三维高速公路实景实时监控平台技术方案.docx
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三维高速公路实景实时监控平台技术方案
三维高速公路实景实时监控平台
技术方案
1.项目概述
本平台利用先进倾斜摄影测量技术、网络技术、二维和三维GIS技术、通讯技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成，全方位、全过程实施，创建**地区480公里高速公路倾斜摄影实景三维模型，并对高速公路进行实时监控，搭建高速公路实时视频监控平台。
能够实现关键点及事故发生点的监控视频、以及各气象监测点的气象监测信息实时传输到指挥中心，提供线路分析、预警等功能为决策者提供有效的决策支持，并通过二、三维地图直观的显示高速公路真实的交通动、静态数据信息。
同时，结合倾斜模型、图片、视频、语音、图表等多种形式提供给管理者清晰、直观的效果，力图使管理者能快捷、直观地了解业务的现状，利用统计、分析功能对现状中存在的问题提供有效、可行的对策。
2.技术需求
1、480公里高速公路、收费站、监测点真三维建模，室内实景建模，可漫游；
2、关键点及事故点发生点三维实景接入实时监控视频传输到指挥中心大屏幕，气象监测点抢监测信息实时传回监测中心；
3、可叠加滑坡监测点等属性、视频、位移信息，可进行分析、输出图形报表，进行预警；
4、进行线路分析，给拥堵疏导提供决策支持。
3.实施方案
3.1.数据采集方案
3.1.1.数据建设范围
本项目将建设该地区480公里的高速公路模型、路桥两旁各外扩50米范围内的建筑以及三维地面环境数据；在三维场景中真实还原现状路桥、设施、及周边地形环境。
如下表是一般道路包含的具体设施，后续客户可根据现有200范围内的要求补充完整。
一、道路工程
项目
单位
数量
道路总长
千米
480
匝道面积
平方米
主线沥青混凝土路面
平方米
水泥混凝土路面
平方米
二、桥梁工程
项目
单位
数量
互通立交桥
座
特大桥
座
大桥
座
中桥
座
小桥
座
桥梁面积
千平方米
三、排水工程
项目
单位
数量
明沟
米
窨井
只
泄水孔
只
四、绿化工程
项目
单位
数量
绿地面积
万平方米
五、道路附属设施
项目
单位
数量
主线收费站/匝道收费口
座
防冲护栏
米
防撞墙
米
禁入栅
米
侧石
千米
移动护栏
米
反光道钉
只
轮廓标
只
模型制作列表
3.1.2.数据采集方案
3.1.2.1实景三维倾斜数据采集
量测型倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，通过在同一飞行平台上搭载多台量测型相机，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，获取大量的不同角度的影像，在实现建筑物三维模型自动建立的同时，自动完成侧面纹理的采集和自动贴图。
航飞方案
根据测区的气候和地理条件，建议采用以下平台设备进行倾斜摄影数据采集：
采集设备
●遥感平台
摄区使用直升机飞行平台来搭载相机来完成飞行任务。
主要参数如下：
尺寸数据：
旋翼直径11.93米，尾桨直径0.90米，机长13.46米，机高（旋翼、尾桨折叠）3.21米，主轮距2.03米，前后轮距3.61米；
重量数据：
空重1975千克，有效载荷1863干克，最大起飞重量4000干克，最大吊挂载荷1600干克;
性能数据：
最大平飞速度324千米/小时，巡航速度250-260千米/小时，最大爬升率（海平面）4.2米／秒，实用升限6000米，悬停高度有地效时1950米，无地效时1020米，
最大航程：
1030千米，最大续航时间5小时。
●航摄仪
本次航摄任务使用AMC7360倾斜数码航摄仪，AMC7360倾斜数码航摄仪是我国自主研发的多视角数码航空照相机系统，该系统集成了5台8000万像素的大幅面量测型专业航空相机，包括1台垂直和4台倾斜照相机。
设备可用于可取三维影像数据，为数字城市与智慧城市建设提供可靠地数据源。
AMC-580数码航摄仪主要技术参数如下：
Ø倾斜镜头焦距50mm/85mm
ØCCD尺寸：
