增強現實技術在高速公路信息化應用場景解析

劉繼 胡曉光

摘 要：本文從視頻與空間地理信息的融合、視頻與業務數據的融合、視頻數據與視頻數據的融合三個方面出發，闡述了增強現實技術在高速公路信息化中的應用場景，以期為增強現實技術在高速公路信息化中的應用提供借鑒。

關鍵詞：視頻;增強現實;高速公路;信息化;融合

Abstract： From the three aspects of video and spatial geographic information fusion， video and business data fusion， video data and video data fusion， this paper expounded the application scenarios of augmented reality technology in highway information， in order to provide reference for the application of augmented reality technology in highway information.

Keywords： video;augmented reality;highway;information;integration

增強現實（Augmented Reality，AR），是一種實時地計算攝影機影像位置和角度并加上相應的圖像技術，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術。這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界疊套在現實世界并進行互動，實現虛擬數據在真實世界的直觀展示[1]。例如，把AR增強技術運用在泛家居行業，當顧客在選購家具的時候，用戶只要用手機攝像頭對準房間內的任何位置，就可以看到真實尺寸家具擺放在其中的效果[2]。

目前，高速公路安裝了大量的攝像機，采集了豐富的視頻資源，基本實現了從高速公路入口、路上到出口的全覆蓋。同時，高速公路有許多信息管理系統，這些系統功能豐富、數據齊全，但基本都是以列表或圖表的形式呈現，不具有直觀性。如何將豐富的視頻數據與業務數據進行融合是一個需要持續討論的話題，傳統的方式希望將視頻數據變成可以檢索的結構化視頻，但效果并不理想。隨著AR技術的誕生，找到了一條新的途徑，而且這種方式更加直觀、更符合人類的思維習慣和操作習慣。

基于AR技術的視頻監控系統可以實現視頻與空間地理信息的融合、視頻與業務數據的融合、視頻與視頻的融合。其是一種良好的模式，可以真實、直觀、高效地展示數據，并且可以通過歷史回溯，將數據發生的時間與視頻發生的時間同步展示給使用者。

1 視頻與空間地理信息的融合

以視頻為載體，通過增強現實技術，將高速公路的地形狀況、地理位置、道路部件等信息通過語義標簽、圖形標簽、矢量標簽等形式疊加在視頻畫面中，形成一張視頻實景地圖，標簽支持交互，支持自定義，支持分層分類顯示，支持搜索、定位。例如，在潤揚大橋上應用本技術時，就將懸索橋立柱的攝像機作為高點攝像機，對大橋進行大場景地圖處理，同時利用路側地點攝像機進行局部場景地圖處理。通過基于球形坐標系的攝像機標簽跟隨算法，可以很好地做到虛擬標簽與攝像機的隨動[3]，做到攝像機視頻與標簽的完美融合，從而成功地將視頻的像素點對應到視頻拍攝的物體的真實坐標上。

由于使用了GPS標簽技術，做到視頻標簽全部攝像機可視，通過實景地圖技術，將標簽構建在空間信息中，視頻中的畫面所在區域的標簽在其他攝像機也同樣可見，做到視頻與空間地理數據（地圖）的融合。視頻與空間地理數據（地圖）的融合實例如圖1所示。

通過應用AR技術，可以將道路信息特征提前注入視頻監控系統，在視頻中可直接看到道路行駛的方向，車輛所處位置（如樁號、上下行），從而將其精確地告知監控人員。同時，通過上云的方式對公眾開放。對道路情況并不熟悉的車主，面對視頻中出現的堵點，其可以第一時間知道擁堵是否發生在自己的前方。

2 視頻與業務數據的融合

2.1 機房值守

無人值守的機房、配電房等房間已經安裝了攝像機和設備檢測傳感器，可在攝像機視頻中直接查看相關設備狀態數據和報警狀態，減少監控人員的學習成本和差錯概率。對于非電工專業或者機電專業的監控人員，也能準確匯報各種數據或者報警專題。

2.2 交通氣象

高速公路交通氣象信息來源于氣象部門針對高速公路發布的實時氣象數據和氣象預報數據，也可能來自于高速公路自建的交通氣象站的數據。這些數據對應對惡劣天氣具有非常重要的意義。但是，有些高速公路管轄路段長度可達幾百千米，跨越多個城市，數據用表格方式展示太不直觀。如果在視頻中查看和處理上述數據，則會使交通氣象信息起到良好的作用。

2.3 收費特情

收費車道經常需要處理車型不符、“綠優車”、軍車、施工車等車輛。這需要收費車道通過IP電話或者無線、有線對講設備與監控中心聯系。實際上，在處理特情問題的過程中，可以把IP電話作為觸發點，在監控大廳的屏幕上投放電話接入車道亭的畫面，展示正在收費的車輛信息。這使得監控人員與收費人員的溝通更加直觀，有效縮短了特情處理時間。

