三维GIS在车辆监控平台中的应用
三维 GIS在重点车辆监控平台中的应用
在重点车辆(危险货物运输车辆、市县(区)际以上客运班车、旅游包车、重型货车、超长汽车、建设施工单位散装物料车、校车、教练车等)监控平台建设中，依托计算机网络技术、移动通信技术、地理空间信息技术、GPS技术、数据库技术等多种数字技术的集成，并通过技术集成达致服务集成，从而实现公安重点车辆管理的动态化、数字化、网络化和空间可视化，是智慧城市的基础工程和重要组成部分。
随着二维电子地图逐步向三维电子地图转型升级，掌握3D GIS在重点车辆监控平台中的应用至关重要，本文介绍贝尔信基于3D GIS的重点车辆监控平台的解决方案。
一、对重点车辆监控的要求
重点车辆在安装行车记录仪后，要与市公安重点车辆监控平台进行数据交换，对车辆调度、路线指引、行程监控、车速控制、交通违法警告、故障处理服务、车辆盗抢报警等信息的适时传输，实现交通控制指挥中心及车属公司对车辆行驶过程的安全监管，从而达到实时防驾驶员疲劳驾驶、超速驾驶、越线驾驶等交通违法行为，避免引发道路安全事故，确保车辆行驶安全。
对重点车辆的监控和管理包括如下容：
(1)超速驾驶报警管理
如果重点车辆行车速度超过系统预先设定的速度值，公安重点车辆GPS监控中心就会收到报警信息并且马上通过监控座席向该车发出警告，提示驾驶员控制车速。通过这种方式来纠正司机的违章行为。公安交警重点车辆GPS监控中心每个月都会打一份当月重点车辆超速报表给交管科(或相关部门)，这些部门收到报表后，即向违章车辆的所属公司发放通知，要求整改。
(2)危化运输车、泥头车等车辆的区域限定报警管理
通过在车载GPS系统上设置区域报警，规定它在某一划定区域围或围外行驶，一旦车辆离开或进入限定的区域围，公安重点车辆GPS监控中心会及时向该车发出警告信息，要求其返回限定的区域按线路行驶。
(3)疲劳驾驶报警管理
系统通过对重点车辆上安装的记录仪预设的行驶时间限定值来监管驾驶员是否疲劳驾驶。如果司机继续超时驾驶，系统将本次驾驶自动记录为疲劳驾驶，并生成报表。如果要消除疲劳驾驶记录，唯一的方式就是在合适地方(服务站等)连续休息20分钟以上。
(4)长途客运车超时停车报警管理
启用超时停车报警功能后，长途客车一旦在市区停留的时间超过系统设定的时间，公安重点车辆GPS监控中心就会立即向该车发出指令，要求其迅速驶离城区，确保城区交通的畅通。
(5)重点车辆偏离行驶路线报警管理
当车辆偏离了系统预先设定的路线时，公安重点车辆GPS监控中心便会马上向该车的驾驶员发出警告信息，指令其返回原定路线继续行驶或控制车速。
(6)3G实时视频、抓拍防超载
在长途客车、旅游包车上安装摄像头，可以对车辆、司机、乘客进行实时视频监控，防止超载。
(7)对重点车辆安装记录仪的识别功能
监控平台启用后，路面巡逻的交警可以配备GPS识别器。当遇到重点车辆时按动识别器按钮，该车辆转向灯会按预设方式闪动，证明该车已安装符合部标、标准的记录仪并纳入监控中心进行管理。如果没有闪动则说明该车没有安装记录仪或安装了不符合标准的记录仪，这样就可以按章进行查处，提高了工作效率，防止部分车主逃避检查或蒙混过关。同时通过交警查车按动识别器，记录交警查车处警次数，作为工作绩效考核。
(8)GPS监控系统电子地图接入警用电子眼功能
将市公安局已经应用的道路或者布控电子眼数据接入到电子地图，实现GPS 监控和实时路口视频结合起来，更有效地进行布防、布控、指挥调度。
二、对GPS车辆定位监控系统的要求
卫星定位汽车行驶记录仪接收GPS定位信息并采集车辆状态信息，通过移动通信网络定时、定距、或点名上传数据到GPS企业系统。GPS企业系统通过通信网络，把车辆定位信息以及状态信息上传到市GPS监控中心,简称为监控中心，由数据共享平台提供各行业车辆的位置和运行轨迹。可以在电子地图上显示出车辆的实时位置，查询车辆的属性，并重现车辆的运行路线轨迹、查询车辆行驶记录等。
系统主要由三部分组成：（1）监控中心：监控中心配置具有调度、管理、报警、监控等功能的GIS应用软件。（2）通信系统：依托移动通信数据传输网络(选择3G网络)建立连接监控中心与移动通信网络的专网，实现车辆定位数据和行驶记录的双向传输；（3）GPS车载终端：GPS车载终端安装在各行业车辆上，实现
对车辆的GPS定位，并实现车辆与监控中心的数据通信。
对监控端系统的需求包括：
（1）地图操作
