数字城市管理实景化解决方案.doc

数字城市管理实景化解决方案更新时间：2010-05-061. 方案背景1.1 基本情况 随着城市现代化建设的不断推进，城市面貌发生了巨大变化，但城市管理水平和运行效率如何与时俱进，成为一个重要课题。通过信息化管理内在的系统性、网络性、程序性和透明性等来推进城市管理资源优化整合，管理流程科学再造，管理主体多元参与，已成为提高城市管理水平的有效手段。 数字城市网格化管理以城市管理领域为切入点，借助现代信息技术，整合现有城市管理资源，在城市数字网格内初步实现城市管理的信息化、精细化、标准化和动态化，对于建立政府监督协调、企业规范运作、市民广泛参与，各司其职、各尽其能、相互配合的城市管理联动机制非常关键。基于城市数字网格化管理的数字城管将从两个方面提高效率，一方面将提高问题的发现到解决流程的效率，另一方面还将提高解决问题的处理能力。数字城市网格化管理提出了城市管理的新模式，即采用万米单元网格管理法和城市部件、事件管理法相结合的方式，万米单元网格管理法将管理区域细分成多个责任区，责任到人；城市部件、事件管理法将“城市管理的家底摸清楚”，比如每一类部件的数量、具体位置、产权单位、管理单位、养护单位、规格大小等等，并将城市管理可能遇到的问题划分成若干个事件类，明确责任单位。 数字城市网格化管理新模式的正常运行需建立完整、准确的部件库及其周边环境信息库。目前，国内已建立数字城管系统的城市普遍采用单纯的符号、二维线划图、文字描述等方式来管理及表达部件信息。随着数字化城市管理工作的深入，城市部件数据的这种管理方式已渐渐不能满足城市部件管理部门的要求，各个城市和地区在建立城市基础部件数据库时，增加了城市基础设施部件的可视化图片集，增强对部件及事件周围环境信息的描述。每个部件在什么样的状况下才算符合管理标准，都将用照片明确下来，使工作人员有感性上的认识，一看到部件、事件就知道有没有符合管理标准。1.2 目前城管信息化建设中存在的问题 数字城市网格化管理的主要目的是采用GIS、GPS、移动通讯、网络传输、计算机等高新技术，快速、高效、准确定位城管事件问题，确定事件责任单位及处理部门，快速解决问题。目前，国内有些城市已经完成了数据采集建库及信息系统搭建工作。然而，在各地网格化城市管理系统运行过程中，往往由于基础数据（包括基础地形图、部件数据等）的原因，导致系统无法正常运行或者发挥预期的作用，具体表现在以下几个方面。 1）数据现势性差。由于成图周期长，电子地图产品和部件数据的更新难以跟上城市建设发展的速度，导致基础数据的现势性差。由于电子地图陈旧或者部件更新不及时，某些新修道路或者城市新区没有及时上图，当这些位置或者部件出现城管事件时，无法准确定位，导致处理部门不能迅速找到目标位置，快速解决问题。 2）周边环境信息描述不足。普通的电子地图是加工后的地图，仅对测绘规范中要求的地理要素进行了测绘，没有包含详细的环境、资源、社会、经济、人文等信息，无法全面描述事件所处位置周边信息，影响决策者的判断或者决策。 3）缺少记录城市实景或者历史实景的数据，影响执法公平公正。如当出现违规建筑、“打洞”等事件时，往往由于无法找到原始证据，从而影响执法。 4）普通的电子地图数据是把数据加工后的东西给用户，用户不能参与量测和挖掘。如：当城市管理范围扩大，新增部件类时，传统的方式需再将整个城市普查一遍，费时费力费钱。另外，当用户需详细了解某个部件的信息，如广告牌的尺寸时，必须去现场测量或者查原始台帐或设计图，增加工作难度。 综上所述，随着时代的进步，人们对地理信息成果的要求不再简单地停留在符号、文字和数字上，而是上升到了空间信息的高度。