增强现实技术在高速公路信息化应用场景解析

2020-06-21刘继胡晓光

河南科技 2020年10期

刘继胡晓光

摘要：本文从视频与空间地理信息的融合、视频与业务数据的融合、视频数据与视频数据的融合三个方面出发，阐述了增强现实技术在高速公路信息化中的应用场景，以期为增强现实技术在高速公路信息化中的应用提供借鉴。

关键词：视频;增强现实;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

增强现实（Augmented Reality，AR），是一种实时地计算摄影机影像位置和角度并加上相应的图像技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界叠套在现实世界并进行互动，实现虚拟数据在真实世界的直观展示[1]。例如，把AR增强技术运用在泛家居行业，当顾客在选购家具的时候，用户只要用手机摄像头对准房间内的任何位置，就可以看到真实尺寸家具摆放在其中的效果[2]。

目前，高速公路安装了大量的摄像机，采集了丰富的视频资源，基本实现了从高速公路入口、路上到出口的全覆盖。同时，高速公路有许多信息管理系统，这些系统功能丰富、数据齐全，但基本都是以列表或图表的形式呈现，不具有直观性。如何将丰富的视频数据与业务数据进行融合是一个需要持续讨论的话题，传统的方式希望将视频数据变成可以检索的结构化视频，但效果并不理想。随着AR技术的诞生，找到了一条新的途径，而且这种方式更加直观、更符合人类的思维习惯和操作习惯。

基于AR技术的视频监控系统可以实现视频与空间地理信息的融合、视频与业务数据的融合、视频与视频的融合。其是一种良好的模式，可以真实、直观、高效地展示数据，并且可以通过历史回溯，将数据发生的时间与视频发生的时间同步展示给使用者。

1 视频与空间地理信息的融合

以视频为载体，通过增强现实技术，将高速公路的地形状况、地理位置、道路部件等信息通过语义标签、图形标签、矢量标签等形式叠加在视频画面中，形成一张视频实景地图，标签支持交互，支持自定义，支持分层分类显示，支持搜索、定位。例如，在润扬大桥上应用本技术时，就将悬索桥立柱的摄像机作为高点摄像机，对大桥进行大场景地图处理，同时利用路侧地点摄像机进行局部场景地图处理。通过基于球形坐标系的摄像机标签跟随算法，可以很好地做到虚拟标签与摄像机的随动[3]，做到摄像机视频与标签的完美融合，从而成功地将视频的像素点对应到视频拍摄的物体的真实坐标上。

由于使用了GPS标签技术，做到视频标签全部摄像机可视，通过实景地图技术，将标签构建在空间信息中，视频中的画面所在区域的标签在其他摄像机也同样可见，做到视频与空间地理数据（地图）的融合。视频与空间地理数据（地图）的融合实例如图1所示。

通过应用AR技术，可以将道路信息特征提前注入视频监控系统，在视频中可直接看到道路行驶的方向，车辆所处位置（如桩号、上下行），从而将其精确地告知监控人员。同时，通过上云的方式对公众开放。对道路情况并不熟悉的车主，面对视频中出现的堵点，其可以第一时间知道拥堵是否发生在自己的前方。

2 视频与业务数据的融合

2.1 机房值守

无人值守的机房、配电房等房间已经安装了摄像机和设备检测传感器，可在摄像机视频中直接查看相关设备状态数据和报警状态，减少监控人员的学习成本和差错概率。对于非电工专业或者机电专业的监控人员，也能准确汇报各种数据或者报警专题。

2.2 交通气象

高速公路交通气象信息来源于气象部门针对高速公路发布的实时气象数据和气象预报数据，也可能来自于高速公路自建的交通气象站的数据。这些数据对应对恶劣天气具有非常重要的意义。但是，有些高速公路管辖路段长度可达几百千米，跨越多个城市，数据用表格方式展示太不直观。如果在视频中查看和处理上述数据，则会使交通气象信息起到良好的作用。

2.3 收费特情

收费车道经常需要处理车型不符、“绿优车”、军车、施工车等车辆。这需要收费车道通过IP电话或者無线、有线对讲设备与监控中心联系。实际上，在处理特情问题的过程中，可以把IP电话作为触发点，在监控大厅的屏幕上投放电话接入车道亭的画面，展示正在收费的车辆信息。这使得监控人员与收费人员的沟通更加直观，有效缩短了特情处理时间。