电子地图在整个系统中占有重要地位。对电子地图的操作属于本系统最基本的功能。本系统基于GIS平台软件，实现电子地图的各项操作功能。
地图操作主要包括以下功能：
地图浏览:包括地图放大、缩小，地图漫游，全图显示等地图浏览基本操作。
地图放大：根据需要，缩小地图上的目标。有两种方式：一种是单击地图，以点击位置为中心放大一倍；一种是圈定放大围，使圈定的围变为地图显示围。
地图缩小：根据需要，缩小地图上的目标。有两种方式：一种是单击地图，以点击位置为中心缩小一倍；一种是圈定缩小围，使当前地图围缩小到圈定围。
地图漫游：可根据需要将地图显示围移动到指定位置，拖动时将地图拖动到鼠标放下的位置。
全图显示：将地图某一图层的最大围作为地图的显示围。
地图编辑:包括图层控制、标注设置、颜色设置、符号设置等。
地图查询:地图查询包括空间查询和属性查询两种基本类型，具体包括空间定位查询、属性信息查询、空间区域查询等。
地图量算与分析:包括地图上有关地物的坐标、长度(距离)、面积、体积等的量算，以及有关地物的统计分析等。
地图输出:包括地图输出打印、地图导出等。可以指定打印围，设置打印比例，选取打印容。可以根据需要，选择某一矩形围，导出为BMP、JPG等常见格式的图片文件。
（2）车辆定位显示：车辆定位显示是本系统的一个基本功能。车载终端接收GPS定位信息和采集车辆状态信息，通过移动通信平台定时、定距、越区或点名上传数据到监控中心，监控中心能随时掌握入网车辆的位置和运行轨迹。监控中心可对处于报警状态和非报警状态的车辆进行隐蔽的跟踪监控。
（3）车辆查询：车辆查询功能模块提供了人机交互方式查询车辆的基本信息，系统提供以下车辆查询模式。
（4）单车点选查询：根据车牌号能唯一定位环卫车辆、巡查车辆，显示车辆的基本信息，并在图中高亮显示车辆的位置，跟踪车辆的运行轨迹。
（5）空间围查询：空间围查询是根据空间位置关系进行查询，根据用户选定的网格或划定的空间围，查看落入围的车辆状态及其详细属性。
（6）模糊查询：根据车辆的基本属性和状态对车辆进行模糊查询。车辆的详细属性包括车辆编号、车牌号、车辆类型、司机、司机联系方式等信息。
（7）车辆监控
车辆监控是指监控中心对车载终端的远程控制，包括车载装置工作参数设置、车载装置检测、车辆跟踪等。
（8）车辆管理
车辆管理模块对各行业车辆进行管理，所有车辆配备GPS车载终端设备，并以车牌号作为唯一标识码。车辆管理包括业务管理和终端自检等功能。
（9）业务管理
系统提供业务管理功能，通过表单录入的形式注册、注销入网车辆，对车辆
的属性档案进行管理，允许修改及查询。系统将司机基本信息与车辆进行关联，同时能够查看车辆的责任人及其相关信息。主要是进行入网车辆注册和注销，车辆属性修改，车辆查询等。
此外，还有车辆自检、统计、信息服务、轨迹记录与回放等功能要求。
三、二维电子地图向三维升级的要求
地理信息涉及更为广泛的空间相关信息，测绘地理信息发展“十二五”总体规划纲提出“构建数字中国，监测地理国情，发展壮大产业，建设测绘强国”总体战略。截止2012 年5月份，全国已有260 余个地级以上城市开展了数字城市地理空间框架建设。
按照国家测绘地理信息局的规划，到2015 年全国所有地级城市和有条件的县级城市都完成地理信息公共平台的建设，从而自下而上地建成数字省区，最终全面实现数字中国。到2015 年，全国将基本建成由“一个网”（全球卫星定位综合服务网）、“一图”（国家基本比例尺地形图）、“一个平台”（国家地理信息公共服务平台）组成的数字中国地理空间框架。
因此，未来几年，越来越丰富的数据和应用也会被加入到城市公共服务平台。地理信息产业总体将从政府部门走向企业和大众信息服务，其中，车载导航和个人移动LBS（基于位置的服务，LBS）是典型的地理信息大众应用。
研究显示，导航与位置服务产业在国际上已成为继互联网、移动通信之后的发展最快的新兴信息产业之一，近年来持续保持50%以上的年增长势头，具有十分巨大的市场潜力。中国《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》要求突破三大核心技术：（1）泛在精确定位：城市室外米级无缝导航定位技术、全球室外亚米级实时精密定位技术；（2）全息导航地图：室外三维米级全信息导航地图数据获取、迭加、融合与更新技术；（3）智能位置服务：支撑亿级用户的位置信息搜索、智能推送和按需服务技术。
