基于機(jī)器學(xué)習(xí)與3D可視化技術(shù)的智慧交警系統(tǒng)

徐欣祺 葉江涵 曹洪濤 高子軒 王詩(shī)語(yǔ)

摘 ?要：當(dāng)今世界各國(guó)機(jī)場(chǎng)及周邊治安問(wèn)題頻發(fā)，嚴(yán)重影響機(jī)場(chǎng)運(yùn)載效率和乘客出行安全。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)以及交通運(yùn)輸?shù)炔块T起草了《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，其中智能交通被列為十大智慧工程之一。本文設(shè)計(jì)的項(xiàng)目是首都機(jī)場(chǎng)公安的真實(shí)項(xiàng)目，旨在實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)警務(wù)管理系統(tǒng)的信息化和3D可視化，解決機(jī)場(chǎng)警務(wù)資源科學(xué)調(diào)度問(wèn)題。本文首先獲取機(jī)場(chǎng)及周邊區(qū)域的實(shí)景環(huán)境，利用unity3D技術(shù)搭建機(jī)場(chǎng)的3D實(shí)景模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示和3D場(chǎng)景的控制。收集首都機(jī)場(chǎng)區(qū)域的所有實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)和警力資源數(shù)據(jù)，將環(huán)境數(shù)據(jù)在2D控制面板中以數(shù)值或各種統(tǒng)計(jì)圖形的形式實(shí)時(shí)展現(xiàn)，利用3D MAX建立設(shè)備3D實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)動(dòng)情況在機(jī)場(chǎng)3D實(shí)景中的可視化。隨后利用線性回歸和SVR算法，分析指揮指數(shù)并預(yù)測(cè)指揮指數(shù)走向，比較兩種方法的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。最后建立警務(wù)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息和權(quán)限的管理。本文將數(shù)據(jù)3D可視化和數(shù)據(jù)分析同機(jī)場(chǎng)警務(wù)工作結(jié)合，幫助機(jī)場(chǎng)公安實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)支撐下的科學(xué)監(jiān)管和決策，以此提高機(jī)場(chǎng)警務(wù)資源分配效率、保障乘客的出行安全和體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：unity3D;數(shù)據(jù)可視化;回歸預(yù)測(cè);警務(wù)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391.41 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）13-0103-03

Intelligent Traffic Police System Based on Machine Learning and

3D Visualization Technology

XU Xinqi，YE Jianghan，CAO Hongtao，GAO Zixuan，WANG Shiyu

（School of Information，Capital University of Economics and Business，Beijing ?100070，China）

Abstract：Nowadays，airports and surrounding public security problems occur frequently all over the world，which seriously affects the efficiency of airport transportation and passenger travel safety. The National Development and Reform Commission and Transportation departments drafted the “Guidelines on Promoting the Healthy Development of Intelligent Cities”，in which intelligent transportation is listed as one of the ten smart projects. The project designed in this paper is a real project of Capital Airport Public Security，aiming at realizing the informatization and 3D visualization of airport police management system and solving the problem of scientific dispatch of airport police resources. Firstly，the real environment of the airport and its surrounding areas is acquired，and the 3D real-world model of the airport is built by using unity3D technology to display the data and control the 3D scene. Collect all real-time environmental data and police resource data in the capital airport area，display the environmental data in the form of numerical value or various statistical graphics in the 2D control panel in real time，use 3D MAX to establish the 3D entity model of equipment，and realize the visualization of equipment movement in the airport 3D scene. Then，using linear regression and SVR algorithm，the command index is analyzed and the trend of command index is predicted，and the accuracy of the two methods is compared. Finally，the police information management system is established to realize the management of airport police information and authority. This paper combines data 3D visualization and data analysis with airport police work to help airport police achieve scientific supervision and decision-making supported by data，so as to improve the efficiency of airport police resource allocation and ensure passengerstravel safety and experience.

