三维警用地理信息平台系统架构的制作方法

本实用新型属于警务信息系统建设技术领域，涉及三维地理信息平台，尤其是涉及一种三维警用地理信息平台及系统架构。

背景技术：

目前二维警用地理信息平台在各公安部门的应用已经较为成熟。二维GIS基本实现了与警用业务相关的各种功能，如：GIS地图显示功能、地图操作功能、警用地图功能、显示GPS警车功能、地图查询及定位功能、绘图功能等。虽然在一定程度上满足了公安部门的日常管理工作需要，但二维GIS是将三维的空间信息映射为二维的平面信息，不可避免地在表现方法上过于抽象，很难表现人文、环境、资源等信息；对使用者来讲也缺乏临场感，不符合人们的真实视觉习惯。二维GIS在三维定位及信息展现的直观性方面存在着局限性，由此，对于三维GIS的建设需求应运而生。

近年来，三维可视化与虚拟现实技术在国外安全部门和警察部门越来越受到重视，国内也在这方面开展了一些工作，实现了地图操作、场馆信息定位查询、安全保卫及警务信息在三维电子地图上的全方位展示的功能，系统在B/S客户端浏览地图非常迅速，较高地满足系统的实战需求。目前，警用三维地理信息平台的建设尚处于起步阶段，在保持海量三维模型的浏览流畅、把现有公安二维系统中的数据整合到三维场景上、将现有二维警用地理信息系统集成到三维警用地理信息平台中以及针对特定业务(如实现人口信息查询、警务模拟飞行等)提供相应的分析和决策支持模块方面还有待进一步的发展与提高。

数字城市出现的初衷就是希望能在虚拟的数字世界中真实的表达现实世界，并在其上进行针对性的专业需求分析和应用，发挥地理信息数据的核心决策支持能力。因此，数字城市发展的目标，必然是尽可能多的承载客观世界的信息，无限真实的模拟现实世界。然而，三维GIS发展至今，其应用仍局限于以城市虚拟场景的可视化展示和漫游浏览为主。究其原因，是由于传统数字城市三维建模技术的局限性：传统数字城市三维建模，主要采用人工建模、采样纹理、样本化贴图的技术手段，是以仿真的手段实现对客观世界的三维再现，无法真实模拟客观世界；而公安、城管、规划、园林等城市各个管理部门需要的是能真实反映城市现状的“全信息”城市模型。

为实现公安信息化深化应用和综合管理水平不断提高，提高治安管理、警力部署、安全警卫等公安业务的地理信息系统建设和管理，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种基于云存储的数字警用三维地理信息系统[申请号：201320055443.1]，由便携式终端、道路监视终端、安防监视终端、无线通讯网络、检索服务器、地理信息服务器、警用数据服务器组成，便携式终端、道路监视终端、安防监视终端连接无线通讯网络，无线通讯网络分别连接地理信息服务器、警用数据服务器。其优势体现在：弥补了公安机关当前常规信息化应用系统中分析数据的局限性，综合利用地理信息技术所特有的空间分析功能和强有力的可视化表达能力，使警务数据信息和空间信息融为一体。通过监控各种警务工作元素在空间的分布情况和实时运行情况，分析其内在联系，合理配置和调度资源，从而提高各警务部门的快速响应和协同处理能力。

上述方案虽然在一定程度上提高了三维地理信息系统的性能，但是仍然无法从根本上解决前文所述的技术问题。特别是三维场景仍然主要采用人工建模、采样纹理、样本化贴图等技术手段，是以仿真的手段实现对客观世界的三维再现，无法真实模拟客观世界。基于手工建模的传统数字城市建设模式采用样本化的城市外貌模拟，无法真实的表现客观世界，同时缺少建筑内部空间及空间内事物的表达与联系。由于航空摄影的局限性，近地面影像缺失，使得实景三维难以实现近地面精细化模型构建，无法满足近地面观察应用的需要。然而常规的近地面街景集成技术，仅仅是从二三维场景切换至街景影像画面的方式，这种街景影像，其空间定位关系不具备严密的数学基础，无法与实景三维模型空间进行准确的空间匹配，也无法与GIS数据源无缝对接。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，模拟的客观世界真实度高的三维警用地理信息平台的系统架构。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本三维警用地理信息平台，其特征在于，包括具有至少一个存储器或若干相互连接的存储器的存储模块、具有至少一个中央处理器或若干相互连接的中央处理器的中央处理模块、人机交互模块和三维地理信息获取模块，所述的存储模块、人机交互模块和三维地理信息获取模块均与中央处理模块相连，所述的三维地理信息获取模块包括倾斜遥感摄影测量装置和近地面移动摄影测量装置，所述的倾斜遥感摄影测量装置和近地面移动摄影测量装置分别通过无线通讯方式与中央处理模块相连。