7360*4912
Ø像元大小4.78μ
●POS设备
本项目为了获取高精度的像片外方位元素成果，满足测图要求，采用使用基于少量地面控制点的POSAV310系统辅助空中三角测量法进行加密分区摄影测量区域网平差：
下表为POS系统绝对精度：
POSAV
510SPS
510DGPS
510XP3
510PostProcess4
定位（m）
1.5–3.0
0.5-2.0
0.1-0.5
0.05-0.30
速度（m/s）
0.050
0.050
0.010
0.005
横滚角度与俯仰角度（deg）
0.008
0.008
0.008
0.005
航向2（deg）
0.070
0.050
0.040
0.008
POSAV
610SPS
610DGPS
610XP3
610PostProcess4
定位（m）
1.5-3.0
0.5-2.0
0.1-0.5
0.05-0.30
速度（m/s）
0.030
0.020
0.010
0.005
横滚角度与俯仰角度（deg）
0.005
0.005
0.005
0.00255
航向2（deg）
0.030
0.030
0.020
0.0050
下表为POS系统相对精度：
POSAV
510
510
IMU-14
610
噪音（deg/sqrt（hr））
0.02
<0.01
0.005
漂移（deg/hr）6
0.10
0.10
<0.01
外业控制测量
为了获取高精度的像片外方位元素成果，满足测图要求，采用使用基于少量地面控制点的来辅助空中三角测量法进行加密分区摄影测量区域网平差，均匀的布设少量的控制点来满足精度需求：
实景三维场景
3.1.2.2室内数据采集
室内实景建模可以采用点云激光建模方法或者人工建模方法。
人工建模方法
人工步行采集的内容主要包括外业采集建筑外观（包括总体外观及细节局部处理）、采集道路附属设施外观、采集地面环境以及采集相关专题属性数据。
采集的实体外观数据主要是照片数据，对采集的照片数据按照一定的标准进行照片规则处理，处理成建筑、道路面、道路附属设施等模型可用的纹理数据。
步行城市采集受地形环境影像较小、灵活方便，是重点地物的照片拍摄首选方案。
对道路两边部件（垃圾桶、路灯）数据进行信息采集，建立城市部件数据库，包含部件位置信息、部件状态及部件外观纹理。
人工室内建模效果
激光点云建模方法
三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高科技术，它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，为空间信息的获取提供了全新的技术手段。
激光点云扫描
激光点云室内建模效果
3.1.3.三维模型数据建设方案
根据航空摄影和现场数据采集，对高速公路现状进行三维建模，可以将地形地貌、路网关系、主要建筑、路政景观进行三维建模，建立三维模型数据库，结合数字地形数据库，成果形成三维数字高速公路。
A、精细建模：
服务区（包括加油站、餐厅、便利店、厕所、修理站、治超站、水塔等建筑）
B、标准建模：
公里桩、百米桩
太阳能发光板
超限LED引导屏
天气提醒牌
休息区指示牌
限载牌横梁LED指示牌，限速牌
救援电话牌
道路指示牌（出口、入口）
排水沟
超限点
警示牌
C、环境建模：
1.精模区要仿真实际环境效果。
2.实现基础路基、水系等基础建模。
3.实现最优整体效果控制。
3.1.3.1部件数据模型制作
根据城市部件数据库进行统计分类，按照部件分类制作城市部件数据惊喜模型。
效果如图示：
部件精细模型
3.1.3.2部件数据于实景模型聚合
将制作的部件精细模型结合部件位置信息及分类信息与城市实景模型做聚合，去除或更新原有破碎模型，聚合后效果如图示：
3.1.3.3外业拍照总体要求
（1）选择晴朗、阴天天气拍摄。
（2）影像清晰，如果因拍摄时的抖动等因素造成影像模糊，必须重新拍摄。
（3）相机分辨率不低于1000万像素，最好采用单反相机；
（4）标志性文字（如政府部门、大型企事业单位、商业楼、公共建筑的名称、居民楼幢号）及大型广告牌单独拍摄，文字清晰并无其他物体遮挡。
3.2.系统功能方案
