全功能电子警察系统的设计方案研究

　　随着城市现代化的飞速发展，天津的机动车辆呈现快速增长的趋势，在城市的道路交通中，违法超速、大货车在禁行时间内上路行驶、套牌车等黑名单车辆上路行驶等违法事件更是屡见不鲜;检测各类违法事件是公安机关维护交通秩序的一项重要工作。

　　目前的道路交通状况日趋复杂化，交通事件多样化以及交管部门对信息需求的不断增加，使得系统结构设计越来越庞大、设备越来越多。在某些重要的交通路段和路口，常常有几台甚至十几台摄像机同时工作，不仅影响了道路交通景观，同时也给出行者造成了心理压力。

　　从技术层面上分析，系统设备越多、使用效率越低、故障率相对较高，随之而来的是后期投入的维护人力和维护费用也就相对较多。同时重复性的立杆基础、供电等方面的市政建设，即增加了投资也影响了城市景观。

　　因此，研究全功能电子警察设备，不仅可以优化系统结构，而且还充分挖掘系统硬件资源潜力，利用有限的资金发挥最大的经济效益。

　　随着城市路网建设的快速发展，各自为政的分系统建设，已经不再适应未来发展趋势。建立多业务、多任务的综合系统，精减前端设备，统一传输路由、统一管理平台，是本次全功能电子警察系统研发项目的核心任务。

　　总体而言，本文研究的全功能电子警察系统与目前一般交通检测系统相比，主要具有以下的特点：

　　1) 拥有完备的综合交通检测功能，涵盖了车牌识别、交通流数据检测、车型精确区别、无牌车辆抓拍报警、车辆超速违法检测记录、黑名单比对报警和实时监控七大主要功能。

　　2) 具有大场景视野，既能够提供全场景的监控与检测，也能够同时满足违法取证与高精度车牌识别的要求。

　　3) 提供与环型线圈检测器相同特性的激光触点式信号，能够极其准确的检测目标车道的车辆，达到99%的捕获率，这是传统视频检测系统不具备的。

　　4) 系统设计在软硬件配置、底层数据格式和通讯接口与传输等方面与交管指挥中心的现有系统保持一致，因此接口方便，兼容性好。

　　5) 由于使用一套多功能检测设备实现了以前要多套不同系统来分别完成的功能，整个系统的成本大大降低，也提高了系统的整体稳定性。

　　6) 拥有完全国产自主知识产权的图像自适应控制采集技术、高精度车牌识别技术、这些技术指标在国际上均处于领先地位。

　　7) 具有完善的系统运行状况监控与故障自动检测报警功能，系统维护方便。

　　1、全智能电子警察系统设计思路

　　1.1实现货车的准确识别

　　采用超声波交通检测器，不受光线、气候影响，能识别客货车等9种车型。各项指标达到或超过国家标准，是质量稳定，性能可靠的超声波检测器,具有如下特点：

　　●　能更准确地检测流量、车型、车速、占有时间、车头时距、堵车时间。

　　●　车型分辨更细，超声波交通流检测器对车型分辨率更高，能识别客货车等9种车型，分别为：小客车、中客车、大客车、小货车、中货车、大货车、特大货车、集装箱、拖挂车，综合识别率≥93%。

　　●　采用二进制数据传输格式，比原来的ASCII码数据格式大大降低了数据传输量，提高了数据传输的可靠性和少占用通讯资源，更适合多点和无线传输的需要。

　　●　单探头检测方式，即可保持原双探头检测方式的检测精度，而且由于减少了1个探头，从而使安装更简便、运行更可靠、安装费用更低，同时减少了对城市景观的影响。
 

　　如左上图：

 　　1.2实现高清视频技术应用

　　随着智能交通技术的发展和视频检测技术的广泛应用，“图像”作为信息量最大，最直观的信息源，在交通综合监测系统中，有着举足轻重的地位。图像质量的优劣，直接影响整个系统的能力和运行效率。

　　目前，在交通监测系统中使用的摄像机，CCD总像素都只有40万像素左右，对于一些需要更高像素画质的场合，如：车流量较大，交通环境较为复杂的路段或路口，既要求摄像机能大范围的监控，又要求录像回放中看清车辆的细节特征， 40万像素的图像对于这样的图像处理明显不够的。同时多数COMS的高清摄像机夜间感光效果较差，且拍摄高速运动车辆要产生变形等劣势，无法满足电子警察全天候的需求。

