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城市道路高清卡口整体案例剖析
发布日期：2015-10-07 07:35:03本对某市7个辖区共300条车道进行对违章车辆进行拍照，并自动把违章车辆的照片记录下来，作为处罚违章车辆提供充足的证据。通过调用录像对路口发生的交通事故进行责任判断，减少由于违章驾驶发生的交通事故。
高识别率、成像清晰、实时可靠的治安卡口系统的建设，可提供满足系统要求的高效、安全和畅通同时遍布全市的通讯网络，并完成高效、稳定、强大、易扩展的中央处理系统建设，以保证系统实现集公安(包括指挥部、刑侦、交警、治安等)、环保、交通、规划等单位的业务需求为11体的系统平台。实现打击违法犯罪分子、规范城市交通秩序和为其它应用系统提供交通基础数据的目的。
在充分调研和分析各单位业务需求的基础上，通过全面、细致、详尽和科学的系统分析和设计，使系统比较终能实现各类用户的业务需求，同时满足用户对系统实时性、综合性以及安全性等各方面的要求。充分考虑监控点分期建设带来的系统可扩展性要求。系统设计时遵循可靠性、先进性、标准性、可维护性、经济性、实用原则、系统安全原则、易操作原则的设计原则。
技术方案
双检测方式
传统车辆检测方式多采用线圈检测。当线圈出现故障时，出现无法，导致过车图片漏拍。本次项目采用线圈检测为主检测为辅的检测方式。支持线圈检测+视频检测方式，线圈正常时，工作在线圈检测模式下，当线圈检测出现故障时，自动、迅速地切到视频检测模式;当线圈检测恢复正常后又立即切回线圈检测模式，比较大程度确保连续、完整地记录所有通行车辆。
前端内置
高清嵌入式，内置高性能DSP芯片，支持内置车牌识别功能。相机内置车牌识别，将传统模式中后端的车牌识别算法移植到前端相机中。车牌识别算法分散到每个相机中，可大大降低后端服务器的压力，节省项目成本，同时避免了服务器故障时造成系统整体无法正常使用的问题，提高了系统的可靠性。
水印加密防篡改
摄像机内置水印加密功能，从源头对数据和图像进行加密，即使现场下载数据也可验证其真伪，断绝了数据篡改的可能性。
单车道独立运行
卡口设备每台摄像机配置相应的网络设备即成11套系统，完全不受相邻车道摄像机和其它主控制设备的影响，具有单车道独立运行能力。在网络传输正常的情况下，即使有某个车道的摄像机不能正常工作，也不会导致整个卡口点位全部无法运行，大幅度地降低了系统故障时的漏拍率。
INUX系统防病毒
卡口摄像机及终端管理设备均采用单任务、稳定性比较好的专用嵌入式操作系统Linux。系统稳定可靠，有效防止病毒入侵。
嵌入式结构稳定可靠
目前内大多数卡口系统均采用工控机+高清的方式实现图像的抓拍，这种方式在研发上较为便捷，容易实现，但稳定性较差，体积庞大，使用不便。本项目充分利用视频图像监控领域的技术优势，采用嵌入式结构，主机硬件电路采用高新兴公司已在领域产品上应用成熟的硬件平台，并根据卡口抓拍实际应用需要，对硬件电路进行了改进和优化，在元器件选择上全部采用工业级或军工级芯片，降低了功耗，保证了系统在恶劣条件下长时间可靠运行。
测速精准，误差小
系统测速采用微电脑硬件测速装置，测速精确，误差小，测速范围<100km/h时，误差不超过-6km/h～0km/h;测速范围≥100km/h时，误差不超过-6%～0%。
系统架构
卡口系统主要由前端数据采集子系统、网络传输子系统、中心管理子系统等部分组成。前端数据采集子系统采集的数据通过网络传输子系统传输到中心管理子系统中，进行数据集中管理、存储、共享等处理，系统整体结构图如(图1)所示。
图1 系统整体结构图
前端采集子系统
前端数据采集子系统对经过的所有车辆进行抓拍，获得车辆图像，并自动实时地识别车牌字符，记录下车辆经过的时间、地点、车牌号、行驶方向等数据，并全部汇入网络传输子系统，传输至中心管理平台。该部分系统由200万高清摄像机、/闪光灯、线圈、、SD存储卡/终端管理设备、以太网、光传输设备等组成。
嵌入式11体化摄像机和补光设备采用同杆安装的方案，该方案对司乘人员面部图像的抓拍起到更好的效果。安装示意图如下图所示：
图2 线圈卡口同杆安装示意图
网络传输子系统
网络传输子系统主要包括交换机、光传输设备等，实现前端采集子系统与中心管理子系统之间的数据和图像信息传输。建设链路作为前端与中心的数据传输通道，保证数据传输的实时性和可靠性。本次项目将全部采用光纤传输方式。
