基于全景技术的隧道工程远程会议系统研究*

周 永，马军旗，张志增，程梨明，李 芳，柳志丹，陈军程

（1.中原工学院 建筑工程学院，河南 郑州 450007；2.玉溪市江通高速公路有限公司，云南 玉溪 652600）

引言

近年来，基于计算机技术发展起来的全景监控技术和远程会议系统已被广泛应用于地下工程领域[1]，并极大促进了地下工程的发展。目前，已有许多工作人员对全景监控技术和远程会议系统做了大量研究，其中张茂军等人提出了一种在虚拟空间会议系统中构造虚拟会议空间模型的方法[2]；齐越等人提出了一种虚拟空间会议系统的视觉合成方案，使与会者以替身的形式出现在虚拟空间中，进而实现了与会者的“面对面”交流[3]；李凌等人提出了一种基于感知控制的虚拟空间会议系统的视频传输方案，提高了虚拟会议系统中视频流传输效率[4]；孙立峰等人通过构造出支持参会人彼此间能相互交流的虚拟交互环境，实现了多视点虚拟会议的显示与合成[5]；陈超等人通过对语音识别技术、实时翻译技术以及语音朗诵技术的结合应用，构建出了用于煤矿虚拟现实远程会议实时翻译的应用[6]；苟玉清提出了一种能够融合电视转播车信号调度灵活和远程会议系统传输便捷特点的技术方案，使复杂的异地互传信号变得简洁高效[7]；董长富等人给出了一种基于虚拟现实的音视频设备三维放置模拟训练系统，解决了传统音视频设备部署训练手段匮乏的问题[8]；陈文龙等人通过运用无人机全景技术和计算机网络技术，构建了一个三维全景现场监测平台，实现了无人机全景技术在现场监测中的应用[9]；马勇等人通过通信网络在云服务器上部署隧道通信程序，实现了基于云服务器的变电站启动调试全景监控系统[10]；申伟光通过对全景技术和3DGIS技术融合后应用于煤矿巷道的基本理论和应用场景进行分析，对基于3DGIS的煤矿巷道全景技术有了初步了解[11]。纵观已有研究，全景监控技术和远程会议系统在隧道工程中的应用还是独立开展的，尚未有将两者有机结合和综合应用的研究报道。

本文通过对全景监控技术和远程会议系统各自的优势进行分析，结合隧道工程实例，从优势互补的角度探讨全景监控技术与远程会议系统综合运用的效果。

1 三维全景监控技术

三维全景监控技术是以全景信息采集技术为核心，结合计算机技术和网络传输技术，通过在空间中的一点连续采集镜头范围内的图形，经过处理后合成该视点的无缝隙全景图像，最终利用全景监控显示界面实现全景监控场景的任意视点展示[9]。

全景信息的采集是通过全景信息采集器对监控现场进行影像数据采集，常见的采集方式有：（1）通过全景摄像头直接采集全景信息；（2）利用普通相机连续重合拍摄照片，后期通过人工拼接合成全景图像[12]。本研究选用鱼眼镜头及相关设备作为全景信息采集器。

全景监控视频的网络传输包括有线网络传输和无线网络传输两种方式，有线网络传输的工作原理是通过网线将监控现场的摄像头与外界的主机连接，从而将采集到的影像数据传输到监控显示器上，无线网络传输则通过无线信号中继子系统、无线网桥、交换机等将采集到的影像数据传输到监控显示器上。相比于有线网络传输，无线网络传输具有以下优势：（1）综合成本低，性能稳定。采用有线网络传输常受环境的影响，在面对复杂的地理环境时，有线网络的布设施工周期长、施工不便且无法完成布设的概率较大，而无线网络传输可以摆脱线缆的束缚，安装快捷、维护方便[13]；（2）组网灵活，可扩展性好。工作人员可随时将新设监控点加入到现有网络中，实现了即插即用的可能性[14]。由于隧道内部环境复杂且大型器械频繁施工作业，布设网线不仅影响施工作业，还容易损坏，进而影响整个监控系统的正常工作，所以本研究在网络传输方面采用无线网络传输。