　　超大靶面CCD高清摄像机的出现大大提高了摄像机图像的分辨率，令图像的细节更加清晰和细腻。高像素意味着大信息量，视线所及，细微之处一览无遗。一般摄像机下无法清晰辨认的车牌细节等无不纤毫毕现。

　　在全功能电子警察系统中，使用超大靶面CCD的200万像素高清视频摄像机，将高清视频技术应用于电子警察领域，无疑是一次技术的创新。

　　1.3实现无后车牌车辆抓拍

　　由于电子警察系统日益增多，而电子警察多数拍摄车尾，所以很多车主采取不挂或者有意遮挡后车牌的方法以求逃避处罚。本系统针对此违法行为，在少量增加设备的前提下，实现了无后车牌抓拍功能。

　　如右下图：
 

　　2、系统设计亮点

　　2.1最先进的交通违法监测系统前端核心技术：

　　“激光雷达”同步方式是指采用短距测距激光触发加雷达测速，分别利用了两种设备各自物理工作原理的先天优势：短距测距激光对车辆触发极其准确，不会受到干扰，而窄波的测速雷达由于是属于多普勒效应，测速精度极高。

　　同时激光触发可以为超声波检测器精确引导所要检测的车辆，使超声波检测器可以准确判断出目标车辆的车型。

　　2.2先进的运动分析判定计算：

　　由于要抓拍无后车牌或者后车牌遮挡的车辆，就需要准确判断其为唯一的目标车辆，所以需要的目标车辆的运动轨迹进行分析判定，计算速度还需要极快，因为时速90KM的车辆每秒钟的位移为25米，在不到10米的拍摄区域内，留给计算判定的时间不足400毫秒，所以计算和判定的难度相当大。所以采用由硬件支撑的DPS内嵌算法。

 　　3、系统功能设计

　　HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)可以根据配置不同构成不同功能的集成处理单元，这些处理单元包括：闯红灯监测集成处理单元、超速监测集成处理单元。HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)赋予交通违法综合监测系统的如下重要功能。
 

　　3.1车牌自动识别功能

　　●　系统能够对特写图片中牌照进行自动识别，识别内容包括：

　　牌照类型：

　　(1)02式个性化牌照(GA36.1-2001);

　　(2)现用92式牌照(GA36-92);

　　(3)军车牌照;

　　(4)警车牌照;

　　(5)武警车牌照(新式);

　　(6)农用车牌照;

　　在环境无雾、车牌挂放规范和无缺损且不含五小车辆情况下，系统车牌识别率应符合GA497要求。

　　●　车型和颜色识别功能

　　系统可以分辨出大型和小型车辆和识别常见红白蓝黄黑五种车牌颜色。

　　3.2自动报警功能

　　●　超速报警

　　1) 捕获所有经过监控车道的车辆图片，并自动识别其车牌号码，图片信息包括：主机编号、具体地点、具体车道、行驶方向、车辆类型、车牌颜色、车牌号码、图片序号等内容。

　　2) 车辆图像捕获率大于99%，全天识别率>95%。

　　3) 系统采用窄波束雷达检测，可精确计算车辆行驶速度并判断是否超速，测速误差-2%;

　　4) 当有超速违法事件发生时，抓拍一张全景图片和一张特写图片组成一张图片，图片中应可清楚的辨识路段信息、车辆行驶方向、限速标志、车牌号码、车牌颜色、车身颜色、车型;

　　5) 图片格式按公安部标准应采用JPEG格式;

　　6) 图片信息包括：主机编号、违法地点、违法车道、车辆速度、行驶方向、违法时间、违法类型、车牌号码、图片序号等内容。

　　7) 图片具有防止修改功能，保证违法图片的原始性;

　　8) 能够采集路口的交通信息，包括车流量、平均车速、平均车距、占有率等，具备流量检测、统计功能。

　　9) 系统具备可扩充性、可移植性和兼容性，提供开放接口;

　　10) 全景连续实时录像，录像文件格式为H.264。可通过网络实时传输，为后端提供视频监控;

