1、视频地理信息系统关键技术及其应用南京师范大学地理科学学院江苏省地理信息产业研究院公共管理与社会安全的现实需求我国每年由公共安全问题造成的非正常死亡约20万人，伤残约200万人，造成的经济损失约占GDP总量的5%各级管理部门迫切需要对现实世界透彻的感知和控制手段，提升公共事件的管理与应对水平现实世界：静态场景+动态目标地理信息系统视频监控技术地理信息系统和视频监控技术的互补现有地理信息技术侧重静态场景的表达，缺少动态场景感知能力以几何-属性为基础的现有GIS数据模型难以支持动态变化、内容丰富、关系复杂的视频信息的表达、分析与可视化。地理信息系统和视频监控技术的互补现有视频监控技术侧重图像空间的分

2、析，忽略地理空间时空格局GIS操作者只看一张地图（场景）视频监控操作者则必须看复数的视频画面地理信息系统和视频监控技术的互补现有视频监控技术侧重图像空间的分析，忽略地理空间时空格局追坏人闯红灯“以管窥豹，缺乏全局性”地理信息系统与视频监控技术的集成方式特点相机位置作为点要素管理视频数据作为外挂属性GIS和视频功能独立开发优点松耦合，开发难度低缺点视频的覆盖范围没有空间表示视频中的人车等目标没有空间位置GIS的要素无法在视频中反映GIS的空间分析无法在视频中使用最常见的松散集成方式地理信息系统与视频监控技术的集成方式特点相机位置作为点要素管理视频数据作为外挂属性GIS和视频功能独立开发优点松耦合

3、，开发难度低缺点视频的覆盖范围没有空间表示视频中的人车等目标没有空间位置GIS的要素无法在视频中反映GIS的空间分析无法在视频中使用最常见的松散集成方式动态纹理地理信息系统与视频监控技术的集成方式特点相机位置作为点要素管理视频数据作为外挂属性GIS和视频功能独立开发优点松耦合，开发难度低缺点视频的覆盖范围没有空间表示视频中的人车等目标没有空间位置GIS的要素无法在视频中反映GIS的空间分析无法在视频中使用最常见的松散集成方式问题根源：外挂！视频是一种天然的地理空间数据！空间分辨率时间分辨率地图投影视频地理信息系统视频GIS是指处理、分析、表达和管理视频/地理视频数据为特征的GIS需要解决视频与

4、地理空间统一表达、流数据组织与管理、视频地理分析、视频虚实融合可视化等技术难题可服务于公安、交通等所有对实时信息、动态信息有需求的行业和部门。更为广泛的意义上，可服务于所有对空间信息有需求的领域。研发历程视频GIS关键技术研究（国家863计划项目，2007AA12Z238），2007-2010视频GIS与突发公共事件的感知控制系统（国家科技支撑计划项目，2012BAH35B02），2012-2015基于视频监控数据的区域地理场景中人群特征分析（国家自然科学基金，41301415），2014-2016监控视频的三维空间覆盖模型研究（国家自然科学基金，41401442），2015-2017全息地图

5、获取与位置信息聚合技术（国家重点研发计划，2017YFB0503500），2017-2021地理视频结构化与检索方法研究（国家自然科学基金，41771420），2018-2021自主知识产权的核心技术与软件平台空间化视频GIS核心技术体系结构化虚实融合化 统一视频和地理数据时空基准 展现监控覆盖范围和优化布局 将地理要素映射到视频画面中 将GIS空间分析引入视频数据中 检测与跟踪视频中的人/车对象 分析视频中的人群密度和速度 将分析结果叠加到GIS中 将实时视频图像叠加到GIS中 将空间数据叠加到实时视频中视频GIS核心技术 I：视频空间化视频空间化是指通过技术手段获得相机的位置、姿态、焦距等

6、（内外方）参数，进而获得覆盖范围以及视频图像中每个像素对应空间位置。概念定义视频GIS核心技术 I：视频空间化相机类型枪机球机云台镜头类型普通广角远视长焦畸变类型桶形畸变切向畸变枕形畸变运动类型静止平移旋转缩放场景类型室内室外高空定位方式有信号无信号技术难点 1：工况复杂多变视频GIS核心技术 I：视频空间化技术难点 2：完全依靠实测，工作巨大完全依靠人工，工作量巨大高空相机，难以辨认视频GIS核心技术 I：视频空间化视频地理空间化软件（1）集成针对不同工况的多种标定方法（2）持续跟踪，解决相机运动的问题（3）定位定向，精度达到亚米级（4）支持不同类型相机，无需改造视频GIS核心技术 I：视频