倾斜遥感摄影测量装置和近地面移动摄影测量装置均与实景三维建模子系统相连，所述的实景三维建模子系统和建筑信息模型子系统均与虚拟现实城市信息模型构建系统相连，所述的虚拟现实城市信息模型构建系统、二维GIS子系统和警用信息子系统均与多源融合子系统相连；其中所述的倾斜遥感摄影测量装置被配置为获取包括建筑物在内的地物顶部和侧面的全景影像信息和雷达点云信息；所述的近地面移动摄影测量装置被配置为采集包括建筑物在内的地物近地面全景影像信息和雷达点云信息；所述的实景三维建模子系统被配置为将倾斜遥感摄影测量装置和近地面移动摄影测量装置的信息进行融合关联以创建地空结合的实景三维模型；所述的建筑信息模型子系统被配置为对选定的建筑物内部的空间、构件、设施设备的三维建模与信息集成以获得选定的建筑物内部建模数据；所述的虚拟现实城市信息模型构建系统被配制为将实景三维模型与选定的建筑物内部建模数据融合以获得虚拟现实城市信息模型；所述的二维GIS子系统被配置为对地理空间的性质、类型及地名地址的平面地理信息集成；所述的警用信息子系统被配置为提供警用信息；所述的多源融合子系统被配置为将虚拟现实城市信息模型、平面地理信息和警用信息进行数据融合关联以获得增强现实城市信息模型。

采取倾斜摄影测量、近地面移动测量和BIM联合的技术方案，实现了三维模型与全景影像的精确叠加，而且将空间场景渗透至室内外一体，三维模型不但空间定位关系具备严密的数学基础，而且有效弥补了航空影像对于底商、地面等信息的缺失；集成融合GIS数据，将二维数据三维实体化；集成融合警用信息，方便了警用信息的查询与调取，实现了影像、场景、模型与矢量地图、属性数据、警用信息等多源多类数据的融合。

在上述的三维警用地理信息平台的系统架构中，所述的倾斜遥感摄影测量装置包括飞行平台和设置在飞行平台上的至少两个空中影像采集摄像头，其中至少一个空中影像采集摄像头竖直向下设置，其余空中影像采集摄像头以竖直向下设置的空中影像采集摄像头为轴倾斜向下对称设置。

优选地，所述的飞行平台为直升机或无人机，所述的飞行平台上设有五个空中影像采集摄像头，其中一个空中影像采集摄像头竖直向下设置，其余四个空中影像采集摄像头以竖直向下设置的空中影像采集摄像头为轴倾斜向下对称设置。

在上述的三维警用地理信息平台的系统架构中，所述的飞行平台上设有基座，在基座固定有竖直向下设置的空中影像采集摄像头，在基座上转动连接有端面齿盘，所述的端面齿盘与能驱动端面齿盘转动的第二驱动电机，所述的端面齿盘外围设有固定在基座上的环形座，在环形座上开有若干径向延伸的槽体，所述的槽体内设有螺杆，所述的螺杆上螺纹连接有能沿着槽体滑动且周向定位于槽体的螺套座，每个螺套座上分别铰接有一个倾斜向下设置的空中影像采集摄像头，所述的螺杆的內端分别设有能与端面齿盘啮合的齿轮，所述的空中影像采集摄像头和第二驱动电机均与第二控制电路相连且在第二控制电路上连接有第二GPS模块。

