跨界 · 融合 · 服務 · 創新
隨著信息技術的飛速發展，我們的社會正經歷著前所未有的變革。在這場技術革新的浪潮中，增強現實（AR）技術以其獨特的魅力，正逐漸滲透到各行各業，引領著新一輪的產業升級和變革。特別是在公安業務領域，AR 技術的應用更是展現出了巨大的潛力和價值。它不僅為警務工作帶來了革命性的變化，更為提高公共安全、維護社會穩定提供了強有力的技術支持。本文將從 AR 技術的發展演進、在公安業務中的應用分析等多個維度，深入探討 AR 技術如何革新公安業務，構建智慧安防新體系。
一、概述
增強現實（Augmented Reality，AR）是一種將虛擬信息與真實世界巧妙融合的技術，廣泛運用了多媒體、三維建模、實時跟蹤及注冊、智能交互、傳感等多種技術手段，將計算機生成的文字、圖像、三維模型、音樂、視頻等虛擬信息模擬仿真后，應用到真實世界中，兩種信息互為補充，從而實現對真實世界的“增強”。
與 AR 近似的概念有 VR、MR 等。AR 側重于在真實視頻中投射或疊加顯示虛擬對象，虛擬對象可以是文字、圖形、圖像、視頻等。VR（Vitual Reality，虛擬現實）是對真實世界的模擬，利用計算機設備產生三維的虛擬世界，兼顧視覺、聽覺、觸覺， 其核心特征在于完全虛擬化。MR（Mixed Reality，混合現實）可以看作二者的混合，虛擬對象與現實場景的結合更加自然，也更加強調交互性，能在虛擬對象與現實世界之間進行實時的信息反饋。
隨著 AR 相關技術和軟硬件設備的發展成熟，其逐漸在教育、建筑、醫療、零售、出版、導航、制造、自動駕駛等眾多領域展開了應用。在安防行業，AR 技術也得到了較好地發展和落地應用，特別是對于需要進行大范圍監控和協同調度的復雜應用場景，例如重大活動安保、突發事件應急指揮等，基于 AR 的全息化立體防控系統可以發揮更有效的作用。在此類應用中，無人機也扮演了不可或缺的角色。無人機能夠進行實時的大范圍可視化監控， 對監控范圍內的各類目標進行精確識別，并且能夠快速進入無固定監控區域，第一時間獲取現場視頻，極大地提升巡邏監控和應急處置的效率。
融合 AR、AI、無人機的技術特點，可以進一步打造跨區域、大范圍的智能視頻聯網監控方案， 在高點攝像機和地面監控的基礎上，結合無人機的動態高空視角，形成全方位的視頻實景地圖，并在視頻畫面中疊加地理位置、感知數據、人車動態、監測事件、資源坐標等高價值的 AR 標簽，幫助監控人員更好地理解、監測、應對各種突發狀況，為指揮者的決策判斷提供全面、精準的數據支持，實現“天 + 空+ 地”協同一體的立體化全息視頻防控，為重大活動安保等安防應用場景帶來全新的視角和體驗。
二、AR與無人機的關鍵技術問題
AR與無人機已在安防領域應用多年，其各自的核心技術不再贅述，本文僅圍繞 AR 與無人機融合應用可能面臨的一些關鍵技術問題進行簡單的探討。
1.無人機AR化
普通的監控無人機掛載了高清視頻攝像頭， 向監控中心傳輸的實時視頻中并不包含 AR 標簽信息。為了實現 AR 功能，需要對無人機進行 AR 化升級改造，利用主流型號無人機可運行第三方APP 的特性，開發無人機AR 化升級組件，通過SDK 獲取無人機的實時視頻流、控制指令，以及各種參數如航向角度、云臺俯仰角度、姿態信息、橫滾角度、位置坐標等，并通過 GB/T 28181 協議接入到監控系統平臺中，經過坐標換算之后，可以實現視頻畫面和 AR 標簽信息的位置配準。
無人機經過 AR 化升級改造后，具備在實時視頻畫面中添加靜態標簽、GPS 動態標簽的功能， 不僅可對靜態目標進行標注及跟隨，還可支持在畫面中以動態標簽方式標注 GPS 移動設備的實時位置，例如執法儀、警務通、對講機對應的警力坐標信息等，極大地提高了實景指揮的實際效果。
2.視頻目標定位
對于普通的高點或低點AR 攝像機來說，需要確定視頻畫面目標在實際場景中的經緯度信息，才能在畫面中精確地顯示該目標所對應的 AR 標簽。通常可以根據攝像機標定位置的經緯度、高度、姿態等， 經過空間換算，推算出目標坐標所對應的實際經度和緯度，從而實現視頻畫面中具體目標的定位。
