區(qū)域警用圖像地理信息系統(tǒng)建設(shè)初探

陳昭

摘 要：警用地理信息系統(tǒng)是通過外業(yè)測(cè)繪采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理共同完成的。本文根據(jù)警用地理信息數(shù)據(jù)內(nèi)容及警用地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了優(yōu)化區(qū)域警用地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，以及具體的數(shù)據(jù)處理、組織的方法，并以長(zhǎng)春市凈月大學(xué)城區(qū)域作為個(gè)案，對(duì)區(qū)域警用地理信息系統(tǒng)優(yōu)化建設(shè)中的采集流程、軟件設(shè)計(jì)流程的具體方法進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：建設(shè)；警用地理信息；電子警務(wù)

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A Preliminary Study on the Construction of Regional Police

Image Geographic Information System

ZHAO Chen

（Experimental Center of Jilin Police College，Changchun 130117，China）

Abstract：The development of the police geographic information system is implemented through field mapping and interior data processing.According to the data content of the police geographical information and the characteristics of the police geographic information system，the paper puts forward the design principles of the optimized regional police geographic information system and the specific methods to process and organize data.Taking the Jingyue university town of Changchun as the case，the paper introduces the specific methods of information acquisition and software design in the optimization construction of the regional police geographic information system.

Keywords：construction；police geographic information；electronic policing

1 引言（Introduction）

凈月大學(xué)城（博碩路）是長(zhǎng)春市的新城區(qū)項(xiàng)目，隸屬于長(zhǎng)春市凈月旅游開發(fā)區(qū)，目前有四所大學(xué)坐落于該路段。由于該區(qū)城市規(guī)劃相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，近年來，長(zhǎng)春市把它列為試點(diǎn)區(qū)，凈月開發(fā)區(qū)先后作為治安系統(tǒng)、戶政系統(tǒng)、110接警系統(tǒng)等警用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)區(qū)。

中華人民共和國(guó)公安部于2009年印發(fā)了《全國(guó)警用地理信息基礎(chǔ)平臺(tái)（簡(jiǎn)稱GIS系統(tǒng)）建設(shè)任務(wù)書》和《全國(guó)警用地理信息基礎(chǔ)平臺(tái)總體建設(shè)方案》的通知。由于警用軟件系統(tǒng)中運(yùn)載的信息中絕大部分不僅與其地理位置有著密切關(guān)系，更需要和其周邊的環(huán)境緊密銜接。然而，筆者通過對(duì)當(dāng)下一線各警種現(xiàn)行使用的地理信息系統(tǒng)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，軟件中的地址街道信息僅僅是采用文字進(jìn)行表述，籠統(tǒng)抽象，沒有與實(shí)地地理信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。換句話說就是沒有直觀展示，導(dǎo)致一線民警無法通過軟件實(shí)現(xiàn)可視化的空間分析，僅僅憑民警個(gè)人對(duì)相關(guān)地區(qū)街路及場(chǎng)所的熟悉程度來估計(jì)案發(fā)情況，在研判上缺乏直觀性，受到主觀影響較大，急需軟件系統(tǒng)的技術(shù)支持。

為完善地理信息平臺(tái)，在普通而枯燥的表數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充了實(shí)景圖像形式的地理信息。優(yōu)化后的系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┲庇^的街路及場(chǎng)所真實(shí)場(chǎng)景效果，實(shí)現(xiàn)直觀探究地理環(huán)境，彌補(bǔ)了原平臺(tái)數(shù)據(jù)的不足，有助于獲取公安重點(diǎn)管控單位的逃生通道、側(cè)面紋理、射擊距離等信息，真正滿足民警需要。

2 系統(tǒng)開發(fā)過程概述（Overview of the system

development process）

2.1 確立目標(biāo)

（1）操作系統(tǒng)簡(jiǎn)便易學(xué)。民警用戶對(duì)系統(tǒng)軟件的認(rèn)知程度和電腦使用的熟練度不同，優(yōu)化后的軟件為了更加方便用戶的使用和操作，從便捷性、簡(jiǎn)潔性、實(shí)用性等幾個(gè)方面加以提升。

（2）軟件兼容性能提升。兼容性是指軟件與其他應(yīng)用系統(tǒng)交互接口的數(shù)量的多少，方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或者二次開發(fā)。為了保障系統(tǒng)的可持續(xù)運(yùn)行能力，在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)之初，就考慮強(qiáng)化系統(tǒng)具有的兼容性。這樣，相應(yīng)的投入和運(yùn)行成本也會(huì)大大降低。

