智能高清電子警察系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

前言

近年，隨著計算機技術(shù)、嵌入式技術(shù)、智能分析技術(shù)的飛速發(fā)展，新一代基于純高清CCD攝像機+高清視頻流觸發(fā)的電子警察系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。本文將結(jié)合當前電子警察的發(fā)展趨勢，對智能高清電子警察系統(tǒng)的整體架構(gòu)和原理，對高清化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的優(yōu)勢進行闡述；并對智能抓拍技術(shù)和智能檢測技術(shù)的設(shè)計和高清電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用進行分析。希望通過本文的研究，能對未來電子警察系統(tǒng)的發(fā)展提供一些有益的參考。

高清電子警察系統(tǒng)的總體設(shè)計

本高清電子警察系統(tǒng)的總體框架圖1。

圖1：系統(tǒng)總體框架圖

從圖1可以看出，高清電子警察系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括三部分：前端路口單元、傳輸通道和后臺處理系統(tǒng)。前端通過控制主機檢測紅綠燈信號和線圈（視頻）觸發(fā)信號，由高清智能像機連續(xù)抓拍車輛闖紅燈違章的3張圖片，存儲到前端存儲單元或經(jīng)光纖網(wǎng)絡(luò)回傳到后端交警指揮中心，再通過后臺處理系統(tǒng)對圖片進行處理。

前端路口單元

前端路口單元主要由高清攝像機、智能補光燈、全景攝像機、紅綠燈信號轉(zhuǎn)換器、車檢器、嵌入式控制主機組成。路口每方向配置一臺500萬像數(shù)的智能高清數(shù)字攝像機和一只智能頻閃補光燈，可抓拍同方向4個車道的闖紅燈車輛；每方向還配備一臺全景攝像機，通過光端機將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后經(jīng)光纖傳輸?shù)胶蠖薉VR存儲。每個路口安裝一個機箱，內(nèi)裝有嵌入式控制主機、紅綠燈信號轉(zhuǎn)換器、車檢器、8口網(wǎng)絡(luò)交換機、光纖收發(fā)器。控制主機由主控模塊、存儲控制模塊、通信模塊、電源模塊及軟件系統(tǒng)組成。存儲控制模塊必須與主控模塊配合使用，由主控模塊對硬盤存儲控制模塊進行存儲控制操作。通信模塊主要連接車檢器、紅綠燈信號轉(zhuǎn)換板和主控模塊，將車檢器信號、紅綠燈信號傳輸給主控模塊。車檢器采用多通道插卡式檢測器，每卡連接2車道的4個線圈。

傳輸通道

傳輸通道使用光纖收發(fā)器進行數(shù)據(jù)傳輸，將前端設(shè)備生成的數(shù)據(jù)通過光纖網(wǎng)絡(luò)回傳至交警指揮中心的后臺處理系統(tǒng)。

后臺處理系統(tǒng)

后臺處理系統(tǒng)硬件主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、磁盤陣列、B/S服務(wù)器、光端機、交換機、DVR等組成。

后臺處理系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)以下功能：違法業(yè)務(wù)處理（違法圖片的篩選、校驗及錄入和交通違法處罰等）、綜合查詢、統(tǒng)計分析、違法數(shù)據(jù)錄入管理、違法信息發(fā)布等功能。

連續(xù)高清照片記錄方式的設(shè)計

連續(xù)抓拍模式的設(shè)計思路

非連續(xù)拍照的劣勢

非連續(xù)拍照示意圖（圖略）

按照公安部《闖紅燈自動記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》GA-T_496-2009的要求：

闖紅燈第一個位置是機動車車身未越過停止線；第二個位置是整個機動車車身已經(jīng)越過停止線；第三個位置是整個機動車車身已經(jīng)越過停止線并且在相應(yīng)紅燈相位繼續(xù)行駛。并且至少有一個位置能清晰辨別車牌號碼。

而非連續(xù)拍照方式是通過在后端DVR錄象回放時，按抓圖按扭來實現(xiàn)手工的過程一、過程二和過程三的圖片。由于這三章圖片均不能清晰辨別車牌號碼，所以還必須用高清數(shù)碼相機抓拍一張?zhí)貙懻掌趴汕逦辞宄嚺铺柎a。通過將3張過程圖片和1張數(shù)碼圖片人工合成到一張照片上，才能開出罰單，有效執(zhí)法。

圖片合成示意圖（圖略）

采用3張模擬視頻圖象+1張數(shù)碼相機拍的數(shù)碼圖片的主要劣勢表現(xiàn)在：

（1）3張模擬視頻圖片需要后臺人工進行操作才能產(chǎn)生，不能夠自動生成，增加了工作人員的工作量。

（2）夜間光線效果差的情況下，全景攝像機拍出來的3張闖紅燈過程的模擬圖片，顏色失真，與用數(shù)碼像機拍出來的數(shù)碼圖片顏色差別非常大。（因數(shù)碼像機晚上拍的時候是帶閃光的）。作為違章處罰圖片時，容易產(chǎn)生糾紛。

（3）由于數(shù)碼像機是一個車道配置一臺，而它的聚焦區(qū)域在一個車道上，所以就會出現(xiàn)當違章車輛跨2個車道中間行駛時，拍出來的的特寫照片顯示的車牌往往不全，只能看到一部份。這樣既不便于車牌識別，也不能作為處罰的證據(jù)圖片。