图3 光纤组网图
中心管理子系统
中心管理子系统主要由设备接入、数据存储、集中管理和用户应用四大块组成。主要实现前端数据的接收与存储、前端设备的管理、数据的应用等功能。在中心系统中可以查看各设备实时上传的图片信息，实现对路面的实时图片监控。通过客户端可以完成设备参数的设置，实现远程升级和系统维护。
根据用户需要，系统提供黑名单功能，实时将前端上传的图片与黑名单库比对，发现布控车辆后通过界面、声音、短信等方式;系统可按车牌、地点、车道、时间等信息，进行单条件查询、组合查询和模糊查询等;系统可按日、周、月、年等时间段，统计不同点位、不同设备的车辆信息，并以报表、曲线图、柱状图等各种直观的方式显示出来。
中心管理平台组成如(图4)所示，模块组成包括：1、业务管理服务器(CMS);2、流媒体转发服务器(MTS);3、流媒体集中存储服务器(SS);4、设备管理服务器(DMS);数据库服务器;5、图片服务器(PTS);6、Web服务器。根据实际的情况，部分服务模块可以安装在通11台服务器中。
系统功能
高清图片抓拍
系统对车辆的前后拍捕获主要采用感应线圈式检测器，当感应线圈出现故障时会自动切换到视频检测方式来捕获通行车辆。系统除了能够捕获在车道上正常行驶的车辆外，当监控区域为同向相临的2个(含2个)以上车道时，可捕获车辆骑、压分道线行驶的情况。
系统利用电磁感应的原理检测车辆，当车辆经过检测线圈时，自动捕获11张经过车辆的高清图像，可看清车型、车况、车身颜色、车牌和司乘人员面貌，捕获率超过99%(车速范围在0-140km/h);无烟雾情况下，白天能清晰识别车辆牌照及整个车身的特征情况，晚上能克服车辆迎头拍摄的前大灯眩光问题，夜间车辆牌照及整个车身特征同样清晰。
高清嵌入式11体化摄像机，图像抓拍功能不受雨、雪、雾等天气、环境光和相临车道通行车辆的影响。在环境无雾包括雨雪天气下，监控区域内规范行驶的车辆被记录的图片能清晰看清车辆前部所有特征、车内驾驶员、副驾驶位置情况，还能看清车辆类型、颜色和所载货物等。
在环境照度比较低的情况下(例如夜晚)，系统自动开启闪光灯进行补光，以增强图片亮度，保证图片足够清晰。在强光照射下(例如晴天正午)，系统会自动调整摄像机的成像模式，抑制强光影响，保证图片曝光正常，成像清晰。在逆光情况下，系统也会自动调节拍摄主体的亮度，其功能可保证车牌依然很清晰。这样，在各种环境和气候条件下，摄像机都可以拍摄到清晰的图片，比较有利于人工辨认和机器识别牌照信息。图像以JPEG格式存储于前端设备，并同时上传至中心进行存储。
平台系统具有前拍、后拍实时显示与查询功能。经过线圈的每11辆车，触发到线圈边沿瞬间，线圈上升沿感应电流触发前拍摄像机抓拍;车辆离开线边沿圈瞬间，线圈下升沿感应电流触发后拍摄像机进行抓拍。由于同时通过11个线圈车辆几乎唯11，所以只要捕获率能够保证，前后排的比对就有保证。
速度测定功能
为在高清智能卡口管理系统中，在每条需要监测的车道上沿行车方向埋设两个线圈，线圈之间的间距是固定的，对于经过的车辆，可以取得四个时刻，分别是车辆进入两个线圈和离开两个线圈的时刻。计算车辆通过两线圈所需的时间，配合两线圈的间距，即可求得平均车速。
联网布控/撤控功能
布控分两级：11级为实时拦截车辆布控。当布控车辆出现，立即弹出车辆图像窗口，并进行声音报警，需要填写“处理结果”，并可选通过手机短信/彩信模块通知相应的责任人，同时发送至各相应卡口LED显示屏上。第二级为侦控车辆布控。当布控车辆出现时，通过手机短信/彩信模块通知相应的责任人。
系统在下达布控/撤控指令时，注明布控/撤控的原因、布控/撤控的责任人及布控有效时限，当布控时间超过有效时限时，系统执行自动撤控动作。能提供“模糊布控”功能，即允许对车辆号牌号码信息不全的车辆也能布控，对行驶轨迹异常的车辆，比如短时间穿越两个距离较远卡口的可疑套牌车，对无号牌或故意遮挡号牌车辆夜间行驶等可疑行为进行布控。
车辆布控数据库包括车辆号牌，号牌颜色、车辆颜色、布控类别、布控单位，布控人，布控原因，布控有效期等字段。
车辆查询功能
根据时间和空间轨迹组合，查询符合条件的车辆行驶记录。支持按时间点和时间段查询，时间可精确到秒级;支持按车辆牌号、标签关联查询;支持查询信息保存，对于任意设定的查询信息，自定义存储、标注等操作，供事后快速调用。
