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淺談高清電子警察智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模越來(lái)越大，機(jī)動(dòng)車保有量也急速增加。與此同時(shí)，帶給交通管理的問題也越來(lái)越多，鑒于此，電子警察得到了飛速很快，在全國(guó)各大中型城市得到大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)各地公安管理部門在治安和交通管理方面起到了積極作用。比如，對(duì)機(jī)動(dòng)車違停、逆行、闖禁令、違規(guī)掉頭、不系安全帶等交通違法、違規(guī)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)抓拍。然而，傳統(tǒng)標(biāo)清電子警察因其像素有限，已不能滿足日益復(fù)雜的道路情況需求，高清替代標(biāo)清已成為必然趨勢(shì)?；诖耍⒁暱萍纪瞥霾捎肔INUX操作系統(tǒng)的高清智能化電子警察系統(tǒng)方案。
一、系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)主要設(shè)備由前端信息采集部分、網(wǎng)絡(luò)傳輸部分和中心管理部分組成，系統(tǒng)核心設(shè)備為嵌入式一體化高清攝像機(jī)，該攝像機(jī)由盛視科技自主研發(fā)，采用LINUX操作系統(tǒng)，集抓拍、錄像、傳輸于一體，每個(gè)車道攝像機(jī)都能獨(dú)立正常工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。從系統(tǒng)、整體的范疇考慮，將交通中的各要素綜合考慮，做到人、路、車三者的有機(jī)結(jié)合，充分應(yīng)用闖紅燈記錄系統(tǒng)使交通監(jiān)控真正實(shí)現(xiàn)“智能化”，極大地提高交通管理的效率，確保交通安全。
二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
該系統(tǒng)采用采取線圈檢測(cè)方式（視頻檢測(cè)輔助），全天候穩(wěn)定的對(duì)過往車輛進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合紅綠燈狀態(tài)進(jìn)行卡口數(shù)據(jù)的記錄和違章數(shù)據(jù)的取證，采用200萬(wàn)CCD高清一體化攝像機(jī)為采集主體，200萬(wàn)單臺(tái)攝像機(jī)覆蓋單向2車道；同步支持閃光燈進(jìn)行夜間補(bǔ)光，每個(gè)路口采用1080P攝像機(jī)作為全景攝像監(jiān)控（部分路段需要2個(gè)高清球作為全景監(jiān)控）。設(shè)備穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝維護(hù)。
1、系統(tǒng)架構(gòu)
整個(gè)電子警察系統(tǒng)主要由前端采集子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)和中心管理子系統(tǒng)三部分組成。（見圖1）
圖1 電警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
本系統(tǒng)的組成分以下幾個(gè)部分：市中心機(jī)房系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)前端設(shè)備。系統(tǒng)各部分配置主要包括管理服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等設(shè)備，市中心機(jī)房系統(tǒng)是系統(tǒng)的管理核心。
（1）管理服務(wù)器：包括超速車、旅行時(shí)間計(jì)算，黃標(biāo)車、違章車、假牌車、違規(guī)車輛查詢處理、黑名單計(jì)算、布控信息登記、預(yù)警信息處理、預(yù)警信息發(fā)布等。
?。?）轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器：承接所有前端系統(tǒng)設(shè)備的識(shí)別數(shù)據(jù)、車牌識(shí)別子系統(tǒng)圖片、流量數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的接入，并將各類數(shù)據(jù)分別上報(bào)給管理服務(wù)器；另一方面，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器承接管理服務(wù)器關(guān)于報(bào)警、布控、黑名單更新、遠(yuǎn)程參數(shù)配置、視頻、圖片、車輛信息查等數(shù)據(jù)，并下發(fā)給前端電子警察系統(tǒng)設(shè)備。