但在實際應用中，攝像機可能出現安裝誤差，例如機芯安裝不正導致光心方向與攝像機重心方向不垂直，造成攝像機的垂向和垂度發生變化，導致攝像機坐標系與真實地理方位之間存在一定的偏差，需要進行糾正。普通 AR 攝像機難以對這種偏差進行測量，而無人機裝配用于飛行姿態控制的陀螺儀、磁力計等高精度傳感器，提供了精確的姿態和角度信息，可以較好地對視頻目標定位偏差進行校準。
基于對視頻畫面目標的精確定位，就可以在畫面中的建筑物、警力資源、視頻資源等目標之上融合顯示對應的 AR 標簽，并且隨著無人機的移動而變化，實現實時的 AR 標簽跟隨。
3.跨視頻動態目標識別
由于無人機的靈活性和移動性，極大地拓展了視頻監控的覆蓋范圍，應用場景也向著多視角、多層次的趨勢發展，因此要求能對跨視頻動態目標進行準確的識別和追蹤，并在多個攝像頭的視頻畫面中，對同一目標進行統一的 AR 標簽呈現，實現多視角協同監控。
行人或其行為事件是其中的重要監測目標，在不同的視頻視角中，行人的時空、尺寸、外觀等信息均可能會產生變化，在信息變化條件下建立其關聯性，是跨視頻行人識別和異常行為事件檢測的核心問題。可以通過融合行人外觀、動作、步態等多屬性分析，建立魯棒行人特征表達模型。基于行人多屬性特征表達，結合深度度量學習方法，建立跨視頻的行人重識別模型，從而完成跨視頻、跨時空的監測目標關聯。在此基礎上，實現多目標物體在跨視頻場景下的跨時空跟蹤與軌跡構建，從而對視頻內行人異常行為進行檢測定位與跟蹤。
4.大范圍視頻拼接
視頻監控畫面的呈現方式，從早期的多分屏播放到后來圍繞主畫面進行聯動彈窗，皆是在獨立窗口內顯示單獨的某路視頻。而隨著應用場景對監控規模、視角、管理方式的要求越來越高，基于AR 的大范圍現實視頻與三維仿真模型融合形成的孿生監控視頻成為了發展趨勢。在這其中，需要構建基于統一地理空間框架的多視頻協同感知體系， 通過快速的地理配準，將不同視角的多個視頻融合拼接成多維、立體的全景化視頻數據流。
對于存在重疊區域的相鄰視頻，首先要解決圖像配準問題，一般基于特征匹配的方法來實現， 對圖像的旋轉、縮放和比例變換等具有較好的魯棒性。在具體的拼接過程中也面臨極大的挑戰。例如， 對于靈活高速的無人機監控視頻需要實現快速的拼接，當監控視角發生變化時也能進行即時反應。當無人機視頻發生抖動時，與相鄰的視頻如何對齊？當運動物體經過重疊區域時，由于相鄰視頻之間存在較大的視差，容易在拼接畫面中產生視差偽影。若相鄰視頻之間存在較大的色差也會產生明顯的拼接痕跡，以及不同視頻之間的時間一致性問題等。目前業界對這些問題已有較多的理論研究和技術方案，且逐漸應用在實際系統之中。
5.AR協同交互技術
目前 AR 系統的交互方式仍較為單一，主要是將真實視頻畫面中的各種靜態或動態目標與 AR 標簽關聯，以點擊或框選的方式通過 AR 標簽查看目標的詳細信息、聯動視頻資源、調度警力資源等。虛擬對象以AR 標簽為主，且在真實視頻、虛擬對象、行為事件之間的交互和反饋較少、沉浸感不足，需要繼續探索虛實之間的深度融合方式。在實際應用中，無人機也僅是作為可靈活機動的視頻源來使用，需要進一步加強無人機與其他監控對象之間的協同與交互。
在操控方式方面，目前無人機以人工操控或自主航線飛行為主。可以考慮結合對跨視頻動態目標的監測狀態，實現無人機的全自動智能飛行，對關鍵目標進行實時軌跡追蹤。還可以進一步進行地空聯動或無人機群自主組網，完成對重點目標或應急區域的全方位立體防控。此外，可以集成 AR 交互硬件設備，通過表情識別、手勢識別、眼動追蹤等方式，從單一交互方式向多模態交互方式發展， 實現更高效的操控與協同，例如快速定位事件中心并即時自動調度警力和監控資源等。
三、在重大活動安保場景中的應用
AR與無人機已廣泛應用于眾多安防監控場景，特別是在重大活動安保中，“AR+ 無人機”視頻監控方案的優勢更加突出。
