龔志鵬王楠溢

(1.江蘇省地質(zhì)勘查技術院,江蘇 南京210049;2.江蘇省測繪工程院,江蘇 南京210013)

0 引 言

當前,我國經(jīng)濟體制改革不斷深化,在新時期、新形勢下,逐漸呈現(xiàn)新常態(tài)的發(fā)展趨勢。面對經(jīng)濟快速發(fā)展,國土資源的管理工作在面臨較多機遇同時,也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。順應時代發(fā)展潮流,保護國土資源,強化對國土資源的監(jiān)督與管理工作,關系著我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。全面、準確、及時地掌握國土資源數(shù)量、質(zhì)量、分布及其變化趨勢,合理開發(fā)利用,將為我國經(jīng)濟社會發(fā)展提供強有力支持。

國土資源監(jiān)察管理工作涉及面廣,監(jiān)管難度大,科學的監(jiān)察機制仍在不斷完善中。傳統(tǒng)國土執(zhí)法監(jiān)察模式一般以基層國土資源部門定期巡查為主,年度一次的土地衛(wèi)片執(zhí)法監(jiān)察為輔。隨著目前國土資源管理形勢日趨嚴峻,這兩種方法的結(jié)合對全面實現(xiàn)國土資源管控愈加困難。傳統(tǒng)執(zhí)法因方式方法比較機械,在進行巡查過程中,消耗了較多時間成本與人力成本,最終取得的效果也不理想。通過應用視頻監(jiān)控方式進行監(jiān)察監(jiān)管,可以更好進行成本管控,針對圖片進行更快捷的實時傳送,全面實現(xiàn)監(jiān)管工作自動化。如何實現(xiàn)快速、準確、自動化的國土視頻監(jiān)控是當前該領域的研究熱點。

國土視頻監(jiān)控技術的發(fā)展可以分為兩個時期:① 傳統(tǒng)的遠程視頻監(jiān)控時期;② 結(jié)合GIS的遠程視頻監(jiān)控時期。傳統(tǒng)遠程監(jiān)控設備有自身局限性,通過這種裝備顯示的圖像一般都是局部的,缺乏整體性:受光線等因素干擾,削弱了視頻監(jiān)控的空間位置感,且不能實現(xiàn)視頻監(jiān)控攝像頭的聯(lián)動。結(jié)合GIS的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用GIS系統(tǒng)成熟技術,通過接口將其嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中,是監(jiān)控系統(tǒng)的一個組成部分。目前已有的結(jié)合GIS的國土視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要使用GIS顯示靜態(tài)地圖信息。國土部門進行視頻監(jiān)管時需要結(jié)合年度影像、年度衛(wèi)片、土地利用現(xiàn)狀圖、規(guī)劃圖等基礎地理信息數(shù)據(jù),不僅需要監(jiān)控具體宗地的實時狀況,且需要使用系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)并及時比對分析實時畫面。

而目前視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)在現(xiàn)有結(jié)合GIS的國土視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用方式僅作為空間實體的一種屬性信息對待,缺乏在同一空間框架下根據(jù)國土業(yè)務對其內(nèi)容進行解讀的方法:導致現(xiàn)有國土視頻監(jiān)控系統(tǒng)不能將視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)與各類業(yè)務數(shù)據(jù)進行聚合分析,未能發(fā)揮GIS在處理復雜空間數(shù)據(jù)方面的能力,難以滿足國土部門的業(yè)務需求。

為了能夠根據(jù)國土業(yè)務規(guī)則對視頻數(shù)據(jù)進行解讀,本文設計并實現(xiàn)了基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合國土部門核心業(yè)務數(shù)據(jù),發(fā)揮了GIS在處理復雜空間數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢,形成了高效的國土實時視頻監(jiān)管體系,大大提高了國土視頻監(jiān)管智能化水平。

1 系統(tǒng)架構

國土視頻監(jiān)管系統(tǒng)建設結(jié)合中國移動公司基站鐵塔資源,利用網(wǎng)絡球機攝像頭采集實時視頻數(shù)據(jù),采集的數(shù)據(jù)通過中國移動公司的光纖寬帶傳送到具有控制、保護、計算功能的移動公司視頻監(jiān)控管理平臺中。系統(tǒng)整個架構體系包括信息采集系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和顯控系統(tǒng),其中信息采集系統(tǒng)以云臺+網(wǎng)絡球機攝像頭為主,通訊系統(tǒng)以移動光纖為主,顯控系統(tǒng)以最新的GIS系統(tǒng)為主,結(jié)合視頻技術、網(wǎng)絡服務技術、關系型數(shù)據(jù)庫技術等手段搭建而成(圖1)。

圖1 系統(tǒng)架構示意圖

如圖1所示,基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)總體架構分為3個層次。

(1)獲取數(shù)據(jù)層是工程的前期準備階段。通過架設鐵塔獲取高清攝像頭坐標信息、相關參數(shù)信息,設置預設位置,外業(yè)精確定位預設位置,為初始預設位置照片添加預設紅線。

(2)智能預警層是項目工程的主要階段。該階段對拍攝照片進行智能處理分析,自動檢測圖片變化區(qū)域,將變化量和原始照片做對比,進行一次預判,再比對紅線框取區(qū)域,確定預判是在違法用地高發(fā)區(qū)、建設用地批后區(qū)或基本農(nóng)田區(qū)后執(zhí)行二次預判。最后將預警結(jié)果以短信或微信方式自動發(fā)送至區(qū)域負責人。