?。?）網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)：存儲(chǔ)所有車輛抓拍圖片、識(shí)別比對(duì)結(jié)果等重要數(shù)據(jù)。抓拍圖片與識(shí)別比對(duì)結(jié)果等重要數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在車牌識(shí)別系統(tǒng)專用的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)；車牌識(shí)別子系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)服務(wù)、查詢，存儲(chǔ)所有的車輛數(shù)據(jù)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并承擔(dān)除超速、旅行時(shí)間、套牌車計(jì)算等之外的所有實(shí)時(shí)計(jì)算和綜合業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求。
2、系統(tǒng)功能
?。?）前端采集系統(tǒng)功能。電子警察系統(tǒng)具備機(jī)動(dòng)車、非機(jī)車目標(biāo)捕獲功能、記錄功能、號(hào)牌識(shí)別功能、顏色識(shí)別功能、通信傳輸功能、系統(tǒng)設(shè)備管理功能、系統(tǒng)安全管理功能、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能、通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能、遠(yuǎn)程維護(hù)管理功能等。
（2）車輛捕獲功能。系統(tǒng)除了能夠捕獲違法闖紅燈的車輛外，還能捕獲在車道上正常行駛的車輛（卡口功能），能捕獲記錄車輛闖紅燈過程中三個(gè)不同位置的信息以反映機(jī)動(dòng)車闖紅燈違法全過程。
?。?）闖紅燈記錄功能。系統(tǒng)對(duì)闖紅燈的違法車輛記錄三張不同位置的高清全景圖像以顯示違法過程。第一幅圖片中清晰辨別闖紅燈時(shí)間、紅燈信號(hào)、車輛類型、車牌號(hào)碼、車身顏色、車身未越過停止線的情況；第二幅清晰辨別闖紅燈時(shí)間、紅燈信號(hào)、車輛類型、車身顏色、車牌號(hào)碼和整個(gè)車輛已越過停止線的情況；第三幅能夠清晰辨別闖紅燈時(shí)間、車輛類型、車身顏色、車輛越過相鄰方向的道路中心延長(zhǎng)線并且在相應(yīng)紅燈相位繼續(xù)行駛的情況。三張圖片中車輛位置保持適宜的距離反映車輛闖紅燈的過程。全景圖像存貯的圖像編碼符合ISO/IEC 15444:2000的要求，壓縮因子小于70。系統(tǒng)記錄的車輛信息除車輛圖像信息外，還記錄車輛的通行文本信息，如時(shí)間、地點(diǎn)、紅燈點(diǎn)亮?xí)r間、車速、限速、車牌號(hào)碼、號(hào)牌顏色、車道、違章代碼等。車輛通行信息寫入關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將相關(guān)信息疊加到圖片上。
車輛圖像捕獲時(shí)不受雨、雪、霧等天氣、環(huán)境光的影響。在環(huán)境無(wú)霧包括雨雪天氣下，所抓拍記錄的闖紅燈違法車輛圖像能分辨紅燈狀態(tài)、停車線位置、車輛類型、車輛顏色、車牌號(hào)碼、號(hào)牌顏色等主要信息。
在環(huán)境照度比較低的情況下（例如夜晚），系統(tǒng)自動(dòng)開啟補(bǔ)光設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)光，以增強(qiáng)圖片亮度，保證圖片足夠清晰。在強(qiáng)光照射下（例如晴天正午），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整攝像機(jī)的成像模式，抑制強(qiáng)光影響，保證圖片曝光正常，成像清晰。在逆光情況下，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)拍攝主體的亮度，其逆光補(bǔ)償可保證車牌依然很清晰。這樣，在各種環(huán)境和氣候條件下，攝像機(jī)都可以拍攝到清晰的圖片，非常有利于人工辨認(rèn)和機(jī)器識(shí)別牌照信息。
?。?）卡口功能。系統(tǒng)具有卡口功能，即在綠燈、黃燈狀態(tài)時(shí)，對(duì)通過每個(gè)車道的所有車輛進(jìn)行檢測(cè)、抓拍、記錄、保存和識(shí)別，以減少重復(fù)投資。
