CN104486586A - 一种基于视频地图的灾难救生模拟训练方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于视频地图技术领域，尤其涉及一种基于视频地图的灾难救生模拟训练方法及系统。所述基于视频地图的灾难救生模拟训练方法包括：步骤a：以定位视频与GIS为基础，建立城市视频地图；步骤b：选择灾难视频文件，对视频文件进行定位处理，并添加空间坐标，使定位视频在城市视频地图上播放并对应到现实训练场所中；步骤c：通过增强现实系统播放定位视频，用户通过佩戴增强现实系统进入现实训练场景中，并根据用户所在位置及播放的定位视频进行防灾救生训练。本发明通过定位视频的播放，结合增强现实技术，模拟各种灾害场景，使用户在身临其境的感受中开展救生训练，具有强真实感。

Description

一种基于视频地图的灾难救生模拟训练方法及系统

技术领域

本发明属于视频地图技术领域，尤其涉及一种基于视频地图的灾难救生模拟训练方法及系统。

背景技术

开展灾难应急及救生训练，提高公众自我保护能力，成为当今公共安全与社会治理的重大课题，但由于管理及技术原因，现有的应急及救生训练无法将真实空间和视频空间进行融合，从而模拟各种灾害场景，使用户在身临其境的感受中开展救生训练，而导致训练效果不佳。

发明内容

本发明提供了一种基于视频地图的灾难救生模拟训练方法及系统，旨在解决现有的现有的应急及救生训练无法将真实空间和视频空间进行融合，从而模拟各种灾害场景，使用户在身临其境的感受中开展救生训练，而导致训练效果不佳的技术问题。

本发明是这样实现的，一种基于视频地图的灾难救生模拟训练方法，包括：

步骤a：以定位视频与GIS为基础，建立城市视频地图；

步骤b：选择灾难视频文件，对视频文件进行定位处理，并添加空间坐标，使定位视频在城市视频地图上播放并对应到现实训练场所中；

步骤c：通过增强现实系统播放定位视频，用户通过佩戴增强现实系统进入现实训练场景中，并根据用户所在位置及播放的定位视频进行防灾救生训练。

本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述建立城市视频地图的方法具体为：通过视频测绘与坐标化，将城市监控视频按其空间位置，投影到电子地图上；并按照街景模式，以其拍摄点为中心坐标，将城市监控视频分帧投影到电子地图相关位置的立体球形坐标系上，形成城市视频地图，并可按照视频内容与空间位置进行交互查询与追踪定位。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述步骤b还包括以下步骤：

步骤b1：按照现实训练场景的空间逻辑结构选择相关灾难视频，开展各地点的位置测绘，获得其控制点坐标，并对视频文件进行定位处理，在视频文件中添加空间坐标，使定位视频与现实训练场景的空间位置相对应；

步骤b2：将定位视频投放至城市视频地图上，并进一步匹配至现实训练场景中，实现立体播放；

步骤b3：将城市视频地图与增强现实系统相连接，并在增强现实系统中播放定位视频，同时对定位视频进行音效处理，加入训练提示语。

本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤b1中，所述对视频文件进行定位处理、在视频文件中添加空间坐标的方法具体为：获取视频文件采集地的地理位置信息数据；将所述地理位置信息数据插入所述视频文件的文件头保留字段中；以所述地理位置信息数据为索引，建立基于空间位置查询、聚类以及关联分析的视频文件数据库。

本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述通过佩戴增强现实系统进行防灾救生训练具体包括以下步骤：

步骤c1：坐标系的注册跟踪；增强现实系统需要建立虚拟空间坐标系与真实空间坐标系的转换关系，使得虚拟物体合并到真实世界的正确位置上，这个过程就是注册；由于用户的位置或视线不断变化，系统要实时根据观察者的视场重建坐标系的关系，这个过程是跟踪；

步骤c2：空间定位；投射图像必须在空间定位上与用户视野相关，当用户视野变动时，增强现实系统产生的增强信息随之相应变化，这依靠三维电子地图注册系统实现；增强现实系统实时检测用户视线方向，为增强现实系统提供添加虚拟信息在投影平面中映射位置的依据，并将这些信息实时显示在观测显示设备的正确位置。

