【論文下載】視頻gis數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、2008年4月第6卷第2期地理空間信息GEOSPATIALINFMATIONApr.2008Vol.6No.2視頻GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)郭浩，孔云峰（河南大學(xué)中澳地理信息分析與應(yīng)用研究所，河南開(kāi)封475004）摘要：視頻GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將地理信息與視頻影像實(shí)時(shí)自動(dòng)集成，生成空間位置與視頻影像相融合的超視頻信息。在視頻GIS數(shù)據(jù)模型原理的基礎(chǔ)上提出了在視頻采集的同時(shí)，按照一定的時(shí)間或空間間隔，記錄地理坐標(biāo)、速度和相對(duì)應(yīng)的視頻幀

2、數(shù)，通過(guò)建立視頻時(shí)間或視頻幀與其地理位置坐標(biāo)、速度的對(duì)照表，來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)與空間地理數(shù)據(jù)的有機(jī)集成。并詳細(xì)的闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；視頻GIS；視頻采集；GPS；VFW中圖分類號(hào)：P208文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):16724623(2008)02008103DesignImplementationofVideoGISDataCaptureSystemGUOHao，KONGYunfeng(ChinaAustralia

3、CooperativeResearchCenterfGeographicInfmationAnalysisApplicationsHenanUniversityKaifeng475004China)Abstract：AvideocapturesysteminVideoGISaimsatcombininggeoreferencedvideoinfmationwithtraditionalgeographicinfmationestabli

4、shintrinsiclinkbetweenvideospacemapspaceindertoprovideamecomprehensiveunderstingoverspatialobjectspatialphenomenon.Awayofintegratingvideodatawithspatialdataisdescribedinthispaperthatwhilecapturingvideotheyarebeingrecdedo

5、fgeographiccodinates，speedthecrespondingvideoframecountinacertainintervaloftimespacethenthetisestablishedofvideotimevideoframewithlocationcodinatesspeed.Itwasintroduceddesignimplementationofthesystemindetail.Keywds：GIS；V

6、ideoGIS；videocapture；GPS；VFW視頻GIS是一個(gè)新興的多媒體GIS，研究視頻信息與地理空間信息的綜合與交互應(yīng)用[1]。常規(guī)的多媒體GIS是將視頻數(shù)據(jù)當(dāng)作地理實(shí)體的特殊屬性，通過(guò)空間鏈接的方式播放視頻信息[2]。而視頻GIS建立空間位置和視頻幀像空間之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)，支持地圖與視頻之間的交互操作，可應(yīng)用于公路、鐵路、河流等線性設(shè)施的管理?？紤]空間位置和視頻數(shù)據(jù)，建立視頻GIS數(shù)據(jù)模型的研究國(guó)內(nèi)外尚不多見(jiàn)，但也有一些研究

7、取得了成果[37]。KyongHoKim提出了GeoVideo的概念，即把視頻本身作為一個(gè)GIS系統(tǒng)，基于視頻本身進(jìn)行地圖瀏覽、查詢、編輯、空間分析等地理操作[1]。Berry(2000)提出了視頻地圖系統(tǒng)框架，即在視頻的一個(gè)聲道中記錄精確的位置和時(shí)間數(shù)據(jù)，并提出了數(shù)據(jù)的外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)處理與實(shí)際應(yīng)用方案[3]。Navarrete（2002)將視頻影像和地理信息相結(jié)合，即建立視頻片斷的地理索引，生成能在地理環(huán)境中調(diào)用的超視頻（hyperv

8、ideo）[4]。SeungYongLee（2003，2006）提出了移動(dòng)制圖系統(tǒng)4SVan的設(shè)計(jì)[56]。國(guó)內(nèi)武漢大學(xué)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)（MMS）綜合用GPS（全球定位系統(tǒng)）、CCD（視頻系統(tǒng)）、INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）或航位推算系統(tǒng)等技術(shù)，快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)?？自品澹?007）在應(yīng)用項(xiàng)目中完成了一個(gè)公路視頻GIS，實(shí)現(xiàn)了視頻和地圖的同步播放和交互查詢[7]。綜合地理信息的視頻數(shù)據(jù)模型是視頻GIS的核心，

9、數(shù)據(jù)采集、編輯和交互操作是其關(guān)鍵技術(shù)。本文嘗試?yán)肎PS和數(shù)碼視頻技術(shù)，設(shè)計(jì)視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提出系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法和程序設(shè)計(jì)技巧，為視頻GIS應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。收稿日期:20070905項(xiàng)目來(lái)源:河南省高等學(xué)校創(chuàng)新人才基金資助項(xiàng)目。第6卷第2期83中的dwCurrentVideoFrame參數(shù)表示捕捉的當(dāng)前所捕捉的視頻幀數(shù)，dwCurrentVideoFramesped參數(shù)表示當(dāng)前丟失的幀數(shù)，兩者相減即為記錄到視頻文件中的當(dāng)前視頻幀數(shù)。在GP

10、S數(shù)據(jù)采集的同時(shí)記錄這個(gè)變量。critical_section.Lock()nframe=dwCurrentVideoFramedwCurrentVideoFramespedcritical_section.Unlock()另外，沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓縮的原始AVI格式數(shù)據(jù)（RawData）的數(shù)據(jù)量是相當(dāng)大的，因此數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮是視頻采集系統(tǒng)必須要解決的問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，我們可以使用Windows自帶Codec(CompressDecompre

