人臉取證電子警察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳章斌

(福州外語(yǔ)外貿(mào)學(xué)院通識(shí)教育學(xué)院， 福建　福州　350202)

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人臉取證電子警察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳章斌

(福州外語(yǔ)外貿(mào)學(xué)院通識(shí)教育學(xué)院， 福建福州350202)

[摘要]本文從前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)及后端管理系統(tǒng)來闡述人臉取證電子警察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).該系統(tǒng)可以使交通違章與事故減少，改善交通秩序.

[關(guān)鍵詞]人臉取證；電子警察；闖紅燈

1人臉取證電子警察系統(tǒng)組成

人臉取證電子警察系統(tǒng)由前端子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)以及后端管理平臺(tái)子系統(tǒng)三大部分組成.如圖1所示.該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各路口機(jī)動(dòng)車闖紅燈、逆行、壓線、違法變道、不按行進(jìn)方向駛?cè)雽?dǎo)向車道等交通違法行為進(jìn)行前端自動(dòng)抓拍記錄、網(wǎng)絡(luò)傳輸和后端平臺(tái)處理，完成對(duì)機(jī)動(dòng)車交通違法行為的處理.

圖1　人臉取證電子警察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1前端子系統(tǒng)

1.1.1前端子系統(tǒng)組成

前端子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成前端數(shù)據(jù)采集、分析、處理、存儲(chǔ)與上傳，主要由電子警察抓拍攝像機(jī)、卡口抓拍攝像機(jī)、補(bǔ)光燈、信號(hào)燈檢測(cè)器、處理服務(wù)器等構(gòu)成.

圖2　前端子系統(tǒng)安裝實(shí)施圖

電子警察抓拍攝像機(jī)：電子警察抓拍攝像機(jī)采用高清晰逐行掃描CCD，具有清晰度高、照度低、幀率高、色彩還原度好等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)圖像采集、成像控制、車輛檢測(cè)、車牌識(shí)別、違章檢測(cè)，可支持SD卡前端存儲(chǔ).它廣泛應(yīng)用于交通路口通行車輛與超速車輛監(jiān)控、闖紅燈記錄，能有效遏制車輛的超速行駛、逆向行駛、闖紅燈等違章行為，并能為治安案件的偵破提供有力的線索，成為現(xiàn)代交通管理的高效助手.

卡口抓拍攝像機(jī)：采用高清晰逐行掃描CCD，具有清晰度高、照度低、幀率高、色彩還原度好等特點(diǎn)，可支持SD卡前端存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)嗣娌刻卣鞑杉墓δ?

數(shù)據(jù)處理服務(wù)器：主要用于前端攝像機(jī)數(shù)據(jù)處理，完成違法車輛正背向圖片匹配、合成功能，支持前端數(shù)據(jù)暫存和數(shù)據(jù)上傳.

補(bǔ)光燈：主要用于環(huán)境補(bǔ)光，有效提高夜間圖像顯示效果和標(biāo)識(shí)、標(biāo)線的顯示效果.

閃光燈：主要用于卡口抓拍攝像機(jī)抓拍補(bǔ)光，輔助攝像機(jī)捕獲到駕駛?cè)藛T的面部信息.

信號(hào)燈檢測(cè)器：實(shí)時(shí)檢測(cè)紅燈信號(hào)，將紅燈維持狀態(tài)、紅燈切換至綠燈脈沖信號(hào)、綠燈切換至紅燈脈沖信號(hào)發(fā)送給電子警察抓拍攝像機(jī).抓拍攝像機(jī)根據(jù)反饋的情況做相應(yīng)處理.

1.1.2人臉取證電子警察系統(tǒng)工作流程

交通違法行為包括：闖紅燈、逆行、違法變道、壓線、不按導(dǎo)向車道行駛等.下面以闖紅燈為例來闡述整個(gè)系統(tǒng)工作流程的設(shè)計(jì)，其余違法行為工作流程類似.