步骤c3：用户交互；通过交互设备实现用户与虚拟物体自然交互，跟踪定位到其所在位置。

本发明实施例提供的另一技术方案为：一种基于视频地图的灾难救生模拟训练系统，包括视频地图建立模块、视频定位模块和增强现实系统，所述视频地图建立模块用于以定位视频与GIS为基础，建立城市视频地图；所述视频定位模块用于选择灾难视频文件，对视频文件进行定位处理，并添加空间坐标，使定位视频在城市视频地图上播放并对应到现实训练场景中；所述增强现实系统与视频地图建立模块相连接，通过增强现实系统播放定位视频，用户通过佩戴增强现实系统进入现实训练场景中，并根据用户所在位置及播放的定位视频进行防灾救生训练。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述视频定位模块包括视频定位单元和视频投放单元；

所述视频定位单元用于按照现实训练场景的空间逻辑结构选择相关灾难视频，开展各地点的位置测绘，获得其控制点坐标，并对视频文件进行定位处理，在视频文件中添加空间坐标，使之与现实训练场景的空间位置相对应；所述对视频文件进行定位处理、在视频文件中添加空间坐标的方法具体为：获取视频文件采集地的地理位置信息数据；将所述地理位置信息数据插入所述视频文件的文件头保留字段中；以所述地理位置信息数据为索引，建立基于空间位置查询、聚类以及关联分析的视频文件数据库；

所述视频投放单元用于将定位视频投放至城市视频地图上，并进一步匹配至现实训练场景中，实现立体播放。

本发明实施例采取的技术方案还包括：还包括音效处理模块，所述音效处理模块用于根据灾难主题及训练场所对定位视频进行音效处理，加入训练提示语；所述增强现实系统与音效处理模块相连接，通过增强现实系统播放训练提示语。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述视频地图建立模块建立城市视频地图的方法具体为：通过视频测绘与坐标化，将城市监控视频按其空间位置，投影到电子地图上；并按照街景模式，以其拍摄点为中心坐标，将城市监控视频分帧投影到电子地图相关位置的立体球形坐标系上，形成城市视频地图，并可按照视频内容与空间位置进行交互查询与追踪定位。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述增强现实系统包括观测显示设备、注册跟踪模块、空间定位模块和交互设备；

观测显示设备：包括头盔、立体眼镜、投影显示器、移动显示器或电脑显示器，用于播放定位视频及训练提示语；

注册跟踪模块：增强现实系统需要建立虚拟空间坐标系与真实空间坐标系的转换关系，使得虚拟物体合并到真实世界的正确位置上，这个过程就是注册；由于用户的位置不断变化，系统要实时根据观察者的视场重建坐标系的关系，这个过程是跟踪；

空间定位模块：投射图像必须在空间定位上与用户视野相关，当用户视野变动时，增强现实系统产生的增强信息随之相应变化，这依靠三维电子地图注册系统实现；空间定位模块实时检测用户视线方向，为增强现实系统提供添加虚拟信息在投影平面中映射位置的依据，并将这些信息实时显示在观测显示设备的正确位置；

交互设备：用于实现用户与虚拟物体的自然交互，跟踪定位到用户所在位置。

本发明实施例的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法及系统通过将定位视频投放至城市视频地图上并对应到现实训练场景中，结合增强现实技术，将图像信息强加在现实世界之上而造成二者的结合，借助计算机图形图像与可视化技术产生虚拟对象，并通过传感技术将它们准确地“放置”于真实环境中，使之借助显示设备与真实环境融为一体，实现真实空间和视频空间的有机融合，从而模拟各种灾难场景，使用户在身临其境的感受中开展救生训练，并加入音频作为训练内容，具有强真实感；同一场所可进行多内容的防灾救生训练，降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法的流程图；

图2是本发明实施例的佩戴增强现实系统进行防灾救生训练的方法的流程图；

图3是本发明实施例的基于视频地图的灾难救生模拟训练系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，是本发明实施例的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法的流程图。本发明实施例的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法包括以下步骤：

步骤100：以定位视频与GIS为基础，建立城市视频地图；

在步骤100中，建立城市视频地图的方法具体为：通过视频测绘与坐标化，将城市监控视频按其空间位置，投影到电子地图上；并按照街景模式，以其拍摄点为中心坐标，将城市监控视频分帧投影到电子地图相关位置的立体球形坐标系上，形成城市视频地图，并可按照视频内容与空间位置进行交互查询与追踪定位。

步骤200：按照现实训练场景的空间逻辑结构选择相关灾难视频，开展各地点的位置测绘，获得其控制点坐标，并对视频文件进行定位处理，在视频文件中添加空间坐标，使之与现实训练场景的空间位置相对应；

