肖建華，郭明武，彭清山，李海亭

(武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022)

第七屆世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)于2019年10月18日至2019年10月27日在武漢舉行。這是我國首次承辦的世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)，也是繼2008年北京奧運(yùn)會(huì)后，中國舉辦的規(guī)模最大、規(guī)格最高、影響最廣的綜合性國際體育賽事。來自109個(gè)國家的近1萬名軍人運(yùn)動(dòng)員參賽。為助力本屆軍運(yùn)盛會(huì)，本文從6個(gè)方面為本屆軍運(yùn)會(huì)提供了全方位優(yōu)質(zhì)、高效的測(cè)繪地理信息保障服務(wù)，為本屆軍運(yùn)會(huì)的成功舉辦提供了有力支撐。本文介紹了這6個(gè)方面的主要服務(wù)內(nèi)容及技術(shù)路線。隨著我國綜合國力的日益增強(qiáng)和國際地位的不斷提高，將會(huì)有越來越多的國內(nèi)城市成為國際大型活動(dòng)賽事的東道主。本文將為類似大型活動(dòng)賽事測(cè)繪地理信息保障服務(wù)工作的開展提供有益的參考和借鑒。

1 主要服務(wù)內(nèi)容及技術(shù)路線

1.1 服務(wù)城市功能品質(zhì)的提升

為了以良好的城市形象迎接軍運(yùn)盛會(huì)，武漢市堅(jiān)持“近迎軍運(yùn)，長期惠民”“‘辦賽事’與‘建城市’相結(jié)合”的理念，對(duì)全市重點(diǎn)保障線路及重點(diǎn)片區(qū)(場(chǎng)站邊、線路邊、工地邊、鐵路邊、江湖邊)開展了“道路潔化、立面美化、景觀亮化、水體凈化、生態(tài)綠化”(簡稱“五邊五化”)工作，在保障軍運(yùn)會(huì)賽事需求的同時(shí)，著力提升了城市功能品質(zhì)。

為了服務(wù)好本次城市功能品質(zhì)提升工作(即“五邊五化”工作)，本文結(jié)合應(yīng)用需求，充分利用全景視頻流地圖的“信息含量豐富、信息表達(dá)客觀、用戶體驗(yàn)好、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低”等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用無人機(jī)和移動(dòng)采集車等數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，搭載自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備[1]，對(duì)“五邊五化”項(xiàng)目線路及相關(guān)區(qū)域開展了多期多源全景視頻流數(shù)據(jù)采集，生產(chǎn)制作了交互式全景視頻流地圖[2]。為了全方位統(tǒng)籌和實(shí)時(shí)掌控“五邊五化”項(xiàng)目進(jìn)展情況，確?！拔暹呂寤表?xiàng)目高質(zhì)量、有序地推進(jìn)，本文基于采集的上述數(shù)據(jù)，研發(fā)了“城市功能品質(zhì)提升項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)”。該系統(tǒng)包括移動(dòng)APP和PC端兩部分。移動(dòng)APP基于移動(dòng)GIS、無線通信等技術(shù)，結(jié)合電子地圖，展示了“五邊五化”項(xiàng)目的空間位置，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的信息查詢、空間定位及項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度信息(如現(xiàn)場(chǎng)照片、問題等)的移動(dòng)采集上報(bào)等；PC端與移動(dòng)APP實(shí)現(xiàn)了信息關(guān)聯(lián)共享，它基于WebGIS技術(shù)，結(jié)合電子地圖，展示了“五邊五化”項(xiàng)目的空間位置及分布，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目信息管理錄入，項(xiàng)目基本信息及進(jìn)展信息查詢、定位及統(tǒng)計(jì)分析等功能(如圖1所示)。通過采用全景視頻地圖在線發(fā)布及360°瀏覽技術(shù)，用戶對(duì)各項(xiàng)目在各時(shí)段的進(jìn)展情況通過系統(tǒng)進(jìn)行交互式查看，以便管理人員直觀掌控(如圖2所示)。此外，系統(tǒng)采用多期全景視頻地圖雙屏同步比對(duì)技術(shù)(如圖3所示)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目改造進(jìn)度和改造效果的比對(duì)展示。

圖1 項(xiàng)目基本信息管理

圖2 項(xiàng)目進(jìn)度及效果交互式查看

圖3 雙屏同步比對(duì)展示項(xiàng)目進(jìn)度

1.2 服務(wù)軍運(yùn)會(huì)場(chǎng)館設(shè)施規(guī)劃建設(shè)