2.4 設備巡檢、養護

設備巡檢、養護的融合需要雙向的數據交換，也就是既要從設備養護系統獲取信息在視頻中展示，也要根據視頻中的設備發起養護報備，并在視頻中對已經完成養護的設備進行完工確認。尤其是對于收費車道較少的收費站，該功能的效果非常明顯。未使用本系統前，領導在視頻中發現，收費站擁堵并且存在未開啟車道的情況，對此，其會直接下達開放道口的指令，而收費站和機電管理人員要經常對此作出解釋。視頻AR技術成功應用于上述系統后，領導就能直觀地看到收費站現場是管理問題還是設備問題或者是維護企業的問題，減少了很多不必要的溝通環節，使設備管理的信息化真正發揮自身優勢。

2.5 ETC門架數據展示

之前，斷面車流量數據基本來自于交調系統。隨著ETC門架系統的推廣使用，交通數據采集依賴于RSU設備或者ETC門架上的車牌識別設備，并且可以對車輛進行準確的軌跡回溯和車輛跟蹤。將ETC門架系統與視頻數據融合，不僅可以展示ETC門架狀態、斷面車輛等信息，而且能真正做到一車一檔，路徑準確回溯。

2.6 路面養護、橋梁健康監測

路面養護、橋梁健康監測系統并不是所有高速公路公司都有的系統，雖然該系統使用的頻率較低，但相關數據在應對突發事件時卻具有非常重要的作用。將養護和檢測數據接入AR技術的視頻監控系統后，數據的使用頻率明顯增加，除專業人員使用外，領導和監控人員的關注度也不同程度地提高，這對于應對突發事件具有重要的數據支撐作用。高速公路AR實景安全營運管理系統展示實例如圖2所示。

2.7 路產管理展示

路產管理即高速公路資產管理，主要是對道路上的機電設備、交安設施、管線等進行全生命周期的動態管理。通過視頻標簽可以展示上述設備的全生命周期的變化情況。最關鍵的是，AR可以提供透視圖標簽，對道路中的管線等隱蔽工程的使用情況進行直觀展示，這些信息必須來源于現有路產管理系統，如果現有路產管理系統數據不足，就無法展示相關信息。將該系統應用于改擴建工程中，可以通過攝像機全面了解現場情況，比圖紙更加直觀、清晰。

AR技術可以融合的系統還有很多，其不僅是一種展示手段，還是一種控制手段。例如，在AR監控系統中控制情報板、限速標志等現實數據。

3 視頻與視頻的融合

在視頻中增加其他攝像機標簽，尤其在高點攝像機中可以俯瞰橋梁全部的攝像機或其他路側設備。通過點擊攝像機標簽，可在高點攝像機視頻畫面中聯動查看低點視頻，實現多點視頻聯動。

從地圖上看，高速公路是一條細長的線條，僅依靠當前道路沿線幾個特定的攝像機根本無法同時覆蓋整條高速公路。但是，可以利用視頻巡查技術，讓路側PTZ攝像機按照一定順序進行路面狀態檢查，使監控人員在定時巡查的基礎上進行隨機巡查，以及時處理發現的路面問題。

此外，在處理收費特情問題時，需調用收費亭內外部的視頻，就要考慮如何將不同角度的視頻更直觀地展示出來。只有依靠AR技術，根據視頻關系，對多路視頻進行融合，才能充分發揮高速公路視頻的真實效果。

4 系統建設難點

4.1 系統之間互聯互通問題

傳統建設理念和標準均認為視頻數據與業務數據之間不存在關聯。為保障數據安全，目前，視頻數據與業務數據采用物理隔離，處于不同的網絡層。但視頻融合技術卻突破了這一傳統理念，這對高速公路現有的網絡系統、安全設置等均提出了新要求。

例如，現有的收費數據與收費視頻部署在收費網，而AR監控系統部署在監控網，這就需要跨監控與收費系統工作，會存在數據融合的障礙。

4.2 接口眾多

視頻AR監控技術是一種展示手段，接入的系統越多，展示的內容越豐富，使用效果就越好。但這勢必會造成數據接口眾多，接口數據不一致等問題。同時，系統并不是簡單部署就能使用的，需要經過一定的開發周期和不斷地聯調聯試，才能愈趨完善。

5 結語

雖然視頻AR監控技術在推廣初期會遇到各種阻力，但其具有的優勢使其具有廣闊的發展前景。隨著高速公路不斷向立體化、智慧化發展，在視頻中引入AR技術將成為必然。

參考文獻：

[1]侯穎，許威威.增強現實技術綜述[J].計算機測量與控制，2017（2）：1-7，22.

[2]戚斌斌.AR實景指揮系統在智慧監管中的應用[J].中國公共安全，2019（6）：95-98.

[3]祝曉閱.基于計算機視覺的智能交通監控系統[J].信息通信，2016（1）：141-142.