三维全景视频监控的工作原理是将静态的图片转化为动态的视频图像，从而使其不仅具有景深、动态图像、声音等包罗万象的因素，还具备声画对位、声画同步的功能。相比实际工程中普通视频监控视角单一、效率低、对施工管控作用小、信息缺失等的问题，三维全景视频监控基于全景监控摄像、实时视频和图片传输等技术进行集成，实现多视角全方位监控，对隧道施工关键部位、关键行为适时有效监控。用户可通过左右360°和上下180°全方位视角任意观看监控场景，从而产生身临其境之感。

全景监控系统早期常作为全景行车可视辅助系统用于汽车领域，随着计算机技术的快速发展，相关硬件及软件技术的不断增强以及成本的不断降低，全景监控系统逐渐被应用于各个行业。近年来全景监控系统在地下工程领域的应用也得到了大力发展。

目前，全景监控系统在隧道工程中的用途有以下几个方面：（1）实现各级主管对隧道现场的及时掌控；（2）项目负责人可随时随地掌控不同现场的施工进度；（3）方便领导视察，无需进入施工现场，即可了解隧道现场的全部情况；（4）全面提升地下工程的管控指挥、风险辨识及迅时响应水平等。

但是目前的全景监控系统只能实现远程多屏监控，并不能实现多区域同屏会议交流，这恰好是远程会议系统的优势。

2 远程会议系统

远程会议系统是指至少有两个距离较远的用户通过多媒体设备和网络线路实时传送各终端之间的图像、语音及文件等的现代化办公会议系统[15]。其源自于1964年Bell实验室最早研制出的可视电话，其随着互联网的不断发展也经历了多个发展阶段，仅网络介质便已从最初的公共交换电话网络发展到现如今的互联网[16]。

远程会议系统分为电话会议系统、网络会议系统以及视频会议系统三类，其中电话会议系统主要通过多方互联的方式把会议主控人与分散多地的与会者组织在一起，然后通过电话进行多人异地会议交流；网络会议系统主要用于协同办公，具有数据共享、面对面交流等功能；而视频会议系统主要通过声音、影像以及资料的互传，实现异地沟通交流的目的。本研究主要通过网络会议系统进行探讨。

目前市面上的远程会议系统已经非常成熟，国外也正在研发和虚拟现实技术相结合的新型办公会议系统。远程会议系统凭借实时互动、多点交流、资源共享及简单可靠的特点，不仅可以加快企业内部对各项工作的决策和传达，还能降低用户成本，提高用户沟通管理效率[17]。现已被广泛应用于医疗、教育、金融、科技以及电信等领域[18]。

现阶段，远程会议系统在隧道工程方面的应用，仍然是常规的室内会议交流，在探讨施工现场问题时，主要通过将二维照片和视频传输到会议各终端，然后进行网页共享、电子白板同步交流。由于二维照片和视频的局限性，常致使现场还原模糊，与会者不能直观了解施工现场，进而影响到会议的效果，而这恰好是全景监控技术的优势。

3 全景监控技术与远程会议系统的优势互补

隧道工程属于地下建筑工程，具有隐蔽性强、施工环境恶劣的特性，在其施工过程中常存在较大的安全隐患，不适宜大量人员随时进出施工现场，但由于其施工工艺流程复杂，在施工过程中常遇到各类施工技术难题，需要技术人员随时指导以及各级主管人员的随时巡视。而全景监控技术完美的解决了这一问题，全景监控系统具有360°无死角监控及实时视频传输的功能，技术人员及各级主管人员可通过全景监控界面清楚了解施工现场实况，进而做出相应的指导和指挥工作，避免了长期滞留在隧道现场的情况，为工作人员的安全做出了极大的保障。但全景监控系统仅支持多终端浏览并不能进行信息交流，在遇到突发事件及特大技术难题时，仍需多名相关专家通过视频会议或从全国各地赶至工程现场，对工程现场勘察后给出解决方案。

在多方异地音频交流方面，远程会议系统具有极大的优势，文件传输、面对面交流、同步网页及电子白板书写早已成为可能，但远程会议系统目前多支持室内办公室会议，在隧道工程会议中还未能实现与会者多人同步观察施工现场场景的功能，大多依托于二维图片及视频进行分析交流，在此过程中常存在缺少感性认识、沟通效率低下等问题。