系統(tǒng)對(duì)通行車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控抓拍，每條闖紅燈違法記錄由3張圖片構(gòu)成，能夠清晰展示機(jī)動(dòng)車未到達(dá)停止線、越過停止線、越過停止線后繼續(xù)向前位移的完整過程.違法過程的圖片位移保持適宜的距離，以清晰反映機(jī)動(dòng)車闖紅燈違法過程.抓拍圖片符合《GA/T496-2014闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》和《GA/T832-2014道路交通安全違法行為圖像取證技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)要求.

(a)能反映機(jī)動(dòng)車未到達(dá)停止線的圖片，并能清晰辨別車輛類型、交通信號(hào)燈紅燈、停止線.

(b) 能反映機(jī)動(dòng)車已越過停止線的圖片，并能清晰辨別車輛類型、號(hào)牌號(hào)碼、交通信號(hào)燈紅燈、停止線.

(c) 能反映機(jī)動(dòng)車與(b)中的圖片機(jī)動(dòng)車向前位移的圖片，并能清晰辨別車輛類型、交通信號(hào)燈紅燈、停止線.

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單方向各車道闖紅燈車輛的監(jiān)測(cè)、圖像抓拍等功能.每一違法記錄拍攝連續(xù)3張反映闖紅燈過程的圖片，其中第一個(gè)位置的圖片反映機(jī)動(dòng)車未到達(dá)停止線的情況，并能清晰辨別車輛類型、交通信號(hào)燈紅燈、停止線；第二個(gè)位置的圖片反映機(jī)動(dòng)車已越過停止線的情況，并能清晰辨別車輛類型、車牌號(hào)碼、交通信號(hào)燈紅燈、停止線；第三個(gè)位置的圖片反映機(jī)動(dòng)車越過停止線繼續(xù)前行的情況，并能清晰辨別車輛類型、交通信號(hào)燈紅燈、停止線.

在電子警察桿件上增加車輛正向卡口抓拍攝像機(jī)，來實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)嗣娌刻卣饔涗浌δ?車輛分別通過卡口抓拍單元和電子警察抓拍單元后，對(duì)應(yīng)的正向卡口圖片和闖紅燈違法合成圖片都匯聚到路口處理服務(wù)器上.主機(jī)通過圖片對(duì)應(yīng)的車道方向?qū)傩院蛙嚺谱R(shí)別結(jié)果，把同一車輛的闖紅燈圖片、正向卡口圖片和卡口人臉特寫圖片做匹配合成，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電子警察3+1合成圖片、卡口1+1合成圖片的關(guān)聯(lián)、匹配、合成工作.最終輸出的違法圖片可直觀地看到違法行為駕駛?cè)说拿娌刻卣?

圖3　人臉取證工作流程

圖4　違章合成圖

1.2網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)

主要負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)、圖片、視頻的傳輸與交換.建設(shè)視頻專網(wǎng)，其中路口局域網(wǎng)主要由點(diǎn)到點(diǎn)光纖、光纖收發(fā)器、接入交換機(jī)組成；中心網(wǎng)絡(luò)主要由匯聚交換機(jī)以及核心交換機(jī)組成.

(1)路口網(wǎng)絡(luò).路口網(wǎng)絡(luò)主要用于匯聚前端各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括光線收發(fā)器發(fā)射機(jī)、小型交換機(jī)等.

(2)傳輸線路.傳輸線路建議采用獨(dú)立光纖(單模單纖)傳輸，連接路口局域網(wǎng)和中心網(wǎng)絡(luò)，傳輸帶寬不小于100 M.

(3)中心網(wǎng)絡(luò).中心網(wǎng)絡(luò)采用“匯聚—核心”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).中心機(jī)房的光纖收發(fā)器接收機(jī)全部匯聚到中心的匯聚交換機(jī)上，數(shù)據(jù)再由匯聚交換機(jī)傳輸?shù)胶诵慕粨Q機(jī)上.

1.3后端管理子系統(tǒng)

后端管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)內(nèi)路口相關(guān)數(shù)據(jù)的匯聚、處理、存儲(chǔ)、應(yīng)用、管理與共享，主要由中心管理平臺(tái)和存儲(chǔ)系統(tǒng)組成.

