公路車輛智能卡口監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

王 艷*

(成都工業(yè)學(xué)院 通信工程系，成都 611730)

公路車輛智能卡口監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

王 艷*

(成都工業(yè)學(xué)院 通信工程系，成都 611730)

設(shè)計了一種智能交通卡口監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用精確的地埋感應(yīng)線圈技術(shù)來檢測車輛的存在和交通參數(shù)，將GIS地理信息平臺、數(shù)據(jù)采集、圖像處理技術(shù)、通信技術(shù)與分析技術(shù)等融合一體，以實(shí)現(xiàn)對公路車輛的智能管理。

智能交通;卡口;感應(yīng)線圈;

智能卡口監(jiān)測系統(tǒng)以圖像處理技術(shù)為核心，利用先進(jìn)的計算機(jī)圖像處理、模式識別、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊、電子控制等技術(shù)，對監(jiān)控路面過往的每一輛機(jī)動車的全景圖像和前部特征圖像進(jìn)行拍攝記錄，并能進(jìn)行車牌號碼的自動識別［1-3］。對有超速、逆行等違法行為的車輛進(jìn)行自動監(jiān)控并拍照，生成數(shù)據(jù)后上傳至公安網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫，以及對被盜搶、肇事逃逸、作案嫌疑等違法車輛進(jìn)行自動報警，為快速偵破交通違法事故與被盜搶機(jī)動車等案件提供重要的證據(jù)和技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)組成及原理

1.1 系統(tǒng)組成

一個完整的公路車輛智能卡口監(jiān)測系統(tǒng)總體由前端系統(tǒng)(由硬件視頻采集前端和軟件控制與處理系統(tǒng)組成)、中心管理系統(tǒng)及負(fù)責(zé)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互的通信系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 公路車輛智能卡口監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

前端系統(tǒng)通過視頻采集設(shè)備獲得經(jīng)過車輛的各種信息，經(jīng)分析處理后將數(shù)據(jù)本地保存。它主要包括安裝在立桿上的視頻采集前端、控制與處理系統(tǒng)，以及相關(guān)的外圍設(shè)備。視頻采集前端包括:200萬(或500萬)像素高清全景攝像機(jī)、高頻窄脈沖燈、大功率LED頻閃補(bǔ)光燈、控制模塊、視頻通信電纜等?？刂婆c處理系統(tǒng)包括:車輛檢測模塊(車輛檢測器及線圈或雷達(dá))、數(shù)據(jù)采集和控制模塊、工控機(jī)(本地存儲、錄像、黑名單比對和報警功能)、通信模塊、電源模塊、接線接口、特制機(jī)箱等。

中心管理系統(tǒng)通過通信系統(tǒng)接收前端系統(tǒng)采集并發(fā)送的車輛信息、流量信息、違法信息等，存儲在數(shù)據(jù)庫中，供應(yīng)用程序調(diào)用。中心部分由數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、管理工作站、局域網(wǎng)以及應(yīng)用軟件組成。

通信系統(tǒng)將前端部分收集的信息，通過特定的通信網(wǎng)絡(luò)，上傳到監(jiān)控中心的應(yīng)用服務(wù)器系統(tǒng)。支持各種有線和無線方式的通信設(shè)備，根據(jù)具體的通信方式，選擇適合的終端接入設(shè)備。

1.2 系統(tǒng)工作原理

智能卡口系統(tǒng)利用先進(jìn)的工業(yè)級高清攝像設(shè)備、工控機(jī)及圖像處理技術(shù)、號牌識別技術(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問技術(shù)等，對通過被監(jiān)控路面所有機(jī)動車輛進(jìn)行實(shí)時記錄。

系統(tǒng)在對車牌照自動識別基礎(chǔ)上與預(yù)先存儲在系統(tǒng)中的車輛管理數(shù)據(jù)庫相連接，能夠及時準(zhǔn)確地為交通管理者提供相應(yīng)車輛車型、顏色、車牌號、行駛方向、車速、經(jīng)過時間等參數(shù)，分析當(dāng)前車輛的身份，判定其是否為合法車輛，并對違法車輛進(jìn)行自動報警輸出。其工作流程如圖2所示。

