第七届世界军人运动会测绘地理信息综合保障服务技术实现
时间：2023-01-15 10:40:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
肖建华，郭明武，彭清山，李海亭
(武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)
第七届世界军人运动会于2019年10月18日至2019年10月27日在武汉举行。这是我国首次承办的世界军人运动会，也是继2008年北京奥运会后，中国举办的规模最大、规格最高、影响最广的综合性国际体育赛事。来自109个国家的近1万名军人运动员参赛。为助力本届军运盛会，本文从6个方面为本届军运会提供了全方位优质、高效的测绘地理信息保障服务，为本届军运会的成功举办提供了有力支撑。本文介绍了这6个方面的主要服务内容及技术路线。随着我国综合国力的日益增强和国际地位的不断提高，将会有越来越多的国内城市成为国际大型活动赛事的东道主。本文将为类似大型活动赛事测绘地理信息保障服务工作的开展提供有益的参考和借鉴。
1.1 服务城市功能品质的提升
为了以良好的城市形象迎接军运盛会，武汉市坚持“近迎军运，长期惠民”“‘办赛事’与‘建城市’相结合”的理念，对全市重点保障线路及重点片区(场站边、线路边、工地边、铁路边、江湖边)开展了“道路洁化、立面美化、景观亮化、水体净化、生态绿化”(简称“五边五化”)工作，在保障军运会赛事需求的同时，着力提升了城市功能品质。
为了服务好本次城市功能品质提升工作(即“五边五化”工作)，本文结合应用需求，充分利用全景视频流地图的“信息含量丰富、信息表达客观、用户体验好、生产效率高、生产成本低”等优点，应用无人机和移动采集车等数据采集平台，搭载自主研发的数据采集设备[1]，对“五边五化”项目线路及相关区域开展了多期多源全景视频流数据采集，生产制作了交互式全景视频流地图[2]。为了全方位统筹和实时掌控“五边五化”项目进展情况，确保“五边五化”项目高质量、有序地推进，本文基于采集的上述数据，研发了“城市功能品质提升项目管理信息系统”。该系统包括移动APP和PC端两部分。移动APP基于移动GIS、无线通信等技术，结合电子地图，展示了“五边五化”项目的空间位置，实现了项目的信息查询、空间定位及项目实施进度信息(如现场照片、问题等)的移动采集上报等；
PC端与移动APP实现了信息关联共享，它基于WebGIS技术，结合电子地图，展示了“五边五化”项目的空间位置及分布，实现了项目信息管理录入，项目基本信息及进展信息查询、定位及统计分析等功能(如图1所示)。通过采用全景视频地图在线发布及360°浏览技术，用户对各项目在各时段的进展情况通过系统进行交互式查看，以便管理人员直观掌控(如图2所示)。此外，系统采用多期全景视频地图双屏同步比对技术(如图3所示)，实现了项目改造进度和改造效果的比对展示。
图1 项目基本信息管理
图2 项目进度及效果交互式查看
图3 双屏同步比对展示项目进度
1.2 服务军运会场馆设施规划建设
场馆设施建设是军运会筹备工作的重要任务之一。为实现“建设一流场馆设施、营造一流办赛环境、提供一流服务保障”的场馆设施建设目标，本届军运会按照“满足赛事需求、方便组织运行、体现绿色生态、益于赛后利用”的原则，精心设计打造了35个军运场馆，其中13个场馆为新建，17个为维修改造，5个为临时设施。
为了便于35个场馆设施(如武汉体育中心、光谷国际网球中心、湖北省奥林匹克体育中心、洪山体育馆等)高品质的规划建设，避免单一的倾斜摄影三维建模因局部遮挡而出现三维模型“扭曲、拉花及变形”等问题，本文综合采用倾斜摄影和地面三维激光扫描技术。首先利用无人机倾斜摄影技术采集建筑物顶部和侧面影像；
