基于GIS的多传感器联合监控

摘要:针对目前监控中存在多种传感器,其工作原理不同、控制方式不同,且自成系统、信息不能共享,难以形成合力的现状,提出一种基于GIS的多传感器联合监控方案,给出了联合监控系统的结构及功能。采用该方案,可以有效提高多种传感器联合监控的效果。

关键词:GIS 多传感器 联合 监控

中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00

1 引言

随着数字技术的快速发展,监控越来越受到重视,各种类型的传感器大量安装在重要口岸和敏感地区,执行维护国家安全和社会稳定的重任。其中,视频和坐标类传感器(发现目标的坐标为主的传感器,如雷达、声纳、AIS、微传感器等)是常用的监视手段,而GIS系统是监控中常用的平台[1,5,6],它们各有各的特点。

目前视频传感器主要有基于CMOS和CCD的可见光、红外、可见光/红外综合(EO/IR)和微光夜视仪等。视频信息直观性强,实时性好,易于判读和理解,但监视的距离较近,而且光电和可见光传感器容易受到环境的影响,在恶劣天候下难以施行有效监测;而坐标类传感器,一般具有探测距离远、能够全天候工作、穿透性强、能对目标进行识别与跟踪等特点,但其直观性差,难以判读且容易出现误判等现象[3,4]。

GIS系统是计算机技术、图形学技术、数据库技术融合的产物,是一种利用计算机对有关地理、空间位置的数据进行存储、查询和显示的计算机支持系统,主要用来描述现实世界中地物在空间上的分布及其属性。GIS系统可借助计算机,将传感器及监控目标的空间特征信息进行可视化表达,为监控系统提供直观、清晰、全面的信息表达式,GIS系统能够快速获取某一空间地物的基本特征。虽然GIS数据详细准确,但其更新周期长,一般适合描述固定的地物等,对动目标描述困难[6]。

目前,上述传感器及GIS平台在监控系统中应用较为普遍,针对每一类传感器甚至是同一类传感器中的不同型号产品,往往都需要采用一套专门的处理系统[2,7]。这些专门的处理系统由于信息格式不统一、控制方式不一致,导致系统间难以实现信息共享,无法充分发挥多传感器联合监控的优势,造成设备和资源的严重浪费,本文针对现在监控系统中存在的问题及监控系统中常用传感设备的特点,提出基于GIS平台的多传感器联合监控系统,该系统以GIS平台为依托,以空间位置为中介,可实现多种传感设备的统一监视与控制,从而大幅提高监控的效果。

2 多传感器联合监控的原理及实现方法

2.1多传感器联合监控的原理

视频传感器自身的位置是绝对的,其方位角以及俯仰角也是可以确定的,如果视频传感器带测距功能,则可以得出目标的具体方位;也可以确定目标的位置;而GIS数据则是空间和时间上的结构体。因此,可以考虑以空间位置作为钮带,将多种传感器有机结合在一起。各种监控设备虽然工作原理及流程都不尽相同,但它们的共同点是可以提供或者利用目标的位置信息,因此,本文提出一种以地理信息平台为依托,实现多传感器的联合监控的方案,其流程如图1所示。

当传感设备1发现目标并获取目标坐标后,传感设备1将目标位置提供给地理信息系统,地理信息系统在地图上显示出该目标并计算出目标相对于传感设备2的方位,并将此方位转换为传感设备2的引导控制信息,传感设备2可根据此引导控制信息,自动转向该目标,这样就实现了传感器备1与传感设备2的联合监控,同理可实现多个监控设备间的联合监控。

2.2经纬度与坐标信息的转换方式

多传感器联合监控的关键在于实现多传感器空间位置、目标空间位置的统一描述,具体的处理方式主要表现为经纬度与空间坐标的转换。假定其他传感器与视频传感器自身的经纬度已知,分别为 , ,经纬度分别为 C点为其他传感器发现的目标的位置,其中 C相对A方位 ,距离, 问题就转换为了求取目标C相对视频传感器B点的方位 以及距离 ,其关系如图2所示。

根据求出的距离及角度,就可以计算出视频传感器转向该目标点所需要转动的方位角高低角以及镜头相关参数,从而可以建立目标与传感器控制的映射关系。

3 基于GIS多传感器联合监控系统的结构

基于GIS多传感器联合监控系统主要包括两大部分,即传感器和联合监控平台,其结构如图3所示。该结构可以作为一个中心作用,也可根据实际需要灵活扩展为多级。从图中可以看出,多传感器联合监控平台主要包括三个模块,即视频处理与控制模块、目标处理与控制模块和GIS综合处理模块,其中视频处理与控制模块与视频传感器相连,坐标传感器与目标处理与控制模块相连,GIS综合处理模块与视频处理与控制模块,以及目标处理与控制模块均相连,每个模块的具体功能如下:

视频处理与控制模块:视频处理与控制模块主要分为视频处理子模块和传感器控制子模块,其中视频处理子模块主要完成视频的采集、处理、压缩、存储、回放、编辑等功能,传感器控制子模块主要完成对多种视频传感器的统一控制。

目标处理与控制模块:主要包括两个部分,即目标处理子模块以及传感器控制子模块。目标处理子模块完成目标信息的获取、分类、判别、存储、编辑等功能,而传感器控制子模块实现对目标传感器的统一控制。

