401442），2015-2017全息地圖

5、獲取與位置信息聚合技術（國家重點研發計劃，2017YFB0503500），2017-2021地理視頻結構化與檢索方法研究（國家自然科學基金，41771420），2018-2021自主知識產權的核心技術與軟件平臺空間化視頻GIS核心技術體系結構化虛實融合化 統一視頻和地理數據時空基準 展現監控覆蓋范圍和優化布局 將地理要素映射到視頻畫面中 將GIS空間分析引入視頻數據中 檢測與跟蹤視頻中的人/車對象 分析視頻中的人群密度和速度 將分析結果疊加到GIS中 將實時視頻圖像疊加到GIS中 將空間數據疊加到實時視頻中視頻GIS核心技術 I：視頻空間化視頻空間化是指通過技術手段獲得相機的位置、姿態、焦距等

6、（內外方）參數，進而獲得覆蓋范圍以及視頻圖像中每個像素對應空間位置。概念定義視頻GIS核心技術 I：視頻空間化相機類型槍機球機云臺鏡頭類型普通廣角遠視長焦畸變類型桶形畸變切向畸變枕形畸變運動類型靜止平移旋轉縮放場景類型室內室外高空定位方式有信號無信號技術難點 1：工況復雜多變視頻GIS核心技術 I：視頻空間化技術難點 2：完全依靠實測，工作巨大完全依靠人工，工作量巨大高空相機，難以辨認視頻GIS核心技術 I：視頻空間化視頻地理空間化軟件（1）集成針對不同工況的多種標定方法（2）持續跟蹤，解決相機運動的問題（3）定位定向，精度達到亞米級（4）支持不同類型相機，無需改造視頻GIS核心技術 I：視頻

7、空間化（1）明確所有相機的空間位置與姿態，為相機的管理與維護奠定基礎服務于相機管理者，如公安、物業、工廠、工地等。（2）明確所有相機的覆蓋區域，為相機優化布局奠定基礎除相機管理者，還可服務于相機安裝者，如監控相機廠商、實施商等。（3）使得GIS空間分析可以應用到視頻數據中服務于所有視頻監控使用者或視頻GIS系統建設者。（4）為后續視頻視頻結構化和虛實融合提供基礎視頻GIS核心技術 I：視頻空間化應用案例：相機布局展示與優化視頻GIS核心技術 I：視頻空間化應用案例：相機布局展示與優化視頻GIS核心技術 I：視頻空間化應用案例：相機布局展示與優化覆蓋區域盲區107111113103104盲區盲區

8、盲區盲區覆蓋問題：1.樓梯間、大廳未覆蓋2.需重點關注的房間門口未覆蓋儀器實驗室視頻GIS核心技術 I：視頻空間化應用案例：相機姿態實時監測 相機偏移自動報警 和云臺參數相互補充視頻GIS核心技術 I：視頻空間化應用案例：視頻-地理空間分析視頻GIS核心技術 I：視頻空間化應用案例：視頻-地理空間分析視頻GIS核心技術 I：視頻空間化應用案例：視頻-地理空間分析視頻GIS核心技術 I：視頻空間化應用案例：視頻-地理空間分析視頻GIS核心技術 II：視頻結構化視頻結構化是指通過計算機視覺與機器學習等技術手段，檢測與跟蹤視頻圖像中的人/車等個體目標，分析人群/車輛的統計特征和運動特征，并將分析結果

9、疊置在GIS系統中展示。概念定義視頻GIS核心技術 II：視頻結構化視頻結構化服務器KafkaCluster+GeoEvent計算機視覺+機器學習RTSP視頻流圖像識別結果視頻在線可視化視頻在線可視化空間化空間化GIS實時可視化GIS實時可視化人/車檢測與跟蹤人/車檢測與跟蹤人流/車流計數人流/車流計數異常行為分析異常行為分析 自主結構化模塊 可替換類似模塊 自主空間化模塊 GIS實時可視化 支持多類型分析視頻GIS核心技術 II：視頻結構化視頻結構化服務器視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：行人檢測與跟蹤視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：機動車輛檢測與跟蹤視頻GIS核心

10、技術 II：視頻結構化應用案例：車型識別視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：非機動車檢測視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：人群密度檢測視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：人群密度檢測視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：人群計數視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：視頻地理圍欄視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：異常行為檢測視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：低成本人流監測視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：結構化視頻壓縮存儲通過動靜分離，既減少了數據存儲量，又便于對象的識別、分類與各類分析的展開。前景背景原始視頻視

11、頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：結構化視頻壓縮存儲原始視頻：136MB前景對象：3.04MB背景圖片：157KB合成視頻：3.2MB壓縮比：2.4%視頻GIS核心技術 II：視頻結構化應用案例：城市聲環境重建,=,+=.,道路道路段段車輛車輛行駛產生的噪聲級行駛產生的噪聲級；第第i段段的長度的長度修正值；修正值；距離距離衰減修正值；衰減修正值；地表地表吸收和氣候吸收和氣候修正修正（與高度和距離相關）（與高度和距離相關）；遮擋遮擋物（建筑物或聲屏障）衰減修正值。物（建筑物或聲屏障）衰減修正值。道路道路段段平均平均噪聲噪聲；,道路道路段段第第i i段段平均平均噪聲噪聲；視頻GIS核心技

12、術 III：視頻虛實融合化虛實融合化是指打通虛（GIS）和實（視頻）之間的壁壘，可以將視頻畫面疊加到GIS中展現，也可將GIS數據疊加到視頻中展現，還可將視頻和視頻疊加，甚至可以讓單視點的GIS畫面，變成多視點的虛擬現實游戲。概念定義VR AR MR視頻GIS核心技術 III：視頻虛實融合化視頻疊加GIS的可視化方法視頻作為獨立窗口顯示視頻作為動態圖層疊加顯示視頻GIS核心技術 III：視頻虛實融合化視頻疊加GIS的可視化方法（混合現實，MR）視頻GIS核心技術 III：視頻虛實融合化基于外掛技術的視頻疊加GIS可視化方法（混合現實，MR）視頻GIS核心技術 III：視頻虛實融合化基于外掛技術

13、的視頻疊加GIS可視化方法（混合現實，MR）視頻GIS核心技術 III：視頻虛實融合化視頻疊加GIS的可視化方法（混合現實，MR）視頻GIS核心技術 III：視頻虛實融合化運動視頻疊加GIS可視化方法（混合現實，MR）視頻GIS核心技術 III：視頻虛實融合化GIS疊加視頻的可視化方法（增強現實，AR）相機拍攝的視頻對應于現實世界，空間數據庫或地理模型對應于虛擬世界。通過相機的實時標定與跟蹤，將現實世界的視頻疊加到現實世界中，實現增強現實。視頻GIS核心技術 III：視頻虛實融合化視頻疊加視頻的可視化方法（視頻拼接）空間化視頻GIS核心技術體系結構化虛實融合化基礎+空間分析應用面向智能分析的應用面向可視分析的應用敬請批評指正！