3D GIS在城市智能交通管理系统中的应用.docx

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3DGIS在城市智能交通管理系统中的应用

3DGIS在城市公安交警管控平台的应用

文/周世咏

智慧城市研究院主任

深圳市贝尔信智能系统有限公司

正文：

城市交通需求的增长速度远比道路网的发展速度快，交通量急剧上升，交通事故增加，交通拥堵日益严重，能耗、环境污染成为了制约城市发展的突出问题之一。

为缓解交通问题，交警部门需要在建立各种业务应用子系统的基础上，建设公安交通管控中心系统，实现交通管理的科学化、智能化、集成化。

公安交通指挥系统在组织疏导交通、提高通行能力、缓解交通拥堵、减少交通事故、处置突发事件、加快反应速度等方面发挥着重要作用，是提高城市交通管理水平的重要手段之一。

一、对交通监控摄像机的功能需求

为了提高对城市车辆的管理力度，对交通监控摄像机提出了如下要求：

（1）车辆捕获

应能准确拍摄通行车辆的特征图像,并在图像中标明车辆通行数据,如时间、地点、车速、方向等，除了能够捕获按车道规范行使的车辆外，还应该捕获跨车道线行驶的车辆。

在正常车速（5km/h-140km/h）范围内，图像捕获率应达到99%以上。

其中汽车图像捕获准确率=所拍摄的汽车特征图像数/监控区内规范行驶的全部汽车数。

（2）车速检测

能够根据不同车型进行超速违法判别，当车速在40km/h≤V车＜120km/h的速度范围内，测速误差应在-4km之内；当车速在V车≥120km/h范围时，测速误差应在-4%之内。

（3）图像记录

在车辆通过时，系统应能准确拍摄车辆前部特征照片，并将图像存储到磁盘相应目录下，车辆通过的信息写入中心数据库，并在全景图像中标明车辆通行数据，如时间，地点，车速，方向等。

所记录的图像分辨率不低于1280×1024像素点。

在环境无雾包括雨雪天情况下,对监控区域内的规范行驶的车辆要求准确记录车辆和驾驶员特征，应能人眼看清号牌号码、颜色、车辆类型和轮廓、装载情况及前排驾驶员的脸部特征。

前端单套系统至少要存储120万辆车，当超出120万辆车的时候，自动对前面的图像依次进行覆盖。

整个系统至少要保存120万辆车的图像，并采用通用的“JPEG”格式。

（4）车辆识别

系统能自动识别出车辆的全部特征，包括车辆行驶方向、经过时间、地点、车速、车身颜色、车辆类型、车牌号码等。

识别率：

在车辆按道规范行驶下，除“五小车辆”外，白天车牌识别率应不小于90%，准确率应不小于85%，夜间车牌识别率应不小于85%，准确率应不小于75%。

系统在实时记录通行车辆图像的同时，应具备车辆号牌自动识别功能，其用于号牌识别的字符库应齐全，即应能识别在我国道路上行驶的机动车号牌，至少包括GA36规定的号牌（除摩托车号牌、低速车号牌、临时号牌、拖拉机号牌外）、武警汽车号牌和军队汽车号牌等。