1.3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)

前端返回中心的數(shù)據(jù)包括車輛號(hào)牌等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、車輛圖片和車輛視頻.根據(jù)交通違章數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，各類數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)類型、特點(diǎn)及重要性進(jìn)行區(qū)別存儲(chǔ)，且數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大，以保證后期的可復(fù)查性及案情的協(xié)查調(diào)用.由于前端的數(shù)據(jù)量大，故該設(shè)計(jì)采用集中存儲(chǔ)的方式，即IPSAN.

不同信息所需的存儲(chǔ)空間也不相同.計(jì)算方式如下表述.

車輛號(hào)牌等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)容量計(jì)算.每輛車輛的號(hào)牌等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息為每條0.9 KB，按單車道日均2 000 輛流量估算，每條車道每月的數(shù)據(jù)信息容量計(jì)算公式為：

2 000條×0.9 KB/條×1車道×30天/1 024/1 024

=0.052 GB

車輛圖片容量計(jì)算.車輛圖片信息采用JPEG 編碼格式，高清攝像機(jī)輸出照片文件平均大小為600 KB，闖紅燈人臉取證照片大小約為3 MB，機(jī)動(dòng)車平均違法率按1﹪估算.每條車道每個(gè)月的圖片信息容量計(jì)算公式如下：

卡口抓拍攝像機(jī)：

2 000 輛×0.6 MB×1車道×30天/1 024

=35.16 GB

電子警察抓拍攝像機(jī)：

2 000 輛×(0.6 MB×99﹪+3 MB×1﹪)×1車道×30天/1 024=36.56 GB

車輛視頻容量計(jì)算.以8 M碼流、25 fps為例，每臺(tái)攝像機(jī)每個(gè)月存儲(chǔ)容量計(jì)算公式如下：

1臺(tái)×8 Mb/s×3 600 s/h×24 h×30 d/8/1 024/1 024=2.47 TB

1.3.2中心管理平臺(tái)

中心管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)路口設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊管理和數(shù)據(jù)處理，主要功能包括設(shè)備管理、數(shù)據(jù)處理和用戶管理.

設(shè)備管理主要實(shí)現(xiàn)前端、后端各設(shè)備的接入管理，對(duì)所接入的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性.

數(shù)據(jù)處理主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)資源的管理控制，數(shù)據(jù)、圖片和各類視頻的抓拍采集、實(shí)時(shí)瀏覽、存儲(chǔ)、回看和轉(zhuǎn)發(fā)等操作.完成對(duì)抓拍形成的圖像數(shù)據(jù)以及識(shí)別出的車號(hào)數(shù)據(jù)的管理，包括增加、修改、刪除及各類查詢等.對(duì)于不能識(shí)別以及識(shí)別錯(cuò)誤的車號(hào)，可由人工增加和修改.它主要完成闖紅燈違法車輛以及黑名單中車輛信息的傳輸、增加、修改、刪除、更新等.完成各類數(shù)據(jù)的綜合查詢和統(tǒng)計(jì)工作，包括車號(hào)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)、黑名單數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)、車號(hào)與黑名單的數(shù)據(jù)對(duì)比查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等.

用戶管理主要實(shí)現(xiàn)擁有不同配置權(quán)限的管理員、用戶對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行配置，包括設(shè)備參數(shù)、圖像、視頻存儲(chǔ)方式與路徑、用戶權(quán)限、報(bào)警設(shè)置以及系統(tǒng)設(shè)置等.用戶能夠根據(jù)業(yè)務(wù)單元和使用者的實(shí)際需要對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)更加便捷、高效的用戶操作.