?。?）速度測(cè)定功能。通過鋪設(shè)的地感線圈間距以及車輛經(jīng)過時(shí)間的前后來(lái)測(cè)量速度，采用高精度響應(yīng)時(shí)間短的車輛檢測(cè)器，測(cè)量速度精確，誤差小，在車輛觸發(fā)的同時(shí)，有效的速度值立即傳輸?shù)綀D像采集單元，并疊加到圖片的OSD數(shù)據(jù)信息中進(jìn)行上傳或本地存儲(chǔ)。
?。?）號(hào)牌自動(dòng)識(shí)別功能。系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的圖像識(shí)別算法，對(duì)所有通過車輛進(jìn)行車牌號(hào)碼識(shí)別、號(hào)牌顏色識(shí)別、車身顏色及車型等自動(dòng)識(shí)別。識(shí)別方式可選擇前端識(shí)別也可選擇后端識(shí)別。
?。?）車身顏色識(shí)別功能。系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)車身深淺和顏色進(jìn)行識(shí)別，可供用戶根據(jù)車身顏色來(lái)查詢通行車輛，為公安稽查和刑偵案件偵破提供了科技新手段。系統(tǒng)可自動(dòng)區(qū)分出車輛為深色車輛還是淺色車輛；并識(shí)別出9種常見車身顏色，9種顏色包括：白、黑、紅、黃、灰、藍(lán)、綠、粉、棕。深淺分類準(zhǔn)確率不小于80％；9種常見車身顏色識(shí)別準(zhǔn)確率不小于70％。
（8）高清錄像功能。高清全景攝像機(jī)能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)高清視頻錄像功能，分辨率可達(dá)1600×1200。可以在白天或夜間有輔助光源的情況下實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和清晰錄像；視頻編碼格式支持主流的H.264；錄像中能清晰地反映車輛的顏色、車輛類型、運(yùn)動(dòng)軌跡；中心并提供錄像查詢、錄像下載等功能。
?。?）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)采集的車輛圖片、違章數(shù)據(jù)、高清錄像等數(shù)據(jù)支持前端存儲(chǔ)和中心集中存儲(chǔ)。前端存儲(chǔ)設(shè)備包括抓拍攝像機(jī)內(nèi)置的SD卡和終端管理設(shè)備內(nèi)置的大容量硬盤，系統(tǒng)在前端即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份存儲(chǔ)功能。中心存儲(chǔ)是將數(shù)據(jù)保存在位于后端中心的集中存儲(chǔ)系統(tǒng)，如大容量磁盤陣列等，后端存儲(chǔ)系統(tǒng)分為圖片存儲(chǔ)和高清錄像存儲(chǔ)兩個(gè)部分，圖片存儲(chǔ)采用網(wǎng)絡(luò)集中存儲(chǔ)，高清球機(jī)的錄像采用專用網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。
（10）圖片合成和防篡改功能。系統(tǒng)從前端攝像機(jī)的DSP上對(duì)圖片加水印，也就是從數(shù)據(jù)的源頭加密，防止在傳輸、存儲(chǔ)、處理等過程中被人為修改，斷絕了數(shù)據(jù)篡改的可能性。系統(tǒng)通過圖片加水印的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)圖片防篡改功能。抓拍主機(jī)抓拍圖片時(shí)會(huì)對(duì)原圖加水?。ㄋ≡趫D片上不顯示），圖片通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行墓芾矸?wù)器，中心管理軟件自動(dòng)對(duì)每一張圖片進(jìn)行水印驗(yàn)證，在圖片查詢中列出正常圖片、被篡改圖片等信息。也可通過單獨(dú)的驗(yàn)證工具軟件，對(duì)前端單獨(dú)拷貝出來(lái)的圖片進(jìn)行手動(dòng)驗(yàn)證。
?。?1）斷點(diǎn)續(xù)傳功能。
