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    區域警用圖像地理信息系統建設初探

    作者:admin 更新時間:2018年03月04日 10:36:19

      摘要:警用地理信息系統是通過外業測繪采集、內業數據處理共同完成的。本文根據警用地理信息數據內容及警用地理信息系統的特點,提出了優化區域警用地理信息系統的設計原則,以及具體的數據處理、組織的方法,并以長春市凈月大學城區域作為個案,對區域警用地理信息系統優化建設中的采集流程、軟件設計流程的具體方法進行了介紹。


      關鍵詞:建設;警用地理信息;電子警務


      中圖分類號:TP399文獻標識碼:A


      1引言(Introduction)


      凈月大學城(博碩路)是長春市的新城區項目,隸屬于長春市凈月旅游開發區,目前有四所大學坐落于該路段。由于該區城市規劃相對標準,近年來,長春市把它列為試點區,凈月開發區先后作為治安系統、戶政系統、110接警系統等警用業務系統的實驗區。


      中華人民共和國公安部于2009年印發了《全國警用地理信息基礎平臺(簡稱GIS系統)建設任務書》和《全國警用地理信息基礎平臺總體建設方案》的通知。由于警用軟件系統中運載的信息中絕大部分不僅與其地理位置有著密切關系,更需要和其周邊的環境緊密銜接。然而,筆者通過對當下一線各警種現行使用的地理信息系統的調查發現,軟件中的地址街道信息僅僅是采用文字進行表述,籠統抽象,沒有與實地地理信息進行關聯。換句話說就是沒有直觀展示,導致一線民警無法通過軟件實現可視化的空間分析,僅僅憑民警個人對相關地區街路及場所的熟悉程度來估計案發情況,在研判上缺乏直觀性,受到主觀影響較大,急需軟件系統的技術支持。


      為完善地理信息平臺,在普通而枯燥的表數據的基礎上,補充了實景圖像形式的地理信息。優化后的系統能夠為用戶提供直觀的街路及場所真實場景效果,實現直觀探究地理環境,彌補了原平臺數據的不足,有助于獲取公安重點管控單位的逃生通道、側面紋理、射擊距離等信息,真正滿足民警需要。


      2系統開發過程概述(Overviewofthesystem


      developmentprocess)


      2.1確立目標


      (1)操作系統簡便易學。民警用戶對系統軟件的認知程度和電腦使用的熟練度不同,優化后的軟件為了更加方便用戶的使用和操作,從便捷性、簡潔性、實用性等幾個方面加以提升。


      (2)軟件兼容性能提升。兼容性是指軟件與其他應用系統交互接口的數量的多少,方便用戶對系統進行維護或者二次開發。為了保障系統的可持續運行能力,在系統優化設計之初,就考慮強化系統具有的兼容性。這樣,相應的投入和運行成本也會大大降低。


      (3)注重實效,貼近實戰。軟件優化后要能夠滿足各警種領導指揮決策的需求和警務工作的實際要求,與公安部門各級民警的實戰工作需求貼近,使用軟件的民警用戶均能夠及時準確、方便快捷地查閱、采集、處理和匯總所需的地理信息,實現地理信息的快速響應和廣泛共享。


      2.2軟件需求分析


      (1)軟件基礎功能


      ①地圖手動查看操作:整體地圖顯示、移動、打印等。


      ②通用地圖查詢:用戶可以按需在凈月大學城區域范圍內瀏覽重點樓宇的全景圖像。


      (2)性能指標要求


      為滿足公安業務工作節奏的需要,優化警用圖像地理信息系統的性能指標要求如下:


      查詢數據分析的反應時間小于4秒,地圖的定位顯示反應時間小于1.5秒。


      2.3圖像獲取過程


      2.3.1原始圖像拍攝


      (1)相機的標定


      為了在拍攝之前準確地獲得現實中三維空間點與圖像中相應像素點之間的對應關系,需要對相機的參數進行標定。


      即便相機處于運動過程,相機的基本內在參數比如圖像中心點、圖像縱橫比等也是固定不變的,因此只需標定一次足矣,不需要重復進行標定。至于其他變化系數,可采用分步求解的方法,計算出相機的有效焦距。


      ①圖像縱橫比


      數碼相機一般使用4:3作為圖像縱橫比,也即S=1.3。該值在網上隨處可查,是數碼相機最常采用的數值,所以就省去了標定的步驟。


      ②圖像中心點


      可以將相機設置不同焦距拍攝同一物體,然后計算其縮放中心,即可求得圖像中心點()。


      假設數字相機焦點改變滿足


      (1)