（4）容易漏拍。

圖片合成示意圖（圖略）

連續(xù)的好處

連續(xù)抓拍的示意圖如圖3-3（圖略）

有以下幾個好處：

（1）違章過程一目了然，可避免執(zhí)法時產(chǎn)生糾紛。

（2）每一張圖片都能抓拍到行車方向一個斷面上的4條車道的違章車輛的車牌號，使車輛跨道行駛也能拍出整個車牌。

（3）不需要后臺人工合成抓圖和合成圖片，節(jié)省人力成本，提高效率。

（4）可避免對闖紅燈行為的漏拍。

使用高清攝像機連續(xù)拍照的示意圖（圖略）

連續(xù)抓拍示意圖（圖略）

智能檢測方式

地感線圈+視頻冗余檢測技術(shù)的設(shè)計思路

本智能高清電警系統(tǒng)，采用了地感線圈觸發(fā)為主，視頻觸發(fā)為輔的智能觸發(fā)記錄方式。對于本系統(tǒng)，我們采取了地感+視頻的冗余檢測機制，正常情況下，系統(tǒng)采用地感線圈進行車輛檢測，當系統(tǒng)檢測到感應(yīng)線圈出現(xiàn)故障時，將自動切換到視頻檢測以繼續(xù)系統(tǒng)的正常監(jiān)控；而當?shù)馗芯€圈恢復(fù)正常，系統(tǒng)將自動切換回到地感線圈檢測方式以完成車輛檢測。

冗余檢測設(shè)計框圖（圖略）

智能冗余檢測方式的優(yōu)勢

采用地感線圈檢測為主+視頻檢測為輔的智能備份檢測方式，主要是基于地感線圈檢測和視頻檢測這兩種檢測方式各自的一些缺點，而加以改進設(shè)計的。

地感線圈檢測的一些缺點是：

（1）安裝不方便：安裝時需要破開路面，切割線圈，影響了交通，施工成本也增加了。

（2）維護不便捷：由于地感線圈埋在地下，大貨車超載情況嚴重，經(jīng)常容易壓壞線圈。而一旦線圈壞了后，維修很不方便，必須要重新破路切割線圈。而重新切割線圈，必須要對道路進行圍閉，要破路。維修時間一般較長。既影響了交通又影響了用戶的使用。

視頻檢測的缺點：

（1）車輛闖紅燈的捕獲率較低，往往達不到90%的要求；

（2）運算量更大；

（3）夜間對補光要求更高，若光線達不到要求，則檢測的可靠性更低。

所以我們在設(shè)計的時候，采用了地感線圈檢測為主，視頻檢測方式為輔的冗余檢測方式。當?shù)馗芯€圈正常的情況下采用地感觸發(fā)，當?shù)馗芯€圈出現(xiàn)故障時，自動切換到視頻觸發(fā)的方式。而當?shù)馗芯€圈維修好后又重新切回到地感觸發(fā)的模式。這種設(shè)計方式的優(yōu)勢在：

（1）系統(tǒng)的高可用性

由于采用冗余檢測方案，這樣可保證即使在線圈出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)仍能采用視頻檢測的方式繼續(xù)工作。從而可保證系統(tǒng)的高利用率。

（2）闖紅燈抓拍率高

由于采用的檢測方式以地感線圈檢測方式主，而地感線圈的檢測精度非常高，不會出現(xiàn)闖紅燈車輛漏拍的情況。

高清電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)

項目情況介紹

本文研究設(shè)計的智能高清電子警察系統(tǒng)，在廣州市花都區(qū)二期電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用中得到了很好的實現(xiàn)。花都二期的電警系統(tǒng)的建設(shè)目標是，在一期電警的基礎(chǔ)上新增10主要路口共35個方向109個車道，對闖紅燈和逆行的違章車輛進行監(jiān)控拍照，并自動把違章車輛的照片記錄下來，為處罰違章車輛提供充足的證據(jù)。同時提供闖紅燈違章車輛闖紅燈前后5秒的違章錄象及由全景攝像機拍攝的35天的連續(xù)循環(huán)錄象查詢功能。

系統(tǒng)的應(yīng)用情況

在花都二期高清電子警察系統(tǒng)的建設(shè)過程中，本人作為項目組團隊成員之一，先是參與了項目前期的方案設(shè)計，在后期實施階段參與了前端設(shè)備的安裝督導(dǎo)及后端軟件的調(diào)試工作。整個項目從2010年12月份開始，由于是和卡口系統(tǒng)改造擴建一起施工的，所以項目工期稍長了一些。本項目經(jīng)過半年時間的實施，于2011年5月底完工，完工后用戶和監(jiān)理公司人員一起對系統(tǒng)的各項功能及性能指標進行了檢測，均達到和超過了設(shè)計的要求，順利通過了用戶驗收。

結(jié)束語

電子警察系統(tǒng)隨著近二十年來的建設(shè)和發(fā)展，功能已越來越強大，技術(shù)也越來越成熟。本課題研究設(shè)計的智能高清電子警察系統(tǒng)，其技術(shù)和功能在花都二期高清電子警察系統(tǒng)的實施過程中得到了很好的實現(xiàn)和檢驗。系統(tǒng)功能已全部實現(xiàn)。

電子警察系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢將是由純高清CCD攝像機+ 高清視頻流觸發(fā)組成的新一代系統(tǒng)，該系統(tǒng)既要有闖紅燈、逆行、實線變道、超速等違章抓拍傳統(tǒng)電子警察的功能，還要有能實現(xiàn)車牌智能識別、車流量統(tǒng)計、城市出入口布防聯(lián)動報警等卡口系統(tǒng)的功能。

作者單位：廣州金鵬集團有限公司

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