识别车型：

系统应能区分车型，并识别黑、蓝、黄、白四种颜色。

二、对布控与GIS的功能要求

随着城市机动车数量的剧增，提高交警执法效率成为一大挑战。

因此，警方要求对“黑名单”中的嫌疑车辆可以自动对比与实时报警，采用声音报警与提示报警相结合的方式，具有“黑名单”数据库管理和维护的功能。

能够按照车型、车身颜色、车牌、速度、流量、日期、时间、地点、行驶方向、违法类别等相关条件对历史数据进行单一或组合方式的精确或模糊查询。

采用浏览方式远程数据查询的方案，可以在公安网上的任何一台经授权的终端上实现历史数据中的车辆信息的远程查询、流量数据的统计、以及查询结果的打印输出。

历史数据根据用户需求定时存储在中心系统中，并提供导出和删除数据的应用界面，授权用户具备数据导出和删除权限。

能够对回放车辆的照片进行亮度、对比度等后期处理，提高车辆照片的人眼辨认率。

布控管理为此要采用多级布控，即：

实现区域布控、模糊匹配布控、布控查询、撤消布控等布控方式。

该系统是一个独立的系统，自成体系，在不依靠其他应用系统的情况下，能够实现对全部进出城车辆的智能监测记录功能。

提高系统应用的广泛性及业务的广泛性，必须能够提供接口与其他公安信息系统相集成，包括与110报警系统的集成、与GIS和GPS系统的集成等其他业务性的应用系统集成。

GIS平台应以城市电子地图信息结合警力分布、道路交通标志标线、隔离护栏、交通管理措施及其它专业化的信息为基础，综合显示拟建道路电视监视、交通信号控制、闯红灯自动记录、公路车辆智能监测等系统的运行情况，设计的GIS平台。

该系统通过简单直观的统一Web界面，除提供基本的空间数据浏览、查询功能外，还可以在电子地图上直观提供实时的城市各主要道路的交通流量、车速、事故发生情况等动态交通信息，以便交通管理人员做出快速响应。

三、对GIS电子地图图层的要求

交警智能交管电子地图系统能在图层上显示公交线路以及正在营运的车辆的位置信息，实现对公交线路的查询，计算不同线路之间的复线率；模拟现实公交线路的运力情况，实现线路的增加、删除等功能；完成现存道路的承载力分析；站牌广告牌使用情况查询等。

（1）图层操作

可以对地图进行放大、缩小、移动、居中、图层选择的功能，地图操作栏如图所示，可根据用户需要进行显示或者隐藏。

（2）线路功能

线路站点标识：

调度终端可以在电子地图上查看的所有线路的情况，用户可以对一条或者多条线路的走向、站点位置进行查看。

并能够根据指定条件进行定位。

车辆标识：

在电子地图界面下，由于被监视的车辆数量较多，用户可以有选择性的指定某一辆或者某几辆车，也可以按线路、按区域进行选择。

实时显示选中的车辆的位置、行驶方向等信息。

特定区域内车辆显示：

可在图层中划出某一路段或者某一区域后，显示选择区域内所有车辆的自编号、所属线路、时间、速度、经纬度等信息。

对于超速、停止、正常运行等不用状态的车辆，能够使用不同颜色表达，颜色定义可根据用户需要进行配置。

停保场标识：

调度终端可以在地图界面下绘出停保场的范围，可显示被选停保场的位置信息。

停保场的具体显示方式可由用户进行配置。

（3）场站信息及时反馈

场站工作和底站工作人员对现场发生的事件，如人员离岗、车辆故障、包车开始和结束等等，都要能够及时的向中心汇报并自动上报数据；当数据中心丢失与某辆车的链接后，也需要由中心发布查询任务到相关场站或底站，在进行人工确认后应当立即向数据中心进行数据上报，以指导发车。

（4）故障弱化

当出现重大故障，如无线公共通讯网络故障时，要能够保证调度中心的发车指令能够继续到达底站，以指导发车和弱化调度；同时，底站工作人员可以进行无纸化的行车日报记录，并在网络恢复正常后将远端数据传送给数据中心，已使得数据完整、报表准确。

（5）系统监控

智能公交系统中的任一环节出现故障，轻则丢失部分数据影响管理和报表完整，重则给发车带来困难，甚至使得整个城市公交瘫痪。

车内信息子系统和站点信息子系统中包含的所有硬件设备以及数据中心子系统中的服务器、计算机和营运调度子系统的软件，需要通过监控确保其稳定运行。

系统监控功能应对智能公交系统运行中出现的软硬件故障在第一时间内发现，并通过短信息等方式立即自动发送给相关管理和维护人员；同时，应考虑到设备与机器的备份与自动切换。

