CN103426061B - 一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化系统及方法，包括抢险、巡检、维护移动终端和相应的抢险、派工、统计分析、预警与数据更新一体化的服务系统；该方法通过1）对移动对象（包括车辆、人员）动态跟踪，抢险、巡检、维修任务的动态上报，2）派工单的生成、分发、传递，3）工单完成情况的自动分类，4）根据巡检、维修、抢险产生的运维业务数据动态更新管线设施数据库，5）数据更新与统计报表生成等业务的一体化管理，能及时消除设施的安全隐患、增强其安全可靠性，提高基础数据的现势性与管网设施抢险救灾的应急处理能力，进而提高相应企业劳动效率，并提升企业管理水平。

Description

一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化系统及方法

技术领域

本发明属于空间数据动态更新与服务技术领域，涉及一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化系统及方法。

背景技术

随着我国经济发展、城市规模的扩大，水、电、气、交通、电器等服务设施数量显著增加。对这些设施进行抢险、巡检、维护的车辆和人员规模也不断增长，企业规模也在不断扩大。由于上述车辆和人员的工作场所范围广、不固定，管理难度大。目前多数企业仍采用传统管理方式进行管理，即对工作场所进行分区、抢险、巡检、维护的车辆和人员按照分区工作。各片区经理提前做好工单，每天上班时工作人员在集中地接单，下班时集中送单，紧急情况电话通知派工调整等。上述传统方式存在抢险、巡检、维护工作人员遇到问题时，难以与专家进行高效沟通并得到及时指导、路上来回跑、应急反应速录慢、劳动效率低、数据更新严重滞后、数据库现势性差等问题，已经不能满足企业发展的需要，特别是在发生险情时，存在数据现势性差，工作设备、人员状况不清楚，难以高效指挥抢险工作。一旦发生险情，则容易导致企业社会形象和经济效益的双重损失。

随着信息化技术、通讯技术(包括有线、无线通讯)、3S技术(即GNSS(GlobalNavigation Satellite System)全球卫星导航系统、GIS(Geographic informationsystem)地理信息系统及RS(Remote sensing)遥感)的快速发展，特别是智能手机与GNSS的集成为随时掌握移动作业员工地理位置、随时标报设施设备空间位置、属性变化等成为可能，为数据更新、抢险、救援等决策指挥提供了重要手段。因此基于智能手机的各种巡检、应急指挥系统应运而生，如智能化输油管线巡检管理系统《秦缠民,王跃杰.基于3G技术的管线巡检系统，陕西煤炭.2009》、电网应急抢险《库永恒,邓小磊.3G网络和卫星通信在电网应急抢险中的应用.科技创新导报.2010》等。但上述方法没有考虑将巡检、抢险、维护等企业日常运营管理与设施预警与派工进行一体化管理。