GIS综合处理模块:GIS综合处理模块以空间数据库为支撑,接收视频处理与控制模块、目标处理与控制模块的传感器、视频及目标信息并在电子地图上统一显示,并对这两个模块发送传感器控制信息或者视频信息,实现对另外两个模块的交互进行管理与协调,从而实现多传感器的联合监控。

基于GIS的多传感器联合监控系统的工作流程为视频传感器将获取的视频信息以及视频传感器的参数状态传送至视频处理与控制模块,由视频处理子模块处理后交给GIS综合处理模块,在电子地图上进行显示。同样,目标处理与控制模块接收来自坐标传感器的目标数据并进行处理后交给GIS综合处理模块并进行统一显示。GIS综合处理模块即可以接收各种信息,也可以通过视频处理与控制模块、目标处理与控制模块对各种传感器进行控制。

4 联合监控系统的典型功能及应用

4.1 监控点优化配置

多传感器联合监控系统需要根据监控区域及监控任务设置监控点,仅根据经验进行设置,一般难以达到最佳效果。该系统可以利用GIS系统的数据分析功能,实现多个监控点的优化配置。在电子地图上输入监控点位置、传感器数量及通视条件要求等相关参数,通过GIS分析,可以获取传感器的监控范围,明确监控点的监控能力。采用该方法可以灵活更改传感设备的地点以及数据,从而获取最优的监控点配置方案,为监控点的准确设置提供科学依据。此外,通过该系统还可对整个监控系统的监控区域、热点区域、监控设备的重复度、监控区域的重合度等情况进行评价。

4.2 同类传感器联合监控

同类传感器联合监控,可以有效扩大传感器的监控范围,提高监控的效能,例如多视频监控镜头、多雷达监控等。采用多视频镜头监控,在一个监控点安装多个视频传感器,可实现同时对监控点周围360度全方位监控。此外,当发现重要目标后,仅从一个方向对目标进行监控可能是不够的,这时可以由GIS进行分析,找出一些最合适的传感器对目标从各个方位进行监控,从而确保对重点目标的全方位无间断监控。同类传感器联合监控实现方便,易于操作。

4.3 异类传感器联合监控

异类传感器联合监控,可以充分发挥各种传感器的优势,实现多传感器的优势互补。例如雷达和视频传感器的联合监控中,当雷达发现目标后,可以控制视频传感器转向该目标,通过目标的视频信息进行验证,从而对目标的属性进行正确的判断,有利于后续处理;同理,当视频传感器发现目标后,也可以通知具有跟踪功能的坐标传感器锁定该目标并进行跟踪,视频传感器可以继续对其他目标进行监控。采用该方法,各监控点可以根据实际需要配置传感器,进而充分发挥监控的效能。

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4.4 GIS与传感器结合

4.4.1 利用GIS数据实现对监控内容的判读

当发现可疑目标后,如果无法确定是地物还是目标,此时可以利用GIS数据实现对监控内容的判读,具体有两种措施:一是直接借助GIS数据进行判断,如果在该位置上没有固定地物,则可认为该可疑目标是一个目标,否则,可以认为该目标是一个地物;二是根据该区域的特性进行判断,例如在一个陆地上一般不会出现船只,而在海洋上则可能是一个船只。

4.4.2 利用监控数据对GIS数据进行更新

GIS的数据一般更新较慢,很难体现周围境况的实时变化,当地物发生变化后,可能影响监控效果。而根据监控获取的数据,在经过人工判定确认后,可以对GIS数据进行更新,从而形成一个闭环的系统。

4.5 热点区域监控

有时需要对监控区域内的热点区域进行监控,因此,需要多个传感器进行联合监控。如果所有的传感器一直对该区域进行监控,会照成监控设备的浪费,甚至导致某些区域成为监控的盲区,而采用本系统,可以从全局的角度出发,根据热点区域的位置及监控任务的改变而灵活地对传感器进行调度,从而实现对热点区域的准确监控,同时提高监控设备的利用效率。

4.6 多传感器联合监控综合显示

该系统可以将多种传感器自身及其发现的目标标注在电子地图上形成综合态势,供用户在宏观上进行把握;此外,当用户关注某一目标时,可以将相关的视频信息、目标属性信息以及地理坐标信息统一显示,从而提高目标判读与识别的准确性;还可在人工的干预下,实现目标、属性信息、相关地理坐标信息以及视频信息的关联,供用户在查看时更加容易。

5 结语

本文提出了一种基于GIS平台的多传感器联合监控方案,以GIS为平台,以空间位置为中介,实现对各种传感器的统一控制,并将多种传感器(视频传感器、坐标类传感器)采集的信息进行GIS平台级的融合,实现对监控区域的无缝监视,有效了提高多种传感器联合监控的效果。目前,该方案已经应用于某大型监控系统,效果较好。

参考文献

[1] 刘先省,申石磊,潘泉.传感器管理及方法综述[A].电子学报,2002.

[2] 谭树人,张茂军,徐伟.多传感器同步图像采集系统的设计[A].视频技术应用于工程,2006.

[3] 沈江,王粟,徐曼.多传感器动态数据融合自适应控制系统[A].组合机床与自动化加工技术,2006.

[4] 世界传感器发展现状[Z/OL].www.省略,2008.

[5] 甄君,夏俊清.多手段信息侦察的综合应用技术研究[A].专题技术与工程应用,2008.

[6] 蔡志浩,彭晓源.基于地理信息系统的虚拟战场态势显示[J].系统仿真学报,2003.

[7] 黄河清.多媒体远程联动智能监控终端的设计[J].电子产品世界,2009.

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