（3）注重實(shí)效，貼近實(shí)戰(zhàn)。軟件優(yōu)化后要能夠滿足各警種領(lǐng)導(dǎo)指揮決策的需求和警務(wù)工作的實(shí)際要求，與公安部門各級(jí)民警的實(shí)戰(zhàn)工作需求貼近，使用軟件的民警用戶均能夠及時(shí)準(zhǔn)確、方便快捷地查閱、采集、處理和匯總所需的地理信息，實(shí)現(xiàn)地理信息的快速響應(yīng)和廣泛共享。

2.2 軟件需求分析

（1）軟件基礎(chǔ)功能

①地圖手動(dòng)查看操作：整體地圖顯示、移動(dòng)、打印等。

②通用地圖查詢：用戶可以按需在凈月大學(xué)城區(qū)域范圍內(nèi)瀏覽重點(diǎn)樓宇的全景圖像。

（2）性能指標(biāo)要求

為滿足公安業(yè)務(wù)工作節(jié)奏的需要，優(yōu)化警用圖像地理信息系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求如下：

查詢數(shù)據(jù)分析的反應(yīng)時(shí)間小于4秒，地圖的定位顯示反應(yīng)時(shí)間小于1.5秒。

2.3 圖像獲取過程

2.3.1 原始圖像拍攝

（1）相機(jī)的標(biāo)定

為了在拍攝之前準(zhǔn)確地獲得現(xiàn)實(shí)中三維空間點(diǎn)與圖像中相應(yīng)像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要對(duì)相機(jī)的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。endprint

即便相機(jī)處于運(yùn)動(dòng)過程，相機(jī)的基本內(nèi)在參數(shù)比如圖像中心點(diǎn)、圖像縱橫比等也是固定不變的，因此只需標(biāo)定一次足矣，不需要重復(fù)進(jìn)行標(biāo)定。至于其他變化系數(shù)，可采用分步求解的方法，計(jì)算出相機(jī)的有效焦距。

①圖像縱橫比

數(shù)碼相機(jī)一般使用4：3作為圖像縱橫比，也即S=1.3。該值在網(wǎng)上隨處可查，是數(shù)碼相機(jī)最常采用的數(shù)值，所以就省去了標(biāo)定的步驟。

②圖像中心點(diǎn)

可以將相機(jī)設(shè)置不同焦距拍攝同一物體，然后計(jì)算其縮放中心，即可求得圖像中心點(diǎn)（）。

假設(shè)數(shù)字相機(jī)焦點(diǎn)改變滿足

（1）

其中，（x，y）——特征點(diǎn)在有效焦距f下某特征點(diǎn)的像素坐標(biāo)。

（x'，y'）——同一特征點(diǎn)在另一有效焦距f'下的像素坐標(biāo)。

運(yùn)用算式（1），通過對(duì)多個(gè)特征點(diǎn)的計(jì)算，利用最小二乘法即可解出（）[1]。

（2）圖像的獲取

將數(shù)碼相機(jī)固定到三腳架上，使之在一定平面上平行轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一次拍攝一張照片。需要注意相鄰照片之間要保留重復(fù)區(qū)域，這是進(jìn)行圖像匹配的重要條件。

2.3.2 圖像的預(yù)處理

目前圖像預(yù)處理不存在通用標(biāo)準(zhǔn)，主要是根據(jù)具體用途和要求來決定預(yù)處理需要達(dá)到的效果。

結(jié)合犯罪案件現(xiàn)場(chǎng)圖像的需求和特點(diǎn)，確定了課題中圖像預(yù)處理的目的：一是提高畫面質(zhì)量，以達(dá)到更好的視覺效果；二是消除或減少各種噪聲的干擾，為后續(xù)處理打好基礎(chǔ)。

2.3.3 圖像的匹配

圖像匹配是圖像信息領(lǐng)域之中的一項(xiàng)重要技術(shù)，同時(shí)也是其他一些圖像分析技術(shù)，如運(yùn)動(dòng)分析、立體視覺、數(shù)據(jù)融合等的基礎(chǔ)。因此，匹配算法對(duì)于實(shí)際操作中提高圖像識(shí)別精度和處理質(zhì)量具有十分重要的意義[2]。

確定圖像間對(duì)應(yīng)關(guān)系模型中的參數(shù)是圖像匹配所要完成的主要工作。依據(jù)匹配方式的不同，大致可以將圖像匹配技術(shù)分為以下幾類：基于區(qū)域的匹配方法、基于模型的匹配方法、基于特征的匹配方法和基于變換域的匹配方法[3]。