在数据更新方面，发明专利“一种变化信息采集与时空数据更新一体化的系统与方法”(ZL:200910044327.8，周晓光，陈军，刘万增，曾联斌，刘军生，邢汉发)公开了一种通过变化信息获取与更新的一体化来提高时空数据更新与一致性维护的自动化程度、空间数据更新反应速度并减轻网络传输负担的方法。文献“Event-based incremental updatingof spatio-temporal database，Journal of Central South University of Technology(English Edition),2004,11(2)，192-198”针对GIS数据库中离散目标增量更新的自动化或半自动化问题，提出了一种基于事件的增量更新方法；该方法是以地理事件、空间实体变化类型及时空数据库动态操作算子间关系为基础，通过地理空间变化事件来确定单一实体变化类型，然后通过单一实体变化类型与动态操作算子之间的关系来确定应该采用的更新操作以实现时空数据库更新的自动化(或半自动化)。在“基于拓扑联动的增量更新方法研究,测绘学报,2008，37(3):322-329.”中针对GIS数据库中拓扑关联目标的更新与拓扑一致性维护问题，提出了一种基于拓扑联动的增量更新方法。其是针对不同目标类型，分析归纳出相应的拓扑联动类型及其细分类型；对不同目标发展根据其语义特点、拓扑一致性约束条件及变化前后目标间的拓扑关系来推断实体变化类型的规则，并以此为基础分析或推断出每种拓扑联动类型中原关联目标和新生目标的变化情况，既而设计和执行相应的更新操作实现数据库的局部联动更新及其拓扑一致性维护；在“地籍数据库增量更新(2007.10，北京：测绘出版社)”中比较系统地分析阐述了地籍数据库增量更新中的地籍图形变更类型的细分与识别、变化后目标的自动重构、更新操作及拓扑一致性维护等问题。张保钢在“地形图数据库的增量更新(北京测绘，2007(1)：1-4)中分析了地形图数据库增量式更新的版本数据求增量文件法与图幅子增量文件求和产生增量文件法，提出了生产部门进行地形图数据库增量更新的方案。刘勇和李成名在“城市基础空间数据库更新方法研究”(测绘科学，2006，31(4)：103-105)中阐述了基于基态修正模型的空间数据库组织和更新流程。徐敬海和李清泉等设计了一种基于增量计算的客户导航电子地图数据增量更新方法(HSBTM)(武汉大学学报(信息科学版),2008，33(11),1182-1185)等。但上述方法都是针对专业测绘人员采集与更新空间数据库而设计的，没有考虑用企业日常运营维护产生的变化信息来更新维护企业数据库的方法与流程。

总之，上述方法没有考虑将巡检、抢险与企业日常运营维护、数据更新、预警与派工进行一体化管理。

发明内容

本发明一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化系统及方法，其目的在于，解决当前城市服务设施抢险、巡检、维护等移动目标跟踪、派工与设施数据库动态更新中无法及时进行一体化管理的问题。

一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化系统，包括抢险、巡检、维护移动终端和相应的抢险、派工、统计分析、预警与数据更新一体化的服务系统；

所述的移动终端包括用于获取目标位置的跟踪模块，用于确定移动对象位置的地图匹配模块，用于对新建、维修、待维修设施所在位置及属性信息进行标注的标报与上传模块，第一通信模块及用于对通信数据进行处理的第一数据处理模块；

用于获取目标位置的跟踪模块，用于对新建、维修、待维修设施所在位置及属性信息进行标注的标报与上传模块，第一通信模块均与用于对通信信息数据进行处理的第一数据处理模块相连；

所述服务系统包括数据库、第二通信模块，用于对通信信息数据进行处理的第二数据处理模块，数据库动态更新模块，信息显示模块，预警模块及依据预警模块自动生成抢险维修任务的信息生成与发送模块；

数据库、第二通信模块、数据库动态更新模块、信息显示模块、预警模块及信息生成与发送模块均与第二数据处理模块相连；

所述第一通信模块与第二通信模块之间采用无线通信连接。

一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化方法，包括以下步骤：

步骤1：采用移动终端在巡检、维修过程中获取的新建、维修及待设施的空间状态及空间、位置信息，通过第一通信模块上传至数据库服务器；

步骤2：第二通信模块接收到从第一通信模块发送过来的新建、维修设施的状态、空间位置信息后，第二数据处理模块对信息进行分类与统计，同时发出信息更新请求；

步骤3：数据库动态更新模块依据信息更新请求，更新数据库中相关设施信息，利用显示模块实时显示所有设施信息；

步骤4：依据步骤3得到的相关设施信息，按照预警模块中的预警规则，自动生成待维修设施的抢险维护任务信息，并通过数据库服务器的第二通信模块发送，移动终端的第一通信模块接收抢险维护任务。

所述步骤2中利用标定与地图匹配模块完成对新建设施所在空间位置的标定与地图匹配，是采用基于道路外包矩形的自适应匹配算法来确定移动对象所在路段，并根据设施与路段、其他地物间的相对关系来标定设施所在空间位置；