它正朝着“大信息量”（所关注的对象越来越多，信息量越来越大）、“高精度”（从10米级的精度向1米以内的精度演进，以适应智能交通等需求）、“可视化”（除了空间数据和矢量数据外，还需要包含可量测的真三维图象和实景影象，从而使得对象的表达更为全面和直观）。事实上，包含更多信息的、可高精度量算的道路立体影像资料是未来行业信息化所不可或缺的，可视化道路立体影像库将在政府部门信息化中发挥越来越大、越来越多的应用。2. 解决之道基于MMS的可量测实景影像 目前有些城市已完成部件普查与建库工作，已搭建数字城管信息系统，但是由于基础数据的问题，系统无法正常、高效运行，基础数据已成为制约其发挥作用的“瓶颈”。为了解决这个难题，有效利用已有数据成果，发挥数字城管的应用及功效，节约成本，节省人力、物力，采用基于移动测量系统技术的可量测实景影像来补充、完善基础数据是其唯一解决之道。移动测量系统（MMS：Mobile Mapping System）代表着当今世界最尖端的测绘科技，它是在行驶的机动车上装配GPS（全球定位系统）、 CCD（摄影测量系统）、惯性导航系统（INS）等先进的传感器和设备，在载体的高速行进之中，通过摄影测量的方式快速采集地物的空间位置数据和属性数据，并同步存储在系统计算机中，经专门软件编辑处理，形成多种有用的专题数据成果。图1 LD2000-RM型移动道路测量系统 与传统测绘方式不同的是，移动测量系统输出的数据成果既有矢量数据、属性数据，还有连续的可量测实景影像库（DMI：Digital Measurable Image），影像库中的影像由于带有绝对方位元素，因此可以实现影像中任意地物的绝对测量和相对测量，绝对测量的精度可达0.5米，相对测量精度达到厘米级。除纪录了地物的属性外，可量测实景影像还完整地纪录了摄影时刻测区的环境信息以及经济、社会、人文等信息，这种真实反映地球物理状况和人类活动环境的数据，我们可形象地称之为“真图”（Turemap）。 立得公司开发的“Truemap真图”产品为广大用户提供了基于MMS的可量测实景影像，很好地解决城市管理部门对基础数据的需求。2.1 移动数据采集系统MMS “移动道路测量系统”在车辆的高速行进之中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据，如：道路中心线或边线位置坐标、目标地物的位置坐标、路（车道）宽、桥（隧道）高、交通标志、道路设施等。数据同步存储在车载计算机系统中，经事后编辑处理，形成各种有用的专题数据成果，如导航电子地图等等。MMS本身所具备的汽车导航等功能还可以用于道路状况、道路设施、电力设施等的实时监控，以迅速发现变化，实现对原图的及时修测。 MMS既是汽车导航、调度监控以及各种基于道路的GIS应用的基本数据支撑平台，又是高精度的车载监控工具。它在城管、军事、勘测、电信、交通管理、道路管理、城市规划、堤坝监测电力设施管理、海事等各个方面都有着广泛的应用。图2 MMS技术原理2.2 可量测实景影像功能2.2.1. 位置与角度测量 通过GPS/CCD/INS的集成，既可从CCD立体影像对中提取目标点精确的绝对位置坐标，又可进行目标点间相对位置关系的解算。这一功能可完成的测量任务有：道路中心线和边线坐标的测量；电线杆、交通标志、报警点、下水道出口等点状地物的坐标量测；房屋角点、街道边界、铺装路面的测量；道路宽度、桥梁涵洞宽度高度的测量等等。同时，还可测量道路坡度、转弯半径等。图3 绝对位置与相对路宽测量2.2.2. 属性记录 通过CCD视频系统，连续全过程地记录道路及道路两旁地物属性，形成闭环的属性记录及检验系统，保证了地物属性记录的完整性和品质。作业员还可通过手写/语音输入装置及键盘进行补充属性录入。针对交通标志的记录，我们设计了专门的属性记录器，将上百种道路交通标记（红绿灯，立交桥，加油站等）设置成直观醒目的按钮，作业时只需轻轻一按，即可将矢量化的属性录入车载电脑。