基于视频影像的道路信息系统采集前端设计(张斌)

1、基于视频影像的道路信息系统采集前端设计张斌摘 要本文分析和总结了GIS（Geographic Information System 地理信息系统）技术的特点和应用上的优势，结合高速公路管理的业务需要和GIS技术的特点。建立在GIS基础上的视频高速公路管理信息系统使用微软的桌面操作系统WINXP为系统平台，可以为决策者提供视频数据查询、统计分析、路径分析、专题制图、桩号定位等功能的基础数据、并为其提供了对劳碌状况的评估和病害分析进行辅助决策的依据。关键词：高速公路，视频，地理信息系统，数据采集一、系统构成 1、采集存储部分系统的硬件设备主要有摄像机、图像采集卡、GPS接收器、PC机等。采集系统的

2、任务就是通过编写软件控制这些设备完成图像数据以及其它相关信息如GPS坐标、里程、时间等信息的采集与简单处理，并将数据有序的存储在数据库里。并且应保证数据采集的精确与数据的质量。2、图像数据压缩部分由于采集到的数据是YUL格式。非常占用空间，所以必须进行压缩处理。本系统中选用JPEG有损压缩算法，该方法虽然是有损压缩，但是压缩后的图像质量与压缩前差别并不大，并且可以大大减少文件的大小，非常适合本系统的要求。3、用户界面部分系统最终的目的是要能够得心应手的对采集和处理过的数据进行查看与管理供用户使用。用户界面部分的任务是将现有的电子地图与采集处理后的数据对应起来，使的用户可以非常方便和直观的使用电

3、子地图和用户播放界面来查看采集处理过的数据。二、系统工作原理系统中摄像机通过同轴电缆与PC相连接，GPS接收器通过串口与PC相连，图像采集卡插在PC机的PCI插槽上进行连接。实际采集数据时，由摄像机拍到的画面传送至图像采集卡，此时使用软件控制图像采集卡采集数据到内存。并同步附加GPS坐标等重要信息。完成采集后，对采集到的数据进行压缩处理和里程与GPS坐标信息对应与校正工作。此工作主要使采集到的数据与电子地图的现有GPS数据对应，否则使用电子地图时无法获得某地段的准确对应图像及其它信息。完成校正后可以用户界面软件，直接使用电子地图上的坐标来查看对应数据。三、采集系统1、系统的功能采集系统的任务就

4、是通过编写软件控制摄像机、图像采集卡等设备完成图像的采集与简单处理，并将数据有序的存储在数据库里。并且应保证数据采集的精确与数据的质量。2、采集系统关键技术因为要求数据有GPS地理位置参照，如何将GPS坐标与采集到的数据对应是采集系统的关键问题，即视频流数据与GPS数据的无缝连接。采集图像是以每秒钟25帧的速度进行采集的。而我们所使用的GR-212GPS接收器每秒发送一次GPS数据。因此，这25帧中只有一个关键帧与GPS坐标对应。换而言之，如何精确的将GPS数据与关键帧实时对应是采集系统的关键。四、 采集系统硬件1、采集系统硬件选择1）GPS接收器GPS接收器选用内置卫星接受天线，具备全方位功

5、能。使用的基本需求为面对天空并有稳定电源供应。藉由RS-232或TTL兼容接口，可与其它电子设备沟通，内部有充电电池，可存储卫星资料如卫星讯号状态、上次使用的最后位置、日期及时间。2） CCD摄像机现在交通图像信息采集系统中用到的摄像机一般都是CCD（Charge Coupled Device电荷耦合器件）摄像机。摄像机通过镜头把所监视场所的画面成像在CCD片子（靶面）上。通过CCD本身的电子扫描（即CCD电荷转移），把成像的光信号变为电信号，再通过放大、整形等一系列信号处理，最后变为标准的电视信号输出。CCD摄像机特点是体积小、灵敏度高、寿命长。理论上CCD器件本身寿命相当长而不会老化。这是

6、它比以前摄像管式摄像机具有的最大优点。3）图像采集卡图像采集卡应具有使用灵活集成度高功耗低等特点，采用PCI 总线所采集的图像数据传输基本不占用CPU 时间并可将图像直接传送到计算机内存或显存。2、系统的硬件工作流程 首先，将各硬件连接至PC，启动程序，初始化各硬件设备。待初始化完成后开始采集，车载CCD高分辨率摄像机拍摄到的图像数据传送至图像采集卡，然后采集系统利用图像采集卡将图像以每秒25帧的速度将图片有序存储到数据库中，当从串口收到GPS接收器传来的GPS信息和里程信息时，将GPS坐标和里程信息加入当前帧数据进行存储。五、 采集系统软件1、实时采集存储软件1）程序运行环境与程序主要模块介

