王慧慧，孫智軍，帕麗旦·艾尼，趙永振，多斯波力·哈力木別克，鄧淋之

(1.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆寶地測繪有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

北塔山牧場的邊境地區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜多樣，或峰巒起伏、林地茂密，或冰山雪峰，人跡罕至，邊境管控異常復(fù)雜。邊防應(yīng)急情況復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的依靠普通二維地圖或人工現(xiàn)場熟悉地理環(huán)境的指揮調(diào)度方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前需求。為此，本文以實(shí)現(xiàn)北塔山牧場智能化管理為目的，運(yùn)用WebGIS[1]技術(shù)和三維平臺SuperMap，研究實(shí)景三維模型、無人機(jī)在邊境管控中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹平臺框架的設(shè)計(jì)，具體闡述無人機(jī)視頻實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)景三維建模技術(shù)、單體化技術(shù)、海量空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)[2]等關(guān)鍵技術(shù)以及系統(tǒng)的主要功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

北塔山邊境管控作戰(zhàn)指揮平臺基于面向服務(wù)的SOA設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)手持終端、指揮中心和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)使用3層框架，分別為應(yīng)用層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層，如圖1所示。

圖1 邊境管控指揮平臺的系統(tǒng)框架

數(shù)據(jù)層包括地形數(shù)據(jù)、實(shí)景三維數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)。實(shí)景三維數(shù)據(jù)包括場部、連隊(duì)的實(shí)景三維模型以及修過的精模，地形數(shù)據(jù)包括北塔山牧場的DEM、DOM數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)包括巡邊員、執(zhí)勤房、無人機(jī)、監(jiān)控位置、任務(wù)等的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。

服務(wù)層由以下幾部分組成：將地理空間數(shù)據(jù)發(fā)布成對外的服務(wù)、移動網(wǎng)絡(luò)、GPS、WebSocket、Rtmp+nginx[3]等，使用SuperMap IServe[4]將包含地形、實(shí)景三維模型的三維數(shù)據(jù)發(fā)布成Rest服務(wù)，供客戶端使用；利用WebSocke技術(shù)，搭建手持終端與指揮中心實(shí)時(shí)通信的服務(wù)；運(yùn)用Rtmp+nginx，搭建無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻推流服務(wù)；GPS的實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)加密后通過移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

應(yīng)用層包括Android手持終端和PC端指揮中心。

1.2 技術(shù)路線

由于三維GIS平臺SuperMap支持傾斜影像、地形等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，因此本項(xiàng)目使用SuperMap相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為系統(tǒng)研發(fā)提供數(shù)據(jù)支持；手持終端基于Android系統(tǒng)，研究三維場景加載、GPS實(shí)時(shí)定位、人臉識別考勤打卡、基于Websocket服務(wù)與指揮中心通訊的在線通訊(包含圖片、文字)以及大疆無人機(jī)Demo接入等相關(guān)技術(shù)；PC端指揮中心主要使用Google Chrome瀏覽器訪問，基于Cesium進(jìn)行三維GIS的開發(fā)，與巡邊員實(shí)時(shí)通訊基于搭建的Websocket實(shí)時(shí)通訊服務(wù)，無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻傳輸基于搭建的Rtmp+nginx推流服務(wù)器。最終實(shí)現(xiàn)三維場景下邊境管控?zé)o人機(jī)實(shí)時(shí)視頻傳輸、手持終端與指揮中心實(shí)時(shí)通訊，建設(shè)高效、統(tǒng)一的巡邊調(diào)度系統(tǒng)。

系統(tǒng)總體技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 邊境管控指揮平臺系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

1.3 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如下：

1)北塔山邊境管控地理信息作戰(zhàn)指揮平臺：實(shí)現(xiàn)二三維場景瀏覽、給巡邊員制定巡檢任務(wù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控巡邊員、查詢巡邊員軌跡、與巡邊員實(shí)時(shí)通訊、北塔山實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度、無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻傳輸、一鍵報(bào)警處理、大屏統(tǒng)計(jì)以及巡檢報(bào)表導(dǎo)出等功能。