Keywords：unity3D;data visualize;regression predict;police system

0 ?引 ?言

本文首先介紹了首都機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息3D可視化系統(tǒng)的背景和意義，然后對(duì)機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息3D可視化系統(tǒng)目前狀況進(jìn)行分析，闡述國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息3D可視化系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息3D可視化系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，說(shuō)明本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的必要性和重要性，最后對(duì)本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)計(jì)劃進(jìn)行概述。

1 ?緒論

1.1 ?研究背景

在信息化的時(shí)代，快速精確地掌握信息并對(duì)其恰當(dāng)高效地利用是這個(gè)時(shí)代的主題，亦是社會(huì)前進(jìn)的方向。高效的信息管理和3D可視化系統(tǒng)，能幫助組織有效管理信息，更能輔助組織及時(shí)有效地利用信息解決問(wèn)題、迎接挑戰(zhàn)。根據(jù)首都機(jī)場(chǎng)管理和發(fā)展的需求，本系統(tǒng)將首都機(jī)場(chǎng)的各種警務(wù)信息資源進(jìn)行有效整合，在3D場(chǎng)景中直觀呈現(xiàn)，讓信息更高效地傳遞和利用。

1.2 ?國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

現(xiàn)今，全球各國(guó)機(jī)場(chǎng)及周邊治安問(wèn)題頻發(fā)，世界各國(guó)機(jī)場(chǎng)安全問(wèn)題日益凸顯，國(guó)內(nèi)外公安機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)場(chǎng)及周邊警情的及時(shí)監(jiān)控和有效處理需求不斷提高，這有力促進(jìn)了機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息可視化系統(tǒng)的高速發(fā)展。雖然機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息可視化系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)安全機(jī)關(guān)提高工作效率和提升安全保障的核心手段和關(guān)鍵工具，但大多數(shù)系統(tǒng)還是停留在2D層面，融入3D可視化的警務(wù)信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用還不夠健全，因此開(kāi)發(fā)機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息3D可視化系統(tǒng)是大勢(shì)所趨。

1.2.1 ?國(guó)外研究狀況

當(dāng)今國(guó)外，機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息管理的建設(shè)已初具規(guī)模，信息化進(jìn)程加快了機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息管理等工作的建設(shè)步伐。歐洲是機(jī)場(chǎng)安全管理系統(tǒng)最初發(fā)起者和實(shí)踐者。在德國(guó)，國(guó)際民航組織和國(guó)際機(jī)場(chǎng)協(xié)會(huì)聯(lián)合舉辦關(guān)于機(jī)場(chǎng)使用許可制度的研討會(huì)，提出實(shí)施機(jī)場(chǎng)安全管理系統(tǒng)的框架;英國(guó)民航管理部門特別注重安全信息的收集、整理、分析工作，對(duì)此工作的投資每年高達(dá)1.5億歐元。而澳大利亞民航局也建立了安全綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，成立專門的分析監(jiān)管組織機(jī)構(gòu)，通過(guò)機(jī)場(chǎng)警務(wù)安全數(shù)據(jù)的監(jiān)控分析，對(duì)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、事故分析預(yù)測(cè)。國(guó)外各個(gè)國(guó)家的機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息管理發(fā)展都對(duì)我們的研究有一定的參考價(jià)值。

1.2.2 ?國(guó)內(nèi)研究狀況

廖琦提出機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息化的應(yīng)用，在提升安保效率的同時(shí)優(yōu)化機(jī)場(chǎng)管理和服務(wù)。宋洋提出民航機(jī)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)施健康系統(tǒng)集成模型，輔助民航機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)行與管理決策。李潘提出建立基于虛擬現(xiàn)實(shí)與三維可視化的民航機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)行管理與指揮的模擬系統(tǒng)，支持民航機(jī)場(chǎng)指揮運(yùn)營(yíng)。杜茂維提出機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行可視化系統(tǒng)，旨在保障機(jī)場(chǎng)航空器在地面運(yùn)行的順暢和安全。常翔宇設(shè)計(jì)基于MVC的機(jī)場(chǎng)移動(dòng)警務(wù)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)警員、警務(wù)信息、警務(wù)設(shè)備的管理，并提供大數(shù)據(jù)預(yù)警功能，從而有效促進(jìn)機(jī)場(chǎng)及周邊環(huán)境的安全。總體而言，我國(guó)對(duì)機(jī)場(chǎng)信息可視化和警務(wù)信息管理的相關(guān)研究不在少數(shù)，但將機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息進(jìn)行3D可視化的研究還不夠充分和深入，因此本文著眼對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

1.3 ?課題研究的意義

對(duì)機(jī)場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行實(shí)景建模，將警力資源設(shè)備數(shù)據(jù)可視化，并對(duì)指揮數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，機(jī)場(chǎng)公安部門可以通過(guò)3D場(chǎng)景清晰掌握當(dāng)前機(jī)場(chǎng)及周邊環(huán)境的信息，并對(duì)未來(lái)機(jī)場(chǎng)調(diào)度情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前做好應(yīng)急預(yù)案，提高出警效率，科學(xué)規(guī)劃警力部署，保障機(jī)場(chǎng)周邊道路安全，提高人們的出行質(zhì)量。

