車牌識別技術在智能交通中的應用

■ 張建雄

車牌識別系統(tǒng)為智能交通管理提供了高效、適用的手段，也提高了對車輛和交通狀況的管理力度，加強了交通的規(guī)范化管理。

車牌號碼是全世界唯一對車輛身份識別的標記，它的特殊性和重要性決定了車牌識別系統(tǒng)成為城市職能交通管理系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。車牌識別系統(tǒng)為智能交通管理提供了高效、適用的手段，也提高了對車輛和交通狀況的管理力度，加強了交通的規(guī)范化管理。

車牌識別概述

目前市場中車牌識別系統(tǒng)的主要功能

1、車輛牌照的自動識別，信息包括完整的牌照信息、顏色、字符、漢字、數(shù)字等；

2、車速的自動檢測；

3、違法黑牌車的識別報警；

4、車輛識別信息與車管所信息的聯(lián)動控制；

5、車輛行駛方向判斷監(jiān)測。

目前市場中車牌識別系統(tǒng)主要應用范圍

1、交通路口的智能化交通管理；

2、交通信息的自動采集；

3、警方及其它執(zhí)法機關設立的臨時稽查站，對來往車輛實施稽查，優(yōu)先識別待查車輛；

4、路橋、隧道等卡口的自動收費系統(tǒng)；

5、現(xiàn)代住宅小區(qū)、停車場、重要機關單位的車輛出入口管理；

6、道路治安卡口抓拍識別，車流量監(jiān)測。

車牌識別系統(tǒng)關鍵性能參數(shù)

識別率

車牌識別系統(tǒng)是否實用，最重要的指標是識別率。國際公認的識別率指標要求是24小時全天候車牌正確識別率85%-95%算是合格產品。識別率的統(tǒng)計分為以下三種方式：

A、自然流量識別率=識別車牌號的總數(shù)/實際通過的車輛總數(shù)；

B、可識別車頻率=人工正確讀取的車牌號總數(shù)/實際通過的車輛總數(shù)；

C、全牌識別準確率=全牌識別的車牌總數(shù)/人工識別讀取的車牌號總數(shù)。

識別速度

識別速度決定了車牌識別系統(tǒng)是否能夠滿足實時實際應用的要求。一個識別率很高的系統(tǒng)，如果需要幾秒鐘，甚至幾分鐘才能識別出結果，那么該系統(tǒng)就不能滿足實際應用的需要、也是無實用意義的設備。國際交通技術提出的識別速度是1S以內，越快越好。目前市場的車牌識別系統(tǒng)在實際應用中識別率平均速度為200毫秒；好的車牌識別系統(tǒng)已經提高到了10毫秒的快速識別功能，實際應用識別速度能夠達到平均40毫秒。

速度測定功能

在10km/h-150km/h的速度范圍內選取5個測試點進行試驗。受試驗系統(tǒng)測得的車輛速度與非接觸式汽車運動分析儀測得的速度進行對比，當車速在40km/h≤V車＜120km/h的速度范圍內，測速誤差在±6%之內；當車速V車≥120km/h時，測速誤差在±10%之內。

實車動態(tài)識別

在天氣晴朗無霧，號牌無遮擋、無無損的條件下測試，白天測試時的環(huán)境光照度不低于200lux，晚上測試時的環(huán)境光照度應不低于100lux；實驗時，車速應該在20km/h-150km/h的范圍，白天車牌識別率不小于90%，號牌識別率不小于85%；夜晚車牌識別率不小于85%，號牌識別率不小于75%。

識別技術的現(xiàn)實原理和實現(xiàn)方式

車輛牌照的識別是基于圖像分割和圖像識別理論，對含有車輛號牌的圖像進行分析處理，從而確定牌照在圖像中的位置，并進一步提取和 識別出文本字符。

識別步驟一般為：車牌定位、車牌提取、字符識別；三個步驟的識別工作相輔相成，各自的效率都較高，整體的識別率才會提高。識別速度的快慢取決于字符識別，字符的識別目前的主要應用技術為比對識別樣本庫，即將所有的字符建立樣本庫，字符提取后通過比對樣本庫，實現(xiàn)對字符的正確判斷、識別。

車牌識別系統(tǒng)實現(xiàn)的方式主要有兩種：一種是靜態(tài)圖像圖片的識別，另外一種是動態(tài)視頻流的實時識別（車牌識別系統(tǒng)采用的為該項識別方式）。動態(tài)視頻流的識別技術適應性較強，識別速度快，實現(xiàn)了對視頻的每一幀圖像進行識別，增加識別比對次數(shù)，提高識別率和識別速度。