在上述的三维警用地理信息平台的系统架构中，铰接于螺套座上的空中影像采集摄像头与基座之间分别设有一根拉簧，所述的拉簧的一端与空中影像采集摄像头相连，另一端与基座相连。

在上述的三维警用地理信息平台的系统架构中，所述的近地面移动摄影测量装置包括地面移动平台和设置在地面移动平台上的全景影像采集摄像头；所述的地面移动平台上设有安装座，所述的全景影像采集摄像头与安装座转动连接，在安装座内设有能驱动全景影像采集摄像头转动的第一驱动电机，所述的第一驱动电机与第一控制电路相连，在第一控制电路上连接有第一GPS模块和若干位置传感器，所述的位置传感器分布在全景影像采集摄像头的外围且能检测全景影像采集摄像头的转动角度。

与现有的技术相比，本三维警用地理信息平台系统架构的优点在于：设计和布局合理，易于操控，实现了地空一体化、模拟的客观世界真实度高。

附图说明

图1是本实用新型提供的结构框图。

图2是本实用新型提供的部分结构框图。

图3是本实用新型提供的另一部分结构框图。

图4是本实用新型提供的近地面移动摄影测量装置的部分结构示意图。

图5是本实用新型提供的近地面移动摄影测量装置的部分结构示意图。

图6是本实用新型提供的倾斜遥感摄影测量装置的部分结构示意图。

图中，倾斜遥感摄影测量装置1、飞行平台11、空中影像采集摄像头12、基座13、端面齿盘14、第二驱动电机15、环形座16、槽体16a、螺杆17、齿轮17a、螺套座18、第二控制电路19、第二GPS模块100、近地面移动摄影测量装置2、地面移动平台21、全景影像采集摄像头22、安装座23、第一驱动电机24、第一控制电路25、第一GPS模块26、位置传感器27、拉簧28、实景三维建模子系统3、建筑信息模型子系统4、二维GIS子系统5、警用信息子系统6、多源融合子系统7、警用车辆模拟子系统72、三维场景模拟子系统8、制高点自动分析系统81、交互模块82、分析模块83、空间点位计算模块84、空间缓冲区分析模块85、结果筛选模块86、重合范围导入模块87、虚拟现实城市信息模型构建系统9、存储模块200、中央处理模块300、人机交互模块400、三维地理信息获取模块500。

具体实施方式

如图1所示，三维警用地理信息平台系统架构包括具有至少一个存储器或若干相互连接的存储器的存储模块200、具有至少一个中央处理器或若干相互连接的中央处理器的中央处理模块300、人机交互模块400和三维地理信息获取模块500，所述的存储模块200、人机交互模块400和三维地理信息获取模块500均与中央处理模块300相连，所述的三维地理信息获取模块500包括倾斜遥感摄影测量装置1和近地面移动摄影测量装置2，所述的倾斜遥感摄影测量装置1和近地面移动摄影测量装置2分别通过无线通讯方式与中央处理模块300相连。

如图1-3所示，倾斜遥感摄影测量装置1和近地面移动摄影测量装置2均与实景三维建模子系统3相连，所述的实景三维建模子系统3和建筑信息模型子系统4均与虚拟现实城市信息模型构建系统9相连，所述的虚拟现实城市信息模型构建系统9、二维GIS子系统5和警用信息子系统6均与多源融合子系统7相连；其中所述的倾斜遥感摄影测量装置1被配置为获取包括建筑物在内的地物顶部和侧面的全景影像信息和雷达点云信息；所述的近地面移动摄影测量装置2被配置为采集包括建筑物在内的地物近地面全景影像信息和雷达点云信息；所述的实景三维建模子系统3被配置为将倾斜遥感摄影测量装置1和近地面移动摄影测量装置2的信息进行融合关联以创建地空结合的实景三维模型；所述的建筑信息模型子系统4被配置为对选定的建筑物内部的空间、构件、设施设备的三维建模与信息集成以获得选定的建筑物内部建模数据；所述的虚拟现实城市信息模型构建系统9被配制为将实景三维模型与选定的建筑物内部建模数据融合以获得虚拟现实城市信息模型；所述的二维GIS子系统5被配置为对地理空间的性质、类型及地名地址的平面地理信息集成；所述的警用信息子系统6被配置为提供警用信息；所述的多源融合子系统7被配置为将虚拟现实城市信息模型、平面地理信息和警用信息进行数据融合关联以获得增强现实城市信息模型。具体地，实景三维建模子系统3被配置为通过POS辅助、DSM引导、抗变形矩不变特征匹配等技术综合应用将倾斜遥感摄影测量装置1和近地面移动摄影测量装置2的信息进行融合关联以创建地空结合的实景三维模型。

