摘要：曾祥平广东省高速公路有限公司摘 要：随着视频智能分析技术的发展和应用，高速公路视频监控在高速公路营运管理中发挥着越来越重要的作用。本文研究引进增强现实AR技术，在现实视频监控资源和用户之间加入可控制编程层，实现用户与监控视频深度交互提高用户...
摘 要：随着视频智能分析技术的发展和应用，高速公路视频监控在高速公路营运管理中发挥着越来越重要的作用。本文研究引进增强现实AR技术，在现实视频监控资源和用户之间加入可控制编程层，实现用户与监控视频深度交互提高用户体验，为高速公路视频监控应用智能化发展开辟了新思路。
关键词：AR视频监控;标签;全息场景回溯;
近年来，各省的交通运输主管部门都在积极推进高速公路运行监测体系建设，高速公路的视频监控发展也有了大幅提升，但与交通运输部“可视、可测、可控、可服务”的监测体系建设要求还有一定差距，其中比较重要的一个因素就是缺少一个统一视频监控载体来作为整个应用场景的连接器。而增强现实AR技术在监控实景可视化方面的独特优势，可以在视频监控“现实”基础上进行“增强”，在监控画面中添加各种视频标签如道路方向、重点区域、视频名称、时间等重要信息，可以直观、有效辅助用户远程处理道路异常和突发情况。
增强现实技术(Augmented Reality简称AR)，通过实时计算摄像机视频物体位置及角度进行建模，增加虚拟图像、视频或三维模型与之叠加，把现实世界通过虚拟技术进行呈现并进行深度交互，通过AR技术用户可以实时地执行操作并获取信息反馈，从而实现全新用户体验维度。
图1 视频数据融合逻辑图 下载原图
高速公路视频监控系统主要是针对道路、收费站、隧道、服务区等场景进行实时监控，不同的高速公路营运管理单位在不同时期监控体方案建设和设备选型大都不一致，当前传统视频监控模式工作效率地下，现状特点如下:
(1)视频监控模式老旧。传统监控模式主要通过大屏+轮播方式对现场进行实时监控，传回给指挥中心的是一个个独立分散的视频影像，摄像头之间无法形成联动。
(2)监控系统不统一。由于视频监控厂家不同，各厂家都有自己的监控平台，各自为政，如果需要查看不同摄像机的监控画面需要不断来回切换，为用户使用和维护带来不便。
(3)视频画面内容单一。用户通过监控中心大屏看到的只是单独的实时监控画面加上加上简单的字符叠加，无法获取其人、车、路、环境等多元化的信息资源。
(4)场景回溯难。在传统监控模式下，只能通过人工查看录像方式进行视频录像查找，存在的弊端是多路视频、多个任务之间是分散的，相互之间无法联动，无法还原出最真实的现场场景，影响场景回溯的效率及准确性。
针对以上问题及用户提出的新的迫切要求，本文通过利用AR技术“增强”特点，结合高速公路监控应用场景需要，为高速公路的视频监控发展提供了新方案。主要技术路径是以高点监控为核心，对视频物体位置及角度进行实时计算并建模，利用标签标注和标签联动的技术方式实现各标签视频的高低点立体化监控。
AR技术具有虚拟现实融合、实时交互、三维注册三大特征，从技术手段和表现形式上可以分为基于视觉的AR(Vision based AR)和基于地理位置信息的AR(LBS based AR)。在这里我们主要用到的是Vision based AR中的Marker-Less AR技术。
Marker-Less AR的实现方法是在屏幕中找到一个具有足够特征点的物体作为平面基准，然后通过摄像头对该物体进行识别和姿态评估，并确定其位置，将该物体的中心作为原点坐标系，并与屏幕坐标系建立映射关系，当摄像头扫描周围场景的时候，会提取周围场景的特征点并与之前选定物体的特征点进行比较，如果特征点的匹配度大于阈值，则确定为该物体，然后根据对应的特征点坐标确定当前的屏幕坐标，从而可以将我们想要绘制的图形或者是3D模型可以如同依附在现实物体上一样展现在屏幕上。
高速公路路网信息资源如果要呈现在视频监控画面，需要将视频像素与地理坐标之间进行转换，其中涉及到地理坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系和像素坐标系之间的转换关系。我们可以通过每个摄像机的PTZ值、视场角和高度等参数信息，将视频的现实三维空间世界映射到二维空间，建立视频图像像素坐标和地理坐标互动转换的数学模型，使原本单一的视频图像加上了一层隐形的、可计算的空间“轴线”，从而实现视频像素与地理坐标的自动转换。同时，视频图像像素坐标和地理坐标互动转换的数学模型能够根据摄像机姿态、可视域及角度的变换自动更新，达到在时间维度及空间维度下，摄像机在任意状态下的视频画面上具备真实的经纬度信息，使得我们能够在空间维度对每一帧视频图像进行更深入的认知。