車牌識別系統(tǒng)的傳輸

車牌識別系統(tǒng)可以通過有線通信方式和無線通信方式來進行傳輸。傳輸模式為標準網絡拓撲結構和TCP/IP協(xié)議，在物理網絡連通后，即可將連接在網絡上的所有工作站定義成最多3個網絡級別，每個網絡級分兩層結構，即車道現(xiàn)場識別工作站（底層）與服務器工作站（上層），底層與上層之間的通信寬帶要求不低于128K，各網絡級之間的通信貸款要求不低于2M。（網絡拓撲圖見圖1）

圖1

在項目中的應用

車牌識別監(jiān)控系統(tǒng)是與中心聯(lián)網運行為一體，以市交通監(jiān)控中心為核心，形成分布式網絡系統(tǒng)。即在各交警中隊、交警大隊設立分控中心，在交警支隊設置總控中心；采取“現(xiàn)場-分控-總控”三重網絡管理面模式。識別系統(tǒng)在現(xiàn)場各點可以進行獨立的識別抓拍工作，并且將識別抓拍到的數(shù)據(jù)利用交換機，和光纜網絡傳輸?shù)饺齻€分控中心，之后經過分控中心與總中心的通信網絡連接，監(jiān)控中心對抓拍到的車牌信息進行核實和確認，從中濾除掉誤抓或者抓拍不合要求的車牌，將正確的車牌發(fā)送給相關的違章查處管理部門，去做相應的處罰和管理；并且系統(tǒng)通過監(jiān)控中心交換機將違章車輛信息傳輸給市交警支隊（或交警局）。

中心聯(lián)網系統(tǒng)的任務是中心管理系統(tǒng)與各個車道應用管理系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)整個網絡系統(tǒng)的遠程管理和維護。為了保證車牌識別系統(tǒng)的準確性，本次項目系統(tǒng)集成滿足以下功能：

1、監(jiān)控中心能夠直觀明了地顯示和監(jiān)控各個現(xiàn)場車道，并且對經過車輛的捕獲率和動態(tài)識別率都會滿足使用要求。

2、監(jiān)控中心管理系統(tǒng)與各個車道應用管理系統(tǒng)能夠進行點對點實時數(shù)據(jù)交互，能夠對各個車道進行點對點以及分布式實時數(shù)據(jù)查詢。

3、監(jiān)控中心能夠實時或分時段可靠地接受或存儲所有車道數(shù)據(jù)，并且備傳輸容錯功能。

4、監(jiān)控中心能夠接收、顯示、存儲、分發(fā)和處理各個車道實時報警信息。

5、監(jiān)控中心能夠遠程管理和維護各車道，包括設置協(xié)調軟軟件運行參數(shù)，查看運行狀態(tài)和異常信息。

6、黑名單車輛數(shù)據(jù)庫在整個系統(tǒng)中的自動更新。

7、各個現(xiàn)場車道系統(tǒng)既能夠獨立實現(xiàn)現(xiàn)場應用管理功能，又能實現(xiàn)中心網絡化管理要求。

8、具備人工查詢、統(tǒng)計、打印、數(shù)據(jù)導入導出功能，查詢需滿足指揮人員的要求，按時間、地點、車牌等任意查詢，并且統(tǒng)計處任意時段、任意地點的車流量；準確統(tǒng)計公路交通車輛流動情況，為合理調配警力、提高車輛管理水平提供科學依據(jù)。

9、系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠；可支持24小時連續(xù)工作能力。

10、接入網采用鋪設光纜傳輸，各工作站網絡連接到主干光纜后傳輸?shù)脚c之對應的大隊或者中隊機房內，之后利用現(xiàn)有的大隊（或中隊）與市局的網絡傳輸?shù)绞斜O(jiān)控中心。

系統(tǒng)結構

邏輯結構

圖2：系統(tǒng)邏輯結構圖

車牌識別系統(tǒng)由三大子系統(tǒng)的各功能模塊構成，車輛檢測及觸發(fā)模塊、同步補光模塊、圖像抓拍及同步控制模塊構成了前端圖像采集子系統(tǒng)；前端數(shù)據(jù)交換模塊與中心數(shù)據(jù)交換模塊構成了整個通信網絡傳輸子系統(tǒng)；車牌圖像識別模塊與中心數(shù)據(jù)處理模塊則構成了中心數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。（系統(tǒng)的邏輯結構如圖2所示）