圖2 公路車輛智能監(jiān)測系統(tǒng)流程圖

1.2.1 車輛檢測模塊工作原理

車輛檢測模塊是智能卡口監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。目前，用于車輛檢測的技術(shù)主要有感應(yīng)線圈檢測、超聲波檢測和視頻檢測等［4］。其中，感應(yīng)線圈檢測技術(shù)較為成熟且捕獲率很高。

采用感應(yīng)線圈檢測需要在所監(jiān)控的同一車道停車線前后埋設(shè)一組(2個)感應(yīng)線圈，并與多通道車輛檢測器相連。當(dāng)電流通過感應(yīng)線圈時，會在線圈附近產(chǎn)生磁場。有車輛經(jīng)過感應(yīng)線圈時，車輛中的金屬能感應(yīng)出渦流電流，使磁場的磁通量發(fā)生變化，從而引起檢測電路振蕩頻率的改變。檢測電路檢測到頻率發(fā)生改變后，會輸出一個檢測到車輛通過的信號，并通過RS232送至抓拍主機(jī)，抓拍主機(jī)立即觸發(fā)攝像機(jī)對車輛進(jìn)行連續(xù)抓拍。

除了輸出開關(guān)量信號之外，線圈方式還可以獲得當(dāng)前監(jiān)控路面交通流量、占有率、速度等交通數(shù)據(jù)，供其他相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。這種檢測方法具有技術(shù)成熟、檢測精度高、價格低廉、設(shè)備工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，且不受惡劣天氣條件的限制。

圖3 單向車道卡點(diǎn)示意圖

1.2.2 線圈測速原理

卡口系統(tǒng)每條車道所埋設(shè)的線圈都具有先后邏輯關(guān)系，正常通行車輛經(jīng)過的第1個線圈用來記錄車輛經(jīng)過的初始時間t0，并觸發(fā)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)卡口抓拍，第2個線圈記錄車輛的終止時間t1，并觸發(fā)抓拍超速車輛，如圖3所示。系統(tǒng)根據(jù)線圈之間的固定距離以及車輛通過兩個線圈所消耗的時間，計算出車輛行駛速度。第1個線圈與第2個線圈之間的固定距離為 S1，2 次測速的公式為:Δv1=S1/(t1-t0)。

測速模塊計算出車輛行駛速度后，自動與系統(tǒng)設(shè)定的限速值對比，并判斷出是否為超速車輛，如果判定為違法行為則抓拍2幅不同時刻或者不同位置的機(jī)動車全景特征圖片。

1.2.3 逆行抓拍原理

圖4 車輛逆行壓線圈圖

系統(tǒng)可通過線圈技術(shù)實(shí)現(xiàn)逆行抓拍功能，如圖 4所示。當(dāng)檢測模塊檢測到車輛是先壓到線圈A，然后隨即壓到線圈B時，系統(tǒng)判定為正常行駛，不視為違章;當(dāng)車輛從B線圈到A線圈時，則判定為逆行。

2 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)能夠自動判別進(jìn)入線圈檢測區(qū)的機(jī)動車輛，對車輛信息、行駛信息、時間信息等進(jìn)行正確的記錄，并檢測和記錄被監(jiān)控車道的車流量、車速、抓拍車輛圖片并自動識別車牌。

圖5 車輛捕獲功能抓拍圖

2.1 車輛捕獲功能

在機(jī)動車通過監(jiān)測點(diǎn)位時，系統(tǒng)能準(zhǔn)確拍攝機(jī)動車特征圖像，并在圖像中標(biāo)明機(jī)動車行駛數(shù)據(jù)，如通過時間、地點(diǎn)、車速、方向等。在車速(5～200 km/h)范圍內(nèi)的監(jiān)控區(qū)域內(nèi)規(guī)范行駛的機(jī)動車圖像捕獲率達(dá)99%以上。系統(tǒng)抓拍效果圖如圖5所示。