用户管理功能
系统对不同的用户分配不同的操作权限，通过区分用户的操作权限来提供给用户不同的功能和操作空间。用户管理功能可实现新增、删除用户，对用户信息的修改等操作。用户信息包括用户名，密码及备注信息3部分。
安全管理流程如下图所示
图5 用户管理流程
短信/彩信通知功能
系统能够对远程智能车辆监测记录系统的运行状态进行监视，直接在“通知手机号码”中输入要通知人的手机号。通过设置将黑名单车辆的车牌号码发送到距黑名单车辆比较近的执勤人员手机或警务通上.还可以将设备的运行状态通知到相关人员手机上。将抓拍下来的图片进行车牌识别后，比对黑名单数据库。如果发现是嫌疑车辆，将图片数据传给彩信平台，由彩信平台将信息发送至终端。
其他功能
系统同时具备以下功能。
嫌疑车辆报警功能：嫌疑匹配的主要功能是对所有车牌号码进行字符匹配，在数据库内快速寻找嫌疑库内车辆，也可在嫌疑库内快速寻找自定义的车牌;
车辆号牌识别：系统采用内领先的图像识别算法，对通过的所有车辆进行车辆号码识别、号牌颜色识别、车身颜色及车型等自动识别;
实时报警功能：实时报警主要分为三种，11是超速报警，二是布控车辆报警，三是被盗抢车辆报警。并可对不同的报警类型设置个性化的报警声音，以更快的响应报警事件;
统计分析功能：具备出具日报表、周报表、月报表、年报表等功能;
白名单管理功能：具备白名单管理功能;
实时显示功能：支持实时抓拍图片的显示;
报警点设置功能：支持对报警终端设备的设置。设置将报警内容指定到具体的报警设备或报警职守点;
日志查询功能：具备记录主要设备、网络状态日志和主要运行软件的工作日志，并能进行分类查询和统计;
系统维护功能：系统能通过网络实现远程数据访问和远程系统维护功能，具备故障自动检测功能。
系统性能
车辆图像捕获率
在车辆通过时(含按车道正常行驶和压车道分道线行驶两种状况)，卡口号牌系统应能准确拍摄其图像,并在图像中标明叠加车辆信息。在监控区域内对0km/h～140km/h行驶的车辆图像捕获率应≥99%;在监控区域内对140km/h～240km/h行驶的车辆图像捕获率应≥95%。
号牌识别率
车辆车头图像的号牌识别率≥95%，号牌识别准确率(全天)≥93%，对车辆车尾图像的号牌识别率≥90%，号牌后5位字符的识别准确率(全天)≥85%。针对摩托车号牌，识别准确率达到70%。
车头车尾同步抓拍率
当治安卡口每经过11台车辆时，同11条记录同时记录同11台车辆的车头图像和车尾图像的准确率，同步抓拍率≥99%。当单车道增加摄像机时，系统支持同步抓拍。
测速误差
当车辆行驶速度在30 km/h≤v<120 km/h的速度范围内，测速误差在士5%以内;当车辆行驶速度在120 km/h≤v≤240km/h的速度范围内，测速误差在士8%以内。
数据存储时间
卡口系统过车图片等信息存储时间至少≥1年。
原有卡口系统融合设计
对于原有卡口系统接入本期新建卡口平台。
结语
高清智能卡口项目完成后，实现了40个卡口点,300多条车道的过车图片抓、远程报警、图像、声音等信息的传输监控，由监控中心进行集中监控管理，提高了卡口系统运行安全性，降低了维护成本。采用光纤传输技术，保证了高清图象质量和传输质量。根据网络带宽灵活选择码流格式，达到高清集中存储，同时后端低码流网络传输。使得前端大量摄像机产生海量的视频、存储、报警以及管理数据能在有限的网络资源上，确保传输的稳定运行。
本项目的建设管理中心，对高清前端卡口集中管理，并以此为基础可融合当地的系统、综合系统、警用GIS系统、大情报系统，将各个信息孤岛的数据信息与上级管理部实现互联互通的有机整合，进11步提高监控的范围和力度，提高整个监控管理的效率和效果。通过建设该智能交通系统，在高起点的信息化规划基础上，充分利用信息化建设手段，实现城市交通管理信息的互联互通，进11步提高城市交通管理的水平。
上线后，系统运行良好,通过对卡口设备集中式管理，大大提高了公安人员的工作效率，降低了维护设备的人力成本，使人力资源得到优化。真正实现了“11点布控、全网响应”。智能卡口系统为办案人员提供了对车辆实时布控、准时报警、及时出警的技术平台。有力打击各种套牌车、盗抢车辆犯罪。依法制裁各类犯罪份子，为市民提供了安全保障。
[苏墨影 ]本文整理编辑：北京弱电工程专家 www.k235.cn