11、ss，編解碼器)，也可以使用第三方廠商給我們提供的各種通用和專用的Codec。綜合考慮本系統(tǒng)最終采用IntelIndeoVideo5.10編解碼器進(jìn)行AVI文件壓縮，滿足實(shí)時(shí)壓縮的需求。3.2空間信息的采集USB接口的GPS接收機(jī)把GPS模塊、天線和串口USB片集成在一起，通過(guò)串口USB接口轉(zhuǎn)換器，并安裝驅(qū)動(dòng)程序可以把USB接口模擬成串口。因此GPS數(shù)據(jù)接收程序應(yīng)用串口編程具有可移植性，系統(tǒng)使用微軟公司開(kāi)發(fā)MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口通信。

12、在進(jìn)行串口通信時(shí)，必須先打開(kāi)串口并初始化，然后才能開(kāi)始數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，通信完成后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉串口。串口初始化主要用CMSComm類提供的方法完成對(duì)串口的參數(shù)的設(shè)置，包括使用的端口、通信波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校檢、停止位數(shù)等參數(shù)。參數(shù)設(shè)置后就可以打開(kāi)串口開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)的讀取主要使用CMSComm類成員函數(shù)GetInput在OnComm事件中來(lái)完成對(duì)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)流的接收操作。從GetInput函數(shù)返回的值是VARIANT類型數(shù)據(jù)，因

13、此對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)與VARIANT類型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換是主要難點(diǎn)。COleSafeArray類可以直接接受VARIANT類型的變量，因此引入一個(gè)COleSafeArray類的對(duì)象，先把VARIANT類型的值存入到該對(duì)象中，然后調(diào)用COleSafeArray類的GetElement方法把數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)，最后把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳給字符串對(duì)象，為下一步數(shù)據(jù)分析做準(zhǔn)備。串口通信遵守一定的通信協(xié)議進(jìn)行傳輸，要獲取GPS中的所需數(shù)據(jù)，必須對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯。對(duì)

14、遵循NMEA0183協(xié)議的讀取GPS數(shù)據(jù)的分析處理方法為：先分析GPS語(yǔ)句的結(jié)束標(biāo)志CR和LF以找出最新的GPS語(yǔ)句，再根據(jù)GPS數(shù)據(jù)格式規(guī)定的數(shù)據(jù)順序、位數(shù)以及數(shù)據(jù)分割符等特征提取各個(gè)字段[8]。由于GPS的數(shù)據(jù)讀入是一秒中處理一次，因此要用SetTimer函數(shù)設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，每秒發(fā)送一次WM_TIMER消息。在OnTimer函數(shù)中響應(yīng)WM_TIMER消息，分析處理GPS數(shù)據(jù)，同時(shí)記下相對(duì)應(yīng)的視頻幀數(shù)，最后經(jīng)緯度、速度和對(duì)應(yīng)幀數(shù)等寫(xiě)入

15、與視頻文件相對(duì)應(yīng)的同名文本文件中，形成包含地理空間信息的原始索引文件。退出系統(tǒng)時(shí)，調(diào)用KillTimer函數(shù)關(guān)閉定時(shí)器。3.3視頻索引文件的生成視頻采集頻率和GPS接收機(jī)頻率不同導(dǎo)致視頻幀數(shù)多于GPS數(shù)據(jù)接收次數(shù)，視頻幀不能和空間位置一一對(duì)應(yīng)。因此在空間采集模塊生成的原始索引文件的基礎(chǔ)上，通過(guò)線性內(nèi)插的方法計(jì)算出每一視頻幀所對(duì)應(yīng)的地理位置坐標(biāo)，重新寫(xiě)入新的文本文件中，完成視頻索引文件的生成，實(shí)現(xiàn)視頻幀與空間位置的一一對(duì)應(yīng)。拍攝過(guò)程中車(chē)速

16、的變化影響，必須根據(jù)車(chē)速的變化采取不同的插值方法。對(duì)地理位置的插值方法如下：設(shè)當(dāng)前幀號(hào)為fcur介于關(guān)鍵幀號(hào)fkey1和fkey2之間，vkey1和vkey2分別為關(guān)鍵幀號(hào)fkey1和fkey2的速度，（xcur，ycur）、（xkey1，ykey1）和（xkey2，ykey2）為視頻幀fcur、fkey1和fkey2多對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)。當(dāng)工程車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，=112121=112121當(dāng)工程車(chē)勻變速運(yùn)動(dòng)（啟動(dòng)、剎車(chē)停止的過(guò)程在短時(shí)間內(nèi)可看

17、成勻變速運(yùn)動(dòng)）時(shí)，=1122121212221221=11221212122212214結(jié)語(yǔ)本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處是建立一個(gè)GIS基本數(shù)據(jù)模型，即對(duì)視頻數(shù)據(jù)和地理空間信息進(jìn)行了有機(jī)集成，生成了適合視頻GIS的元數(shù)據(jù)。實(shí)踐表明，本系統(tǒng)提出的基本思想和技術(shù)方案是可行的。系統(tǒng)具有文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采集獲得的每個(gè)視頻文件只對(duì)應(yīng)一個(gè)索引文件，采集過(guò)程中無(wú)需人為干涉等特點(diǎn)，在公路養(yǎng)護(hù)、河流整治、城市管理等領(lǐng)域中有極高的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)需要指出，本系統(tǒng)還是一個(gè)實(shí)