在隧道施工现场全景信息显示方面，远程会议系统不能实现多人异地同时观察隧道现场信息；在音频交流方面，全景监控系统不能实现各终端之间的音频、数据交流。因此，在隧道工程中实现全景监控技术与远程会议系统在技术上的耦合，将极大的推发动隧道工程在智慧地下工程方面的发展[19]。

远程会议系统作为一个综合性的信息交流平台，可将全景信息采集器采集到的相关信息进行集成整合，然后实现异地展示交流。将全景监控技术融合到远程会议系统之中，既增强了全景监控技术的影像展示功能，又使远程会议系统的音频信息交流功能得到了充分利用。

4 工程应用实例

以某在建隧道工程为例，在隧道施工现场按要求定点布设全景信息采集器，然后根据隧道内部实际情况布设相应的中继点，最终全景监控系统通过无线网桥将全景信息器采集到的全景信息传输到交换机，再通过交换机将全景信息传输到项目部的监控主机中，流程如图1所示。

为实现隧道工程的全景远程会议交流，需将会议系统位于项目部终端的影像获取端口转换为全景监控系统的全景信息输出端口，主要是通过项目部的会议主控人在发起远程会议之前将隧道全景监控记录文件夹设置为远程会议系统影像采集的的默认文件来实现，在网络会议接通后，隧道施工现场的全景信息便通过远程会议系统的音频服务器传输到其他会议终端，系统构架如图2所示。

图1 全景监控信息网络传输流程图

图2 系统构架示意图

前期的技术耦合工作完成后，即可实现基于全景监控技术的隧道工程远程会议交流。在会议发起前，会议主控人需通过其他信息交流软件通知参会人员本次会议采用的会议软件及会议召开时间；开会时，位于项目部的会议主控人通过虚拟现实会议软件邀请分散在全国各地的会议参与人参加会议；会议接通后，会议主控人的显示界面在其他各会议终端显示为隧道现场场景，其他会议终端用户可选择该界面为显示屏主界面，佩戴上虚拟现实远程会议系统配套的VR头盔、眼镜等即可身临其境的感受隧道现场场景并进行相应的会议探讨和交流。而会议主控人在会议中可根据各终端用户的需求，通过监控主机上的监控指令来切换和调整界面中的隧道场景，从而实现隧道施工现场在会议中的无死角展示，远程会议交流过程中各终端的显示界面如图3所示。

基于全景监控技术的隧道工程远程会议系统具有以下几个方面的功能：（1）在工程方面，在隧道施工遇到技术难题时，可及时召开专家组远程会议，专家们在各终端即可身临其境的观察隧道现场情况并进行有效的信息交流，便于各方人员在短时间内详细了解工程现状并商讨解决方案；（2）在工程管理方面，管理人员及公司高层无需亲临现场，可通过召开基于全景监控技术的隧道工程远程会议，在会议终端直接观察工程现场全景、了解施工进度，根据施工情况和进度及时对下级人员做出下一步的工作安排，进而减少管理人员往返于现场的时间，提高工作效率。（3）在教学方面，解决了学校不能大规模组织学生去隧道现场调研实习的难题，学校可通过基于全景监控技术的隧道工程远程会议系统开展现场教学，使老师和学生无需到达隧道现场也能身临其境的感受隧道施工场景。校外导师可通过系统对学生直接开展工程现场教学分析，一方面，为师生的人身安全提供了保障，另一方面，使学生们脱离了书本上的死知识，达到直接认知的效果，从而使得教学效果更为显著。

图3 远程会议信息交流终端界面显示图

5 结束语

全景监控技术与远程会议系统在地下工程领域均已广泛应用。全景监控技术具有全景影像实时传输、远程多屏同步观看等优势，远程会议系统可提供远程异地音频交流、数据共享、网页同步等功能，将全景监控技术与远程会议系统耦合后应用于隧道工程之中，使两者的优势互补，不仅解决了普通远程会议由于其二维照片和视频的局限性，致使现场还原模糊，与会者不能直观了解工程现场，进而影响商讨方案时长和准确性的问题，也解决了全景监控系统无法多终端音频交流的问题，进而极大推动智慧地下工程的发展。