2人臉取證電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用測(cè)試分析

本系統(tǒng)的開發(fā)基于嵌入式技術(shù)，軟件設(shè)計(jì)基于嵌入式Linux操作系統(tǒng).服務(wù)器端與客戶端的測(cè)試均可在Window系統(tǒng)平臺(tái)環(huán)境下進(jìn)行.其中，系統(tǒng)主要硬件采用高清視頻電警一體機(jī).此硬件內(nèi)置自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交通類車輛檢測(cè)、識(shí)別、違章檢測(cè)算法，集“圖像采集(包括人臉抓拍)+車輛檢測(cè)+車牌識(shí)別+違章判斷”眾多功能于一體，實(shí)現(xiàn)了“圖像傳感器+ISP+DSP”方案的技術(shù).系統(tǒng)在抓拍單元中集成了內(nèi)置的小燈，充分利用車輛號(hào)牌定向反射的特性，提升了系統(tǒng)夜間車輛跟蹤的有效率.在工程施工方面，簡(jiǎn)化了施工和維護(hù)，用戶只需將一體機(jī)架設(shè)在路面上方，接入紅綠燈檢測(cè)信號(hào)、進(jìn)行一次調(diào)試與配置即可實(shí)現(xiàn)圖像采集、車輛檢測(cè)與抓拍、車牌識(shí)別、違章判斷等功能.用電警一體機(jī)采集到的駕駛員面部信息效果如下(一般為違法3+1和卡口1+1共6張合成，圖片采用JPEG格式存儲(chǔ)，6張合成圖片約占用3 MB).

圖5　駕駛?cè)嗣娌刻卣鞑杉Ч?/p>

系統(tǒng)運(yùn)行分析顯示系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確捕獲、記錄車輛通行信息(車輛正面圖片)，且支持11種車身顏色識(shí)別(白、紅、粉、綠、藍(lán)、青、黃、棕、黑、紫等)、7種車型識(shí)別(大貨車、小貨車、客車、中型客車、面包車、轎車、SUV-MVP)和90種車標(biāo)識(shí)別的功能.對(duì)200 km/h以內(nèi)通過車輛的捕獲率不小于95﹪，記錄的車輛信息除包含圖像信息外，還包括完整的時(shí)間(精確到秒)、地點(diǎn)、方向、車牌號(hào)碼等文本信息.在圖片上疊加文本信息，相關(guān)信息存入到關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù).對(duì)于160 km/h以內(nèi)的闖紅燈車輛捕獲率不小于90﹪，捕獲有效率不小于80﹪.對(duì)于不按規(guī)定車道行駛、壓線、逆行、不按應(yīng)行進(jìn)方向駛?cè)雽?dǎo)向車道等的違規(guī)檢測(cè)捕獲率和捕獲有效率都不小于80﹪.支持全天錄像和違法片段錄像，采用H.264技術(shù)或MJPEG編碼，進(jìn)行每秒25幀的配合600萬(wàn)像素高清攝像機(jī)錄制視頻.

人臉取證電子警察系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)使交通違章減少，交通事故減少，可以改善治安和交通秩序.

3結(jié)語(yǔ)

隨著城市的飛速發(fā)展，城市汽車保有量不斷增加.電子警察系統(tǒng)日益成為智能交通系統(tǒng)中重要的一部分.傳統(tǒng)的電子警察系統(tǒng)逐漸無法滿足智能交通系統(tǒng)的需求.人臉取證電子警察系統(tǒng)的出現(xiàn)，將違法取證關(guān)聯(lián)到人，可以遏制駕駛分買賣，提高機(jī)動(dòng)車駕駛員的自覺性，增強(qiáng)安全意識(shí)，大大減少因闖紅燈、壓線行駛、逆向行駛、不按車道行駛等違法行為，而且可以為交通肇事逃逸和涉車案件等提供線索和證據(jù).

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(責(zé)任編輯穆剛)

Design and implementation of the electronic police system for face forensics

CHEN Zhangbin

(General Education College, Fuzhou College of Foreign Studies and Trade, Fuzhou Fujian 350202, China)

Abstract：In this paper, the design and implementation of the electronic police system of face forensics are described from the front end system, transmission system and the back-end management system.The system can reduce traffic accidents and improve traffic order.

Key words：face forensics; electronic police; running red lights

[中圖分類號(hào)]TP391.41

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-8004(2016)02-0136-04

[作者簡(jiǎn)介]陳章斌(1979—)，女，福建福州人，講師，工程碩士，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)頁(yè)開發(fā)與制作方面的研究.

[收稿日期]2015-06-05