如图4-6所示，倾斜遥感摄影测量装置1包括飞行平台11和设置在飞行平台11上的至少两个空中影像采集摄像头12，其中至少一个空中影像采集摄像头12竖直向下设置，其余空中影像采集摄像头12以竖直向下设置的空中影像采集摄像头12为轴倾斜向下对称设置。优选地，飞行平台11为直升机或无人机，飞行平台11上设有五个空中影像采集摄像头12，其中一个空中影像采集摄像头12竖直向下设置，其余四个空中影像采集摄像头12以竖直向下设置的空中影像采集摄像头12为轴倾斜向下对称设置。飞行平台11上设有基座13，在基座13固定有竖直向下设置的空中影像采集摄像头12，在基座13上转动连接有端面齿盘14，所述的端面齿盘14与能驱动端面齿盘14转动的第二驱动电机15，所述的端面齿盘14外围设有固定在基座13上的环形座16，在环形座16上开有若干径向延伸的槽体16a，所述的槽体16a内设有螺杆17，所述的螺杆17上螺纹连接有能沿着槽体16a滑动且周向定位于槽体16a的螺套座18，每个螺套座18上分别铰接有一个倾斜向下设置的空中影像采集摄像头12，所述的螺杆17的內端分别设有能与端面齿盘14啮合的齿轮17a，所述的空中影像采集摄像头12和第二驱动电机15均与第二控制电路19相连且在第二控制电路19上连接有第二GPS模块100。铰接于螺套座18上的空中影像采集摄像头12与基座13之间分别设有一根拉簧28，所述的拉簧28的一端与空中影像采集摄像头12相连，另一端与基座13相连。近地面移动摄影测量装置2包括地面移动平台21和设置在地面移动平台21上的全景影像采集摄像头22；所述的地面移动平台21上设有安装座23，所述的全景影像采集摄像头22与安装座23转动连接，在安装座23内设有能驱动全景影像采集摄像头22转动的第一驱动电机24，所述的第一驱动电机24与第一控制电路25相连，在第一控制电路25上连接有第一GPS模块26和若干位置传感器27，所述的位置传感器27分布在全景影像采集摄像头22的外围且能检测全景影像采集摄像头22的转动角度。

存储模块200采用LOD瓦片存储技术和数据流的数据传输方式支撑海量数据，当数据量不超过100TG时，将数据进行图像压缩和调入技术，将包括不同分辨率、不同大小的航片、卫星影像、数字高程模型在内的数据通过融合、投影变换、以及数据剪裁，制作成任意分辨率真实质感三维场景，从而构建地形数据集，将实景三维模型的细节层次进行分级，融合不同分辨率和不同数据量的影像和高程数据，并通过网络发布，实现矢量数据、地形数据、3D模型的数据流传输；当数据量超过100TG时，采用直连方式实现快速网络传输，加载数据时，矢量数据、地形数据、三维模型分层调入，使场景中的模型既是一个可视的整体，又能快速运行。

