浅析基于GIS的视频监控指挥平台

■ 石刚

基于GIS的视频监控指挥平台，把GIS技术与视频监控指挥技术两者融合起来，实现了在电子地图上显示监控点空间位置，实时高亮显示报警监控点位置，点击地图上监控点时，监控画面跳转到相应监控画面等系统特色功能。

背景

随着地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术的发展，人们对地理信息系统技术带来的强大功能的需求越来越迫切，地理信息系统在工程领域中的应用是当前研究的热点，以前在工程应用上难以实现的功能也可以通过结合GIS找到解决方案，其中GIS与工程应用系统相结合的技术以及GIS接收实时数据并快速显示的技术是研究人员关注的重点。基于GIS的视频监控指挥平台，把GIS技术与视频监控指挥技术两者融合起来，实现了在电子地图上显示监控点空间位置、实时高亮显示报警监控点位置、点击地图上监控点时监控画面跳转到相应监控画面等系统特色功能。地理信息系统因其独特的空间分析功能、强大的数据管理能力以及能够快速直观的反应各种行为的特点，其应用于公安行业已成为当今的发展趋势。

警用地理信息平台（Police Geographic Information System Platform，PGIS）是“金盾工程”二期建设任务的三大平台之一，该平台利用空间地理信息技术，以电子地图为基础，以公安宽带网络为依托，以信息共享和综合利用为目标，将各类警务信息空间化、可视化，实现公安基础信息基于空间电子地图的可视化查询和分析，在“金盾工程”的背景下开展基于GIS城市智能防控指挥调度综合平台建设已经具备了多元数据融合、空间分析以及图形的可视化表达能力。它能使情报、推理、分析与其他可用数据融为一体，提供依托于电子地图的清晰而精确的现场态势图像，是适应公安信息化发展、满足日常指挥调度需要、提升公安机关整体战斗力的迫切要求，是一项事关公安科技强警长远发展的基础性工程。

系统组成与工作原理

系统主要由前端设备，数据传输网络，GIS系统，视频监控指挥系统组成。

前端设备

前端设备包括：

1、视频监控设备，利用数字摄像机（包括其它摄像设备）时实拍摄，进行影像的录制存储或传输。

2、GPS定位设备，在单兵、车载等装备GPS，可以实时进行设备位置信息的采集。

3、其他信息收集设备。

GIS系统

GIS系统提供GIS功能与空间数据，在公安系统业务中主要使用警用地理信息平台。警用地理信息平台是以公安信息网络为基础，以警用电子地图为核心，以地理信息技术为支撑，以服务于公安业务可视化管理、综合分析和决策支持为目标的重要信息化基础设施。它原则上由各级公安机关的信息中心或信息通信技术部门负责归口建设、管理和维护，各业务警种不建设PGIS平台，直接基于PGIS平台开展应用建设。PGIS平台由“一个PGIS平台软件、两个基础支撑环境、三个地理数据库”组成。

PGIS平台软件：它是由公安部根据统一的标准规范，基于开放的商用基础GIS软件，统一组织开发的一套可在部、省、市三级分布式部署的平台化软件功能组件，主要由“工具集”、“服务集”、“业务应用模板”和“门户”组成。PGIS平台软件是PGIS平台的核心，它可以为各类业务GIS应用的开发提供可靠的应用服务支撑。

两个基础支撑环境：指的是支撑PGIS平台软件运行的硬件环境和系统软件环境。其中，硬件支撑环境包括服务器、光纤交换机、存储设备、图形工作站、大幅面喷墨绘图仪等；软件支撑环境包括操作系统、商业数据库软件、应用中间件、基础GIS软件等。

三个地理数据库：指的是警用地理信息数据库、标准空间地址数据库、业务地理关联数据库。

视频监控指挥系统

视频监控指挥系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记等部分组成。摄像机将实时视频图像传输到系统控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要的视频图像信息进行录像保存。通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、处理等操作，使录像效果达到最佳。

基于GIS的视频监控指挥平台的工作原理主要是使用GIS系统提供的地理信息服务接口与功能组件，实现视频监控指挥特定的视频业务需求，将电子地图引用到视频监控中，提高视频可视化操作，使用空间数据进行视频图像与地理空间的数据分析，提高监控效果。

系统主要功能

视频监控展示

传统的视频监控系统主要显示局部实时的图像信息，图像的显示受到光线等外部条件的影响，并且难以从整体上联动整个视频监控摄像头群，空间位置感不强。基于GIS的视频监控系统最大的特点是把电子地图的功能和视频监控的功能相结合，使用GIS系统提供的功能与数据接口，将丰富的GIS功能与良好的可视化操作，应用到视频监控中来，解决传统视频监控方式的不足，为特定的应用服务。

主要功能有：

1、在地图上显示每个视频监控点的准确位置，并直观的显示视频监控点位在辖区内的整体部署情况。监控人员可通过查看电子地图，方便的找到某一地点的监控设备进行视频监控。

2、点击电子地图上的监控点，可在电子地图上进行该监控点的实时预览与录像回放，并可对监控点进行云台控制；

3、监控设备空间查询分析，在电子地图上进行框选，框选出需要的视频监控摄像头群，进行多视频监控，选择一条道路或一个地点，定位选择空间地址的周边的所有监控设备，方便地显示进行道路或地址。