步骤1)：通过道路外包矩形与GNSS定位点坐标确定候选道路遍历范围；

步骤2)：计算包含定位点的道路外包矩形个数，判断定位点所处路段是简单或交叉路段；

若包含定位点的道路外包矩形个数为0，则直接放弃该定位点，不进行判断；

若包含定位点的道路外包矩形个数为1，则判断该定位点所处路段为简单路段；

若包含定位点的道路外包矩形个数大于1，则判断该定位点所处路段为交叉路段；

步骤3)对简单路段采用垂直投影确定匹配点，对交叉路段采用历史轨迹进行匹配的方法来进行匹配。

所述步骤2中通过第一通信模块上传至数据库服务器上的待维修设施的空间与属性信息包括文字信息、照片信息及视频信息当中的一种或多种。

所述步骤4中的数据库动态更新模块依据信息更新请求，更新数据库中所有设施信息，是采用增量更新方式。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1)与目前城市水、电、气等设施的巡检、维护等运维主要通过纸介质派工与反馈情况、紧急情况通过电话下达任务的工作方式相比，电子派工单下达任务明确、可通过坐标进行空间定位；电子回填工单可包括坐标、照片、视频、文字等信息，比现有方式信息内容丰富、更易于执行，且省去了需要到集中地点取派工单、送回填工单等路上来回跑的工作环节，提高了工作效率。

2)根据巡检、维护、抢险现场工作人员发现并标报的废弃、新修设施或改变设施等变化信息自动(或半自动)更新基础数据库的方法，与目前根据专业人员用测绘仪器测定变化信息再更新数据库的方式相比，由于其不需要专门测绘，具有成本低、现势性强、属性准确等优点，虽然空间位置精度不如测绘仪器获取的准确，但由于已有地图与影像作为参照，一般相对位置正确，能够满足巡检、维护、抢险等应用需求，且当有高精度数据到达时，只需替换其空间数据即可，可低成本、高效、及时更新基础数据库，解决企业在应急抢险与巡检、维护等运营管理中的无图问题。

3)将根据抢险、巡检、维护等更新过的最新时态数据库记录自动统计生成的设施设备服役年限、修理次数、总体状况等信息与检修预警和运维派工自动对接起来，能够减少人工劳动导致的效率低，易发生错漏等问题，能更好地预防并及时发现安全隐患，使各类事故消灭在萌芽状态。

4)通过将GIS技术与通讯技术结合起来对抢险、巡检、维护等移动目标进行跟踪，当发生安全事故时，可迅速确定事故点，确定距离抢险地点最近的设备和人员，通过无线通讯技术将抢险派工任务清晰、准确发送到相应人员，抢险过程中将音频和视频远程传输到指挥中心，将抢修现场情况与燃气管网运行空间信息系统互联，提高燃气管网险情定位与关(封)闭措施效率，以保证各方位设施、人员、信息的迅速流通、互动；使远程指挥人员不需要到达现场(发生险情、灾情时，往往现场附件道路堵塞严重，指挥人员常常无法及时到达现场)即能实时了解险情现场状况，做出正确判断和指挥，有利于提高应急抢险的指挥调度能力，缩短抢修车辆、人员到达险情地点的时间，从而更好地抓住机遇期、控制险情、将危害规模控制在最小的程度，最大限度的减少经济损失。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为基于道路外包矩形的移动终端轨迹自适应匹配算法原理图；其中，P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6及P7均为移动目标轨迹点数据，L1、L2为道路中心线；

图3为根据企业运维业务标报数据自动(或半自动)更新基础数据库的技术路线图；

图4为统计分析、预警与派工一体化技术路线图；

图5移动终端PDA与WEB服务端的数据交互示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的实施主要包括三项内容：①移动目标跟踪与基于抢险、巡检、维护等运维业务的设施变化增量信息文件生成，②基于运维业务标报数据的设施数据库增量更新，③统计分析、预警与派工单生成。下面分别阐述这三个环节的具体实施方式。

实施例1：

1.移动目标跟踪与基于抢险、巡检、维护等运维业务的设施变化增量信息文件生成

移动目标跟踪与基于抢险、巡检、维护等运维业务的设施变化增量信息文件生成与上报等功能由移动终端系统来实现。移动终端系统安装在一个内置GNSS卫星定位信息接收模块的便携式智能终端(如智能手机、平板电脑等)上，如图1所示，一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化系统，包括抢险、巡检、维护移动终端和相应的抢险、派工、统计分析、预警与数据更新一体化的服务系统；