場(chǎng)館設(shè)施建設(shè)是軍運(yùn)會(huì)籌備工作的重要任務(wù)之一。為實(shí)現(xiàn)“建設(shè)一流場(chǎng)館設(shè)施、營造一流辦賽環(huán)境、提供一流服務(wù)保障”的場(chǎng)館設(shè)施建設(shè)目標(biāo)，本屆軍運(yùn)會(huì)按照“滿足賽事需求、方便組織運(yùn)行、體現(xiàn)綠色生態(tài)、益于賽后利用”的原則，精心設(shè)計(jì)打造了35個(gè)軍運(yùn)場(chǎng)館，其中13個(gè)場(chǎng)館為新建，17個(gè)為維修改造，5個(gè)為臨時(shí)設(shè)施。

為了便于35個(gè)場(chǎng)館設(shè)施(如武漢體育中心、光谷國際網(wǎng)球中心、湖北省奧林匹克體育中心、洪山體育館等)高品質(zhì)的規(guī)劃建設(shè)，避免單一的傾斜攝影三維建模因局部遮擋而出現(xiàn)三維模型“扭曲、拉花及變形”等問題，本文綜合采用傾斜攝影和地面三維激光掃描技術(shù)。首先利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)采集建筑物頂部和側(cè)面影像；然后利用車載三維激光掃描系統(tǒng)獲取目標(biāo)建筑物立面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)[3]，并用數(shù)碼相機(jī)對(duì)建筑物細(xì)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)拍；再通過傾斜攝影影像與地面單反相機(jī)補(bǔ)拍的數(shù)碼照片經(jīng)過匹配和空三處理后，生成密集彩色點(diǎn)云并與地面三維激光掃描系統(tǒng)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理；最后通過紋理映射及少量人工編輯生成無遮擋破損的高精度精細(xì)三維模型[4-5]。

1.3 服務(wù)軍運(yùn)會(huì)開閉幕式組織方案策劃評(píng)估

開閉幕式歷來都是“軍運(yùn)會(huì)”的“重頭戲”和成敗的重要標(biāo)志。本屆軍運(yùn)會(huì)開閉幕式具有“國際影響廣、人群規(guī)模大、風(fēng)險(xiǎn)因素多、組織協(xié)調(diào)難”等特點(diǎn)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的微小差錯(cuò)都可能產(chǎn)生嚴(yán)重的國際影響，都可能影響開閉幕式。此外，現(xiàn)場(chǎng)近8萬人參加(觀眾近5萬人，演職人員1萬多，工作人員2萬多)，各類車輛近1千輛，而開閉幕式主場(chǎng)館占地只有1.1 km2，除80%以上的建筑、綠化、景觀占地，有效活動(dòng)空間更少，因此在這么小的空間和這么短的時(shí)間內(nèi)，如何“安全、有序、高效”地組織海量人流、車流及物流“進(jìn)場(chǎng)、出場(chǎng)”并避免“擁擠、踩踏和對(duì)沖”等問題是本次軍運(yùn)會(huì)組織策劃工作的重點(diǎn)及難點(diǎn)。為了提高組織保障能力，降低風(fēng)險(xiǎn)，理清工作任務(wù)與執(zhí)行流程，明確責(zé)任主體和協(xié)調(diào)配合單位，軍運(yùn)會(huì)開閉幕式運(yùn)行中心組織編制了開閉幕式組織方案。該方案包括“當(dāng)日運(yùn)行計(jì)劃”和“客戶群時(shí)空流線計(jì)劃”兩部分內(nèi)容。

“當(dāng)日運(yùn)行計(jì)劃”按照時(shí)間順序，將開閉幕式當(dāng)日0：00～24:00劃分為“準(zhǔn)備階段、集結(jié)階段、儀式演出階段和退場(chǎng)階段”等4個(gè)階段。它以“分”為時(shí)間單位，將4個(gè)階段的工作共細(xì)分為968項(xiàng)。每項(xiàng)計(jì)劃以“何人何時(shí)在何地完成何事”的形式對(duì)當(dāng)日任務(wù)進(jìn)行全流程、全方位的安排；“客戶群時(shí)空流線計(jì)劃”以圖形和文字相結(jié)合的方式，對(duì)各類客戶群(演員、保安、運(yùn)動(dòng)員代表、觀眾、嘉賓等)下車、安檢、入場(chǎng)及退場(chǎng)的時(shí)空軌跡都進(jìn)行了明確詳細(xì)的規(guī)劃。