2.2 圖像記錄功能

在車輛通過時，系統(tǒng)能準(zhǔn)確抓拍車輛特征圖像，圖像分辨率為1 600×1 200，并將圖像以JPEG格式存儲，系統(tǒng)前端工控機(jī)設(shè)備配備1 T硬盤，具備存儲500萬張的圖像存儲能力。當(dāng)超出最大存儲容量時，自動進(jìn)行覆蓋。同時在圖像中標(biāo)明車輛通行數(shù)據(jù)。針對每輛通過車輛，系統(tǒng)可以自動判斷主車道和分道線的區(qū)域采用哪一個攝像機(jī)能夠捕獲到完整的號牌號碼，自動刪除號牌不完整的照片，保留有完整號牌的照片，實(shí)現(xiàn)無遺漏車輛檢測。

對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)捕獲的車輛圖像包含車輛頭部所有特征，能看清車輛類型、顏色、輪廓及裝載情況以及前排司乘人員面部特征等，夜間可以采用高頻窄脈沖補(bǔ)光方式，對駕駛?cè)说囊曈X不造成任何影響，保證了安全。車輛圖像捕獲時不受雨、雪、霧等天氣、環(huán)境光和相臨車道的影響，不會出現(xiàn)誤記錄。

2.3 測速功能

系統(tǒng)支持點(diǎn)測速及區(qū)間測速，當(dāng)車速為20～120 km/h時，測速誤差在-6 km/h之內(nèi);當(dāng)車速≥120 km/h時，測速誤差在-6%之內(nèi)，最高測速值為200 km/h。同時，對逆行、壓線等交通違法行為進(jìn)行取證。

1)點(diǎn)測速:通過檢測車輛通過每一個卡點(diǎn)前后兩線圈的時間差，計算車輛的實(shí)時速度，即線圈測速原理部分。2)區(qū)間測速功能:原理與點(diǎn)測速類似。選取更長的測速區(qū)間，一般在10～15 km，測速區(qū)間選擇要注意，中間不應(yīng)有進(jìn)出扎道。車輛經(jīng)過第1個斷面時，車牌被抓拍，并自動識別，同時上傳中心車牌號碼及相關(guān)信息;車輛經(jīng)過第2個斷面時，系統(tǒng)再次抓拍車牌，并進(jìn)行識別。通過車輛通過這2個斷面的時間差，計算出車輛的平均速度。區(qū)間測速能很好地防止駕車人躲避熟悉測速點(diǎn)。

圖6 抓拍車輛

2.4 車牌自動識別功能

系統(tǒng)自動、實(shí)時抓拍所有過往車輛，抓拍過程中對車輛號牌進(jìn)行自動識別并實(shí)時保存。系統(tǒng)可以在指揮中心實(shí)現(xiàn)黑名單比對、旅行時間計算、區(qū)間測速等功能。并能夠在本地自動通過對機(jī)動車號牌定位，字符切分，字符匹配和圖像預(yù)處理實(shí)現(xiàn)號牌自動識別功能［5］。識別過程如圖6～8所示。

圖7 查找牌照 圖8 牌照識別

2.5 報警功能

中心管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲了車輛的各種信息，并設(shè)有緊急黑名單、普通黑名單和特殊勤務(wù)車名單3個實(shí)時對比庫。當(dāng)前端系統(tǒng)對過往車輛進(jìn)行抓拍并進(jìn)行號牌識別后，系統(tǒng)將其與實(shí)時對比庫里的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，一旦發(fā)現(xiàn)可疑車輛通過立即啟動本地或遠(yuǎn)程報警功能，同時將報警信息按照特定的格式和方案傳送到指定地方。