在步骤200中，灾难视频包括火灾、水灾、爆炸、地震、恐袭等；对视频文件进行定位处理、在视频文件中添加空间坐标的方法具体为：获取视频文件采集地的地理位置信息数据；将所述地理位置信息数据插入所述视频文件的文件头保留字段中；以所述地理位置信息数据为索引，建立基于空间位置查询、聚类以及关联分析的视频文件数据库；本发明提出的在视频文件中添加地理位置信息并建立索引的方法在将经纬度信息同步记录到视频文件头文件的保留字段中，并建立基于空间位置的视频文件数据库，可以提高视频数据的存储、检索效率，从而开展基于地理位置信息的视频内容关联分析。

步骤300：将定位视频投放至城市视频地图上，并进一步匹配至现实训练场景中，实现立体播放；

步骤400：将城市视频地图与增强现实系统相连接，并在增强现实系统中播放定位视频，同时对定位视频进行音效处理，加入训练提示语；

在步骤400中，增强现实系统包括显示设备、摄像机、传感器、跟踪器、交互设备等，显示设备包括头盔、立体眼镜、投影显示器、移动显示器和电脑显示器等。

步骤500：通过佩戴增强现实系统进入现实训练场景中，并根据用户所在位置、播放的定位视频及训练提示语进行防灾救生训练，使用户在真实环境中体验视频内容并与之进行交互；

在步骤500中，请一并参阅图2，是本发明实施例的佩戴增强现实系统进行防灾救生训练的方法的流程图。本发明实施例的佩戴增强现实系统进行防灾救生训练的方法包括以下步骤：

步骤510：坐标系的注册跟踪；

增强现实系统需要建立虚拟空间坐标系与真实空间坐标系的转换关系，使得虚拟物体合并到真实世界的正确位置上，这个过程就是注册(Registration)；由于观察者(用户)的位置或视线不断变化，系统要实时根据观察者的视场重建坐标系的关系，这个过程是跟踪(Tracking)。

步骤520：空间定位；

投射图像必须在空间定位上与用户视野相关，当用户视野变动时，增强现实系统产生的增强信息随之相应变化，这依靠三维电子地图注册系统实现；增强现实系统实时检测用户视线方向，为增强现实系统提供添加虚拟信息在投影平面中映射位置的依据，并将这些信息实时显示在观测显示设备的正确位置。

步骤530：用户交互；

通过交互设备实现用户与虚拟物体自然交互，跟踪定位到其所在位置；交互设备的交互方式包括硬件方式、视频处理方式或手势识别方式，例如数据手套、在标识物上生成按钮菜单等。

请参阅图3，是本发明实施例的基于视频地图的灾难救生模拟训练系统的结构示意图。本发明实施例的基于视频地图的灾难救生模拟训练系统包括视频地图建立模块、视频定位模块、音效处理模块和增强现实系统，视频地图建立模块用于以定位视频与GIS为基础，建立城市视频地图；视频定位模块用于按照现实训练场景的空间逻辑结构选择相关灾难视频文件，对视频文件进行定位处理，并添加空间坐标，使定位视频在城市视频地图上播放并对应到现实训练场景中；音效处理模块用于根据灾难主题及训练场所对定位视频进行音效处理，加入训练提示语；增强现实系统分别与视频地图建立模块及音效处理模块相连接，通过增强现实系统播放定位视频及训练提示语，用户通过佩戴增强现实系统进入现实训练场景中，并根据用户所在位置、播放的定位视频及训练提示语进行防灾救生训练，使用户在真实环境中体验视频内容并与之进行交互。具体地：

视频地图建立模块建立城市视频地图的方法具体为：通过视频测绘与坐标化，将城市监控视频按其空间位置，投影到电子地图上；并按照街景模式，以其拍摄点为中心坐标，将城市监控视频分帧投影到电子地图相关位置的立体球形坐标系上，形成城市视频地图，并可按照视频内容与空间位置进行交互查询与追踪定位。

视频定位模块包括视频定位单元和视频投放单元；

视频定位单元用于按照现实训练场景的空间逻辑结构选择相关灾难视频，开展各地点的位置测绘，获得其控制点坐标，并对视频文件进行定位处理，在视频文件中添加空间坐标，使之与现实训练场景的空间位置相对应；其中，灾难视频包括火灾、水灾、爆炸、地震、恐袭等；对视频文件进行定位处理、在视频文件中添加空间坐标的方法具体为：获取视频文件采集地的地理位置信息数据；将所述地理位置信息数据插入所述视频文件的文件头保留字段中；以所述地理位置信息数据为索引，建立基于空间位置查询、聚类以及关联分析的视频文件数据库；本发明提出的在视频文件中添加地理位置信息并建立索引的方法在将经纬度信息同步记录到视频文件头文件的保留字段中，并建立基于空间位置的视频文件数据库，可以提高视频数据的存储、检索效率，从而开展基于地理位置信息的视频内容关联分析。