所述的移动终端包括用于获取目标位置的跟踪模块，用于确定移动对象位置的地图匹配模块，用于对新建、维修、待维修设施所在位置及属性信息进行标注的标报与上传模块，第一通信模块及用于对通信数据进行处理的第一数据处理模块；

用于获取目标位置的跟踪模块，用于对新建、维修、待维修设施所在位置及属性信息进行标注的标报与上传模块，第一通信模块均与用于对通信信息数据进行处理的第一数据处理模块相连；

所述服务系统包括数据库、第二通信模块，用于对通信信息数据进行处理的第二数据处理模块，数据库动态更新模块，信息显示模块，预警模块及依据预警模块自动生成抢险维修任务的信息生成与发送模块；

数据库、第二通信模块、数据库动态更新模块、信息显示模块、预警模块及信息生成与发送模块均与第二数据处理模块相连；

所述第一通信模块与第二通信模块之间采用无线通信连接。

其中移动目标跟踪的关键技术为移动终端轨迹与地图道路匹配；增量信息文件生成的关键技术为对抢险、巡检、维修等运维业务改变设施状态的分类、表达与增量信息文件的自动生成。

一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化方法，包括以下步骤：

步骤1：采用移动终端在巡检、维修过程中获取的新建、维修及待设施的空间状态及空间、位置信息，通过第一通信模块上传至数据库服务器；

步骤2：第二通信模块接收到从第一通信模块发送过来的新建、维修设施的状态、空间位置信息后，第二数据处理模块对信息进行分类与统计，同时发出信息更新请求；

步骤3：数据库动态更新模块依据信息更新请求，更新数据库中相关设施信息，利用显示模块实时显示所有设施信息；

步骤4：依据步骤3得到的相关设施信息，按照预警模块中的预警规则，自动生成待维修设施的抢险维护任务信息，并通过数据库服务器的第二通信模块发送，移动终端的第一通信模块接收抢险维护任务。

针对以往移动终端地图匹配中难以区分候选路段为简单还是交叉路段、匹配效率低等问题，提出了一种基于道路外包矩形的自适应匹配算法。该方法首先通过道路外包矩形与GNSS定位点坐标确定候选道路遍历范围，然后通过计算包含定位点的道路外包矩形个数自动判断其所处路段是简单或交叉路段，对简单路段采用垂直投影确定匹配点，交叉路段采用历史轨迹进行匹配的方法来进行匹配。所述步骤2中利用标定与地图匹配模块完成对新建设施所在空间位置的标定与地图匹配，是采用基于道路外包矩形的自适应匹配算法来确定移动对象所在路段，并根据设施与路段、其他地物间的相对关系来标定设施所在空间位置；

步骤1)：通过道路外包矩形与GNSS定位点坐标确定候选道路遍历范围；

步骤2)：计算包含定位点的道路外包矩形个数，判断定位点所处路段是简单或交叉路段；

若包含定位点的道路外包矩形个数为0，则直接放弃该定位点，不进行判断；

若包含定位点的道路外包矩形个数为1，则判断该定位点所处路段为简单路段；

若包含定位点的道路外包矩形个数大于1，则判断该定位点所处路段为交叉路段；

步骤3)对简单路段采用垂直投影确定匹配点，对交叉路段采用历史轨迹进行匹配的方法来进行匹配。

如图2中，P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6及P7为获取的一组连续GPS定位点，L1、L2为两条道路线。经分析可知，包含P7点的外包矩形个数为0，直接放弃该点；包含P0、P1、P2点的外包矩形有且仅有一个，则P0、P1、P2所处路段为简单路段，采用垂直投影方法匹配；P3、P4、P5点包含于两个及以上包矩形中，其所处路段为交叉路段，采用历史轨迹进行匹配。