三、GIS在交警管控平台中的作用

交警管控中心系统集成平台建设对于增强指挥中心对全市交通拥挤、重大交通事故、突发事件等特殊事件的快速反应能力至关重要，主要功能需求有：

（1）道路管理信息可视化：

在GIS地图上显示交通管制、交通组织方案，并可录入及编辑方案的相关属性，如方案名称、方案描述、方案执行时间等。

（2）交通态势可视化监控：

实现指挥中心指挥员能对全市交通拥挤、重大交通事故、突发事件等特殊事件进行前期处置。

通过对交通电视监控、交通信号控制、交通信息采集、公路车辆智能监测等系统的实时监视（自动或手动），确定出需要指挥中心处置的事件，不但要对该事件持续观测，并且转到相应的指挥调度软件处理。

（3）交通指挥调度可视化：

采用一机双屏方式，使指挥调度直观，便捷。

（4）特勤任务可视化：

主要以地图作为特勤任务部署的依托，模块提供电子画板，提供警员、警车、设备设施等各种元素，可个性化定制各种特勤部署的元素的图标。

（5）警情分析：

以实时检测数据为依据，对日、周、月警情分析。

通过警情分析，准确掌握警情高发时段、警情高发点段、高发原因，根据分析结果确定启动执勤岗位分级上勤方案。

（6）GIS地图数据更新和维护：

管控中心GIS系统基于现有平台，具备GIS开发工具及地图引擎。

提供持续的电子地图（底图由支队提供）更新维护服务，包括采集市区内交通管理基础数据，并将数据按照不同图层加工到电子地图中，GIS底图各方共用。

（7）GIS平台基本功能

要求提供以下GIS平台显示、操作等功能：

（a）GIS基本显示：

主要矢量图和栅格图叠加显示、比例尺要求、文字标注显示、地图书签管理、鹰眼索引等功能；

（b）GIS基本操作：

主要包括地图缩放、地图平移、地图区域选择、鹰眼功能、详细信息显示、擦除动态对象等基本操作。

（c）GIS基本编辑：

包括地图编辑、显示属性编辑。

（d）GIS地图查询：

主要包括单位选取、地图测量

（e）地图统计：

按照不同范围（点、线、面）对选定区域内的元素属性进行统计。

（f）地图打印输出：

要求将各种信息以专题图的形式分图层显示，对于各专题图可以打印输出，供领导分析决策。

四、二维向三维升级是城市化的要求

地理信息涉及更为广泛的空间相关信息，如高程、卫星遥感、道路交通、POI（餐饮商店等兴趣点）、城市部件、地下管网以及各种与地理位置相关的社会事件等。

测绘地理信息发展“十二五”总体规划纲提出“构建数字中国，监测地理国情，发展壮大产业，建设测绘强国”总体战略。

截止2012年5月份，全国已有260余个地级以上城市开展了数字城市地理空间框架建设。

按照国家测绘地理信息局的规划，到2015年全国所有地级城市和有条件的县级城市都完成地理信息公共平台的建设，从而自下而上地建成数字省区，最终全面实现数字中国。

到2015年，全国将基本建成由“一个网”（全球卫星定位综合服务网）、“一张图”（国家基本比例尺地形图）、“一个平台”（国家地理信息公共服务平台）组成的数字中国地理空间框架。

