应用WebGIS的视频监控系统覆盖域分析设计研究.pdf
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1、中国人民公安大学学报(自然科学版)2023 年第 3 期 No.3 2023Journal of People蒺s Public Security University of China(Science and Technology)总第 117 期 Sum117应用 WebGIS 的视频监控系统覆盖域分析设计研究赵晓凡,摇 曹前有(中国人民公安大学信息网络安全学院,北京摇 102623)摘摇 要摇 视频监控作为一种有力的公共安全智能管理手段,已被广泛应用于社会治安管理和公共秩序维护。为提高基层公安辖区视频监控网利用率,设计了面向城市的具备视频监控系统覆盖域分析功能的 WebGIS。首先在Ar
2、cGIS 软件中构建基于城市监控的可视域模型,并制作 DSM 地图。随后利用 ArcGIS Server 搭载资源和地理处理服务。最后在构建出的前端页面中使用 ArcGIS API for JavaScript 技术调用 REST 服务,实现选区面积计算、辅助选址设置参数、可视域分析、重复率计算等功能,并对覆盖域、重复率的分析计算结果使用图表、地图等形式进行可视化展示。系统测试结果显示,公安监控人员可借助系统分析结果科学调整视频监控点位布局,达到提升网络覆盖质量、资源利用效率的目的。关键词摇 WebGIS;视频监控系统;覆盖域分析;重复率计算中图分类号摇 D035郾 33文献标志码摇 A收稿日
3、期摇2023鄄03鄄21基金项目摇中国人民公安大学网络空间安全执法技术双一流创新研究专项(2023SYL07);中国人民公安大学公共安全行为科学实验室开放课题(2021SYS02);中国人民公安大学 2022 年校级教学研究项目(2022JXYJ033)。作者简介摇赵晓凡(1981),女,河南安阳人,博士,讲师。研究方向为算法理论、在线算法、机器学习。E鄄mail:zhaoxiaofan Coverage Analysis and Design of Video SurveillanceSystem Based on WebGISZHAO Xiaofan,摇 CAO Qianyou(Schoo
4、l of Information and Cyber Security,People蒺s Public Security University of China,Beijing 102623,China)Abstract:Video surveillance,as a powerful intelligent management tool for public safety,has beenwidely used in social security management and public order maintenance.To improve the utilization rate
5、of video surveillance networks in grassroots public security jurisdictions,WebGIS with coverage analysisfunction for video surveillance systems is designed for cities.Firstly,a visual domain model based on ur鄄ban monitoring is constructed in ArcGIS software,and a DSM map is created.Subsequently,ArcG
6、ISServer is used to carry resources and geographic processing services.Finally,in the constructed frontpage,the ArcGIS API for JavaScript technology is used to call REST services,achieving functions suchas calculation of selecting area,parameter setting of auxiliary site selection,visibility analysi
7、s,and repe鄄tition rate calculation.Moreover,the analysis and calculation results of coverage and repetition rate arevisualized in charts,maps,and other forms.The system test results show that public security monitoringpersonnel can scientifically adjust the layout of video monitoring points with the