為了確保開閉幕式組織方案的科學(xué)性與精準(zhǔn)性，本文融合VR、游戲動(dòng)畫及GIS等技術(shù)[6]研發(fā)了服務(wù)開閉幕式組織方案策劃、評(píng)估、優(yōu)化及動(dòng)態(tài)推演的開閉幕式三維仿真系統(tǒng)[7]。系統(tǒng)按照“什么人在什么時(shí)間、什么地點(diǎn)做什么事情”的形式，對(duì)“當(dāng)日運(yùn)行計(jì)劃”和“客戶群時(shí)空流線計(jì)劃”中所有“人、地、事、物”都進(jìn)行了逼真、動(dòng)態(tài)的模擬仿真。系統(tǒng)提供了場(chǎng)館及周邊地形、道路、建筑、設(shè)備設(shè)施等要素的精細(xì)三維模型，逼真地展示了其空間位置與分布，使方案策劃人員能夠直觀地了解開閉幕式現(xiàn)場(chǎng)情況；系統(tǒng)采用時(shí)間軸方式(如圖4所示)，將開閉幕式客戶群、車輛、物資設(shè)備的流線(如演員、觀眾、運(yùn)動(dòng)員、貴賓的下車、安檢、進(jìn)場(chǎng)、落座、退場(chǎng)等)及“當(dāng)日運(yùn)行計(jì)劃”中計(jì)劃的各項(xiàng)任務(wù)(如現(xiàn)場(chǎng)排爆、升國旗奏國歌等)以三維動(dòng)畫的形式進(jìn)行模擬仿真與動(dòng)態(tài)推演；系統(tǒng)可以根據(jù)各類客戶群的數(shù)量、步行距離、步行速度、安檢口數(shù)量、安檢時(shí)間等參數(shù)信息，定量分析各類客戶群入場(chǎng)所需要的時(shí)間和所占用的空間等(如圖4所示)。例如按照原計(jì)劃，5萬觀眾下午3:00開始入場(chǎng)，晚上6:00前需入場(chǎng)完畢。后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安檢口個(gè)數(shù)、步行距離及正常步行速度等數(shù)據(jù)，通過對(duì)該系統(tǒng)推演后發(fā)現(xiàn)，需要晚上6:40才能入場(chǎng)完畢。為了滿足上述入場(chǎng)時(shí)間要求，通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，則可以推演出需要增加多少個(gè)安檢口或?qū)矙z時(shí)間縮減多少。該系統(tǒng)通過類似的參數(shù)化模擬及動(dòng)態(tài)推演可以幫助方案策劃人員直觀、定量和準(zhǔn)確地分析出原組織方案是否存在問題，如各計(jì)劃事項(xiàng)是否有漏項(xiàng)或矛盾，各事項(xiàng)的順序、時(shí)間、空間安排是否科學(xué)，各客戶群時(shí)空流線是否存在沖突等，從而方便方案策劃人員對(duì)組織方案進(jìn)行完善與優(yōu)化。

圖4 觀眾入場(chǎng)參數(shù)化模擬分析及動(dòng)態(tài)推演

實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用表明，該系統(tǒng)優(yōu)化了組織方案，消除了潛在隱患，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，也極大節(jié)省了實(shí)地實(shí)兵演練成本。

1.4 服務(wù)軍運(yùn)會(huì)開閉幕式當(dāng)日指揮調(diào)度

為了提高開閉幕式指揮調(diào)度及應(yīng)急處理能力，構(gòu)建“反應(yīng)快速、資源整合、協(xié)調(diào)有序、保障有力”的指揮調(diào)度體系，本文研發(fā)了開閉幕式指揮調(diào)度系統(tǒng)，如圖5所示。該系統(tǒng)是本屆軍運(yùn)會(huì)開閉幕式現(xiàn)場(chǎng)“人、地、事、物”的“數(shù)字孿生”。它以高精度電子地圖為載體，以“當(dāng)日運(yùn)行計(jì)劃”和“客戶群時(shí)空流線計(jì)劃”為綱領(lǐng)，以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、GIS、GPS、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)流媒體等技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)了開閉幕式現(xiàn)場(chǎng)“人、地、事、物”的空間分布情況、到位情況、進(jìn)展情況等綜合信息的全過程、全方位和全要素的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、跟蹤、展示、分析和預(yù)警[8-9]，也實(shí)現(xiàn)了各團(tuán)隊(duì)的信息通信、任務(wù)協(xié)同和工作提醒。系統(tǒng)結(jié)合視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，采用全局光流法(Horn-Schunck，HS)，根據(jù)人群光流場(chǎng)變化提取人群的速度、方向、加速度及運(yùn)動(dòng)幅度等特征信息，然后采用KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法提取人群運(yùn)動(dòng)軌跡，最后基于這些特征，通過深度學(xué)習(xí)算法(TS-CNN卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))自動(dòng)檢測(cè)人群中擁擠、踩踏、沖突等異常行為[10]，為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與預(yù)警提供決策支持。