3.2.1.三维模型展示系统
3.2.1.1三维交互浏览
系统可以通过鼠标、键盘、操纵杆、控制面板或者任意组合方式来控制飞行的速度、高度视角，使得用户可以灵活、便捷的在三维场景中浏览漫游，操作简单，易于使用。
随着鼠标的移动显示到达的地域名称、状态栏坐标切换显示。
Ø地图缩放：
通过鼠标滚轮滚动方式或者左下方的工具条来自由缩放三维
Ø影像地球，可以从不同的高度来浏览窗口，并且可以直接定位到房屋、街道、城市、国家、全球的高度。
全球高度城市高度
Ø平移：
通过鼠标的点按动作，根据鼠标移动的方向，实现对三维地球任意方向的平移；
Ø拖动：
通过鼠标的点按动作，根据鼠标移动的方向，实现对三维地球任意方向的拖拽；
Ø旋转：
通过点击旋转按钮，让用户以屏幕中心点为中心，做三百六十度环绕飞行，可从不同的角度查看目标，以便更加全面的查看对象属性；
Ø指北：
当三维地球处于任何倾斜状态时，指北功能能够实现对影像在3D窗口中的上方为地形的北方；
居中：
通过鼠标双击三维地球上的某一兴趣点，向该兴趣点移近，并使该兴趣点自动在三维窗口居中显示；
3.2.1.2定点漫游
系统可以选择预先定义的路径进行飞行漫游；也可以自定义路径进行飞行漫游，并可以控制飞行过程中的观看速度、角度和姿态等。
3.2.2.实时视频监控系统
系统能够在三维场景中，模拟不同的摄像头设备的可视域效果，以人眼的角度，模拟出摄像头可看到的范围情况、连接摄像头视频信息，显示摄像头视频及云台控制摄像头设备等几方面内容。
3.2.2.1视频连接管理
系统通过多媒体信息的调用技术，支持对图片、视频等多媒体信息的无缝嵌入技术，实现丰富的多媒体信息与三维场景信息的结合展示。
将摄像头视频信息，固定存放在服务器或者客户端电脑的文件夹中，然后将视频地址存放在数据库中，这个地址将和摄像头的模型ID进行对应，一个摄像头视频仅对应一个摄像头设备，通过每个摄像头的ID地址，即可实现摄像头和摄像头视频的唯一连接性。
实现视频连接管理的任务。
还有一种方法是利用摄像头硬件厂商提供的设备调用插件，安装之后，给定调用参数和地址，通过程序即可调用监控摄像头的实时视频。
3.2.2.2视频播放管理
通过上面的视频连接，选中某个摄像头时，点击播放视频，即可实现视频的播放功能。
视频播放时采用无窗口全屏模式，并在播放过程中，锁定窗口，不允许用户改变场景状态。
另外播放位置允许用户通过下面的模拟观察功能进行调节。
用户可在场景中任意调节播放位置，通过这种播放位置的调节及真实摄像头的视频播放，即可使视频播放和三维场景融合一体，达到场景视频溶为一体的逼真模拟效果。
视频播放示意图
3.2.2.3模拟观察及调节
系统具有摄像头的模拟观察功能，所谓模拟观察是对应每个摄像头，可以模拟出每个摄像头的可视情况，以人眼的角度，模拟出摄像头可看到的现实范围情况。
在三维场景中，通过鼠标或者参数的输入，可以任意调节状态，达到现实世界中的任意观察状态。
对应每个参数后，用户调节好满意状态后，点击保存，系统可以保存这个状态（系统依靠六个精细参数保存这个观察状态）。
下次再点击摄像头的模拟观察即可再现设置的观察效果。
对于模拟观察的调节效果，还可以用于调节摄像头的播放位置，即调节状态后，摄像头的视频即在播放窗口的中心位置进行视频播放。
模拟观察可设置的参数对话框
图模拟观察效果示意图
3.2.2.4监控范围模拟及管理
系统具有摄像头监控范围的模拟能力，对于摄像头，可显示设备的观察范围，用红色线框表示范围，并精细分析被其他物体遮挡看不到的部分，遮挡的区域用绿色区域框进行渲染。
如下图：
由于每种摄像头的观察范围可能会有所不同，系统并不固定每个摄像头的观察范围区域。
系统允许用户任意调节观察范围的每一个参数，并为每个摄像头的参数进行保存。
这些参数包括可视域的观察长度、可视域的张合角（监控范围角度）、可视域的俯仰角、可视域的跟点高度、可视域的朝向等参数。
对应参数可以设置快捷键进行调节。
参数如下：
摄像头可视域参数调节框
摄像头可视域模拟（地面绿色为遮挡区，即观察不到的地方）
摄像头可视域改变参数后
通过对某小区域内，多个监控区域分析的可视域模拟分析效果，结合三维场景的真实仿真情景，可以分析看出哪些地方还有监控盲区。
