地理视频三维数据模型及Web服务接口研究

Based on the advances of the multimedia map,web technology, GIS and geographic hypermedia, the GeoVideo or stereo video are introduced to GIScience in the sight of multimodal geographic representation on the basis of integration of video and two/three dimensional GIS. The data capture/process methods, three dimensional data model, web services interface design and application development of GeoVideo are discussed in detail.This subject focus on the acquisition and utilization of the three dimensional structure information of the video scene based on the computer vision methods such as camera tracking and image matching for normal video and stereo video. The topics include: (1)the three dimensional data model for GeoVideo;(2)the integration and visualization mechanism of video and GIS;(3) the fusion of video scene and three dimensional models to generate the dynamic video cover;(4)the design of the web service interface and application on the PC or mobile environment to validate related design.The project is the interdisciplinary subject of the GIScience,computer vision and multimedia map,etc. The results will implement the integration of video and two dimensional map or the three dimensional model and expand the GIS representation. All in all, the subject is valuable for facility management, emergency management, and geographic education,etc.

基于多媒体地图、Web技术、GIS与地理超媒体的最新研究进展，将地理视频/立体视频引入地理信息科学领域，从集成视频、二维/三维GIS的多模式地理表达角度，探讨其数据采集与处理方法、三维数据模型、Web服务接口设计并进行应用验证。本课题应用采集的地理视频，借助于摄像机追踪与影像匹配等计算机视觉方法提取视频场景的三维结构信息并进行深入应用，设计地理视频三维数据模型，研究视频与GIS的集成及可视化机制，将视频场景与三维模型进行融合以建立动态视频遮罩；并定义Web服务接口，在PC及移动平台上进行应用试验以验证相关设计。课题属于地理信息科学、计算机视觉以及多媒体地图等领域的交叉研究，成果能实现视频与二维地图、三维模型的有机集成，拓展GIS表达方式，在设施管理、应急处理、地理教育等领域具有实用价值。

本课题将地理视频/立体视频等新型可定位媒体引入GIS，研究地理视频三维结构信息提取、数据模型与检索以及可视化方法，并设计其Web服务接口，以拓展地理表达的新途径。经过三年的研究，完成了地理视频数据采集与处理、数据模型与数据管理、数据检索及可视化与Web服务接口与实现等工作，在地理视频三维结构提取、地理视频三维数据模型与地理视频Web服务方面取得重要研究进展。项目主要进展如下：①对于双目相机拍摄的视频，应用立体视觉方法，进行影像校正、立体匹配，结合相机基线、焦距等参数，提取视频场景的三维点云。②对于普通视频，利用摄像机追踪方法，通过对视频进行特征点检测、特征点匹配、摄像机自标定等处理，完成场景三维结构的恢复，并获得三维点云。结合相机位置及姿态数据，可将点云转化为地理坐标。③通过对视频场景进行空间化描述，定义了视频帧及视频片段的空间对象，包括视频帧位置VFLocation、视频片段位置VSLocation、视频帧平面视域VFFOView、视频帧立体视域VSFOView、视频片段轨迹VSTrajectory。视频帧立体视域VFFOVCone及视频片段立体视域VSFOVolume，设计了地理视频三维数据模型（3DGV）。④根据3DGV的定义，生成了7类视频空间对象，通过检索对象（点、线、面以及体）与视频空间对象的空间运算，定义地理视频数据检索方法。⑤应用REST Web服务技术，结合RAML语言设计了地理视频Web服务接口，分别为地理视频元数据服务接口；地理视频数据服务接口；地理视频功能服务接口，涉及视频检索服务接口，视频可视化服务接口，以及视频量测服务接口。⑥在Windows Azure云平台上，通过其提供的IaaS云服务，应用ArcGIS Server及WCF技术，实现了地理视频Web服务原型系统，支持地理视频检索，地理视频可视化及量测等应用功能。