基于抢险、巡检、维修等运维业务的设施变化增量信息文件生成的关键是对抢险、巡检、维修等运维业务改变管线设施情况的分类，然后结合增量更新对这些分类变化的信息表达需求，将传统以文字描述表达的工单回填操作进行规范化，使之方便地记录并上报增量更新所需的信息。如在管道燃气设施的运维业务中，抢险和维修对设施状况的改变主要包括维修和替换已有设施，在任务完成后的传统回填工单中已要求填写维修/替换目标的位置、维修内容、用料情况等文字描述信息，这些信息正是数据库更新所需要的信息，因此系统可根据预先设计流程从回填工单中自动生成包括维修/替换目标的ID号、空间位置、维修内容、替换材料型号等信息内容的增量信息文件；巡检业务在发现设施隐患的同时也容易发现废弃、新修尚未入库的管线设施，因此从巡检上报中科自动提取出废弃设施编号、新修设施的空间(可通过GNSS定位或根据相对关系在图上点取)及属性信息，并生成增量信息文件。

将基于Android4.0.3系统的PDA设备作为智能终端，采用Studio 2010C#和Javascript语言编程，研究开发出了一个管道燃气抢险、巡检、维修、会诊智能终端系统,实现了移动目标跟踪定位、工单接收、回填标报、数字签名与基于抢险、巡检等运维业务的设施变化增量信息文件生成等功能。

2.基于运维业务标报数据的管线设施数据库增量更新

基于运维业务标报数据的管线设施数据库增量更新的原理与发明专利“一种变化信息采集与时空数据更新一体化的系统与方法”(ZL:200910044327.8)基本一致，所不同的是，基于运维业务所生成的增量信息文件由于是通过非专业测绘人员获取的，数据表达难以达到专业人员的规范要求，如新修管线，很可能只表达了一系列的管点，没有连成线，因此需要根据管线特征及其与道路间的相对关系、巡检轨迹及其他资料等自动(半自动)生成管线目标，其技术路线如图3所示，并检查其拓扑一致性。由于基于运维业务生成的增量信息中目标的空间位置没有经过测绘仪器专门测绘，其空间位置精度一般不高，空间位置±10m内误差，但其属性信息由运维专业人员采集，一般比测绘人员获取的更专业、更准确，因此当有更高空间位置精度数据到达时，只需对这部分数据的空间坐标进行替换，因此需要对上述记录进行专门标注，说明其数据来源。

采用Oracle11g管理空间和业务数据，利用Studio 2010C#+JavaScript语言编程，在ArcGIS for JavaScript API二次开发模块上二次开发了一个基于管道燃气运维业务标报增量信息的基础数据库更新模块。实现了管道燃气基础数据库增量更新与数据来源标注、高精度空间数据替换与精度提升等功能。

3.统计分析、预警与派工单生成

统计分析、预警与派工单生成的技术路线如图4所示，对更新后的基础设施数据库定期进行统计分析，根据设备使用年限、维修统计表、周边环境条件等预警规则集(如钢制管道，当土壤电阻率>50(Ω·m)时，首检年限为12年；当土壤电阻率在20-50(Ω·m)之间时，首检年限为10年；当土壤电阻率<20(Ω·m)时，首检年限为8年；埋地钢制管道在阴极保护状态下管地电位大于-0.85V必须检修或替换；埋设在机动车道下时，不得小于0.9m；埋设在非机动车车道(含人行道)下时，不得小于0.6m；埋设在机动车不可能到达的地方时，不得小于0.3m；埋设在水田下时，不得小于0.8m)预警生成的需检修设备、检修内容与空间分布图作为日常巡检与维修派工的主要依据，其他途径(如客服、报警中心)等获得的报修、报警信息为补充内容进行空间定位，叠加巡检、抢险、维修人员的工作分区图与动态分布图进行日常派工或应急派工，并将工单序列化后通过网络发送到相应人员的移动终端(PDA与服务端数据交互如图5所示)，移动终端再根据设计格式解析成工单格式后显示并回填等。