图4 属性记录2.2.3. 图像获取 在作业过程中拍摄的图象均为连续可量算的三维图像，能用于道路可视化建设、数字城市、商业选址等。图5 道路影象库2.2.4. 数据融合与利用 在最大限度地采集了各种道路综合信息之后，通过我公司开发的数据处理软件，可方便地将各种位置数据，属性数据以及图像进行后处理，最后存储在开放式的数据库中，并可输出形成各种适应于不同需要的数字地图成果（如：导航电子地图等）。另外，用移动测量采集的数据也可与传统人工测量所得数据以及航片、卫片资料相结合，从而形成更为全面的地理信息系统。2.2.5. 精准导航功能 由MMS测制的电子地图，也可用于实现精准车载导航。这使得用户不但可以获取目标地物的空间地理数据，而且可对目标地物进行动态监控和管理。例如：城市管理部门在对城市部件设施进行测量和建库后，可用MMS对设施进行流动监控。2.2.6. 支持业务系统开发 通过我司提供的基于COM组件式的应用开发程序API，可以支持用户将在MMS数据与行业应用系统进行挂接，可与各类GIS软件、业务平台、ERP系统、数据库管理系统集成使用，以最大化的发挥MMS数据的价值。API提供的具体功能包括： 浏览：提供影像的缩放和漫游，提供影像库的幻灯片式浏览，充分显示厘米级分辨率的地球微观景象。 搜索：在海量近景影像库中，使用网格空间索引技术，实现影像的快速搜索。从百T级的近景影像库中，根据兴趣点的空间位置搜索近景影像对，仅需0.1秒。 标注：允许用户直接在影像上标注信息，所标注的信息保存到关系型数据库中，可进行快速检索。 链接：直接把近景影像或影像上的标注与用户数据库中的专题信息链接起来，让用户点击影像上就能得到与该影像相关的专题数据。 测量：直接在近景影像上量取地物的空间坐标和几何参数。2.3 可量测实景影像在数字城管方面的优势 MMS由于其自身的特点，可量测实景影像无论从采集方式、数据表达的直观性、数据的丰富程度、后期数据处理上都较传统的电子地图有个质的飞跃。此外，由于MMS采用了地面遥感的原理，除了获得城市基础部件的空间数据和属性数据以外还能获得部件高分辨率立体影像数据，建立城市基础部件的影像数据库，这样可以很方便地进行电子地图、部件普查数据和实物的比对，形成一个闭环的城市基础普查数据质量检查体系，并且这些部件影像库具有坐标信息，可以广泛的应用于城市数字网格系统，提供管理员、协管员、事件处理者在现场的部件影像资料的查询。基于MMS的可量测实景影像数据与传统人工测绘采集的数据对比如下： 传统测绘采集的数据MMS方式建立的可量测实景影像数据数据形式2D数据+离散照片，可视化程度低。2D数据+连续街景可量测影像库，辖区信息完全可视化。属性数据质量人工记录的数据，质量难以保证。在影像上可提取属性，可以实现闭环的质量控制。信息量只包含普查过的信息，增加普查内容即需重测。包含全要素信息，除包含规定的普查内容外，还可挖掘其他的数据价值。部件标注平面标注，不直观（例如：很难在二维地图上分辨一根电线杆）。可直接在影像上标注部件。这种通过街景图像与用户交互的方式，直接将你所需要的辖区信息会聚指尖，既提高了效率，又增加了愉悦的使用体验。数据应用比较门前三包人工测量，难以与实地图片对应，容易引发争议。划界与实地影像一一对应，责任明确。违章建筑和广告牌数据库中难以有全面记载，造成执法无据。连续的街景影像将沿街建筑物和广告牌详尽收录，形成无可抗辩的执法依据。园林管理无法对树木准确测量。可方便地在影像上对树木的直径、树冠和形状进行测量，用于生长预测和修剪管理。应急指挥二维数据，没有详细的环境信息，不能全面满足应急指挥的要求。影像提供的真实环境信息能够为应急指挥提供更充足的行动依据，能更好支持事前预案的生成和事中的紧急反应。