中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局 鄭武略 王瑞顯 張?zhí)旌?熊偉

針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)存在延遲時(shí)間較長(zhǎng)問題，在多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)應(yīng)用中展現(xiàn)動(dòng)態(tài)影像經(jīng)常出現(xiàn)卡頓和延遲，為此提出基于5G技術(shù)的多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。以廣角和變倍鏡頭聯(lián)合作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，運(yùn)用全景拼接算法對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，實(shí)現(xiàn)全景動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)追蹤；利用GHG規(guī)劃模型對(duì)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算，分析出最優(yōu)的典型桿塔布點(diǎn)設(shè)置方案，開展典型桿塔布點(diǎn)設(shè)置；通過接通5G網(wǎng)絡(luò)將影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)顯示界面上，進(jìn)行全景監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)展示，以此完成了基于5G技術(shù)的多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)技術(shù)展示全景動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)影像延遲時(shí)間小于傳統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)技術(shù)高效且可靠性強(qiáng)。

多攝像探頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)是采用多個(gè)攝像頭對(duì)某個(gè)區(qū)域或者某個(gè)物體進(jìn)行360°全景監(jiān)測(cè)的一種技術(shù)，該技術(shù)主要被應(yīng)用于公共安全監(jiān)控系統(tǒng)中，通過多個(gè)攝像頭聯(lián)合合作，全方位監(jiān)測(cè)事物的動(dòng)態(tài)。多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)相比較單一攝像頭的監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以獲取到物體的三維立體影像，對(duì)真實(shí)的三維空間進(jìn)行投影，可以提供多視角的空間信息，擴(kuò)大了監(jiān)測(cè)空間的范圍，有效避免了監(jiān)測(cè)死角的產(chǎn)生[1]。但是由于目前多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)還不夠成熟，在實(shí)際中多個(gè)攝像頭獲取到的信息是離散的，全景與局部之間的信息缺乏有效整合機(jī)制，并且全局與細(xì)節(jié)缺乏聯(lián)動(dòng)，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)節(jié)的實(shí)時(shí)追蹤。此外，由于多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)采集到的影像數(shù)據(jù)較多，現(xiàn)有運(yùn)算算法計(jì)算過程比較復(fù)雜，對(duì)于大量數(shù)據(jù)計(jì)算需要消耗較長(zhǎng)時(shí)間，并且現(xiàn)有的移動(dòng)通信技術(shù)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)海量影像數(shù)據(jù)的快速傳輸，導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)全景監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)的展示經(jīng)常出現(xiàn)延遲，且延遲時(shí)間較長(zhǎng)，為此提出基于5G技術(shù)的多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。此次結(jié)合5G技術(shù)設(shè)計(jì)一套新的多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)，提高全景監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)展示速度。

1 多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1 基于廣角和變倍鏡頭聯(lián)合的實(shí)時(shí)追蹤

傳統(tǒng)技術(shù)是采用廣角鏡頭進(jìn)行全景拼接，廣角鏡頭的使用雖然可以減少攝像頭的使用數(shù)量，但是廣角鏡頭畸變比較嚴(yán)重，在使用中需要對(duì)鏡頭進(jìn)行畸變矯正，因此為了減少工作量，此次采用廣角和變倍鏡頭聯(lián)合的方式獲取全景監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，廣角與變倍鏡頭具有BNC接口，其具體參數(shù)如表1所示。

表1 廣角和變倍鏡頭主要參數(shù)表Tab.1 Main parameters of wide-angle and zoom lenses

按照表1選擇廣角和變倍鏡頭，將其視角設(shè)定為100°，由廣角鏡頭和變倍鏡頭構(gòu)成監(jiān)測(cè)圖像成像設(shè)備，在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)上方安裝至少10個(gè)攝像頭，具體數(shù)量需要根據(jù)實(shí)際情況來定，將廣角與變倍鏡頭的視角范圍設(shè)定為30°-60°，避免重疊角的產(chǎn)生。根據(jù)技術(shù)要求，采用16路YIH-R接口的視頻采集卡作為廣角和變倍鏡頭視頻采集設(shè)備，其參數(shù)如表2所示。

表2 視頻采集卡參數(shù)表Tab.2 Video capture card parameter list

圖1 局部圖像實(shí)現(xiàn)全景投影示意圖Fig.1 Schematic diagram of partial image realization of panoramic projection