这些信息对于监控区域的管理具有一定的辅助参考作用，如果有监控盲区，可供用户在实际监控管理中加以注意，或者从新调整摄像头的布置。
3.2.2.5摄像头云台控制
利用摄像头硬件厂商提供的设备调用插件，安装之后，给定调用参数和地址，通过程序即可调用实时视频。
在硬件厂商的支持下，用户可以在系统中调控硬件设备，控制摄像头的云台，改变他的朝向、远近等。
用户通过系统可以随时查看各设备的实时监控情况。
3.2.2.6异常报警
系统具有异常设备报警的功能，对应不同状态的设备（正常、故障、无信号等），在场景中定位时，用不同的颜色高亮表示，例如有故障的设备用红色高亮显示、无信号的用黄色高亮表示、正常的用蓝色高亮显示。
不同状态的设备存在后台数据库中，用户需要了解异常报警信息时，只要点击一个“获取最新状态”按钮，系统就会列表显示最新的异常设备信息，用户点击列表项中的任意一个，即可进行状态定位，定位时如上面所说，用不同颜色状态表示。
通过以上功能，用户可一目了然的了解到不正常设备的分布情况，可以根据这个分布情况，确认维修的先后顺序，设定维修前后路线。
并提前了解异常设备所在周边的地理环境状态，辅助支持异常设备的维护工作。
有故障设备定位效果图
3.2.3.属性信息分析系统
平台可叠加滑坡监测点等属性信息，并可进行分析输出图形报表，实现预警。
3.2.3.1滑坡监测点预警
通过滑坡监测点传感器传回的数据以及即时的降水等气象数据实时预警滑坡事故的发生。
3.2.3.2剖面分析和填挖方计算
对滑坡事故点提供基于地形的剖面分析和填挖方计算，为后续的救援抢险提供支持。
剖面填挖方
3.2.4.线路分析系统
平台提供线路分析功能，根据实时视频数据以及高速路出入口的车流量数据统计高速公路车流量状况并实时显示和预报，为拥堵疏导提供决策支持。
线路拥堵情况分析
4.项目预算
4.1数据建设费用明细
序号
费用名称
计量
单位
单价
备注
（一）
倾斜摄影测量
1
倾斜飞行
（下视优于5cm）
200km
4万
2
实景三维模型生产
200km
（二）
室内模型数据采集（二选一）
1
人工建模
个数
根据客户具体范围和需求估算
2
激光点云建模
个数
总计
倾斜摄影800万+室内模型
4.2软件平台费用
序号
项目
性能说明
费用（单价）
备注
1
SkylineTerraExplorerPro6.5
对象实体模型的建造、编辑、注释，实时3D地形浏览、空间分析、读取、输出外部数据源，包含协同，地形提取，高精度打印等扩展模块。
2
SkylineTerraGate（10并发用户）
是一种强大的网络数据服务器，它能够实时传送海量3D地理数据。
3
SkylineInternetLicense（10并发用户）
是TerraGate的扩展模块，服务器端许可服务（动态的创建和管理TerraExplorerProAPI）---TerraExplorerPlusLicense通过绑定TerraGate所在服务器IP地址，使客户端免费浏览器TerraExplorerViewer能实现TerraExplorerPro大部分功能。
4
SkylineSFS（10并发用户）
可以有效地集成多源矢量数据以流方式进行网络发布。
目前支持OracleSpatial，ArcSDE，SQL和Shape文件。
SFS运用缓存机制，达到超高速的操作性能和高水平的可测量性。
其预先生成缓存数据的功能增强了紧急时刻发布大量静态数据的应用能力。
SFS以WebFeatureService（WFS）或者scrambledprotocol的方式储存和流方式发布矢量数据，提交TerraExplorer客户应用。
目前，此矢量服务器只与TerraGate服务器一起出售，价格决定于TerraGate服务器并发用户数量。
合计
4.3系统建设费用
序号
系统功能
费用
备注
１
基础数据库管理系统
２
三维模型展示系统
三维交互浏览
定点漫游
３
实时视频监控系统
视频连接管理
视频播放管理
模拟观察及调节
监控范围模拟及管理
摄像头云台控制
异常报警
４
属性信息分析系统
滑坡监测点预警
剖面分析
填挖方计算
5
属性信息分析系统
合计
升级会员 