系統(tǒng)支持多種方式的數(shù)據(jù)傳輸：可通過FTP或TCP/IP方式將違法數(shù)據(jù)、車輛通過信息（時(shí)間、地點(diǎn)、車牌號(hào)碼等）、設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等上傳到中心管理系統(tǒng)；也可在中心通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用或下載操控前端設(shè)備存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)的斷點(diǎn)續(xù)傳：如因網(wǎng)絡(luò)中斷或其它故障，無(wú)法將數(shù)據(jù)由前端上傳至中心，可暫時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在前端，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后前端存儲(chǔ)設(shè)備會(huì)自動(dòng)上傳網(wǎng)絡(luò)中斷期間的數(shù)據(jù)。
三、前端系統(tǒng)
1、前端布置
前端布置的示意圖具體如圖2所示。
圖2 線圈檢測(cè)方式前端布置示意圖
線圈檢測(cè)方式在主干道上，兩車道設(shè)置1個(gè)200萬(wàn)一體化高清攝像機(jī)做為車輛抓拍作用；每個(gè)方向兩車道安裝1個(gè)閃光燈，閃光燈與攝像機(jī)的水平安裝距離3米，攝像機(jī)、閃光燈安裝在同一桿上，安裝高度6米；每個(gè)路口設(shè)置1臺(tái)200萬(wàn)像素的1080P的高清網(wǎng)絡(luò)球機(jī)作為全景攝像點(diǎn)（部分路段需要2個(gè)高清球作為全景監(jiān)控）；攝像機(jī)檢測(cè)區(qū)域距離攝像機(jī)23米。
2、前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體如圖3所示。
圖3 200萬(wàn)攝像機(jī)前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3、前端設(shè)備配置
前端系統(tǒng)主要功能包括圖像采集、車輛抓拍等，設(shè)備配置主要有一體化高清攝像機(jī)、地感線圈、信號(hào)檢測(cè)器、閃光燈、交換機(jī)、智能終端管理設(shè)備、光傳輸設(shè)備等。
?。?）一體化高清攝像機(jī)。
一體化高清攝像機(jī)主要用來(lái)抓拍車輛后景高清圖片。攝像機(jī)抓拍到的車輛后景圖片清晰度很高，通過配套的圖像識(shí)別軟件可以檢測(cè)出車輛的牌照。攝像機(jī)內(nèi)置視頻檢測(cè)車輛以及車輛違章功能。
?。?）地感線圈和信號(hào)檢測(cè)器。
地感線圈主要是配合電子警察系統(tǒng)工作，即當(dāng)車輛經(jīng)過時(shí)觸發(fā)地感，地感線圈通過車輛檢測(cè)器向檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，高清攝像機(jī)接收到信號(hào)后，便立即對(duì)該車輛啟動(dòng)抓拍識(shí)別流程；在紅燈其間同時(shí)檢測(cè)信號(hào)控制信息，與車輛檢測(cè)器相結(jié)合，捕獲記錄車輛闖紅燈過程中三個(gè)不同位置的信息以反映機(jī)動(dòng)車闖紅燈違法全過程。
?。?）補(bǔ)光設(shè)備。
為適應(yīng)夜間照度不足時(shí)的車輛捕捉抓拍，前端系統(tǒng)的所有車輛攝像機(jī)加裝補(bǔ)光燈。補(bǔ)光燈可有效地對(duì)車輛牌照進(jìn)行照明及補(bǔ)光，增加圖像識(shí)別可用性。對(duì)于前端監(jiān)控點(diǎn)，補(bǔ)光設(shè)備的類型和安裝方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的具體情況而定，在不影響駕駛員的駕駛的前提下，保證車牌的識(shí)別率及違法三要素停車線、車身、停車線違法抓拍圖片的成功率。
?。?）智能終端管理設(shè)備。
智能終端管理設(shè)備功能：智能終端管理設(shè)備具有根據(jù)攝像機(jī)違法抓拍圖片進(jìn)行合成，進(jìn)行電子警察功能，并對(duì)抓拍圖片與車輛信息進(jìn)行前端存儲(chǔ)，與后臺(tái)服務(wù)器通訊功能。
?。?）全景攝像機(jī)。
為了對(duì)路口的情況了如指掌，對(duì)每個(gè)路口設(shè)置一臺(tái)高清1080P的200萬(wàn)像素的一體化球機(jī)（部分路段需要2個(gè)高清球作為全景監(jiān)控），對(duì)路口全實(shí)時(shí)監(jiān)視和錄像。
四、線圈系統(tǒng)
1、工作原理
線圈系統(tǒng)的架構(gòu)如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)工作原理示意圖
其工作原理具體如下：
（1）當(dāng)信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)到紅燈信號(hào)并有車輛離開線圈A時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)抓拍第一張圖片同時(shí)進(jìn)行車輛號(hào)牌的識(shí)別，如為卡口型電警則將此圖片作為卡口抓拍圖片并記錄。