如圖1所示，假設(shè)局部圖像的中心坐標(biāo)為 ),(mu ，廣角鏡頭和變倍鏡頭的焦距為f，選取局部圖像上任意點(diǎn)的坐標(biāo) ),(yxp ，將該局部圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到全景圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo) ),( myux -- 。然后將全景圖像坐標(biāo)系反投影到廣角鏡頭和變倍鏡頭坐標(biāo)系上，得到局部圖像任意點(diǎn)三維空間坐標(biāo) ),,( fmyuxp --- 。將該點(diǎn)與柱面投影中心連接，計(jì)算出三維空間點(diǎn)與圓柱的交點(diǎn)，該點(diǎn)為圓柱面坐標(biāo)。根據(jù)上述分析，可以將局部圖像投影到全景圖像的投影方程用如式（1）公式表示：

公式（1）中，u為投影點(diǎn)三維柱面坐標(biāo)的橫坐標(biāo)；w為投影點(diǎn)三維柱面坐標(biāo)的空間坐標(biāo)；uO為投影點(diǎn)在局部圖像坐標(biāo)軸的橫坐標(biāo)；v表示投影點(diǎn)三維柱面坐標(biāo)的縱坐標(biāo)；vO表示投影點(diǎn)在局部圖像坐標(biāo)軸的縱坐標(biāo)。利用上述公式完成局部到全景的映射后，還需要對(duì)圖像進(jìn)行初始化對(duì)齊，這樣才能保證所有局部圖像都在一個(gè)水平面上，其對(duì)齊公式如式（2）所示：

公式（2）中，i表示每相鄰視角之間的旋轉(zhuǎn)角度；y表示攝像頭鏡頭第y個(gè)視角。將上述算法嵌入到監(jiān)測(cè)硬件中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)節(jié)的實(shí)時(shí)追蹤。

1.2 開展典型桿塔布點(diǎn)設(shè)置

在上文基礎(chǔ)上，開展典型桿塔布點(diǎn)設(shè)置工作，根據(jù)技術(shù)要求此次采用GHG規(guī)劃模型對(duì)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算，在滿足多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)典型桿塔布點(diǎn)設(shè)置最優(yōu)化。將待監(jiān)測(cè)場(chǎng)景信息和監(jiān)測(cè)設(shè)備信息輸入到GHG規(guī)劃模型中，建立監(jiān)測(cè)場(chǎng)景典型桿塔布點(diǎn)三維模型，利用如式（3）所示的公式計(jì)算出典型塔桿布點(diǎn)數(shù)量：

公式（3）中，n表示典型桿塔布點(diǎn)數(shù)量；k表示監(jiān)測(cè)區(qū)域面積；m表示區(qū)域內(nèi)攝像頭數(shù)量；q表示攝像頭鏡焦。利用上述公式計(jì)算出典型桿塔布點(diǎn)數(shù)量，將計(jì)算到的數(shù)值上傳到GHG規(guī)劃模型中進(jìn)行分析，GHG規(guī)劃模型將會(huì)推出典型桿塔布點(diǎn)設(shè)置方案，將該方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，檢驗(yàn)應(yīng)用效果，以此保證典型桿塔布點(diǎn)最少、最優(yōu)。