7、绍采集存储软件采用MSC模板，VC+6.0中的MFC类库和以前版本中相比没有太大的改进，但VC+集成开发环境中做了一些改进，增加了一些新特性，使其更易于使用。各个模块的主要功能为:(1)系统主循环模块主要完成各硬件设备的初始化以及连接各功能模块，保证系统稳定有序地工作。(2)数据传输模块主要完成数据从外部输入缓冲单元输出缓冲单元至数据库进行有序存储的数据传输。 (3)中断处理模块主要负责接收视频同步的中断信号，协调数据传输模块和图像处理模块的运行。2、软件流程介绍1）打开图像采集卡主要是开始指定图像卡操作，初始化图像卡，获得其设备句柄，分配相应的资源。2）初始化各重要参数进行图像采集卡参数初始

8、化设置。包括设置图像卡视频信号制式、设置图像卡输出的图像数据格式、设置视频信号的扫描方式（帧/场扫描）、设置视频采集输入（Input）窗口和设置图像显示输出（Output）窗口等。3）将图像采集到内存图像卡将采集的图像数据传输到计算机的内存中，用户可以对内存中的数据进行处理，也可以利用位图函数将图像显示在计算机的屏幕上。采集图像到内存时，不占用主机CPU 的时间。图像卡使用计算机内存采集图像数据，这段内存是物理连续的，在计算机系统启动时分配、预留出来，供图像卡使用，用户访问，并且内存在系统运行过程中一直存在，直到系统关闭时才被释放。4）将采集到的数据连接GPS坐标和里程时间等信息并将其有序的存

9、储到数据库里。这一步非常重要，路产管理系统中，这些信息都是非常重要的。5）关闭图像采集卡采集结束后应关闭图像卡，释放图像卡内部资源并回收图像缓冲区。六、国内外研究状况公路地理信息系统是为研究和解决公路管理中的问题而开发的地理信息系统,是GIS 技术在公路领域中的延伸,其主要根据公路网规划和养路管理的需要，以计算机、GPS和信息技术为基础，利用地理信息系统技术和现代数据库管理技术，按照一定的空间方式合理组织公路信息流，从而能以地图形式向用户提供定性和定量的各种信息。美国等发达国家在上世纪六、七十年代,由开始系统地利用计算机技术,建立公路信息系统。在发展初期,使用的是文件系统,以后运用了数据库技术

10、,并与CAD 相结合,开发了一些简单的图形功能。随着GIS 技术的发展成熟,公路数据库不失时机地引入了GIS ,将公路数据库的开发推向了一个新的阶段。GIS 在图形方面不亚于CAD ,某些功能CAD 还不具备。同时,GIS 在属性数据管理方面比CAD 强大得多。从目前使用情况来看, GIS已成为公路数据库系统不可缺少的核心成分, GIS 与公路数据的结合是公路地理信息系统当前公路数据库开发的潮流,不仅促进了公路数据库的发展,也促进了GIS的发展。目前，加拿大、美国、日本、瑞士等国家都把在公路的养护管理方面大力引进GIS技术并获得了可喜的成效。将GIS技术应用于我国的公路建设和管理中，是高效建设

11、我国公路国道主干线的一项重要的基础工程，是推进公路建设和管理现代化的重要手段之一。目前成功开发的公路地理信息系统有北京市公路管理信息系统、四川省公路地理信息系统、陕西省公路地理信息系统、国道主干线管理信息系统、广深高速公路养护管理信息系统和河南公路地理信息系统等。七、结束语本文对于基于视频影像的道路信息管理系统进行了研究，分析了基于GIS与视频影像的道路信息管理系统的组成、功能及发展趋势，明确了人机分工，具备了辅助公路管理者分析和决策的功能。本文中设计了该系统的数据采集部分，建立了合理的软件结构，开发出了实用性的基于视频影像的道路信息管理系统数据采集前端，完成了高画质图像信息的采集工作，使得该系统解决了原有路面管理系统（PMS）的公路信息不直观、不形象的缺点。并且利用GPS接收器和汽车里程表通过串口与PC连接并编程予以控制，解决了在视频数据采集的同时自