然后利用车载三维激光扫描系统获取目标建筑物立面的三维点云数据[3]，并用数码相机对建筑物细节进行补拍；
再通过倾斜摄影影像与地面单反相机补拍的数码照片经过匹配和空三处理后，生成密集彩色点云并与地面三维激光扫描系统获取的点云数据进行融合处理；
最后通过纹理映射及少量人工编辑生成无遮挡破损的高精度精细三维模型[4-5]。
1.3 服务军运会开闭幕式组织方案策划评估
开闭幕式历来都是“军运会”的“重头戏”和成败的重要标志。本届军运会开闭幕式具有“国际影响广、人群规模大、风险因素多、组织协调难”等特点，任何一个环节的微小差错都可能产生严重的国际影响，都可能影响开闭幕式。此外，现场近8万人参加(观众近5万人，演职人员1万多，工作人员2万多)，各类车辆近1千辆，而开闭幕式主场馆占地只有1.1 km2，除80%以上的建筑、绿化、景观占地，有效活动空间更少，因此在这么小的空间和这么短的时间内，如何“安全、有序、高效”地组织海量人流、车流及物流“进场、出场”并避免“拥挤、踩踏和对冲”等问题是本次军运会组织策划工作的重点及难点。为了提高组织保障能力，降低风险，理清工作任务与执行流程，明确责任主体和协调配合单位，军运会开闭幕式运行中心组织编制了开闭幕式组织方案。该方案包括“当日运行计划”和“客户群时空流线计划”两部分内容。
“当日运行计划”按照时间顺序，将开闭幕式当日0：00～24:00划分为“准备阶段、集结阶段、仪式演出阶段和退场阶段”等4个阶段。它以“分”为时间单位，将4个阶段的工作共细分为968项。每项计划以“何人何时在何地完成何事”的形式对当日任务进行全流程、全方位的安排；
“客户群时空流线计划”以图形和文字相结合的方式，对各类客户群(演员、保安、运动员代表、观众、嘉宾等)下车、安检、入场及退场的时空轨迹都进行了明确详细的规划。
为了确保开闭幕式组织方案的科学性与精准性，本文融合VR、游戏动画及GIS等技术[6]研发了服务开闭幕式组织方案策划、评估、优化及动态推演的开闭幕式三维仿真系统[7]。系统按照“什么人在什么时间、什么地点做什么事情”的形式，对“当日运行计划”和“客户群时空流线计划”中所有“人、地、事、物”都进行了逼真、动态的模拟仿真。系统提供了场馆及周边地形、道路、建筑、设备设施等要素的精细三维模型，逼真地展示了其空间位置与分布，使方案策划人员能够直观地了解开闭幕式现场情况；
系统采用时间轴方式(如图4所示)，将开闭幕式客户群、车辆、物资设备的流线(如演员、观众、运动员、贵宾的下车、安检、进场、落座、退场等)及“当日运行计划”中计划的各项任务(如现场排爆、升国旗奏国歌等)以三维动画的形式进行模拟仿真与动态推演；
系统可以根据各类客户群的数量、步行距离、步行速度、安检口数量、安检时间等参数信息，定量分析各类客户群入场所需要的时间和所占用的空间等(如图4所示)。例如按照原计划，5万观众下午3:00开始入场，晚上6:00前需入场完毕。后结合现场安检口个数、步行距离及正常步行速度等数据，通过对该系统推演后发现，需要晚上6:40才能入场完毕。为了满足上述入场时间要求，通过调整系统参数，则可以推演出需要增加多少个安检口或将安检时间缩减多少。该系统通过类似的参数化模拟及动态推演可以帮助方案策划人员直观、定量和准确地分析出原组织方案是否存在问题，如各计划事项是否有漏项或矛盾，各事项的顺序、时间、空间安排是否科学，各客户群时空流线是否存在冲突等，从而方便方案策划人员对组织方案进行完善与优化。
图4 观众入场参数化模拟分析及动态推演
实战应用表明，该系统优化了组织方案，消除了潜在隐患，降低了安全风险，也极大节省了实地实兵演练成本。
1.4 服务军运会开闭幕式当日指挥调度