历史价值离散照片，无收藏价值。真实记录城市的变迁，是不可多得的“影像城市博物馆”，历时愈久，愈显珍贵。表1 可量测实景影像数据与传统测绘数据在城管中的比较3. 系统建设方案3.1 总体目标 系统遵循建设部城市市政信息化建设相关标准，在MMS可视化影像数据平台的基础之上，为城管信息化提供城管部件、道路设施、广告牌、特殊事件以及城管执法人员的可视化管理平台。系统的建立，将最大限度的发挥已有城管系统的优势，实现视频监控、可视化影像数据平台、城管科学化管理体系的结合，提高城管日常工作的效率，实现“花小钱，办大事，出精品”的目标。 目前，在建设部关于“万米单元网格管理”城市管理信息化建设的大力推广下，全国各地已陆续开展数字城管建设工作，但是限于各地条件及其他因素的影响，全国各地城市管理信息化建设程度不同，有的城市已完成部件数据的采集与建库及信息化平台的搭建，有的城市还没有开展相关工作或者只开展了部分。为了响应建设部“关于加快推进数字化城市管理试点工作的通知”，针对各地建设情况的不一样，立得公司提供了有针对性的解决方案。3.2 基于原有数字城管系统的真图解决方案 有些城市前期已完成了全区或部分区域的部件普查与建库工作，并且已经搭建了数字城管信息系统平台，针对这种情况，立得公司提供基于原有数字城管系统的真图解决方案，即“影像”+“插件”的解决方案。用户建立可量测实景库，通过立得公司提供的“Truemap Engine” 相关插件，与现有GIS平台进行集成，将影像数据集成到GIS平台中，与传统4D数据进行融合，构成集二维地图和影像为一体的影像地图，影像地图可以和业务报表数据紧密关联，从而实现图形、影像与台帐的有机结合。 基于原有数字城管系统的真图解决方案的系统拓扑图如图6所示：图6 基于原有数字城管系统的真图解决方案 基于原有数字城管系统的真图解决方案将为客户提供以下产品及服务： 1、 可量测实景影像库，与现有的GIS平台进行集成，在GIS平台上展现城市道路可量测实景影像，并实现影像的浏览、搜索、标注、测量、链接五大功能； 2、 “Truemap Engine”系列数据管理软件。3.2.1. 城市部件管理 系统融合城管单位已有的地理数据（包括：矢量数据、遥感影像数据、地形数据、部件数据等），结合MMS采集的可量测近景相片DCRI（Digital Close Range Image）可称为第5D，包含着海量的可量算数据，可形成更为全面的、现时性强的、可视化地理信息数据库，并实现对城管部件、事件的可视化管理。3.2.1.1. 城管部件测量 可量测实景影像库提供测量功能，可快速测量城市部件的坐标位置，并可在影像上提取属性信息，实现城管部件的采集。该功能可作为部件普查、采集、更新、补充的工具。图7 直接在影像上作业，直观、方便、快捷3.2.1.2. 广告牌、店面广告管理 传统的二维数据无法直观的显示和管理广告牌、店面广告等，通过MMS方式可以将广告牌的地理坐标、属性数据和实际影像进行关联，实现对合法广告牌的进行科学的管理与监控，对非法广告牌进行及时的监察与执法。通过不同时间的影像对比、属性数据查询，可以直观、方便的对广告牌进行监察，为执法提供依据。图8 对合法广告和违法广告能及时进行管理 图9 广告设施可视化数据库查询3.2.1.3. 环卫部件的管理 与广告牌相同，系统同样可以对环卫部件进行可视化的管理，每一个环卫部件都会有实际坐标、属性数据、实景影像数据进行关联，通过查询、历史数据对比，可以实现对环卫部件的科学管理、合理布置以及持续维护。图10 环卫部件管理3.2.1.4. 可视化的数字网格管理 通过应用城市数字网格化管理，摸清城市内部的各个基础部件的个数，相对位置和绝对位置，做到把“城市管理的家底摸清楚”。