1、車輛檢測及觸發(fā)模塊

采用成熟的地感線圈技術，車輛感應線圈計數(shù)準確、運行可靠，在智能交通系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。本系統(tǒng)的地感線圈沿車輛行駛方向敷設在道路中央，車輛檢測及觸發(fā)模塊一旦監(jiān)測到有車輛通過，立即發(fā)送觸發(fā)信號通知車輛抓拍模塊進行抓拍。

2、圖像抓拍及同步控制模塊

接收到觸發(fā)信號后，立即發(fā)送同步控制信號給同步補光模塊，并實時抓拍通過車輛的圖像，為系統(tǒng)中號牌識別提供圖像信息。其相關的信息將包括通過地點、時間、車牌圖像等，并將這些信息傳送到系統(tǒng)后續(xù)模塊中進行相關處理。

對中國 2008-2017 年的 GDPL、LGAS、LENERGY進行平穩(wěn)性檢驗，利用AIC最小化的原則確定出滯后期，檢驗結果如下表5所示：

3、同步補光模塊

本系統(tǒng)采用數(shù)字式車牌識別系統(tǒng)專用LED頻閃補光模塊，能自動根據(jù)環(huán)境光照情況自動控制啟動或關閉，并根據(jù)圖像抓拍及同步控制模塊發(fā)送的同步信號調整適應，在環(huán)境光線不足的情況下取得質量最佳的圖像。

4、前端數(shù)據(jù)交換模塊

圖3：系統(tǒng)物理連接標示圖

前端數(shù)據(jù)交換模塊采用工業(yè)交換機，負責以100Mbit/s的速率接入圖像抓拍及同步控制模塊實時發(fā)送的高清圖像，完成實時匯聚功能，并以100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率從光線網絡將各模塊的數(shù)據(jù)上傳至中心數(shù)據(jù)交換模塊。

5、中心數(shù)據(jù)交換模塊

單個中心數(shù)據(jù)交換模塊通過靈活配備千兆SFP光線模塊，在千兆光纖網絡中匯聚4個前端圖像采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并具備實時將前端的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給對應車牌圖像識別模塊的功能。

6、車牌圖像識別模塊

該模塊具備實時識別通過車輛號牌信息的功能。接收到圖像抓拍及同步控制模塊提供的圖像后，經過智能搜索圖中汽車的牌照的位置并進行識別后，將識別出的號牌結果傳入到中心數(shù)據(jù)處理模塊。識別時將不受圖像中車輛牌照安裝位置的限制。

7、中心數(shù)據(jù)處理模塊

多個具備不同應用功能的中心數(shù)據(jù)處理模塊構成中央系統(tǒng)，完成海量數(shù)據(jù)的通訊接收、存儲、實時運算、實時預警處理及發(fā)布、以及其他綜合業(yè)務的功能。

物理結構

車牌識別系統(tǒng)各子系統(tǒng)根據(jù)其各自負責的功能差異，分別由不同的主要設備構成。前端圖像采集子系統(tǒng)由安裝在前端的數(shù)字攝像機、車輛檢測器及LED頻閃補光燈構成，其實時采集的圖像數(shù)據(jù)通過通信網絡傳輸子系統(tǒng)的前置工業(yè)交換機傳回。（系統(tǒng)物理結構圖如圖3所示）

通過圖3可以看出，現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)，抓拍到車輛拍照后傳輸?shù)蕉壏挚刂行?，經各交警中隊、交警大隊分控中心將車牌識別系統(tǒng)實時處理后，上傳給監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。分控中心和交警支隊數(shù)據(jù)處理中心構成實際的中心數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，包含車牌識別器陣列、通信服務器、計算服務器、圖片服務器以及應用服務器等主要系統(tǒng)設備，實現(xiàn)對所有建設路段車輛的動態(tài)與靜態(tài)相結合的監(jiān)控管理。

綜上，如果給城市的所有道路出入口、分支路口、匝道口以及較長路段的中間路段建設車牌識別系統(tǒng)，即可實現(xiàn)對車輛的視頻鎖定跟蹤，只要在系統(tǒng)中輸入需要調查的車牌號碼，可檢索到該車在單位時間內通過所有道路的視頻圖像和抓拍圖片，為加強車輛管理、道路交通管理、交通肇事逃逸、刑偵追逃、套牌違法、超速違章、打擊犯罪等提供智能交通上的技術支持，保障道路通暢、人民出行安全，為和諧交通、和諧社會建設而服務。