2.4 设备巡检、养护

设备巡检、养护的融合需要双向的数据交换，也就是既要从设备养护系统获取信息在视频中展示，也要根据视频中的设备发起养护报备，并在视频中对已经完成养护的设备进行完工确认。尤其是对于收费车道较少的收费站，该功能的效果非常明显。未使用本系统前，领导在视频中发现，收费站拥堵并且存在未开启车道的情况，对此，其会直接下达开放道口的指令，而收费站和机电管理人员要经常对此作出解释。视频AR技术成功应用于上述系统后，领导就能直观地看到收费站现场是管理问题还是设备问题或者是维护企业的问题，减少了很多不必要的沟通环节，使设备管理的信息化真正发挥自身优势。

2.5 ETC门架数据展示

之前，断面车流量数据基本来自于交调系统。随着ETC门架系统的推广使用，交通数据采集依赖于RSU设备或者ETC门架上的车牌识别设备，并且可以对车辆进行准确的轨迹回溯和车辆跟踪。将ETC门架系统与视频数据融合，不仅可以展示ETC门架状态、断面车辆等信息，而且能真正做到一车一档，路径准确回溯。

2.6 路面养护、桥梁健康监测

路面养护、桥梁健康监测系统并不是所有高速公路公司都有的系统，虽然该系统使用的频率较低，但相关数据在应对突发事件时却具有非常重要的作用。将养护和检测数据接入AR技术的视频监控系统后，数据的使用频率明显增加，除专业人员使用外，领导和监控人员的关注度也不同程度地提高，這对于应对突发事件具有重要的数据支撑作用。高速公路AR实景安全营运管理系统展示实例如图2所示。

2.7 路产管理展示

路产管理即高速公路资产管理，主要是对道路上的机电设备、交安设施、管线等进行全生命周期的动态管理。通过视频标签可以展示上述设备的全生命周期的变化情况。最关键的是，AR可以提供透视图标签，对道路中的管线等隐蔽工程的使用情况进行直观展示，这些信息必须来源于现有路产管理系统，如果现有路产管理系统数据不足，就无法展示相关信息。将该系统应用于改扩建工程中，可以通过摄像机全面了解现场情况，比图纸更加直观、清晰。

AR技术可以融合的系统还有很多，其不仅是一种展示手段，还是一种控制手段。例如，在AR监控系统中控制情报板、限速标志等现实数据。

3 视频与视频的融合

在视频中增加其他摄像机标签，尤其在高点摄像机中可以俯瞰桥梁全部的摄像机或其他路侧设备。通过点击摄像机标签，可在高点摄像机视频画面中联动查看低点视频，实现多点视频联动。

从地图上看，高速公路是一条细长的线条，仅依靠当前道路沿线几个特定的摄像机根本无法同时覆盖整条高速公路。但是，可以利用视频巡查技术，让路侧PTZ摄像机按照一定顺序进行路面状态检查，使监控人员在定时巡查的基础上进行随机巡查，以及时处理发现的路面问题。

此外，在处理收费特情问题时，需调用收费亭内外部的视频，就要考虑如何将不同角度的视频更直观地展示出来。只有依靠AR技术，根据视频关系，对多路视频进行融合，才能充分发挥高速公路视频的真实效果。

4 系统建设难点

4.1 系统之间互联互通问题

传统建设理念和标准均认为视频数据与业务数据之间不存在关联。为保障数据安全，目前，视频数据与业务数据采用物理隔离，处于不同的网络层。但视频融合技术却突破了这一传统理念，这对高速公路现有的网络系统、安全设置等均提出了新要求。

例如，现有的收费数据与收费视频部署在收费网，而AR监控系统部署在监控网，这就需要跨监控与收费系统工作，会存在数据融合的障碍。

4.2 接口众多

视频AR监控技术是一种展示手段，接入的系统越多，展示的内容越丰富，使用效果就越好。但这势必会造成数据接口众多，接口数据不一致等问题。同时，系统并不是简单部署就能使用的，需要经过一定的开发周期和不断地联调联试，才能愈趋完善。

5 结语