智能高清電子警察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

前言

近年，隨著計(jì)算機(jī)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(jī)+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(dāng)前電子警察的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)智能高清電子警察系統(tǒng)的整體架構(gòu)和原理，對(duì)高清化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述；并對(duì)智能抓拍技術(shù)和智能檢測(cè)技術(shù)的設(shè)計(jì)和高清電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析。希望通過本文的研究，能對(duì)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(jì)

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(tái)處理系統(tǒng)。前端通過控制主機(jī)檢測(cè)紅綠燈信號(hào)和線圈（視頻）觸發(fā)信號(hào)，由高清智能像機(jī)連續(xù)抓拍車輛闖紅燈違章的3張圖片，存儲(chǔ)到前端存儲(chǔ)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(tái)處理系統(tǒng)對(duì)圖片進(jìn)行處理。

前端路口單元

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

傳輸通道

傳輸通道使用光纖收發(fā)器進(jìn)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(tái)處理系統(tǒng)。

后臺(tái)處理系統(tǒng)

后臺(tái)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(jī)、交換機(jī)、DVR等組成。

后臺(tái)處理系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：違法業(yè)務(wù)處理（違法圖片的篩選、校驗(yàn)及錄入和交通違法處罰等）、綜合查詢、統(tǒng)計(jì)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(jì)

連續(xù)抓拍模式的設(shè)計(jì)思路

非連續(xù)拍照的劣勢(shì)

非連續(xù)拍照示意圖（圖略）

按照公安部《闖紅燈自動(dòng)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(gè)位置是機(jī)動(dòng)車車身未越過停止線；第二個(gè)位置是整個(gè)機(jī)動(dòng)車車身已經(jīng)越過停止線；第三個(gè)位置是整個(gè)機(jī)動(dòng)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(gè)位置能清晰辨別車牌號(hào)碼。

而非連續(xù)拍照方式是通過在后端DVR錄象回放時(shí)，按抓圖按扭來實(shí)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(hào)碼，所以還必須用高清數(shù)碼相機(jī)抓拍一張?zhí)貙懻掌趴汕逦辞宄嚺铺?hào)碼。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(jī)拍的數(shù)碼圖片的主要劣勢(shì)表現(xiàn)在：

（1）3張模擬視頻圖片需要后臺(tái)人工進(jìn)行操作才能產(chǎn)生，不能夠自動(dòng)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(jī)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(jī)拍出來的數(shù)碼圖片顏色差別非常大。（因數(shù)碼像機(jī)晚上拍的時(shí)候是帶閃光的）。作為違章處罰圖片時(shí)，容易產(chǎn)生糾紛。

（3）由于數(shù)碼像機(jī)是一個(gè)車道配置一臺(tái)，而它的聚焦區(qū)域在一個(gè)車道上，所以就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)違章車輛跨2個(gè)車道中間行駛時(shí)，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(shí)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(gè)好處：

（1）違章過程一目了然，可避免執(zhí)法時(shí)產(chǎn)生糾紛。

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

（3）不需要后臺(tái)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(duì)闖紅燈行為的漏拍。

使用高清攝像機(jī)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(cè)方式

地感線圈+視頻冗余檢測(cè)技術(shù)的設(shè)計(jì)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(duì)于本系統(tǒng)，我們采取了地感+視頻的冗余檢測(cè)機(jī)制，正常情況下，系統(tǒng)采用地感線圈進(jìn)行車輛檢測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到感應(yīng)線圈出現(xiàn)故障時(shí)，將自動(dòng)切換到視頻檢測(cè)以繼續(xù)系統(tǒng)的正常監(jiān)控；而當(dāng)?shù)馗芯€圈恢復(fù)正常，系統(tǒng)將自動(dòng)切換回到地感線圈檢測(cè)方式以完成車輛檢測(cè)。

冗余檢測(cè)設(shè)計(jì)框圖（圖略）

智能冗余檢測(cè)方式的優(yōu)勢(shì)

采用地感線圈檢測(cè)為主+視頻檢測(cè)為輔的智能備份檢測(cè)方式，主要是基于地感線圈檢測(cè)和視頻檢測(cè)這兩種檢測(cè)方式各自的一些缺點(diǎn)，而加以改進(jìn)設(shè)計(jì)的。

地感線圈檢測(cè)的一些缺點(diǎn)是：

（1）安裝不方便：安裝時(shí)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(hù)不便捷：由于地感線圈埋在地下，大貨車超載情況嚴(yán)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(duì)道路進(jìn)行圍閉，要破路。維修時(shí)間一般較長(zhǎng)。既影響了交通又影響了用戶的使用。

視頻檢測(cè)的缺點(diǎn)：

（1）車輛闖紅燈的捕獲率較低，往往達(dá)不到90%的要求；

（2）運(yùn)算量更大；

（3）夜間對(duì)補(bǔ)光要求更高，若光線達(dá)不到要求，則檢測(cè)的可靠性更低。

所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，采用了地感線圈檢測(cè)為主，視頻檢測(cè)方式為輔的冗余檢測(cè)方式。當(dāng)?shù)馗芯€圈正常的情況下采用地感觸發(fā)，當(dāng)?shù)馗芯€圈出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到視頻觸發(fā)的方式。而當(dāng)?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(jì)方式的優(yōu)勢(shì)在：

（1）系統(tǒng)的高可用性

由于采用冗余檢測(cè)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(cè)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(cè)方式以地感線圈檢測(cè)方式主，而地感線圈的檢測(cè)精度非常高，不會(huì)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(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目情況介紹

本文研究設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)。花都二期的電警系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是，在一期電警的基礎(chǔ)上新增10主要路口共35個(gè)方向109個(gè)車道，對(duì)闖紅燈和逆行的違章車輛進(jìn)行監(jiān)控拍照，并自動(dòng)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(shí)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(jī)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(xiàng)目組團(tuán)隊(duì)成員之一，先是參與了項(xiàng)目前期的方案設(shè)計(jì)，在后期實(shí)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(gè)項(xiàng)目從2010年12月份開始，由于是和卡口系統(tǒng)改造擴(kuò)建一起施工的，所以項(xiàng)目工期稍長(zhǎng)了一些。本項(xiàng)目經(jīng)過半年時(shí)間的實(shí)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(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能及性能指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，均達(dá)到和超過了設(shè)計(jì)的要求，順利通過了用戶驗(yàn)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(qiáng)大，技術(shù)也越來越成熟。本課題研究設(shè)計(jì)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(shí)施過程中得到了很好的實(shí)現(xiàn)和檢驗(yàn)。系統(tǒng)功能已全部實(shí)現(xiàn)。

電子警察系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)將是由純高清CCD攝像機(jī)+ 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(shí)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(shí)現(xiàn)車牌智能識(shí)別、車流量統(tǒng)計(jì)、城市出入口布防聯(lián)動(dòng)報(bào)警等卡口系統(tǒng)的功能。

作者單位：廣州金鵬集團(tuán)有限公司

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