视频投放单元用于将定位视频投放至城市视频地图上，并进一步匹配至现实训练场景中，实现立体播放。

增强现实系统包括观测显示设备、注册跟踪模块、空间定位模块和交互设备；

观测显示设备包括头盔、立体眼镜、投影显示器、移动显示器或电脑显示器等，用于播放视频地图上的定位视频及训练提示语；用户通过配戴观测显示设备，透过它看到整个世界，连同计算机生成而投射到这一世界表面的图像，从而使物理世界的景象超出用户的日常经验之外，这种增强的信息可以是在真实环境中与之共存的虚拟物体，也可以是实际存在的物体的非几何信息。

注册跟踪模块：增强现实系统需要建立虚拟空间坐标系与真实空间坐标系的转换关系，使得虚拟物体合并到真实世界的正确位置上，这个过程就是注册(Registration)。由于观察者的位置不断变化，系统要实时根据观察者的视场重建坐标系的关系，这个过程是跟踪(Tracking)。

空间定位模块：投射图像必须在空间定位上与用户视野相关，当用户视野变动时，增强现实系统产生的增强信息随之相应变化，这依靠三维电子地图注册系统实现；空间定位模块实时检测用户视线方向，为增强现实系统提供添加虚拟信息在投影平面中映射位置的依据，并将这些信息实时显示在观测显示设备的正确位置；

交互设备用于实现用户与虚拟物体的自然交互，跟踪定位到用户所在位置；交互设备的交互方式包括硬件方式、视频处理方式或手势识别方式，例如数据手套、在标识物上生成按钮菜单等。

本发明实施例的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法及系统通过将定位视频投放至城市视频地图上并对应到现实训练场景中，结合增强现实技术，将图像信息强加在现实世界之上而造成二者的结合，借助计算机图形图像与可视化技术产生虚拟对象，并通过传感技术将它们准确地“放置”于真实环境中，使之借助显示设备与真实环境融为一体，实现真实空间和视频空间的有机融合，从而模拟各种灾难场景，使用户在身临其境的感受中开展救生训练，并加入音频作为训练内容，具有强真实感；同一场所可进行多内容的防灾救生训练，降低成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于视频地图的灾难救生模拟训练方法，包括：

步骤a：以定位视频与GIS为基础，建立城市视频地图；

步骤b：选择灾难视频文件，对视频文件进行定位处理，并添加空间坐标，使定位视频在城市视频地图上播放并对应到现实训练场所中；

步骤c：通过增强现实系统播放定位视频，用户通过佩戴增强现实系统进入现实训练场景中，并根据用户所在位置及播放的定位视频进行防灾救生训练。

2.根据权利要求1所述的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述建立城市视频地图的方法具体为：通过视频测绘与坐标化，将城市监控视频按其空间位置，投影到电子地图上；并按照街景模式，以其拍摄点为中心坐标，将城市监控视频分帧投影到电子地图相关位置的立体球形坐标系上，形成城市视频地图，并可按照视频内容与空间位置进行交互查询与追踪定位。

3.根据权利要求1所述的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法，其特征在于，所述步骤b还包括以下步骤：

步骤b1：按照现实训练场景的空间逻辑结构选择相关灾难视频，开展各地点的位置测绘，获得其控制点坐标，并对视频文件进行定位处理，在视频文件中添加空间坐标，使定位视频与现实训练场景的空间位置相对应；

步骤b2：将定位视频投放至城市视频地图上，并进一步匹配至现实训练场景中，实现立体播放；

步骤b3：将城市视频地图与增强现实系统相连接，并在增强现实系统中播放定位视频，同时对定位视频进行音效处理，加入训练提示语。

4.根据权利要求3所述的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法，其特征在于，在所述步骤b1中，所述对视频文件进行定位处理、在视频文件中添加空间坐标的方法具体为：获取视频文件采集地的地理位置信息数据；将所述地理位置信息数据插入所述视频文件的文件头保留字段中；以所述地理位置信息数据为索引，建立基于空间位置查询、聚类以及关联分析的视频文件数据库。