4、进行监控点查询定位，点击某一监控点，电子地图立刻切换到目标位置，并高亮显示地图上的监控点；

5、显示监控点详细信息，查看监控点的具体位置、周围建筑和道路情况、监控点的ID、监控点所属的监控室、目前值班人员的姓名电话等信息；

7、实时报警展示，将视频监控产生的告警信息以醒目闪烁的标识展示在电子地图上，并定位告警位置，方便监控人员及时了解告警信息。

8、视频监控可视监控范围展示，方便监控人员能够直观的知道摄像机能够监控的空间范围，清楚监控位置和视点盲区。

9、综合GIS系统应用功能，如电子地图漫游、地址查询、空间查询、路径分析等基础GIS系统功能，丰富系统功能使用。

通过在GIS上展示视频监控，监控人员可以准确、全面、迅速、实时地了解监控摄像头的位置、发生的突发情况、以及周边环境的详细地理布局等有用信息，提高办案效率。

移动单兵、车载视频监控

单兵、车载监控系统是弥补了固定监控点位覆盖不到而采取的移动视频系统，是治安监控系统整体解决方案的重要组成部分。

随着当今社会电子技术和汽车的工业发展，汽车智能应用已经成为了当今研究的主题。智能汽车由无人驾驶代替了原始的人驾驶汽车，通过安装在汽车上的红外线摄像机对其周围进行扫描和监测，并根据计算机、电子地图、传感器等传回的信息进行分析计算，通过系统命令指挥操作汽车[1]。本文通过采用电源模块、单片机控制模块、电机驱动模块和信号采集模块等共同完成了小车的自动循迹功能。

单兵、车载在运行（或临时停止）过程中，车载终端通过GPS接收机获取卫星的定位数据，与摄像头采集的视频实时图像，通过无线传输网络将这些数据传输到监控终端，与监控终端上的电子地图底图匹配，并在地图上显示移动目标的正确位置，从而使监控终端在显示移动视频的同时，也能清楚和直观地掌握移动目标的精确位置。另外，还可以对移动目标的轨迹进行查询以及空间分析操作，便于做出正确决策。

主要功能有：

1、实时位置显示：显示监控目标的方位（地理空间位置）、时间、运动状态轨迹、速度、跟踪图像。

2、车辆实时监控跟踪：现场车辆与指挥中心时刻保持联系、互动，现场车辆的每一个小的运动都在指挥中心掌握之中（包括：车辆的属性、行程跟踪、控制状态、跟踪频率、四周道路情况等），并展示当前位置的实时视频影像信息。并可针对车辆设置特定行车轨迹，对偏移轨迹设备进行告警提醒。

3、历史轨迹跟踪：行程轨迹回放，通过定点、路段、时间段进行单兵、车辆的行程查询等。

4、空间分析。通过路径分析、鹰眼、测距分析等功能，为决策提供支持。

全时空立体可视化技术

传统的GIS系统以显示静态地图信息为主，其显示信息的实时性不够；“全时空立体可视化”技术，将多监控点实时视频拼接融合，对部署在前端的监控摄像头传感器进行全时空融合，从而超越依赖分镜头监控的传统管理和指挥模式，真正实现全场景时空融合环境下的实时全息立体监控。

使用该技术直观地将处在不同位置、具有不同视点视角的分镜头监控摄像实时智能拼接到复杂真实的三维GIS场景中，在单一画面中实现对监控范围整体大场景的实时全局监控；指挥人员无须了解具体监控摄像机位置及覆盖区域，即可在整体区域内跨镜头多区域实时跟踪可疑人物，而无需切换任何摄像头录像屏幕，便于及时指挥和处置各种突发事件。将复杂真实场景包括室内、室外、地下，可以分层显示在GIS场景中，可以从用户所需要的任意视角对整体场景进行全景把握。

在全时空立体可视化技术的基础上，进一步结合全时空智能视频分析技术，可根据客户需求实现跨镜头跟踪、人群趋势分析、多种异常行为报警等，从而快速、高效地实现重点区域安全态势感知、安全威胁分析以及实时指挥。

主要功能有：

1、重点区域大场景监控实时立体监控

实现对各个分镜头视频进行拼接得到整个监控区域的大场景监控，“沉浸式监控巡视区”对整体大场景支持多视点、多视角的实时动态观察，具有视点移动，镜头远近调整，角度旋转等控制。

2、关键路径定制巡航

可自定义巡航路径和巡航速度，系统遵循定制的巡航路线进行对重点区域进行巡航，以代替传统监控系统通过不停切换分镜头视频进行巡航的模式。

3、最佳视角选择

根据用户在三维GIS场景中选中的运动目标，系统自动给出所有照射到该目标的所有摄像视频以方便用户挑选最佳视角进行观察，为运动目标的连续、精确监控提供有效手段，同时也为监控人员迅速获取所需视频信息并及时作出判断和响应提供有力的技术支持。

4、摄像头资源优化布置

通过直观展示辖区摄像头的覆盖范围，为设计摄像头的布置方案、实现辖区的无盲区规划提供直观的科学依据。

5、动静结合实现目标锁定

将高点枪机与低点球机配合应用，实现动静结合的优化显示，对于高视点、大视野的情况，采用高点头进行拼接显示，以满足“全景防护”的实际应用需求，当在全景监控画面中框选出可疑目标或区域时，系统自动调用最佳位置的球机锁定该区域，并可手动调节球机焦距实现细节观察，以满足“目标锁定”的实际应用需求。

6、全场景历史视频回溯

系统支持将历史保存的分镜头视频拼接融合到三维场景里，实现在单一画面的全景还原回溯，可方便地对可疑目标进行全时空正向或反向播放搜索。

结束语

GIS技术是新经济时代新兴的技术方法，它正广泛的应用于国民经济生产的各个领域。将GIS技术与视频监控技术相结合，极大的提升了视频监控的可视化操作体验，丰富了视频监控的功能应用。GIS系统的各种技术已经很好的帮助工作人员从繁杂而枯燥的“盯屏幕”任务解脱出来。相信随着GIS技术的不断发展，未来GIS与视频系统集成技术在工程领域会有更好的前景和更广泛的市场。