根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化的需要，課題采用的是基于圖像特征的匹配方法。

圖像匹配算法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下所示：

（1）對(duì)圖像的每一個(gè)子塊運(yùn)用小波多尺度邊緣檢測(cè)算法提取邊緣信息，計(jì)算圖像邊緣的幾何屬性[4]；

（2）計(jì)算邊緣的曲率，并將兩個(gè)圖像的邊緣曲率展開為鏈碼，來尋找最佳的匹配位置，從而達(dá)到點(diǎn)云與圖像匹配的目的；

（3）用自適應(yīng)直線擬合算法[5]對(duì)檢測(cè)出的邊緣進(jìn)行角點(diǎn)提取，將提取出的角點(diǎn)作為準(zhǔn)特征點(diǎn)；

（4）通過特征點(diǎn)對(duì)構(gòu)建圖像序列之間的變換矩陣，從而完成全景圖像的匹配。

2.3.4 圖像的平滑

相鄰圖像拼接的邊緣處會(huì)有比較明顯的痕跡，必須進(jìn)行平滑處理，使相鄰圖像重疊區(qū)域局部光強(qiáng)逐漸過渡，使重疊區(qū)域在合成后看起來更加平滑無縫。然而精確地測(cè)量或計(jì)算出兩幅圖像間相關(guān)特性的非一致性參數(shù)比較困難。這里研究的圖像平滑算法，就是要在保持圖像品質(zhì)和消除拼接圖像間接縫痕跡之間找到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)，達(dá)到最好的效果。

在眾多的圖像平滑的方法中，漸入漸出的平滑技術(shù)計(jì)算簡(jiǎn)便，對(duì)于公安機(jī)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)圖像的處理來講，已經(jīng)可以滿足需求，因此我們采用了這種方法。

定義第H行和列的光強(qiáng)度差為：

設(shè)h的取值范圍為。則由光強(qiáng)差分布的平滑過渡公式如下：

用第s行光強(qiáng)度差Ek（H）來過渡會(huì)導(dǎo)致光強(qiáng)度差有較大的波動(dòng)[6]。為了避免這種情況，采用中值光強(qiáng)度差的方法。

重疊區(qū)域平滑過渡前后示意圖如圖1所示。

經(jīng)上述過程處理后的全景圖片就可以通過編程在系統(tǒng)進(jìn)行展示了。

2.4 系統(tǒng)主程序

在設(shè)計(jì)程序的主體結(jié)構(gòu)時(shí)，這里采用Authorware 7.02軟件制作了非線性的超媒體結(jié)構(gòu)。主程序流程圖如圖2所示。

3 軟件展示（Software display）

（1）系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境平臺(tái)的操作系統(tǒng)可采用Windows xp或 Windows 7系統(tǒng)，使用軟件為Authorware 7.02。

（2）系統(tǒng)演示描述

以系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求的一些功能。

①首頁

登錄界面如圖3所示。左鍵單擊所選區(qū)域“博碩路”，即可進(jìn)行登錄，登錄后首頁如圖4所示，頁面主要部分為地圖。本系統(tǒng)采用分級(jí)模塊的方式，重點(diǎn)區(qū)域下設(shè)子區(qū)域。

②社區(qū)管理

社區(qū)管理是業(yè)務(wù)應(yīng)用中的重要部分。圖5為地址管理菜單下的重點(diǎn)區(qū)域管理界面。

4 結(jié)論（Conclusion）

該系統(tǒng)大大提升了系統(tǒng)的臨場(chǎng)感，而且軟件可操作性強(qiáng)，民警無需親臨現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，即可輕松了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地情況，獲取更為詳盡直觀的現(xiàn)場(chǎng)地理信息，為各警種的工作提供了便利條件，爭(zhēng)取了寶貴的反應(yīng)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 顧曉東，王曉明，劉健.基于Huang_Faugeras約束的相機(jī)分步自標(biāo)定方法[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2003，15（1）：35-37.

[2] 張倩.面向多視點(diǎn)系統(tǒng)的IBR技術(shù)研究[D].上海大學(xué)，2011.

[3] 汪洋.圖像匹配方法綜述[J].電腦與電信，2009，5：84-86.

[4] 楊丹，張小洪.基于小波多尺度積的邊緣檢測(cè)算法[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2004，31（1）：133-135.

[5] 孫向陽，姚礪，萬燕.一種基于直線擬合的自適應(yīng)角點(diǎn)檢測(cè)算法[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，23（1）：47-50.

[6] Chia Yen Chen，Reinhard Klette.Image Stitching-Comparisons and New Techniques [C].CAIP，1999：615-622.

作者簡(jiǎn)介：

陳 昭（1983-），女，碩士，實(shí)驗(yàn)師.研究領(lǐng)域：刑事技術(shù).endprint