GIS技术与安防领域可以有怎样的融合？

Posted 2021-02-27

安防领域引入GIS技术不是偶然的，两者之间有着众多的联系，它们的结合将在较大程度上促进安防行业的发展，与此同时对GIS本身也是一种很好的补充和完善。
GIS技术简介
GIS地理信息系统（GeographicInformationSystem），是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件支持下，运用系统工程和信息科学理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。
近几十年来，GIS技术得到了迅速发展，应用几乎涉及所有领域，目前主要应用于交通运输、军事公安、邮电通讯、农林牧业、灾害预测、国土管理、城市规划、资源调查、环境评估、水利电力、公共设施管理、统计、商业金融等。
主要数据来源于控制测量、数字摄影测量、遥感、数字化及其它方式。主要载体和应用方式有GIS服务器、PC客户端、PC单机应用、移动PDA、平板电脑、智能手机、Web服务等。
计算机技术是GIS的基础，GIS一直伴随着计算机技术的发展而进步，在计算机技术发展的支撑下和各种新应用需求驱使下，GIS正在向海量数据管理集成、高效数据处理与渲染、虚拟现实（增强现实）、云服务、移动等方向发展。
行业应用现状
近年来，随着社会发展，给安防领域提出了各种新的应用需求，目前已有部分监控平台软件将GIS用于实现基本地图浏览、业务图层编辑、要素定位、动态目标监控、应急指挥、路径规划、远程导航、3D场景视频查询、录像检索、录像回放等功能，GIS在安防监控平台上的应用已经初具雏形，但是，二者的结合无论从广度还是深度方面来看，都还没有达到令人满意的程度。
主要方向
1、安防目标地理信息化管理
将视频采集设备、视频存储设备、服务器、门禁、报警主机、卡口设备以及监控目标等纳入地理信息系统，建立专属矢量化业务图层，纳入系统基础底图管理，利用GIS组件可实现以下基本功能：
在地图上标注监控设备，并由用户指定标注样式（符号、颜色、大小、图标等）;
可定制的图层提示信息，当鼠标悬浮在地图要素目标上时，显示出提示信息悬浮框;
从设备列表或者设备库以拖放形式添加设备到地图图层;
在地图中以指定坐标系统下的经纬度准确定位设备，订制定位样式如闪烁等;
在设备报警时，也可通过关联服务管理，控制GIS地图组件联动;
地图放大、缩小、漫游、测距、地图打印、点选、多选（矩形框选、多边形选择、圆形选择）、查询属性（如摄像机的型号、编号以及其它定制信息等）等，通过地图选中的设备或者右键菜单形式可以操作设备进行动作（如查看实时视频、录像回放、报警布防撤防、摄像机视野分析、移动目标轨迹回放）等。
2、移动目标监控
利用GIS地图实时显示动态渲染移动目标的位置、方向、速度等信息，目前多用于携带移动定位设备的车辆监控、人员定位、远程导航等，其基本功能分析如下：
地图中实时查看目标的位置、属性描述信息;
地图中同时查看多个目标，或者地图范围跟随单个目标移动;
目标轨迹回放，按时间范围或者按地图范围等;
实时调看移动目标视频;
对目标行进里程进行统计计算;
目标的静止、运动、信号丢失、目标上下线等状态报警;
目标位置报警，如路径偏移、临近特征点、越界等;
利用GIS空间分析方法查询目标出现在某视频通道的实时视频或结合时间段条件在某个时间段的视频录像片段等。目前查询只是简单的区域缓冲区方式，没有考虑摄像机的可视距离、方位角、实时状态等因素。
3、辅助决策指挥
利用GIS的分析功能进行态势分析展示、路径选择、选址规划、资源分配：
应对突发事件时，快速规划救援路线、调度人员、物资等;
绘制态势图、演示作战方案。利用GIS的图形化工具，绘制态势图演示模拟推演作战方案;
计算和可视化展示最优路径。根据需求确定权值构成，调查基础数据（如路段长度、通行能力、交通实时状况等）并计算权值，构建基础路径网络是关键。
制约瓶颈
1、安防地理信息化标准
对于GIS应用系统而言，标准化的好处是显而易见的，而没有标准规范的指导和约束通常会导致很多问题。首先，数据是信息系统的根本，一切应用植根于数据，空间数据就是GIS的根本。由于空间数据的特殊性，决定了现实情况中的空间数据往往格式、规范、质量方面差异很大，这对数据质量要求较高的GIS来说，不能满足使用需求。为此，在安防领域引入GIS必须根据应用需求确定相应的空间数据标准，以指导行业数据获取工作。标准通常包含数据获取渠道、数据存储、数据交换、要素分类、数据尺度等规范。其次，行业内符号化标准不统一，会在很大程度上影响用户体验，增加用户的使用成本。因此，针对行业地图要素，应该有行业内认可的符号化标准，GIS应用的目的是让某些跟时空有关的内容以直观的方式展现，可视化是GIS的最重要的优势之一，因此统一的行业符号化标准至关重要。另外，其它内容如行业专有名词不统一等，也会导致用户、系统建设者以及其它相关人员的使用成本、技术学习成本上升，从行业发展的角度来看，是很不利的。
近年来，国家大力投入进行国家基础地理信息平台建设，并制订出台了一系列标准，在基础地理信息标准的基础上，针对很多GIS应用行业（如警用地理信息系统、GPS导航地理信息系统）的需求又产生了各种地理信息的行业标准，如警务地理信息标准、导航地理信息标准等。但是，随着GIS应用的不断深入和扩展，各行业的标准化程度普遍不理想，主要表现在标准不完善或缺失。目前，安防行业的地理信息化标准尚未发布，这在很大程度上影响和制约了GIS在安防行业的应用。
2、基础数据来源
GIS一般的数据源主要有控制测量实测数据、现有纸质地图数字化、现有空间数据文件或数据库、遥感影像、统计数据等。
目前，GIS在监控平台中的应用主要有两种方式，一种是利用如GoogleMap、MapABC、MapBar、SougouMap等提供的地图服务API;另外一种则是购买或者从其它渠道获取所需数据，基于这些数据，利用第三方的GIS基础平台实现应用。对于第一种实现，功能上相对较弱，根据各种API的使用条款，以及商业应用上的限制，存在一定经济上的成本;第二种实现，能够实现较高层次的应用，但是基础数据来源较多，再加上标准不一，数据量庞大，要将这些数据集成到同一基础地图上，处理和集成的过程需要付出相当大的代价。
3、第三方GIS平台的使用成本
第三方GIS平台的使用成本表现在两个方面，一个是GIS平台的使用技术学习成本，另外一个是GIS平台的部署授权费用，商业GIS大多价格不菲。在某些应用场景下，可以考虑运用一些比较成熟的开源平台，以降低成本。
结合点和发展趋势
安防领域引入GIS不是偶然的，两者之间有着众多的联系，它们的结合将在较大程度上促进安防行业的发展，与此同时对GIS本身也是一种很好的补充和完善。二者部分相关结合点分析如下。
目标地理信息化与地图数据管理
地理信息化是指将安防领域涉及的与时空有关的目标按照地理信息的基本形式，结合形成包含图形对象和属性的GIS地图要素，并以数据图层的形式纳入空间数据库进行统一管理。系统底图中可能包含一个或多个安防领域专用业务图层，而图层包含一系列要素，一个要素表示一个目标，由图形对象和一条属性记录共同构成，图形对象通常由基本的点（如摄像机）、线（如车辆运行轨迹）、面（如某监控小区）构成，属性表存储了该目标的附属信息（如摄像机的编号、名称、类型以及其它属性等），图形对象和属性表记录行通过唯一标识号关联，以此实现空间信息和属性表的互查。
随着GIS应用的深入和扩展，为了更好地促进行业应用与发展，行业应用标准化将成为一种必然。