(3)外部接口層是外接“一張圖”政務內(nèi)網(wǎng)接口,區(qū)域執(zhí)法負責人接到系統(tǒng)智能預警結(jié)果后經(jīng)人工判別確定是否進行實地勘察。如屬實,進入內(nèi)部政網(wǎng)系統(tǒng)填寫執(zhí)法回執(zhí)單,完成執(zhí)法任務;如誤判,則亦要進入內(nèi)部政網(wǎng)系統(tǒng)填寫執(zhí)法回執(zhí)單,執(zhí)法巡查結(jié)束。

2 關鍵功能實現(xiàn)

2.1 實時視頻與照片

使用系統(tǒng)后用戶可瀏覽視頻點的實時監(jiān)控視頻、點的具體信息、可視域的信息,實現(xiàn)所有監(jiān)控視頻點與電子地圖的雙向聯(lián)動與控制。瀏覽視頻點指定預置位的照片瀏覽時,用戶可以按照時間段查找,若某一張照片有告警信息,則有方框高亮顯示(圖2)。

2.2 預警比對

圖2 實時視頻與照片

對于主要違法用地高發(fā)區(qū)、建設用地批后區(qū)、基本農(nóng)田區(qū)等區(qū)域,需要通過對預置位照片進行比對,利用圖像檢測技術,準確判斷照片變化量信息,自動檢驗圖片的變化量。即比對前期圖像和后期圖像,經(jīng)過一系列智能分析,對違法行為進行一次預判,然后配合區(qū)域紅線再次分析從而進行二次預判,若有違法行為,自動通知片區(qū)所屬負責人,完成智能預警。

2.3 “一張圖”聯(lián)動

該系統(tǒng)將內(nèi)嵌在已經(jīng)建設的國土資源“一張圖”平臺中,可以對電子地圖進行交互式訪問,在空間數(shù)據(jù)庫基礎上將應用數(shù)據(jù)與地圖有機結(jié)合,能夠?qū)ο嚓P應用數(shù)據(jù)進行復雜的空間分析,并且能將分析結(jié)構直觀地展示在用戶面前。

3 關鍵技術

3.1 基于Web的視頻監(jiān)控技術

近幾年來,網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術有了較大發(fā)展,人們開始廣泛關注基于Web的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其工作原理是:視頻服務器上安裝Web服務器,前置攝像機傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后,傳送到Web服務器,用戶使用瀏覽器查看視頻監(jiān)控數(shù)據(jù),在經(jīng)授權后可通過云臺控制攝像機做出各種指令動作。

3.2 基于國土資源“一張圖”本底數(shù)據(jù)的GIS服務聚合技術

基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)的核心是“一張圖”本底數(shù)據(jù)庫。通過“一張圖”統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和服務體系,可以將國土管理部門各類業(yè)務數(shù)據(jù)、歷年影像、衛(wèi)片等地理信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一放到一個空間框架下進行管理,為后續(xù)視頻數(shù)據(jù)的空間映射提供便利。此外,這些聚合服務還包括外部插件服務,可以便捷地和其他部門共享數(shù)據(jù)。

3.3 圖像變化監(jiān)測

系統(tǒng)需要對拍攝照片變化量進行自動檢測,得出分析結(jié)果,結(jié)合一張圖專題數(shù)據(jù)進行智能預警。本系統(tǒng)中應用變化檢測技術的技術流程如下。

3.3.1 影像預處理

遙感影像幾何配準是實現(xiàn)多時相遙感影像變化檢測的關鍵。本項目采用特征點提取、特征點優(yōu)選、粗匹配、精匹配計算流程,實現(xiàn)兩期影像的配準。

3.3.2 閾值法變化檢測

對配準后的兩期圖像數(shù)據(jù)利用閾值法進行變化檢測。由于配準后的圖像數(shù)據(jù)在空間上已經(jīng)準確匹配,發(fā)生變化的像元或?qū)ο笤诹炼?、紋理特征、幾何結(jié)構等方面都具有典型區(qū)別:主要體現(xiàn)在像元亮度變化上。為此,本項目選用閾值法對發(fā)生變化的像元進行檢測,主要算法包括:圖像濾波、變化向量構建、閾值選取、變化檢測。

3.3.3 變化范圍標識和量化

對兩期數(shù)據(jù)中發(fā)生變化的像元進行量化,使用變化像元的個數(shù)與總像元個數(shù)進行對比,若超出一定比例范圍(如30%),則會預警;否則,不預警,將圖像存入數(shù)據(jù)庫。對變化的像元或區(qū)域在結(jié)果處理圖像中進行高亮顯示,標識出可能發(fā)生變化的區(qū)域。

4 結(jié) 語

(1)基于國土資源“一張圖”的視頻監(jiān)管系統(tǒng)架構合理、功能強大、實用性好,能夠?qū)⒁曨l數(shù)據(jù)根據(jù)國土業(yè)務規(guī)則進行解讀并應用到國土管理中。

(2)但是系統(tǒng)也還存在一些不足之處,需在日后進一步升級:如圖像自動對比功能不夠完善,塔基視頻監(jiān)控布局存在較大盲區(qū)等。此外,視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻軌跡分析、高清視頻存儲等技術以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)與三維GIS的集成應用還有待后期研究。

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