2 ?系統(tǒng)需求分析

機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息可視化系統(tǒng)重點(diǎn)在于滿足機(jī)場(chǎng)公安警員和指揮調(diào)度人員對(duì)機(jī)場(chǎng)及周邊環(huán)境的日常監(jiān)控和調(diào)度管理的需求，以及滿足促進(jìn)機(jī)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控調(diào)度信息化、可視化的需要，并給數(shù)據(jù)采集人員、警員提供能查詢信息和修改錯(cuò)誤信息的平臺(tái)。

本系統(tǒng)的主要功能包括：機(jī)場(chǎng)指揮調(diào)度員通過(guò)unity3D可視化系統(tǒng)，查看實(shí)時(shí)的機(jī)場(chǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)和指揮消息，對(duì)飛機(jī)、輕軌、警車的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可視化情況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)機(jī)場(chǎng)及周邊環(huán)境中的設(shè)備和警員進(jìn)行指揮調(diào)度;審核員對(duì)將要顯示在3D可視化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，審核通過(guò)的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行展現(xiàn);飛機(jī)、輕軌、警車、指揮消息、機(jī)場(chǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)采集員，可以依據(jù)角色對(duì)應(yīng)的權(quán)限對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行相應(yīng)的增刪改查操作;警員可以對(duì)指揮消息進(jìn)行增加和查詢;系統(tǒng)管理員可通過(guò)增刪改查數(shù)據(jù)庫(kù)中的表，對(duì)用戶、角色進(jìn)行管理。

3 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 ?系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)總體目標(biāo)和功能將系統(tǒng)劃分為8個(gè)功能模塊，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 ?系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息可視化系統(tǒng)中采用B/S系統(tǒng)架構(gòu)，具有較強(qiáng)的分布性，用戶通過(guò)訪問(wèn)瀏覽器，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的增刪改查操作。

由于unity3D系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要不斷利用Python文件的運(yùn)行結(jié)果，因此考慮以下幾種方式。

（1）在C#文件里控制Python文件運(yùn)行。

（2）利用ProcessStartInfo運(yùn)行Python文件。

（3）借助數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)unity和Python的參數(shù)傳遞。

3.3 ?系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息可視化系統(tǒng)的面板設(shè)計(jì)包括unity2D面板界面和unity3D場(chǎng)景界面。

4 ?結(jié) ?論

本文通過(guò)系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施和測(cè)試，立足當(dāng)下首都機(jī)場(chǎng)航站樓及周邊環(huán)境的管理需求，分角色、分權(quán)限成功開(kāi)發(fā)出機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息可視化系統(tǒng)，提供更直觀快捷的機(jī)場(chǎng)監(jiān)控指揮調(diào)度平臺(tái)。解決了目前機(jī)場(chǎng)信息化和3D可視化融合發(fā)展缺失、機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息管理和展示不充分、機(jī)場(chǎng)及周邊環(huán)境的指揮調(diào)度缺乏科學(xué)結(jié)論支持和及時(shí)預(yù)警的問(wèn)題。界面簡(jiǎn)單合理，簡(jiǎn)化了機(jī)場(chǎng)指揮調(diào)度人員的日常指揮調(diào)度工作。且本系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)中重點(diǎn)完成了機(jī)場(chǎng)航站樓及周邊環(huán)境以及飛機(jī)、輕軌、警車的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的3D可視化、機(jī)場(chǎng)全局信息數(shù)據(jù)的可視化、機(jī)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的管理等功能。在未來(lái)將會(huì)進(jìn)一步完善對(duì)于機(jī)場(chǎng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)的管理，以及機(jī)場(chǎng)3D實(shí)景展示的操作和功能，向更加全面、專業(yè)的3D可視化方向發(fā)展，與機(jī)場(chǎng)公安建立持續(xù)合作，實(shí)現(xiàn)信息共享，警力合理調(diào)度，將警力資源分配也納入機(jī)場(chǎng)警務(wù)信息可視化系統(tǒng)中，更大程度地提高機(jī)場(chǎng)調(diào)度的準(zhǔn)確性和合理性。

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作者簡(jiǎn)介：徐欣祺（1998-），女，漢族，湖北人，本科在讀，學(xué)士學(xué)位，研究方向：大數(shù)據(jù)。