因此，未来几年，越来越多的中国城市将开始数字城市的建设，越来越丰富的数据和应用也会被加入到数字城市这一公共服务平台。

地理信息产业总体将从政府部门走向企业和大众信息服务，其中，车载导航和个人移动LBS（基于位置的服务，LBS）是典型的地理信息大众应用。

研究显示，导航与位置服务产业在国际上已成为继互联网、移动通信之后的发展最快的新兴信息产业之一，近年来持续保持50%以上的年增长势头，具有十分巨大的市场潜力。

中国《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》要求突破三大核心技术：

（1）泛在精确定位：

城市室内外米级无缝导航定位技术、全球室外亚米级实时精密定位技术；

（2）全息导航地图：

室内外三维米级全信息导航地图数据获取、迭加、融合与更新技术；（3）智能位置服务：

支撑亿级用户的位置信息搜索、智能推送和按需服务技术。

因此，在大规模城市三维建模完成的基础之上，二维电子地图向三维电子地图升级，最终实现城市的三维可视化管理就是必然的大趋势，也是城市智能交通发展的必然选择。

五、全景呈现3DGIS智能交通可视化管理平台

贝尔信全景呈现3DGIS智能交通可视化管理平台是以VIDC嵌入式可插拔海量数据处理城市中心主机为核心，通过遍布城市的、构建在智能视觉物联网和智能视觉车里网基础之上的前端智能视频采集系统（IVS），利用基于云计算的后台大数据分析、海量视频处理和检索系统，实现对城市人、车、物、路、事件的安全状况的实时监控，智能感知城市中面临的交通情况和安全威胁，一旦发生报警可通过该平台全景呈现报警信息，做到“事前智能感知、事中精准处置、事后完整取证”，从而实现城市智能交通体系建设。

图1：

全景呈现3DGIS智能交通可视化管理平台

平台采用了智能视觉物联网技术、3DGIS可视化管理平台技术、VIDC云单元主机技术等三大核心技术。

其中，在3DGIS可视化管理平台中嵌入了贝尔信3DCityEngine核心引擎。

3DcityEngine是由贝尔信公司完全自主开发的，拥有完全自主知识产权的国际领先的三维地理信息处理核心技术，它以分布式的三维地理空间数据库为基础，采用模型流技术、海量数据存储技术、网络服务分建共享技术、图形图像处理技术、多元实时数据接入技术、WFS和WMS技术、数据库技术、网络技术和其它相关信息技术，实现各种地理信息资源的统一管理、整合、交换、协同和共享，建立跨地区、跨部门的“一站式”网络协同服务体系，为政府、企业、公众提供网络化三维地理信息服务。

三维地理信息海量数据处理的核心引擎的框架如下：

图2：

3DcityEngine系统构架图

3DCityEngine引擎功能特点:

（a）可嵌入式贝尔信VIDC云计算-云存储-云分析-云控制主机平台

（b）可以作为智慧城市运营综合管理中心平台的支撑引擎

（c）高速的海量城市三维空间数据数据处理能力

（d）出色的三维仿真效果与二维GIS的结合

（e）组件式3DCityEngine平台与二次开发支持

（f）完整的空间数据描述体系

（g）三维矢量数据解决方案

（h）良好的人机交互

（i）二三维空间地理信息表现无缝整合

（j）人性化浏览操作

（k）“事件－触发”机制

（l）跨平台通信

（m）强大的数据库驱动引擎

六、未来趋势：

“三网四屏”智能视觉车联网

智能视觉车联网是汽车工业和智能视觉技术发展的必然趋势，通过给汽车建立可视化网络身份证，容易实现网络空间与物理空间的映射，在提高车辆网络可视性的同时，具备网络防伪、防套牌、防假冒、网络追踪、反走私等功能，可视化网络车牌和可视化黑匣子在诞生出巨大的产业的同时，也将为交警执法提供新的工具。

图3：

基于智能视觉技术的智能视觉车联网

如图3所示，利用无线宽带技术，如无线城市Wi-Fi热点或3G、4G网络，结合车载和路侧建立的视频监控点，能构建智能视觉车联网，结合3DGIS和精准定位服务，就能实现对车牌、事故现场、事件、灾难等的全景呈现3DGIS精准可视化管理。

贝尔信认为，基于智慧信息通讯技术（IICT）的智能视觉物联网能够对城市中的人、车、物、路等进行智能化感知，打通由于信息化建设中出现的信息孤岛，让同一个城市的政府、企业和社会团体、市民个人都能实现视频信息资源共享和实时信息共用，促进“三网四屏”融合。

“三网四屏”是指手机屏、电视屏、车载屏、电脑屏之间实现内容的互通，共同推进智能视觉车联网产业的发展，并在此基础上实现城市级的在线统一运营。

图4：

城市服务、精准定位服务、信息服务和行车服务通过三网四屏实现

结束语

本文从城市交通提出的新要求出发，阐述了交警布控对GIS系统的要求，接着提出了二维电子地图向三维电子地图升级的必然性，叙述了贝尔信全景呈现3DGIS智能交通可视化管理平台的概念以及应用，落地在三网四屏智能视觉车联网。