因此，在大规模城市三维建模完成的基础之上，二维电子地图向三维电子地图升级，最终实现城市的三维可视化管理就是必然的大趋势，也是对重点车辆监控行业发展的必然选择。
四、全景呈现3D GIS重点车辆监控可视化管理平台
贝尔信全景呈现3D GIS重点车辆监控可视化管理平台是以VIDC嵌入式可插拔海量数据处理城市中心主机为核心，通过遍布城市的、构建在智能视觉物联网和智能视觉车里网基础之上的前端智能视频采集系统(IVS)，利用基于云计算的后台大数据分析、海量视频处理和检索系统，实现对城市人、车、物、路、事件的安全状况的实时监控，智能感知城市中面临的交通情况和安全威胁，一旦被监控车辆发生报警可通过该平台全景呈现报警信息，做到“事前智能感知、事中精准处置、事后完整取证”，从而实现城市重点车辆监控体系建设。
图1：全景呈现3D GIS重点车辆监控可视化管理平台
平台采用了智能视觉物联网技术、3D GIS可视化管理平台技术、VIDC云单元主机技术等三大核心技术。其中，在3D GIS可视化管理平台中嵌入了贝尔信3DCity Engine核心引擎。
3Dcity Engine是由贝尔信公司完全自主开发的，拥有完全自主知识产权的国际领先的三维地理信息处理核心技术，它以分布式的三维地理空间数据库为基础，采用模型流技术、海量数据存储技术、网络服务分建共享技术、图形图像处理技术、多元实时数据接入技术、WFS和WMS技术、数据库技术、网络技术和其它相关信息技术，实现各种地理信息资源的统一管理、整合、交换、协同和共享，建立跨地区、跨部门的“一站式”网络协同服务体系，为政府、企业、公众提供网络化三维地理信息服务。
三维地理信息海量数据处理的核心引擎的框架如下：
图2：3Dcity Engine系统构架图
3D City Engine 引擎功能特点:
(a)可嵌入式贝尔信VIDC云计算-云存储-云分析-云控制主机平台
(b)可以作为智慧城市运营综合管理中心平台的支撑引擎
(c)高速的海量城市三维空间数据数据处理能力
(d)出色的三维仿真效果与二维GIS的结合
(e)组件式3DCityEngine平台与二次开发支持
(f)完整的空间数据描述体系
(g)三维矢量数据解决方案
(h)良好的人机交互
(i)二三维空间地理信息表现无缝整合
(j)人性化浏览操作
(k)“事件－触发”机制
(l)跨平台通信
(m)强大的数据库驱动引擎
五、应用和发展趋势
图3：基于智能视觉技术的智能视觉车联网
如图3所示，利用无线宽带技术，如无线城市Wi-Fi热点或3G、4G网络，结合车载和路侧建立的视频监控点，能构建智能视觉车联网，结合3D GIS和精准定位服务，就能实现对重点车辆、事故现场、事件、灾难等实现全景呈现，利用3D GIS和位置服务实现精准可视化管理。
其应用情景包括：
以贝尔信全景呈现3D GIS重点车辆监控可视化管理平台为基础，结合警力分布、道路交通标志标线、隔离护栏、交通管理措施及其它专业化的信息，综合显示交通诱导、警力分布、公路车辆智能监测等系统的运行情况。通过统一的Web 界面，除提供基本的空间数据浏览、查询功能外，还需要在三维电子地图上直观提供实时的城市各主要道路的交通流量、车速、事故发生情况等动态交通信息。
同时，利用卫星定位车辆行驶记录仪在危险货物运输车、客运班车、旅游包车、重型货车、汽车、列车、建设施工单位散体物料车、驾驶培训教练车等重点车辆上的安装、使用，建设完善的营运车辆统一安全监管服务平台，形成较为完善的营运车辆实时监管体系，变“被动管理”为“主动管理”，做到“事前智能感知、事中及时处置、事后完整取证”，从而有效地预防重特大交通事故的发生；同时通过车载终端信息采集系统，获得实时有效、准确统一的运输车辆营运数据，为行业管理、企业运营提供决策依据。
未来发展趋势是：借助于3D GIS重点车辆监控可视化管理平台，以及遍布全国的智能视觉物联网、智能视觉车联网、北斗/GPS定位系统，可以对重点车辆实施全国、全天候、全时域地可视化管理，将潜在安全威胁造成的损失降低至最小。
结束语
重点车辆是涉及重大人身和财产安全的一类车辆，利用贝尔信提出的全景呈现3D GIS重点车辆监控可视化管理平台，在下一代智慧信息技术支撑下构建的智能视觉物联网和智能视觉车联网的基础之上，有可能对重点车辆实现全国、全天候、全时域地可视化管理，在公安、军队、金融、物流、危险品运输、校车等领域有广泛的应用，值得系统集成商高度关注。