为了提高开闭幕式指挥调度及应急处理能力，构建“反应快速、资源整合、协调有序、保障有力”的指挥调度体系，本文研发了开闭幕式指挥调度系统，如图5所示。该系统是本届军运会开闭幕式现场“人、地、事、物”的“数字孪生”。它以高精度电子地图为载体，以“当日运行计划”和“客户群时空流线计划”为纲领，以物联网、人工智能、GIS、GPS、实时网络通信、网络流媒体等技术为支撑，实现了开闭幕式现场“人、地、事、物”的空间分布情况、到位情况、进展情况等综合信息的全过程、全方位和全要素的动态监测、跟踪、展示、分析和预警[8-9]，也实现了各团队的信息通信、任务协同和工作提醒。系统结合视频监控数据，采用全局光流法(Horn-Schunck，HS)，根据人群光流场变化提取人群的速度、方向、加速度及运动幅度等特征信息，然后采用KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法提取人群运动轨迹，最后基于这些特征，通过深度学习算法(TS-CNN卷积神经网络)自动检测人群中拥挤、踩踏、冲突等异常行为[10]，为风险识别与预警提供决策支持。
图5 总指挥部大屏及指挥调度系统
多次演练彩排及正式开闭幕式实战应用表明，该系统切实提高了实时指挥调度、应急事件处理的综合能力，也确保了开闭幕式“全局可控、整体联动、运行高效”的目标得以实现。
1.5 服务军运会竞赛
本文采用网络RTK测量技术，完成了空军5项中低空三角导航飞行比赛的地面观测站的高精度定位测量，为比赛地面观测及精确裁定比赛成绩提供了技术支撑。
1.6 服务军运会文化宣传及观众出行
应军运会执委会综合部要求，本文设计制作了《军运会邀请函》的插图，展示了中国在世界的位置、中国地势及湖北省在中国的位置等信息，该邀请函发到了国际军体140个成员国。此外，为了宣传军运文化、宣传武汉市及荆楚文化，同时也为了方便国内外观众、运动员及游客出行，设计制作了中英文对照的武汉公共地图(军运专版)。
本文成果得到了第七届世界军人运动会执委会等部门领导的高度认可。中央电视台(CCTV 5)也对研发的开闭幕式三维仿真系统和开闭幕式指挥调度系统给予了专题报道。为了进一步完善本文研究成果，下一步拟探索基于增强现实的视频与三维模型融合比对技术[11]，让开闭幕式三维仿真系统具备风险识别预警功能。即在该系统中接入并融合开闭幕式当日的视频数据，通过视频分析技术，实时识别人流、物流、车流等信息(实际值)后，与方案策划阶段系统推演最终形成的组织方案(理想值)进行比对和偏差分析。当发现实际值偏离理想值较大时，系统自动进行风险提示预警；
此外，对研发的开闭幕式指挥调度系统拟从以下几个方面予以完善：①加强与城市已有的安保、交通、应急、气象、环保等信息化系统的联动，进一步提升系统管理的协同化水平[12-13]；
②增加网络舆情信息、重点人员室内外实时位置等信息，进一步提升系统管理的精细化水平；
③加大与AI等新型IT技术融合力度，进一步提升人流车流超过临界值、流向对冲等风险因素识别预警的智能化水平[14-15]。
本次综合保障服务首次将GIS、全景视频地图、倾斜摄影、物联网、VR、人工智能等技术应用到国际大型综合赛事中，实现了测绘地理信息应用领域的延伸与拓展。这不仅再次彰显了测绘地理信息在国民经济建设中的重要作用与地位，也让笔者深刻认识到在新的历史时期，测绘地理信息部门要想有更大的作为，除了要为自然资源管理“两统一”做好服务外，还应紧紧抓住服务国家重大战略需求(如国家重大工程、大型赛事活动等)，主动担当，积极作为。同时，应把握住物联网、人工智能、大数据等新技术带来的战略机遇，以创新驱动为引擎，以跨界融合为动力，积极将传统的3S技术与ABCD(A-人工智能，B-区块链，C-云计算，D-大数据)等技术紧密结合，主动创新，奋力转型，努力用新技术、新产品和新应用迎接新挑战、满足新需求、拥抱新时代。
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