2.6 數(shù)據(jù)傳輸功能

公路車輛智能卡口監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時數(shù)據(jù)下載功能。

2.6.1 實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸

通過專網(wǎng)光纖專線或者電信運(yùn)營商傳輸專線將機(jī)動車信息實(shí)時傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)中心，且信息傳輸過程中需在前端設(shè)備進(jìn)行加密編碼，防止數(shù)據(jù)包傳輸過程中出現(xiàn)丟包或者被篡改。

1)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳、顯示。為監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備本身是否正常工作，前端設(shè)備將工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)配置信息定期經(jīng)由傳輸網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送至后端指揮中心，然后在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存檔并實(shí)時刷新。存檔的數(shù)據(jù)包括前端設(shè)備的種類、安裝位置、工作性質(zhì)、配置數(shù)據(jù)等基本信息，以及設(shè)備是否正常工作的狀態(tài)等。2)交通及違法數(shù)據(jù)上傳。根據(jù)后臺系統(tǒng)平臺配置信息，實(shí)時將前端設(shè)備采集的各項(xiàng)交通監(jiān)測數(shù)據(jù)、車輛違法信息經(jīng)由傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)時發(fā)送至后端指揮中心，然后在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存檔和調(diào)取。車輛違法信息應(yīng)包括:路口位置、車輛經(jīng)過的時間、車道、車輛全貌、車道全貌、車牌(需進(jìn)行清晰化算法處理，顯示車牌顏色和數(shù)字、字母等)、違法類型、紅綠燈狀態(tài)和工作時間、車速等。在路口，前端設(shè)備自動抓拍時同步進(jìn)行車輛號牌識別，將識別結(jié)果紀(jì)錄到本地，并上傳到控制中心數(shù)據(jù)庫、無需在中心進(jìn)行識別，加快違法處罰系統(tǒng)的處理速度和處理能力。

2.6.2 實(shí)時數(shù)據(jù)下載

系統(tǒng)需支持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時下載，將前端設(shè)備中存檔的交通及違法數(shù)據(jù)通過人工手動下載，或定期自動下載到用戶指定的存儲介質(zhì)中，然后直接進(jìn)行各項(xiàng)應(yīng)用，或者帶回后端指揮中心再上傳至數(shù)據(jù)庫，下載過程中不允許刪改原始數(shù)據(jù)，同時被下載設(shè)備需自動保存下載日志，包括下載帳號、下載時間、下載文件列表等信息。

3 結(jié)語

智能卡口監(jiān)測系統(tǒng)對公路行駛車輛的流量信息、違章信息等交通要素進(jìn)行24 h不間斷監(jiān)測和記錄，為交通管理部門進(jìn)行城市道路交通規(guī)劃、道路檢測維修提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為糾正交通違章行為、處理交通事故、處理交通刑事案件提供快速有效的偵破證據(jù)，保障各項(xiàng)交通業(yè)務(wù)的快速實(shí)施。

［1］王澤河，林盛.智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)［M］.天津:天津人民出版社，2004:125-129.

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［3］張小木，董壽源，趙金龍.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)設(shè)計［J］.信息通信，2013(132):52-53.

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［5］劉效靜，成瑜.汽車牌照自動識別技術(shù)研究［J］.南京航空航天大學(xué)學(xué)報，1998(5):106-109.

Design and Realization of a Bayonet Intelligent Traffic Monitoring System

WANG Yan*

(Department of Communication Engineering，Chengdu Technological University，Chengdu 611730，China)

This paper presents a bayonet intelligent traffic monitoring system.The system uses precise buried induction coil technique to detect the presence of vehicles and traffic parameters，and integrates the technologies of GIS geographic information platform，data collection，image processing technology，communication technology and analysis techniques to achieve intelligent management for road vehicles.

intelligent traffic;bayonet;induction coil

U495;TP315

A

2095-5383(2014)02-0020-03

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2014.02.007

2014-02-18

王艷(1986-)，女(漢族)，重慶人，助教，碩士，研究方向:信號與信息處理，通信作者郵箱:1423950761@qq.com。