在图中的每一件物品可以查到以下数据， 部件的数量 具体位置 产权单位 管理单位 养护单位 规格大小 图11 完全满足数字网格化管理的管理需求3.2.1.5. 可视化道路管理 通过视频影像和移动终端的采集，可对城市道路周边的不良信息及物体进行管理。 无照经营游商 流浪乞讨 占道废品收购 店外经营 机动车乱停放 非机动车乱停放 乱堆物堆料 商业噪音 黑车拉客 露天烧烤 沿街晾挂 非法出版物销售 空调室外机低挂 其它街面秩序问题 图12 实现可视化的事件管理模式3.2.2. 提升原有的视频监控系统 系统基于可视化的影像数据平台，可与原有的视频监控系统进行挂接，实现动态视频数据与静态城市街景影像数据的有效结合，使原有的视屏监控系统发挥更重要的作用。 视频监控设备由于分布有限、位置角度固定，覆盖的范围有一定的局限性，而且不能实现测量功能，利用可视化的城市街景影像数据可以和视频数据互为补充，并进行目标定位、相对测量等功能。实现对与城市部件、特殊事件、执法人员的可视化管理，以提高城市管理的可视化和实时化水平，并能对城市中的突发事件做到，早发现，早处理。 图13 视频监控系统3.2.3. 执法人员、车辆指挥监督系统 通过集成已有的GPS定位系统与可视化影像电子地图平台，可建成提供可视化的巡查车辆监控系统，系统可以对执法人员进行实时的指挥、监督，作为执法人员业务考核的有效依据。 城管指挥中心根据选巡查车辆传回的GPS位置数据定位当前车辆，并且同步关联道路沿线的近景影像和视频信息，供指挥中心人员进行辅助决策，便于指挥中心的指挥人员及时准确的分析、判断被监控对像的位置、周围环境以及发生的情况，做出快速的决策和指挥调度。 同时，将车辆的位置信息、视频监控数据、街景影像结合，可以确定执法人员的位置、对执法人员进行实时的指挥和监督。 图14 车辆实时监控系统3.2.4. 城管部件监测系统 通过对城市部件的影像采集和更新，能实现对城市重要部件的遗失，破损，毁坏等信息进行实时有效的监测。如下， 对乱扔大件废弃物的监控。 对环境卫生类包括私搭乱建、暴露垃圾、积存垃圾渣土、干道保洁、胡同保洁、绿地保洁、树挂等的监控。 对宣传广告类包括非法张贴小广告、违章悬挂广告牌匾、占道广告牌、街头散发小广告等的监控。 对施工管理类包括施工扰民、工地扬尘、道路破损、道路遗撒、无证消纳渣土等的监控。 对街面秩序类包括无照经营游商、流浪乞讨、占道废品收购、占道经营（出摊）、机动车乱停放、非机动车乱停放、乱堆物堆料、黑车拉客、露天烧烤、商业噪音等的监控。 图15 可视化的事件、部件管理3.2.5. 城管特殊事件管理系统 通过城管可视化数据的应用，可以对城市中的特定地点的特定事件进行量化分析，并根据分析结果提出可行的解决方案，实现“快速发现问题，快速处理问题”。突发事件类包括如下 路面塌陷 自来水管破裂 下水道堵塞等 燃气管道破裂 热力管道破裂 道路积水 道路积雪结冰 架空线缆损坏 群发性事件 其它突发事件 图16 可以对事件进行量化分析3.2.6. 城市管理辅助决策系统 城市管理辅助决策系统可以提高城市管理的效率，并可以提高城市的文明形象，有利于创造和谐社会。城市管管理理辅助决策系统可以提供以下几个功能。 游商高发地段的管理，需求分析。 门前三包管理，收费、罚款。 绿化维护 部分解决小区管理黑洞。 创造和谐社会，留下历史影像，执法有根有据。如：开洞（真实现状反映，杜绝虚假数据） 图17 坐镇指挥中心、做到运筹帷幄3.2.7. 公众服务网站 公众服务网站通过信息可视化技术与城市管理业务进行紧密的结合，系统将道路影像、设施、和POI热点信息通过电子地图的方式显示，实现用户对城市热点位置的搜索、在影像上标注POI兴趣点以及对出行路径的选择。 