多源融合子系统7连接有三维场景模拟子系统8，所述的三维场景模拟子系统8采用屏幕空间环境光遮蔽特效，所述的三维场景模拟子系统8具有包括火焰、烟雾、骨骼动画、动态水面、四季天气在内若干特效画面，同时将太阳光引入，作为系统光源，依据给定的日期、时间和时区实时调整光影，设置雾的颜色，应用预设值或自定义天空纹理和颜色，动态云层支持定制高度、位置、密度以及移动速度，支持模拟现实世界的太阳光照效果，能对包括太阳光光源位置、方向、光照强度在内的因素进行调节；所述的警用信息子系统6包括三维数据、公安基础数据、在线视频监控数据、城市部件设备数据和专题数据，其中公安基础数据包括流动人口数据、常驻人口数据、重点人员数据、重点单位数据；城市部件设备数据包括井盖数据、路灯数据、果皮箱数据；在线视频监控数据包括实时视频监控画面数据、摄像头位置数据和摄像头状态数据；专题数据包括专题图数据、道路图数据、街道图数据、地名地址数据、兴趣点数据、地理空间框架数据；三维数据包括三维影像数据、三维高程数据、三维模型数据、三维矢量数据。

多源融合子系统7采用三维空间单体化编码，直接建立三维空间的逻辑图层，对其进行划分与编码，并以之作为地名地址语义映射的载体，从而将数字地理空间定义与客观现实空间进行映射，而不再与地名地址记录条目及地理信息实体要素绑定，从而保证了空间定义的完整与连续性，以及不再受制于地名地址数据的GIS化处理现状；所述的三维空间单体化编码保持编码的唯一性和一致性，在此基础上，通过在编码中设置空间颗粒层级，对没有完善信息的空间可进行模糊化粗颗粒的编码记录，同时预留了后期再次精细化空间划分与定义的再编码接口。

如图3所示，多源融合子系统7上连接有制高点自动分析系统81，所述的制高点自动分析系统81被配置为根据输入的分析对象和范围实现多源融合子系统7中的制高点分析；所述的制高点自动分析系统81包括交互模块82和分析模块83，其中交互模块82被配置为输入分析对象和范围，所述的分析模块83被配置为建立多源融合子系统7中分析对象范围内的空间点位与平面地理信息的对应关系以实现制高点分析；所述的分析模块83包括依次相连的空间点位计算模块84、空间缓冲区分析模块85和结果筛选模块86；其中空间点位计算模块84被配置为通过空间离散点拟合与面阻隔计算求取多源融合子系统7中分析对象范围内的空间点位，所述的空间缓冲区分析模块85被配置为根据分析对象范围内实体的点线面实体建立实体周围一定区域的带状区以识别该实体对邻近实体的辐射范围或影响度，所述的结果筛选模块86被配置为根据空间缓冲区分析模块85的分析结果得到平面地理信息在多源融合子系统7中的空间映射点位以筛选出制高点；多源融合子系统7和制高点自动分析系统81均与警用车辆模拟子系统72相连，所述的交互模块82还被配置为输入活动路线和范围，所述的警用车辆模拟子系统72被配置为模拟警用车辆在交互模块82输入的活动路线上行驶，所述的分析模块83被配置为建立多源融合子系统7中警用车辆模拟子系统72模拟的警用车辆范围内的空间点位与平面地理信息的对应关系以实现制高点分析；所述的制高点自动分析系统81还包括重合范围导入模块87，所述的重合范围导入模块87与空间点位计算模块84相连，所述的重合范围导入模块87被配置为将已经过空间点位计算模块84计算的范围输入空间点位计算模块84以使空间点位计算模块84直接计算新增的范围。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了倾斜遥感摄影测量装置1、飞行平台11、空中影像采集摄像头12、基座13、端面齿盘14、第二驱动电机15、环形座16、槽体16a、螺杆17、齿轮17a、螺套座18、第二控制电路19、第二GPS模块100、近地面移动摄影测量装置2、地面移动平台21、全景影像采集摄像头22、安装座23、第一驱动电机24、第一控制电路25、第一GPS模块26、位置传感器27、拉簧28、实景三维建模子系统3、建筑信息模型子系统4、二维GIS子系统5、警用信息子系统6、多源融合子系统7、警用车辆模拟子系统72、三维场景模拟子系统8、制高点自动分析系统81、交互模块82、分析模块83、空间点位计算模块84、空间缓冲区分析模块85、结果筛选模块86、重合范围导入模块87、虚拟现实城市信息模型构建系统9、存储模块200、中央处理模块300、人机交互模块400、三维地理信息获取模块500等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。