5.根据权利要求1所述的基于视频地图的灾难救生模拟训练方法，其特征在于，在所述步骤c中，所述通过佩戴增强现实系统进行防灾救生训练具体包括以下步骤：

步骤c1：坐标系的注册跟踪；增强现实系统需要建立虚拟空间坐标系与真实空间坐标系的转换关系，使得虚拟物体合并到真实世界的正确位置上，这个过程就是注册；由于用户的位置或视线不断变化，系统要实时根据观察者的视场重建坐标系的关系，这个过程是跟踪；

步骤c2：空间定位；投射图像必须在空间定位上与用户视野相关，当用户视野变动时，增强现实系统产生的增强信息随之相应变化，这依靠三维电子地图注册系统实现；增强现实系统实时检测用户视线方向，为增强现实系统提供添加虚拟信息在投影平面中映射位置的依据，并将这些信息实时显示在观测显示设备的正确位置。

步骤c3：用户交互；通过交互设备实现用户与虚拟物体自然交互，跟踪定位到其所在位置。

6.一种基于视频地图的灾难救生模拟训练系统，其特征在于：包括视频地图建立模块、视频定位模块和增强现实系统，所述视频地图建立模块用于以定位视频与GIS为基础，建立城市视频地图；所述视频定位模块用于选择灾难视频文件，对视频文件进行定位处理，并添加空间坐标，使定位视频在城市视频地图上播放并对应到现实训练场景中；所述增强现实系统与视频地图建立模块相连接，通过增强现实系统播放定位视频，用户通过佩戴增强现实系统进入现实训练场景中，并根据用户所在位置及播放的定位视频进行防灾救生训练。

7.根据权利要求6所述的基于视频地图的灾难救生模拟训练系统，其特征在于，所述视频定位模块包括视频定位单元和视频投放单元；

所述视频定位单元用于按照现实训练场景的空间逻辑结构选择相关灾难视频，开展各地点的位置测绘，获得其控制点坐标，并对视频文件进行定位处理，在视频文件中添加空间坐标，使之与现实训练场景的空间位置相对应；所述对视频文件进行定位处理、在视频文件中添加空间坐标的方法具体为：获取视频文件采集地的地理位置信息数据；将所述地理位置信息数据插入所述视频文件的文件头保留字段中；以所述地理位置信息数据为索引，建立基于空间位置查询、聚类以及关联分析的视频文件数据库；

所述视频投放单元用于将定位视频投放至城市视频地图上，并进一步匹配至现实训练场景中，实现立体播放。

8.根据权利要求6所述的基于视频地图的灾难救生模拟训练系统，其特征在于，还包括音效处理模块，所述音效处理模块用于根据灾难主题及训练场所对定位视频进行音效处理，加入训练提示语；所述增强现实系统与音效处理模块相连接，通过增强现实系统播放训练提示语。

9.根据权利要求6所述的基于视频地图的灾难救生模拟训练系统，其特征在于，所述视频地图建立模块建立城市视频地图的方法具体为：通过视频测绘与坐标化，将城市监控视频按其空间位置，投影到电子地图上；并按照街景模式，以其拍摄点为中心坐标，将城市监控视频分帧投影到电子地图相关位置的立体球形坐标系上，形成城市视频地图，并可按照视频内容与空间位置进行交互查询与追踪定位。

10.根据权利要求6所述的基于视频地图的灾难救生模拟训练系统，其特征在于，所述增强现实系统包括观测显示设备、注册跟踪模块、空间定位模块和交互设备；

观测显示设备：包括头盔、立体眼镜、投影显示器、移动显示器或电脑显示器，用于播放定位视频及训练提示语；

注册跟踪模块：增强现实系统需要建立虚拟空间坐标系与真实空间坐标系的转换关系，使得虚拟物体合并到真实世界的正确位置上，这个过程就是注册；由于用户的位置不断变化，系统要实时根据观察者的视场重建坐标系的关系，这个过程是跟踪；

空间定位模块：投射图像必须在空间定位上与用户视野相关，当用户视野变动时，增强现实系统产生的增强信息随之相应变化，这依靠三维电子地图注册系统实现；空间定位模块实时检测用户视线方向，为增强现实系统提供添加虚拟信息在投影平面中映射位置的依据，并将这些信息实时显示在观测显示设备的正确位置；

交互设备：用于实现用户与虚拟物体的自然交互，跟踪定位到用户所在位置。