应急决策指挥与地理数学模型
应急决策指挥一般指当发生突发事件时，事件的相关责任部门需要迅速地进行信息汇总、综合评估决策，用以指导一系列的反应动作，最终以最优方案解决事件。GIS以其得天独厚的时空可视化优势，结合对各种复杂地理数学模型的完美支持，能够实现各种复杂场合下的辅助决策应用。
通过引入更科学和可靠的决策模型，以实现更有效、智能的决策支持。
视频查询与虚拟现实
视频查询是监控平台的基本功能之一，同时也是最重要的功能之一。在这里把它分为实时视频查询和录像查询。查询的目的是为了尽可能准确的定位，大多数时候我们查看实时视频是为了查看某个地方是否正常（如一个角落），而目前绝大多数的视频监控平台实时视频的查看没有查询功能，或者只有简单的按照设备名称等属性的查询，没有实现真正的以空间位置为导向的精确查询。运用虚拟现实技术构建监控目标区域的3D模型，将用户选区纳入3D模型进行查询运算，即可查找到相关设备，同理可用于录像查询，只是加上时间条件即可。显然，这种查找模式更直观，更精确。虚拟现实的引入，将会给用户带来更加直观、更易操作的应用体验。
移动监控与移动GIS
移动目标监控，是指利用集中监控平台，对一组带有定位设备终端的移动目标进行管理和监控。有两个要点，一是被监控目标需要携带定位设备终端，二是需要有监控中心，被监控目标通过无线网络向监控中心报告定位信息和状态。如果在被监控的移动目标上同时配置移动GIS平台，让移动目标具有GIS的数据采集、存储、展示能力，能彻底改变监控中心单边监控、移动目标被动监控的模式，这在某些场景下是很重要的。如在网络环境不稳定时，移动目标传送的定位信息可能丢失，导致监控中心存储的位置数据不全，这时，可以用移动目标携带的移动GIS存储的数据来补齐。移动GIS同时也可以用于地图可视化展示监控中心下达给移动目标的某些指令。
随着移动互联时代的发展，移动化、网络化的趋势已经显而易见。
云视频监控服务与云GIS
随着云计算技术的兴起，人们已经初步感受到了它的魅力。对于相当一部分应用场景来说，云服务有诸多优势。首先，规模化的运营商，提供基础设施，让应用方可以省去大批的物理建设成本和维护成本。其次，比起相对于单独的桌面应用程序而言，使用云服务的成本很低，或者说前期投资更少和较固定的月度业务费用。另外，云服务部署的应用在升级和维护方面，更加便捷。
目前已有云视频服务在运营当中，利用云服务的规模化硬件资源和集中统一的软件技术支持，将前端视频采集设备、后端存储设备统一规模化、集成化管理，以云服务的方式部署，以实现云视频监控服务。云GIS将GIS的数据、工具以云服务的方式部署，提供给用户。
新时期的安防监控应用需要GIS的支撑，因此，安防监控走向“云端”需要云GIS。