?。?）當(dāng)信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)到紅燈信號(hào)并有車輛離開線圈B時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)抓拍第二張圖片。
（3）當(dāng)信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)到紅燈信號(hào)并有車輛離開線圈C時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)抓拍第三張圖片。
?。?）系統(tǒng)將此停車線前后的三張不同位置圖片作為闖紅燈車輛的違法依據(jù)上傳至中心平臺(tái)，且可根據(jù)需要做合成處理；
2、工作流程
系統(tǒng)的工作運(yùn)行流程圖如圖5所示：
圖5 系統(tǒng)工作運(yùn)行流程圖
線圈檢測(cè)切換視頻檢測(cè)是通過先進(jìn)的視頻識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)行跟蹤、分析和識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)在線圈故障時(shí)，自動(dòng)切換到視頻觸發(fā)，當(dāng)線圈修復(fù)后，再自動(dòng)恢復(fù)到線圈觸發(fā)模式。線圈檢測(cè)時(shí)攝像機(jī)會(huì)一直自動(dòng)地在檢測(cè)車檢器輸出的信號(hào)包，當(dāng)線圈出現(xiàn)故障時(shí)，車檢器就不會(huì)再發(fā)出信號(hào)，如果在一段時(shí)間內(nèi)如3分鐘（時(shí)間可定義）都沒有收到車檢器發(fā)出的這個(gè)信號(hào)時(shí)（類似于檢測(cè)設(shè)備的心跳存在機(jī)制），攝像機(jī)就會(huì)做出自動(dòng)切換到視頻檢測(cè)狀態(tài)，切換時(shí)間非常短，以秒計(jì)。
五、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)
傳輸系統(tǒng)就是圖像信號(hào)及控制信號(hào)的傳輸通路。本系統(tǒng)的傳輸線路前端路口設(shè)備至監(jiān)控中心機(jī)房之間遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸。
1、本地傳輸系統(tǒng)
智能終端管理設(shè)備、一體化高清攝像機(jī)、全景球機(jī)經(jīng)過前端交換機(jī)，光纖收發(fā)器的傳輸?shù)礁鲄^(qū)中心機(jī)房，接入以太網(wǎng)。
2、遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)
遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)是指從前端接入監(jiān)控中心的圖像、數(shù)據(jù)與控制信號(hào)的傳輸，通過以太專網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為保證前端資源傳輸，每個(gè)前端監(jiān)控點(diǎn)到中心機(jī)房的接入帶寬不低于10M，按照監(jiān)控點(diǎn)的地理轄區(qū)來(lái)劃分，8個(gè)監(jiān)控點(diǎn)以下的派出所到中心機(jī)房的帶寬不少于100M，8個(gè)監(jiān)控點(diǎn)以上的派出所及所有縣（市）局、分局、其他監(jiān)控中心到中心機(jī)房的帶寬不少于1000M。
六、存儲(chǔ)設(shè)計(jì)
后端存儲(chǔ)系統(tǒng)分為圖片存儲(chǔ)和高清錄像存儲(chǔ)兩個(gè)部分，圖片存儲(chǔ)采用網(wǎng)絡(luò)集中存儲(chǔ)，高清球機(jī)的錄像采用專用網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。
（1）前端圖片存儲(chǔ)：每個(gè)前端電子警察路口均配置一臺(tái)盛視智能終端服務(wù)器，內(nèi)置1T硬盤。
?。?）全景圖像后端存儲(chǔ)，所有的前端高清全景球機(jī)的錄像全部采用盛視高清網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像進(jìn)行存儲(chǔ)，每臺(tái)1080P網(wǎng)絡(luò)高清球機(jī)采用8M碼流錄像。錄像保存時(shí)間30以上。
