车载式地理信息快速采集及数据处理系统研究

宋 珂马 磊丁林可刘怡真朱 茵

（1.河南省地图院，河南 郑州450008；2.河南七彩数字制图有限公司，河南 郑州450008）

车载式地理信息快速采集及数据处理系统研究

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（1.河南省地图院，河南 郑州450008；2.河南七彩数字制图有限公司，河南 郑州450008）

本文主要研究新近发展的网络视频录像技术，快速采集城市地理信息，以满足当前数字城市建设的需要。系统集成了NVR、IPC、GPS，从硬件设备和软件程序两个方面进行研究，设计并开发出一种新的软件及设备，进一步提高当前地理信息采集的工作效率和技术水准。

网络视频录像机；网络摄像机；全球定位系统

1 引言

随着数字城市的不断发展，城市地理信息的获取、管理和更新成为数字城市工程的关键，其空间信息和属性信息是和谐社会可持续发展的基本信息资源。为了进一步提高当前地理信息采集的工作效率和技术水准，本文从硬件设备和软件程序两个方面进行研究，开发并设计出一种新的软件及设备，以满足地理信息调绘工作的快捷性和实用需要。

车载式地理信息快速采集及数据处理系统是通过在汽车上安装地理信息快速采集设备（网络视频录像机NVR、网络摄像机IPC、全球定位系统GPS）,在行驶过程中完成对道路两边街景的地理信息采集，并在后期对采集回来的数据进行处理，最终实现车载导航电子地图和数字城市地理空间框架所需数据的要求。系统集成了新近发展的多种传感器，可以实时地完成车载GPS定位数据、网络摄像机IPC影像数据的采集，相应的数据处理软件具有如下功能：纠正时间后的GPS数据，提供载体的地理位置、时间，经纬度坐标；网络摄像机IPC拍摄的影像数据，提供建筑物的距离、高度或宽度；网络视频录像机NVR，通过网络接收网络摄像机设备传输的数字视频码流，进行存储、管理[1]。

2 系统总体方案

本文设计一种车载式地理信息快速采集及数据处理系统，将新近发展的网络视频录像机NVR、网络摄像机IPC、GPS集成于一体，并开发多源信息复合处理软件，在数据采集过程中，各传感器在系统数据处理软件控制下对城市街景的空间数据和属性数据进行同步采集与同时存储，然后，对不同的数据进行后期的数据内业处理，是自主研发的先进的移动测绘系统[2，3]。

作为移动测绘系统，车载式地理信息快速采集及数据处理系统是一种高度集成化、自动化的数据获取方式，是建立数字城市最具有发展潜力的一种数据获取手段。它不仅用于数字城市地理空间框架的构建，而且可用于导航电子地图建设、高速公路外业调绘等。该系统能在较短的时间内测绘各种对象，因而成为更新地理信息空间数据库的重要手段。本文主要研究新近发展的多种传感器的集成技术，从地面快速采集城市地理信息，以满足数字城市地理空间框架建设的需要[1],工作流程如图1所示。

3 系统硬件构成

图1 城市地理信息快速采集系统工作流程图

系统硬件主要由NVR、IPC、GPS三种传感器,视频采集控制器以及汽车构成，作业示意框图如图2所示。

图2 系统构成示意图

系统以汽车为运载平台，车内紧靠驾驶室设立宽敞的工作台，其上安置NVR、网络交换机和笔记本电脑，车顶安装坚固支架，各支架均使用优质钢管，牢固安置GPS和5个网络摄像机。摄像机方向分别朝向正前方、左、左上、右、右上，以对城市道路两边的街景及高层建筑物上部摄像，所有控制线路均与车内系统视频采集控制器相连接[1]。

3.1 网络视频录像机

NVR（Network Video Recorder）是网络视频录像机，是一类视频录像设备，主要功能是通过网络接收网络摄像机IPC设备传输的数字视频码流，并进行存储、管理，从而实现网络化带来的分布式架构优势。在内业编辑过程中，通过NVR，可以同时观看、浏览、回放、存储多个网络摄像机，实现对通过网络传送过来的数字视频的记录、编辑。

3.2 网络摄像机

IPC(IP Camera)是网络摄像机，是一种由传统摄像机与网络技术结合所产生的新一代摄像机，是一种可生产数字视频流，并将视频流通过有线或无线网络进行传输的摄像机。本系统的网络摄像机IPC，用以获取影像数据，其基本工作原理是：5个网络摄像机以一定的俯仰角，对道路两边的地理信息连续不间断地进行监控及录像，提供建筑物的距离、高度或宽度，在数据处理软件里以通道的形式进行回放、浏览、存储和管理。

3.3 GPS

GPS(Global Positioning System)是全球定位系统，车载GPS按照一定频率接收信号，记录汽车行驶轨迹，在数据采集过程中实时提供目标位置数据，实时获取车载GPS的经纬度和时间。时间同步是移动载体多传感器集成系统的基本要求，由于各个传感器的数据采样频率各不相同，要对不同采集频率的传感器获取的数据进行内插或外推，保持数据采集时间序列同步。本系统分析了GPS数据后处理定位、定姿的精度，通过时间纠正解决多传感器之间的时间不同步问题[3-5]。

4 数据处理软件

本着高效、实用的原则，项目开发了一个高度集成化的地理信息采集系统软件，安装在计算机系统里，包括外业信息采集、外业信息核查、内业编辑工作区和系统设置模块。

4.1 外业信息采集模块

外业信息采集模块是外业视频采集的控制器，主要功能是：对各传感器进行参数设置、启动和关闭操作，以及对传感器采集的数据实时传输和记录，所采集的数据包括网络摄像机录制的视频文件、GPS定位的伪距观测量和导航电文。

系统的工作原理是：车辆以一定速度沿道路前进，GPS观测并记录传感器的位置和姿态数据，网络摄像机同时对城市道路及其两侧的街景等三维场景进行自动快速采集，所有的传感器都受控于计算机系统[6]。

该模块用于监控外业调绘实时进展，在目标调绘区域保证不重复调绘，也不漏掉重要信息。

4.2 内业数据处理模块

在多种传感器集成的车载移动测量系统中，GPS实时提供平台的运动轨迹与方位参数，网络摄像机以人工设定的各种参数连续进行摄像，网络视频录像机接收IPC设备传输的数字视频码流，并进行存储、管理。在内业处理中，利用GPS导航系统为影像传感器提供高精度的位置和姿态数据，快速恢复出城市街区的场景模型，保证每个传感器得到的信息是在同一坐标系下的描述即空间配准，保证各个传感器之间的数据应该在时间上对齐即时间配准，所获取的城市三维目标信息满足当前数字城市地理信息框架建设的需要[6，7]。

在内业编辑区里，通过观看、浏览、回放外业采集回来的视频，依据当地的数字正射影像，把不同通道里显示出来的图像信息，经过时间纠正后，在电子地图上完成添加、修改、删除、编辑poi和地名地址等工作，并补充必要的属性信息，如图3所示。

宋珂(1986-)，女，汉族，本科，助理工程师，主要从事测绘地理信息工程及相关工作。E-mail:115425735@qq.com