2)手持終端：實(shí)現(xiàn)三維場景瀏覽、人臉識別考勤打卡、GPS實(shí)時(shí)定位、與指揮中心通訊、不在巡檢范圍內(nèi)報(bào)警、以文字和圖片進(jìn)行邊情上報(bào)、一鍵報(bào)警等功能。

3)數(shù)據(jù)服務(wù)：實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)服務(wù)、手持終端與指揮中心實(shí)時(shí)通訊服務(wù)、無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻傳輸服務(wù)等功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 實(shí)景三維建模技術(shù)

實(shí)景三維建模技術(shù)利用搭載傾斜相機(jī)的無人機(jī)對真實(shí)場景拍攝，然后利用建模軟件ContextCapture自動建模，最終生成三維場景。該方法具有能夠?qū)?fù)雜的實(shí)體進(jìn)行快速建模，但是對于有棱角、復(fù)雜的建筑物拉花的情況，本系統(tǒng)使用DP軟件進(jìn)行修模，對自動建模成果按照要求對樹、房屋、路等進(jìn)行修模，建成逼真的實(shí)景三維場景[5]。

2.2 單體化技術(shù)

對比切割單體化、動態(tài)單體化和矢量疊加單體化方法后，本文使用矢量疊加單體化對模型進(jìn)行單體化的方法。此方法操作便捷，無需過多的人工干預(yù)，不會對Mesh面造成破壞進(jìn)而對模型的渲染快慢造成影響，也不會對數(shù)據(jù)原始造成毀壞，并且能夠使原始數(shù)據(jù)保持完整[6]。

2.3 無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻傳輸技術(shù)

手持終端搭載大疆無人機(jī)Demo，將無人機(jī)視頻流通過蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)和無線WIFI推送給Rtmp+nginx流媒體服務(wù)器，Web端根據(jù)流媒體服務(wù)器地址從nginx拉取數(shù)據(jù)，展示實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)[7-8]。

2.4 海量空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)

項(xiàng)目采用SDX+MySQL大型空間數(shù)據(jù)庫引擎[9-10]來管理與空間信息有關(guān)的數(shù)據(jù)。解決項(xiàng)目數(shù)據(jù)量大、矢量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化存儲的問題。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能有：

1)任務(wù)制定：指揮中心實(shí)現(xiàn)每個(gè)執(zhí)勤房日常任務(wù)(步巡、車巡、看監(jiān)控)、緊急任務(wù)、演練任務(wù)的制定。

2)越界報(bào)警：執(zhí)勤人員在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，超出執(zhí)勤范圍，手持終端越界報(bào)警，指揮中心實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3)一鍵報(bào)警：執(zhí)勤人員發(fā)現(xiàn)特殊情況時(shí)，點(diǎn)擊一鍵報(bào)警，指揮中心進(jìn)行緩沖區(qū)分析，查詢最近的資源進(jìn)行調(diào)配。

4)巡檢軌跡：指揮中心可按時(shí)間段查詢?nèi)藛T、車輛、無人機(jī)軌跡(見圖3)。

圖3 軌跡查詢

5)邊情上報(bào)：指揮中心和手持終端可進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，指揮中心可給手持終端的巡邊員發(fā)送緊急任務(wù)，手持終端可通過文本、圖片的形式將發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)發(fā)送給指揮中心，如圖4所示。

圖4 邊情上報(bào)

6)無人機(jī)實(shí)時(shí)圖傳：手持終端通過蜂窩移動和WiFi信號將無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻流推給Rtmp流服務(wù)器，在指揮中心展示視頻流，如圖5所示。

圖5 無人機(jī)圖傳

4 結(jié)束語

本文以北塔山牧場為試點(diǎn)，探索“三維GIS+無人機(jī)”在邊境管控中的應(yīng)用，以 B/S 方式構(gòu)建北塔山邊境管控地理信息作戰(zhàn)指揮中心，基于GPS定位、人臉識別技術(shù)研發(fā)邊境管控Android 手持終端，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)、技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻傳輸、軌跡查詢、任務(wù)制定、邊情上報(bào)、實(shí)時(shí)通訊等功能，提高了北塔山牧場運(yùn)用信息化、智能化手段管控邊境的能力。