重大活動的安保工作具有時空跨度大、社會關注度高、安保要求復雜的特點。在活動開展前需要對現場和周邊環境進行安全勘察、風險監測，制定警力調度計劃、區域監控方案、應急事件處置預案等；在活動進行期間，需要進行重點區域巡邏防控、突發事件預警、警情及時處置、安保人員在崗監督等；在活動結束之后，需要進行人員和車輛引導疏散、活動場館清場確認等。
在這些安保活動中，基于 AR 與無人機構建的應急指揮系統發揮了極為重要的作用。利用無人機的高空視野廣、監控范圍大、視角靈活多變的特點， 結合全景聚焦、告警聯動等技術，可對大型活動現場和周邊人員聚集區域進行有效管控。具體來說，AR 與無人機結合的方案在重大活動安保工作中提供了以下功能：
1.AR高空地圖
通過無人機高視角、可移動的優勢擴展監控視角，打造 AR 高空地圖，有效應對范圍大、危險性高的區域防控需求。無人機進行 AR 化改造升級后，可在無人機畫面中疊加地理信息、感知數據、風險信息等數據，使得資源要素直觀可視。結合高空和地面融合的全景視角，可根據安保需要控制無人機巡航方向，通過多角度、全時段的監控，全方位保障賽事安全。
2.無人機多位一體監控
通過無人機獨特的高空視角，結合 AR 標簽聯動特性，可在無人機畫面中聯動打開地面監控資源， 構建“空中+ 地面”的立體監控模式，確保治安情況一覽無余。在無人機 AR 高空視頻畫面中，若發生突發緊急事件可對視域范圍內的資源等進行快速定位，利用標簽名稱或標簽內容進行模糊搜索，可快速檢索周邊視頻及警力資源，實現資源調用一步到位。當預警事件發生后，可自動聯動無人機對準預警區域，從高空視角掌握事發區域宏觀情況，同時以畫中畫的形式打開周邊低點監控，輔助指揮人員快速核查細節，大大提高對預警事件的感知與處置效率。
3.重點線路空中巡航
無人機可按照預先規劃的路線和指令進行飛行并且實時回傳巡邏視頻。通過無人機高空視野廣的特點，有利于輔助地形勘察及線路規劃，減輕人工巡查負擔。指揮人員可在地圖中快速掌握無人機實時位置，以宏觀視角了解飛行動態。同時，可利用 AR 標簽聯動能力，當無人機飛行時可自動打開周邊監控畫面，實現對周邊環境的快速巡查，以地空聯動方式動態掌握區域態勢，構建宏觀加微觀的無人機巡檢新模式。
4.重點目標識別和跟蹤
集成對接智能分析設備，可對無人機采集的圖像進行AR 識別分析，一旦有重點人員、重點車輛、重點船只、周界入侵等預警事件或異常情況發生， 可對目標進行跟蹤并通過系統向指揮中心發出告警提示。
5.應急指揮和協同調度
融合執法儀、警務通、對講機等各類移動終端數據，有效解決突發事件發生時應急指揮效率低下的問題。除了固定高點監控外，在無人機拍攝的實時畫面中也可實現以動態標簽顯示警力的位置信息，以畫中畫聯動查看設備實時視頻并進行語音對講等效果。
6.擴展掛載功能和應用場景
除常規云臺相機外，無人機還可根據多種巡檢需求搭配不同的掛載設備，例如紅外熱成像、喊話器、投拋器、探照燈等，以此有效應對治安巡邏、應急消防、森林防火、偵查搜救等不同應用場景。
四、結束語
重大活動安保工作的要求高、難度大，“AR+ 無人機”的安保方案充分發揮了 AR 和無人機的特點，在全局性、機動性、適應性等方面具有明顯的優勢，為重大活動安保工作帶來了新的思路和方式。通過在無人機、高點監控、地面監控的實時視頻畫面中添加 AR 虛擬標簽，幫助管理人員更加全面的掌握管理信息，為決策判斷提供數據支持，提高區域精細化管理水平。同時，利用無人機操作靈活、反應迅速、檢測準確的特點，可以有效突破區域限制，實現“天+ 空+ 地”協同應用的立體化防控模式， 讓 AR 和無人機賦予精細管理更多的可能性。
■文 / 勞定雄 林顯敬 高新興科技集團股份有限公司
文章來源于《中國安防》雜志2024年第6期
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