      其中,(x,y)——特征點在有效焦距f下某特征點的像素坐標。


      (x',y')——同一特征點在另一有效焦距f'下的像素坐標。


      運用算式(1),通過對多個特征點的計算,利用最小二乘法即可解出()[1]。


      (2)圖像的獲取


      將數碼相機固定到三腳架上,使之在一定平面上平行轉動,每轉動一次拍攝一張照片。需要注意相鄰照片之間要保留重復區域,這是進行圖像匹配的重要條件。


      2.3.2圖像的預處理


      目前圖像預處理不存在通用標準,主要是根據具體用途和要求來決定預處理需要達到的效果。


      結合犯罪案件現場圖像的需求和特點,確定了課題中圖像預處理的目的:一是提高畫面質量,以達到更好的視覺效果;二是消除或減少各種噪聲的干擾,為后續處理打好基礎。


      2.3.3圖像的匹配


      圖像匹配是圖像信息領域之中的一項重要技術,同時也是其他一些圖像分析技術,如運動分析、立體視覺、數據融合等的基礎。因此,匹配算法對于實際操作中提高圖像識別精度和處理質量具有十分重要的意義[2]。


      確定圖像間對應關系模型中的參數是圖像匹配所要完成的主要工作。依據匹配方式的不同,大致可以將圖像匹配技術分為以下幾類:基于區域的匹配方法、基于模型的匹配方法、基于特征的匹配方法和基于變換域的匹配方法[3]。


      根據系統優化的需要,課題采用的是基于圖像特征的匹配方法。


      圖像匹配算法的具體實現步驟如下所示:


      (1)對圖像的每一個子塊運用小波多尺度邊緣檢測算法提取邊緣信息,計算圖像邊緣的幾何屬性[4];


      (2)計算邊緣的曲率,并將兩個圖像的邊緣曲率展開為鏈碼,來尋找最佳的匹配位置,從而達到點云與圖像匹配的目的;


      (3)用自適應直線擬合算法[5]對檢測出的邊緣進行角點提取,將提取出的角點作為準特征點;


      (4)通過特征點對構建圖像序列之間的變換矩陣,從而完成全景圖像的匹配。


      2.3.4圖像的平滑


      相鄰圖像拼接的邊緣處會有比較明顯的痕跡,必須進行平滑處理,使相鄰圖像重疊區域局部光強逐漸過渡,使重疊區域在合成后看起來更加平滑無縫。然而精確地測量或計算出兩幅圖像間相關特性的非一致性參數比較困難。這里研究的圖像平滑算法,就是要在保持圖像品質和消除拼接圖像間接縫痕跡之間找到一個最佳平衡點,達到最好的效果。


      在眾多的圖像平滑的方法中,漸入漸出的平滑技術計算簡便,對于公安機關現場圖像的處理來講,已經可以滿足需求,因此我們采用了這種方法。


      定義第H行和列的光強度差為:


      設h的取值范圍為。則由光強差分布的平滑過渡公式如下:


      用第s行光強度差Ek(H)來過渡會導致光強度差有較大的波動[6]。為了避免這種情況,采用中值光強度差的方法。


      重疊區域平滑過渡前后示意圖如圖1所示。


      經上述過程處理后的全景圖片就可以通過編程在系統進行展示了。


      2.4系統主程序


      在設計程序的主體結構時,這里采用Authorware7.02軟件制作了非線性的超媒體結構。主程序流程圖如圖2所示。


      3軟件展示(Softwaredisplay)


      (1)系統運行環境平臺的操作系統可采用Windowsxp或Windows7系統,使用軟件為Authorware7.02。


      (2)系統演示描述


      以系統設計為基礎,實現了設計要求的一些功能。


      ①首頁


      登錄界面如圖3所示。左鍵單擊所選區域“博碩路”,即可進行登錄,登錄后首頁如圖4所示,頁面主要部分為地圖。本系統采用分級模塊的方式,重點區域下設子區域。


      ②社區管理


      社區管理是業務應用中的重要部分。圖5為地址管理菜單下的重點區域管理界面。


      4結論(Conclusion)


      該系統大大提升了系統的臨場感,而且軟件可操作性強,民警無需親臨現場實地考察,即可輕松了解現場的實地情況,獲取更為詳盡直觀的現場地理信息,為各警種的工作提供了便利條件,爭取了寶貴的反應時間。


      參考文獻(References) 

      [1] 顧曉東,王曉明,劉健.基于Huang_Faugeras約束的相機分步自標定方法[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2003,15(1):35-37. 

      [2] 張倩.面向多視點系統的IBR技術研究[D].上海大學,2011. 

      [3] 汪洋.圖像匹配方法綜述[J].電腦與電信,2009,5:84-86. 

      [4] 楊丹,張小洪.基于小波多尺度積的邊緣檢測算法[J].計算機科學,2004,31(1):133-135. 

      [5] 孫向陽,姚礪,萬燕.一種基于直線擬合的自適應角點檢測算法[J].上海工程技術大學學報,2009,23(1):47-50. 

      [6] Chia Yen Chen,Reinhard Klette.Image Stitching-Comparisons and New Techniques [C].CAIP,1999:615-622. 

      作者簡介:陳 昭(1983-),女,碩士,實驗師.研究領域:刑事技術. 

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