8、 help of the system analy鄄sis result,achieving the goal of improving network coverage quality and resource utilization efficiency.37赵晓凡等:应用 WebGIS詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬的视频监控系统覆盖域分析设计研究Key words:WebGIS;video monitoring system;coverage analysis;repetition rate calculation0摇 引言
9、视频监控作为一种重要的信息获取手段,在治安、刑事案件中起到了固定证据、理清案件思路的重要作用。辖区内视频监控网布局合理与否,直接关系到相关案件的侦破和辖区社会治安状况。部分地区在视频监控系统建设中缺少系统规划,存在选址不科学、选址无依据的情况,个别地点监控选址还存在覆盖盲区、覆盖重叠、视野缺失等问题,进而造成资源的浪费与监控质量的降低。如何让公安机关根据自己辖区的基本情况,快速、便捷的测试和调整本辖区视频监控点位,改善监控网络中设备的布局,是亟需解决的问题。基于 Web 技术的 GIS 具有开发简单、部署快、成本低、空间分析能力强等优势。本文设计并开发具有监控可视域分析、重复率计算等功能 We
10、bGIS应用,让基层公安机关可以自行根据分析计算结果,对辖区监控系统的点位布控做出合理科学的调整,提高视频监控网络实用性和利用率,更好地协助公安侦破案件,提升公安打击犯罪能力,真正成为智慧警务工作的有力抓手。1摇 研究现状在视频监控与地理信息系统(Geographic Infor鄄mation System,GIS)结合的研究中。左海龙1提出一种利用 GIS 空间分析的视频监控选址方法。通过构建选址因子和分析算法,达到微调选址因子可以可视化视频监控范围的效果,并最终实现对视频监控选址的合理规划。在可视域分析领域,国内外对于可视域的计算主要分为两大类。一类是基于视线(Line ofSight,L
11、OS)计算,另一类是吴艳兰2提出的基于参考面计算。上述视域分析计算方法主要是基于数字高程模型(Digital Elevation Model,简称 DEM)和不规则三角网(Triangular Irregula Network,TIN)数据。基于 DEM 的视域分析,观察点对每个 DEM点判断通视与否,赋值累计后生成可视和不可视图形;基于 TIN 的视域计算,由于 TIN 精确的三点定面和对于地形坡度的计算,使得其精确度高于DEM 模型3。以上两种方法主要应用于山区等场景,而 Bin Jiang4提出的基于智能小个体的视域计算,非常适用于城市场景、室内模型,选定一个方向后,从观察点出发,在受到
12、小个体的阻挡前,尽可能地探索整个区域,计算出最终可以到达的智能小个体的区域就是可视范围。在三维领域,Chen5利用建筑信息模型(Build鄄ing Information Modeling,BIM)技术构建某地铁站的模拟闭路电视系统。使用数学计算方法和三维参数化建筑设计软件 Revit 的“填充区域冶功能在 2D 和3D 模式下分别评估了闭路电视系统的覆盖区域。杨翔宇6利用开源三维系统 Cesium 库实现基于WebGL 的三维地形可视域分析,并对武当山区进行分析测试,求得可视率。但是在对城市建筑的可视域分析时,因无法忽视地表建筑物的高程,采用了阴影算法进行计算,使用地理信息系统软件 Supe
13、rmap的 API 进行可视化展示后,已经无法对可视域进行定量计算。郭博阳等人7发明的基于 WebGIS 的可视域分析方法,虽然可以省去转换矢量元素再可视化的过程,但是仍然无法进行有效的定量分析。而Kyoungah8提出一种新的方法,利用摄像机参数和整个环境的 3D 模型,来评估监控系统的有效监控范围,并对视域进行定量分析。在地图制作方面,Yasumoto9等人利用 50 m数字网格地图和二三维综合测图系统 Mapcube 生成 1 m 分辨率的 DEM,之后通过将建筑物高度数据叠加到 DEM 上生成 1m 分辨率的数字地表模型(Digital Surface Model,简称 DSM)用以可
14、视域分析,可以极大提高城市可视域分析的准确性。而基于 WebGIS 的视频监控方向研究,主要集中在视频调度领域10-12,对于可视域的定量分析计算目前应用较少。2摇 基于 DEM 的可视域分析可视性分析是视域分析的基础,即为一点能否看到另外一点,一般是基于视线法在 DEM 基础上计算。视域即为观察点所能观察到的像元点位的集合。测地线方法提供了观测点高程值、水平和垂直扫描角,以及扫描距离等参数,对监控参数的模拟可以达到很好的效果,基本符合城市监控可视域分析的现实需求。47赵晓凡等:应用 WebGIS詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬的视
15、频监控系统覆盖域分析设计研究如图 1 所示,将观察点和高程表面栅格由输入坐标系转为使用地心 3D 点,坐标系选用右旋笛卡尔坐标系,目标点坐标为 T(Xt,Yt,Zt)。确定目标可视性的方法为构造 3D 视线,由观察点向目标点做射线,中间采样距离为高程表面像元大小值,对每个采样点计算视线和表面之间沿法线到地球表面的距离 d,并使用线性反距离权重分析方法,通过距离最近的像元中心估算出地面高程值。如果 d 始终为正值,即意味着目标点可视。之后迭代分析所有目标点,即可获得观察点的视域范围。图 1摇 测地线方法计算可视性摇视频监控的成像与靶面、焦距有关,一般枪型摄像机的可视域投影为梯形。但是对于云台机,
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