图2 监控视频画面坐标转换原理 下载原图
全息场景回溯是增强现实技术在高速公路视频监控应用中的一个扩展应用，是当前比较前沿的一种全新的事件回溯手段。主要包含三部分内容:一是需要将视频与空间信息融合构建空间场景;二是需要将视频与空间信息进行时间同步，建立一一对应的时空关系;三是空间场景信息在历史的时空中应支持交互查询。全息场景回溯的基础应用是视频录像回放，主要应用于事后线索的查找，功能的实现需要两大技术支撑，一是元素的分类存储技术，须支持对视频场景中的各类标签元素如视频、语音、文本、图片、告警等信息内容进行分类存储，存储的过程中须记录标签元素在视频空间中的位置关系，能够在视频场景中进行还原和重建;二是元素的时间同步技术，须支持对分类存储的各类标签元素如视频、语音、文本、图片、告警等建立统一的时间关系，支持所有信息在同一时间抽下的同步调用。
增强现实(AR)技术，就目前来说已经不算是新技术，但其在高速公路视频监控中的应用还比较少，属于AR技术比较新的应用方向，应用前景比较广阔。该项应用主要是在现有视频监控的基础之上，通过一种全新的方式对高速公路进行实时监控，其应用效果主要表现在以下几个方面:
系统整体以高点监控为核心，高点防控单元接入系统后，以其高视野、大场景的视频画面能够实现重点区域的全方位巡视。同时，在由高点视频为载体的视频AR实景地图上，可以通过标签信息直观的查看低点摄像机等防控资源的分布。高点掌握全局，通过标签联动低点视频技术，能够调用低点摄像机以画中画的形式进行细节的查看，发生异常时，既关注整体又兼顾局部，通过高低联动打造立体化监控模式，非常适用于高速公路收费站、服务区等应用场景。
以增强现实技术为依托，对收费站、服务区、龙门架、路面监控、桥梁、隧道等低点摄像机视频内容进行标注，形成各种虚拟标签。虚拟标签支持画面跟随，能够随着高点摄像机变焦变倍进行分层分类显示。另外，虚拟标签支持全文搜索和模糊搜索，搜索到目标标签后，系统能够自动聚焦到标签当前所在位置进行细节查看，形成实景地图，能给用户带来非常直观的临场感。
“两客一危”是指从事旅游的包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的道路专用车辆。这类车辆一旦发生交通事故将产生非常严重的后果，也是高速公路的重点管控对象。目前这类车辆可以通过高清卡口、车牌等数据清晰知道车辆归属、来自何方和当前所处位置，在全程监控系统部署后，将结合增强现实技术对此类车辆的监控粒度深化，进行精细化管理建立“一车一档”档案，同时与交通运输部GPS轨迹数据进行异步检验，进一步规范车辆的运营管理，为人民群众的平安出行、幸福出行增添保障。
根据交通强国建设纲要关于强化交通基础设施养护，强加基础设施运行监测要求，全国高速公路将建设部省级视频联网云平台，通过云服务对高速公路道路、收费站、隧道、桥梁、高边坡、长下坡等视频资源进行汇聚和共享。利用增强现实(AR)技术可以将各路段上传的实时智能分析结果，在视频监控实景中统一呈现，并通过标签的方式直接查看每个事件的时间、地点、人物、环境等信息，还可以直接回放事件发生点的历史视频，与传统单纯查找和录像回放模式相比，操作更加简单高效，内容更加直观丰富。
目前，该项技术已在增从高速、随岳高速等多条高速公路进行了实际应用，通过将视频行为分析、越界分析、应急报警、人脸识别、车辆识别与告警等业务无缝融入AR实景中，并支持在实景画面中直接操作，与传统孤岛式的密集监控视频模式相比，用户体验明显提升。
随着高速公路的监控系统将越来越完善，视频容量越来越庞大，传统的监控模式已无法满足日常运营管理的需求，引入增强现实技术在视频实景地图中进行资源整合和人机交互的监控模式，无疑是一种比较好的选择。AR技术将成为行业场景数据的连接器，将非结构化数据和结构化数据建立时间与空间上的关联关系，从而提升高速公路整体服务效率和水平，更好地满足人民群众美好出行需求。