7、空间化（1）明确所有相机的空间位置与姿态，为相机的管理与维护奠定基础服务于相机管理者，如公安、物业、工厂、工地等。（2）明确所有相机的覆盖区域，为相机优化布局奠定基础除相机管理者，还可服务于相机安装者，如监控相机厂商、实施商等。（3）使得GIS空间分析可以应用到视频数据中服务于所有视频监控使用者或视频GIS系统建设者。（4）为后续视频视频结构化和虚实融合提供基础视频GIS核心技术 I：视频空间化应用案例：相机布局展示与优化视频GIS核心技术 I：视频空间化应用案例：相机布局展示与优化视频GIS核心技术 I：视频空间化应用案例：相机布局展示与优化覆盖区域盲区3104盲区盲区

8、盲区盲区覆盖问题：1.楼梯间、大厅未覆盖2.需重点关注的房间门口未覆盖仪器实验室视频GIS核心技术 I：视频空间化应用案例：相机姿态实时监测 相机偏移自动报警 和云台参数相互补充视频GIS核心技术 I：视频空间化应用案例：视频-地理空间分析视频GIS核心技术 I：视频空间化应用案例：视频-地理空间分析视频GIS核心技术 I：视频空间化应用案例：视频-地理空间分析视频GIS核心技术 I：视频空间化应用案例：视频-地理空间分析视频GIS核心技术 II：视频结构化视频结构化是指通过计算机视觉与机器学习等技术手段，检测与跟踪视频图像中的人/车等个体目标，分析人群/车辆的统计特征和运动特征，并将分析结果

9、叠置在GIS系统中展示。概念定义视频GIS核心技术 II：视频结构化视频结构化服务器KafkaCluster+GeoEvent计算机视觉+机器学习RTSP视频流图像识别结果视频在线可视化视频在线可视化空间化空间化GIS实时可视化GIS实时可视化人/车检测与跟踪人/车检测与跟踪人流/车流计数人流/车流计数异常行为分析异常行为分析 自主结构化模块 可替换类似模块 自主空间化模块 GIS实时可视化 支持多类型分析视频GIS核心技术 II：视频结构化视频结构化服务器视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：行人检测与跟踪视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：机动车辆检测与跟踪视频GIS核心

10、技术 II：视频结构化应用案例：车型识别视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：非机动车检测视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：人群密度检测视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：人群密度检测视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：人群计数视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：视频地理围栏视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：异常行为检测视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：低成本人流监测视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：结构化视频压缩存储通过动静分离，既减少了数据存储量，又便于对象的识别、分类与各类分析的展开。前景背景原始视频视

11、频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：结构化视频压缩存储原始视频：136MB前景对象：3.04MB背景图片：157KB合成视频：3.2MB压缩比：2.4%视频GIS核心技术 II：视频结构化应用案例：城市声环境重建,=,+=.,道路道路段段车辆车辆行驶产生的噪声级行驶产生的噪声级；第第i段段的长度的长度修正值；修正值；距离距离衰减修正值；衰减修正值；地表地表吸收和气候吸收和气候修正修正（与高度和距离相关）（与高度和距离相关）；遮挡遮挡物（建筑物或声屏障）衰减修正值。物（建筑物或声屏障）衰减修正值。道路道路段段平均平均噪声噪声；,道路道路段段第第i i段段平均平均噪声噪声；视频GIS核心技

12、术 III：视频虚实融合化虚实融合化是指打通虚（GIS）和实（视频）之间的壁垒，可以将视频画面叠加到GIS中展现，也可将GIS数据叠加到视频中展现，还可将视频和视频叠加，甚至可以让单视点的GIS画面，变成多视点的虚拟现实游戏。概念定义VR AR MR视频GIS核心技术 III：视频虚实融合化视频叠加GIS的可视化方法视频作为独立窗口显示视频作为动态图层叠加显示视频GIS核心技术 III：视频虚实融合化视频叠加GIS的可视化方法（混合现实，MR）视频GIS核心技术 III：视频虚实融合化基于外挂技术的视频叠加GIS可视化方法（混合现实，MR）视频GIS核心技术 III：视频虚实融合化基于外挂技术

13、的视频叠加GIS可视化方法（混合现实，MR）视频GIS核心技术 III：视频虚实融合化视频叠加GIS的可视化方法（混合现实，MR）视频GIS核心技术 III：视频虚实融合化运动视频叠加GIS可视化方法（混合现实，MR）视频GIS核心技术 III：视频虚实融合化GIS叠加视频的可视化方法（增强现实，AR）相机拍摄的视频对应于现实世界，空间数据库或地理模型对应于虚拟世界。通过相机的实时标定与跟踪，将现实世界的视频叠加到现实世界中，实现增强现实。视频GIS核心技术 III：视频虚实融合化视频叠加视频的可视化方法（视频拼接）空间化视频GIS核心技术体系结构化虚实融合化基础+空间分析应用面向智能分析的应用面向可视分析的应用敬请批评指正！