在基于Android4.0.3系统、Windows server 2008R2IIS 7.5Web服务端、oracle11g数据库平台上，采用Studio 2010C#和Javascript语言编程，工单派送通过PDA定期访问Web服务端和短信两种方式实现，工单等信息采用Json(JavaScript ObjectNotation,JavaScript对象表示法)序列化后通过3G网络传递，实现了管道燃气的出警、巡检、维修等业务统计，设备使用年限与维修次数统计和预警统计，及巡检、抢险、维修、施工监护、安全监督等派工单生成与派送。

应该说明的是，以上实施方法仅用来说明本发明的技术方案而非限制。尽管上述实施方法与实例都是以管道燃气企业的抢险、巡检、维修、派工与更新为例来详细说明的，本发明同样适合于水、电、通讯等其他设施的运维业务管理与更新。

Claims (5)

1.一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化系统，其特征在于，包括抢险、巡检、维护移动终端和相应的抢险、派工、统计分析、预警与数据更新一体化的服务系统；

所述的移动终端包括用于获取目标位置的跟踪模块，用于确定移动对象位置的地图匹配模块，用于对新建、维修、待维修设施所在位置及属性信息进行标注的标报与上传模块，第一通信模块及用于对通信数据进行处理的第一数据处理模块；

用于获取目标位置的跟踪模块，用于对新建、维修、待维修设施所在位置及属性信息进行标注的标报与上传模块，第一通信模块均与用于对通信信息数据进行处理的第一数据处理模块相连；

所述服务系统包括数据库、第二通信模块，用于对通信信息数据进行处理的第二数据处理模块，数据库动态更新模块，信息显示模块，预警模块及依据预警模块自动生成抢险维修任务的信息生成与发送模块；

数据库、第二通信模块、数据库动态更新模块、信息显示模块、预警模块及信息生成与发送模块均与第二数据处理模块相连；

所述第一通信模块与第二通信模块之间采用无线通信连接。

2.一种基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用移动终端在巡检、维修过程中获取的新建、维修及待维修设施的空间状态及空间、位置信息，通过第一通信模块上传至数据库服务器；

步骤2：第二通信模块接收到从第一通信模块发送过来的新建、维修设施的状态、空间位置信息后，第二数据处理模块对信息进行分类与统计，同时发出信息更新请求；

所述步骤2中利用标定与地图匹配模块完成对新建设施所在空间位置的标定与地图匹配，是采用基于道路外包矩形的自适应匹配算法来确定移动对象所在路段，并根据设施与路段、其他地物间的相对关系来标定设施所在空间位置；

步骤3：数据库动态更新模块依据信息更新请求，更新数据库中相关设施信息，利用显示模块实时显示所有设施信息；

步骤4：依据步骤3得到的相关设施信息，按照预警模块中的预警规则，自动生成待维修设施的抢险维护任务信息，并通过数据库服务器的第二通信模块发送，移动终端的第一通信模块接收抢险维护任务。

3.根据权利要求2所述的基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化方法，其特征在于，所述步骤2中利用标定与地图匹配模块完成对新建设施所在空间位置的标定与地图匹配，是采用基于道路外包矩形的自适应匹配算法来确定移动对象所在路段，并根据设施与路段、其他地物间的相对关系来标定设施所在空间位置；

步骤1)：通过道路外包矩形与GNSS定位点坐标确定候选道路遍历范围；

步骤2)：计算包含定位点的道路外包矩形个数，判断定位点所处路段是简单或交叉路段；

若包含定位点的道路外包矩形个数为0，则直接放弃该定位点，不进行判断；

若包含定位点的道路外包矩形个数为1，则判断该定位点所处路段为简单路段；

若包含定位点的道路外包矩形个数大于1，则判断该定位点所处路段为交叉路段；

步骤3)对简单路段采用垂直投影确定匹配点，对交叉路段采用历史轨迹进行匹配的方法来进行匹配。

4.根据权利要求2所述的基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化方法，其特征在于，所述步骤1中通过第一通信模块上传至数据库服务器上的获取待维修设施的空间状态及空间、位置信息包括文字信息、照片信息及视频信息当中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的基于目标跟踪的抢险维护与更新一体化方法，其特征在于，所述步骤3中的数据库动态更新模块依据信息更新请求，更新数据库中所有设施信息，是采用增量更新方式。