圖5 總指揮部大屏及指揮調(diào)度系統(tǒng)

多次演練彩排及正式開閉幕式實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用表明，該系統(tǒng)切實(shí)提高了實(shí)時(shí)指揮調(diào)度、應(yīng)急事件處理的綜合能力，也確保了開閉幕式“全局可控、整體聯(lián)動(dòng)、運(yùn)行高效”的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

1.5 服務(wù)軍運(yùn)會(huì)競(jìng)賽

本文采用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)，完成了空軍5項(xiàng)中低空三角導(dǎo)航飛行比賽的地面觀測(cè)站的高精度定位測(cè)量，為比賽地面觀測(cè)及精確裁定比賽成績提供了技術(shù)支撐。

1.6 服務(wù)軍運(yùn)會(huì)文化宣傳及觀眾出行

應(yīng)軍運(yùn)會(huì)執(zhí)委會(huì)綜合部要求，本文設(shè)計(jì)制作了《軍運(yùn)會(huì)邀請(qǐng)函》的插圖，展示了中國在世界的位置、中國地勢(shì)及湖北省在中國的位置等信息，該邀請(qǐng)函發(fā)到了國際軍體140個(gè)成員國。此外，為了宣傳軍運(yùn)文化、宣傳武漢市及荊楚文化，同時(shí)也為了方便國內(nèi)外觀眾、運(yùn)動(dòng)員及游客出行，設(shè)計(jì)制作了中英文對(duì)照的武漢公共地圖(軍運(yùn)專版)。

2 總 結(jié)

本文成果得到了第七屆世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)執(zhí)委會(huì)等部門領(lǐng)導(dǎo)的高度認(rèn)可。中央電視臺(tái)(CCTV 5)也對(duì)研發(fā)的開閉幕式三維仿真系統(tǒng)和開閉幕式指揮調(diào)度系統(tǒng)給予了專題報(bào)道。為了進(jìn)一步完善本文研究成果，下一步擬探索基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的視頻與三維模型融合比對(duì)技術(shù)[11]，讓開閉幕式三維仿真系統(tǒng)具備風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別預(yù)警功能。即在該系統(tǒng)中接入并融合開閉幕式當(dāng)日的視頻數(shù)據(jù)，通過視頻分析技術(shù)，實(shí)時(shí)識(shí)別人流、物流、車流等信息(實(shí)際值)后，與方案策劃階段系統(tǒng)推演最終形成的組織方案(理想值)進(jìn)行比對(duì)和偏差分析。當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際值偏離理想值較大時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示預(yù)警；此外，對(duì)研發(fā)的開閉幕式指揮調(diào)度系統(tǒng)擬從以下幾個(gè)方面予以完善：①加強(qiáng)與城市已有的安保、交通、應(yīng)急、氣象、環(huán)保等信息化系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)管理的協(xié)同化水平[12-13]；②增加網(wǎng)絡(luò)輿情信息、重點(diǎn)人員室內(nèi)外實(shí)時(shí)位置等信息，進(jìn)一步提升系統(tǒng)管理的精細(xì)化水平；③加大與AI等新型IT技術(shù)融合力度，進(jìn)一步提升人流車流超過臨界值、流向?qū)_等風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別預(yù)警的智能化水平[14-15]。

本次綜合保障服務(wù)首次將GIS、全景視頻地圖、傾斜攝影、物聯(lián)網(wǎng)、VR、人工智能等技術(shù)應(yīng)用到國際大型綜合賽事中，實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪地理信息應(yīng)用領(lǐng)域的延伸與拓展。這不僅再次彰顯了測(cè)繪地理信息在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要作用與地位，也讓筆者深刻認(rèn)識(shí)到在新的歷史時(shí)期，測(cè)繪地理信息部門要想有更大的作為，除了要為自然資源管理“兩統(tǒng)一”做好服務(wù)外，還應(yīng)緊緊抓住服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求(如國家重大工程、大型賽事活動(dòng)等)，主動(dòng)擔(dān)當(dāng)，積極作為。同時(shí)，應(yīng)把握住物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)帶來的戰(zhàn)略機(jī)遇，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)為引擎，以跨界融合為動(dòng)力，積極將傳統(tǒng)的3S技術(shù)與ABCD(A-人工智能，B-區(qū)塊鏈，C-云計(jì)算，D-大數(shù)據(jù))等技術(shù)緊密結(jié)合，主動(dòng)創(chuàng)新，奮力轉(zhuǎn)型，努力用新技術(shù)、新產(chǎn)品和新應(yīng)用迎接新挑戰(zhàn)、滿足新需求、擁抱新時(shí)代。