1.3 基于5G技術(shù)的全景監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)展示

實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)展示的關(guān)鍵在于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效傳輸，保證拼接完成的局部影像和全景影像實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇K端界面上。因此設(shè)置完典型桿塔布點(diǎn)后，對(duì)每個(gè)典型桿塔布點(diǎn)進(jìn)行5G通信網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)多攝像頭及其他硬件設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)[2,3]。首先將5G蜂窩與典型桿塔的RSU結(jié)合，RSU占用6.8G的30M帶寬，覆蓋范圍在100-1000m，將其作為5G通信搭載平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多攝像頭數(shù)據(jù)的收集和播發(fā)[4,5]。在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)建立一個(gè)5G基站，用于支持RSU數(shù)據(jù)的回傳，將5G終端最大發(fā)射功率設(shè)定為29dBm，實(shí)現(xiàn)與大網(wǎng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)[6]。最后將監(jiān)測(cè)展示終端與5G網(wǎng)絡(luò)連接，通過與5G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)全景監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)影像的接收，并將接收到的動(dòng)態(tài)影像進(jìn)行實(shí)時(shí)展示和查看[7]。以此完成了基于5G技術(shù)的多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某區(qū)域?yàn)閷?shí)驗(yàn)環(huán)境，該區(qū)域面積為3564.85m2，運(yùn)用此次設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)，使用400×350的小窗口展示監(jiān)測(cè)畫面。根據(jù)規(guī)劃模型計(jì)算出該區(qū)域需要布置35處布點(diǎn)，布置16個(gè)典型桿塔，安置34個(gè)廣角鏡頭和15個(gè)變倍鏡頭。實(shí)驗(yàn)中將廣角鏡頭和變倍鏡頭的拍攝角度設(shè)定為45°，拍攝范圍設(shè)定為30°～60°，鏡頭分辨率設(shè)置為450dpi，拍攝頻率設(shè)定為1.42Hz。使用8個(gè)數(shù)據(jù)采集卡讀取到廣角鏡頭和變倍鏡頭數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集卡采集周期設(shè)定為5s，采集頻率設(shè)定為4.15Hz[8,9]。實(shí)驗(yàn)令10輛汽車在區(qū)域內(nèi)行駛，令兩種技術(shù)對(duì)汽車進(jìn)行抓拍，監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)汽車行駛狀態(tài)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為30min，當(dāng)攝像頭抓拍到汽車時(shí)對(duì)拍攝畫面進(jìn)行放大顯示，隨機(jī)截取7段監(jiān)測(cè)視頻，記錄兩種技術(shù)在使用過程中的延遲時(shí)間，將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證設(shè)計(jì)技術(shù)的有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 兩種技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)影像延遲時(shí)間對(duì)比（s）Tab.3 Comparison of the delay time of dynamic monitoring images of the two technologies (s)

從表3數(shù)據(jù)觀察中可以得出以下結(jié)論：此次設(shè)計(jì)技術(shù)展示的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)影像延遲時(shí)間符合技術(shù)要求，最大延遲時(shí)間僅為0.11s；而傳統(tǒng)技術(shù)展示動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)影像延遲時(shí)間較長(zhǎng)，在該方面設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)[10]，這是因此此次設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用了5G技術(shù)，能夠有效提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸速度，降低數(shù)據(jù)傳輸壓力。其次應(yīng)用的算法運(yùn)算過程比較簡(jiǎn)單，減少了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)間，以此可以減少監(jiān)測(cè)影像動(dòng)態(tài)展示的延遲時(shí)間。因此實(shí)驗(yàn)證明了基于5G技術(shù)的多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)反映出實(shí)際場(chǎng)景。

JY酒店的內(nèi)部審計(jì)種類主要包括專項(xiàng)審計(jì)和例行審計(jì)兩種，專項(xiàng)審計(jì)主要有離任審計(jì)、績(jī)效審計(jì)、專案審計(jì)、審計(jì)調(diào)查等方面，而例行審計(jì)則是指經(jīng)營(yíng)管理審計(jì)，主要包括與企業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)相關(guān)的審計(jì)事項(xiàng)。在內(nèi)部審計(jì)程序方面，JY酒店的董事局審計(jì)委員會(huì)有權(quán)對(duì)公司內(nèi)部審計(jì)部門擬定的年度內(nèi)審計(jì)劃、目標(biāo)及預(yù)算進(jìn)行審核與批準(zhǔn)。內(nèi)審機(jī)構(gòu)制定的審計(jì)計(jì)劃須將營(yíng)運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)、審計(jì)資源等因素考慮其中，以便妥善執(zhí)行全年審計(jì)工作。具體而言，JY酒店的內(nèi)部審計(jì)工作程序?yàn)閳D1所示。

3 結(jié)語(yǔ)

此次結(jié)合相關(guān)參考資料，在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上采用了5G技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套新的全景監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過多攝像頭影像拼接，現(xiàn)場(chǎng)典型桿塔布點(diǎn)設(shè)置，以及接入5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)展示，并通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證技術(shù)具有良好的可行性，有效降低了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)影像延遲時(shí)間，有助于實(shí)現(xiàn)全景動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此次研究取得了一定的研究成果，但是由于個(gè)人水平有限，在研究?jī)?nèi)容方面尚存在一些不足之處，今后會(huì)對(duì)該方面進(jìn)行深入研究[11]，對(duì)技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，為多攝像頭協(xié)同全景監(jiān)測(cè)技術(shù)研究提供理論依據(jù)。

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