图18 开放式的公众服务平台3.3 基于“真图”平台的数字城管解决方案 有些城市还没有进行部件普查与建库工作，且没有搭建数字城管信息系统平台，针对这种情况，立得公司提供基于“真图”平台的数字城管解决方案，即“影像”+“平台”的解决方案。用户可直接建立可量测的实景库，在立得公司提供的“Truemap 真图”平台上展现城市道路实景影像。 基于“真图”平台的数字城管解决方案系统拓扑图如图19所示： 图19 基于“真图”平台的数字城管解决方案 基于“真图”平台的数字城管解决方案将为客户提供以下产品及服务： 1、 可量测实景影像库； 2、 “Truemap 真图”平台，实现对可量测实景影像的管理功能，用户可直接在该平台上浏览城市道路实景影像。根据用户需求，系统提供影像的浏览、搜索、标注、测量、链接等相关功能，系统也可实现与城市视频监控系统的数据融合，将摄像头的数据引入真图平台中，实现“动”“静”态城市监控。3.3.1. 城市部件管理 系统提供影像的测量、标注、搜索等功能，可帮助客户快速、便捷的实现可在实景影像库上测量到的城市相关部件的管理。3.3.1.1. 城管部件测量 可量测实景影像库提供测量功能，可快速测量城市部件的坐标位置，并可在影像上提取属性信息，实现城管部件的采集。该功能可作为部件普查、采集、更新、补充的工具。 图20 直接在影像上作业，直观、方便、快捷3.3.1.2. 广告牌、店面广告管理 传统的二维数据无法直观的显示和管理广告牌、店面广告等，通过MMS方式可以将广告牌的地理坐标、属性数据和实际影像进行关联，实现对合法广告牌的进行科学的管理与监控，对非法广告牌进行及时的监察与执法。 通过不同时间的影像对比、属性数据查询，可以直观、方便的对广告牌进行监察，为执法提供依据。 图21 对合法广告和违法广告能及时进行管理 图22 广告设施可视化数据库查询3.3.1.3. 环卫部件的管理 与广告牌相同，系统同样可以对环卫部件进行可视化的管理，每一个环卫部件都会有实际坐标、属性数据、实景影像数据进行关联，通过查询、历史数据对比，可以实现对环卫部件的科学管理、合理布置以及持续维护。 图23 环卫部件管理3.3.1.4. 可视化道路管理 通过视频影像和移动终端的采集，可对城市道路周边的不良信息及物体进行管理。 无照经营游商 流浪乞讨 占道废品收购 店外经营 机动车乱停放 非机动车乱停放 乱堆物堆料 商业噪音 黑车拉客 露天烧烤 沿街晾挂 非法出版物销售 空调室外机低挂 其它街面秩序问题 图24 实现可视化的事件管理模式3.3.2. 提升原有的视频监控系统 系统基于可视化的影像数据平台，可与原有的视频监控系统进行挂接，实现动态视频数据与静态城市街景影像数据的有效结合，使原有的视屏监控系统发挥更重要的作用。视频监控设备由于分布有限、位置角度固定，覆盖的范围有一定的局限性，而且不能实现测量功能，利用可视化的城市街景影像数据可以和视频数据互为补充，并进行目标定位、相对测量等功能。实现对与城市部件、特殊事件、执法人员的可视化管理，以提高城市管理的可视化和实时化水平，并能对城市中的突发事件做到，早发现，早处理。 图25 视频监控系统3.3.3. 城管部件监测系统 通过对城市部件的影像采集和更新，能实现对城市重要部件的遗失，破损，毁坏等信息进行实时有效的监测。如下， 对乱扔大件废弃物的监控。 对环境卫生类包括私搭乱建、暴露垃圾、积存垃圾渣土、干道保洁、胡同保洁、绿地保洁、树挂等的监控。 对宣传广告类包括非法张贴小广告、违章悬挂广告牌匾、占道广告牌、街头散发小广告等的监控。 对施工管理类包括施工扰民、工地扬尘、道路破损、道路遗撒、无证消纳渣土等的监控。 对街面秩序类包括无照经营游商、流浪乞讨、占道废品收购、占道经营（出摊）、机动车乱停放、非机动车乱停放、乱堆物堆料、黑