　　11) 可设置参数包括：具体限速、录像数据保存时间、图片数据保存时间、数据存储格式、数据存储大小、交通信息采集周期等;

　　12) 采用雷达测速，每条车道使用一个窄波雷达以确保其唯一准确性，可抓拍的车辆最高车速：230 km/h;

　　13) 可设置限速标定。

 　　●　布控查辑及车辆报警

　　各监控点中需单独建布控查辑库，布控库中又按肇事车、被盗车等类别单独建库。同时各监控点能自动从管理中心下载嫌疑车辆等布控信息，支持管理中心远程修改、添加、删除每个客户监控点中的布控查辑库。可以设置布控查辑车辆号牌，当系统识别出来的车辆号牌结果符合条件时，能远程报警或现场报警。

　　3.3信息上传和下载功能

　　提供所有经过监测路段车辆信息的自动上传，上传内容包括违法车辆的信息和图片。其他图片和基本信息保存于HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)中，但必要时可提供其图片及相关信息上传功能。如报警信息存储于HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)则包括盗抢车辆、可疑车辆、特定车辆等信息的手动或自动下载功能。具备联网数据传输和现场数据下载的功能。

　　联网数据传输方式有实时传输和非实时传输两种方式，可以任意选择一种方式使用。支持包括光纤、ADSL等各种传输方式。传输过程中遇到网络故障导致传输失败时，具备断点续传功能(不但恢复实时传输违法数据和图片的功能，且在空闲时能够自动补传因网络故障而未传的违法图片和数据)。

　　支持数据下载：可以将数据中心“黑名单”等下载到HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)。
 

　　3.4数据存储功能

　　HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)拥有500G存储空间，可以存储100万辆车。当超出100万辆车时，自动对最前面的图片数据依次进行覆盖，HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)始终保留至少100万辆车的图像。并有时间、速度、地点和方向信息。

　　HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)可存储全景摄像机录像30天，录像文件格式为H.264，当超过30天时，自动对最前面的录像依次进行覆盖。HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)始终保留至少30天的录像

　　3.5统计查询功能

　　为满足交通管理的需要，对应每条车道或选多条车道按照用户的要求统计各个时段(用户可自己设定时段选择统计的几条车道，如一个小时、一天或一周等时间段内的某几条车道)的交通情况，如车流量、车型和平均车速等，并存储在单独的数据库中，作为交通状态检测和交通统计分析的数据基础;对应某个时段，可以统计出经过某几条车道N次的车辆(N为用户自己设定的次数，该某几条车道用户可以自己选一条或多条)。

　　每辆通过监测路段的车辆，系统都能在数据库中记录下通过时间、牌照号、车型、车类、车辆图片等。前端系统提供对数据进行查询和访问接口，控制中心可以通过该接口实现对前端存储数据的访问。

　　3.6自动远程管理功能

　　HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)能自动从管理中心下载系统参数，如：布控库变更的信息、车速限制、系统时间、黑名单等，每天以中心服务器为基准自动对时。有设备远程维护功能。

　　3.7故障自动检测及恢复功能

　　HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)能定时自动检测主要设备的工作状态，并在上传数据的时候报告设备的运行状态，中心机房能及时掌握车道设备的工作状态。HD综合采集处理单元(ZHST-HD-10K)设有硬件看门狗，如果遇到系统因意外而死机的情况，则看门狗会发挥作用，自动重新引导系统，进入工作状态。

　　3.8其他基本功能

　　●　实时录像播放:实时录像功能：支持全景视频实时高清录像，25帧/秒，压缩格式为H.264，720P;

　　●　IP组播流媒体播放方式：可为多客户端同时无延时的发送实时连续视频流，供用户数字监控使用;

　　●　数据上传:内建数据分发上传程序，可将指定数据上传到指定的应用系统。

　　故障自动检测及自动恢复功能可自动检测集成单元故障，因意外死机能自动恢复重启

　　本文研究了一种综合交通检测功能，涵盖了车牌识别、交通流数据检测、车型精确区别、无牌车辆抓拍报警、车辆超速违法检测记录、黑名单比对报警和实时监控的全功能电子警察设备，以期在目前的道路交通状况日趋复杂化的情况下，充分挖掘系统硬件资源潜力，整合智能交通管理设备的功能，从而提升天津市道路交通管理的科技水平。

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