高清雷達測速系統(tǒng)在港口交通安全管理中的設計研究

摘 要：本文結(jié)合港口交通安全管理的實際，概述了高清雷達測速系統(tǒng)的系統(tǒng)總體設計的設計原則、技術(shù)路線、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、功能描述，前端子系統(tǒng)設計的系統(tǒng)組成、現(xiàn)場布局、硬件設備配置原則、主要設備選型，后端子系統(tǒng)設計的存儲需求、設備選型、圖片存儲設計，以及系統(tǒng)特點。

關(guān)鍵詞：雷達測速；自動識別；交通安全

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）09-0029-03

Abstract：According to the practice of port traffic safety management，the design principle，technical route，system structure，system composition and function description of the system design of the radar speed measuring system are summarized. The system composition of the design of the front terminal system，the layout of the field，the principle of the configuration of the hardware equipment，the selection of the main equipment and the post terminal system are set up. The storage requirements，equipment selection，picture storage design，and system characteristics are described.

Keywords：radar speed；automatic identification；traffic safety

1 應用背景

隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，在港口碼頭發(fā)生交通事故的情況屢見不鮮，而造成交通事故的原因主要是汽車超速。車速較快時，汽車駕駛?cè)藛T對前方出現(xiàn)的突發(fā)狀況不能做出及時的反應，來不及剎車，最終釀成事故。交通事故的發(fā)生對港口建設和受害者的家庭都造成了巨大的影響。如何使用技術(shù)化的手段對超速駕駛進行控制，減少港口碼頭的交通事故成為了目前公司運行面臨的一個重要課題。

高清雷達測速系統(tǒng)可以實現(xiàn)對超速機動車的抓拍，同時可以對車牌號進行識別記錄。這對于道路交通的超速違規(guī)管理和證據(jù)的獲取具有十分重要的作用。本文架構(gòu)了基于高清雷達測速系統(tǒng)的安全管理設計，希望為治理港口碼頭的交通事故提供有效的技術(shù)解決途徑，減少公司現(xiàn)場發(fā)生交通事故的數(shù)量，達到安全生產(chǎn)的目的。

2 高清雷達測速系統(tǒng)的總體設計

2.1 設計原則

高清雷達測速系統(tǒng)需要具備一定的整體性和可靠性，其使用的技術(shù)必須是先進的。同時該系統(tǒng)必須兼顧可升級能力和良好的開放性能，經(jīng)濟合理且后期維護易于操作。

2.2 技術(shù)路線

（1）高清雷達測速系統(tǒng)前端設備技術(shù)路線。結(jié)合港口碼頭的工作實際，高清雷達測速系統(tǒng)一般布置在碼頭作業(yè)現(xiàn)場，現(xiàn)場工作環(huán)境比較惡劣，同時要求全天不間斷地進行工作，這就對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和環(huán)境適應能力提出了更高的要求。在綜合考慮技術(shù)適用性和經(jīng)濟性的原則后，本高清雷達測速系統(tǒng)抓拍單元中的攝像機采用了CCD+ISP+DSP結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)圖像采集和車牌抓拍識別等多種功能。抓拍攝像機的分辨率可以達到300萬dpi，實現(xiàn)對兩個車道同時進行抓拍的效果。

車輛檢測采用視頻檢測方式，可以保證車輛的捕獲率，實現(xiàn)對監(jiān)控斷面的全天候車輛捕獲功能。

（2）高清雷達測速系統(tǒng)中心管理平臺技術(shù)路線。高清雷達測速管理平臺采用Linux技術(shù)構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)，建設成開放性的平臺。采用面向服務的構(gòu)架（SOA）設計系統(tǒng)框架，采用J2EE體系作為應用實現(xiàn)的規(guī)范，通過將前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)和后臺管理子系統(tǒng)結(jié)合的設計思路，最終實現(xiàn)高清雷達測速系統(tǒng)管理平臺多維度的架構(gòu)設計，通過系統(tǒng)的設計可以滿足跨平臺操作的功能。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的設計基于分布式系統(tǒng)的集中管理策略，采用分層結(jié)構(gòu)設計，從邏輯關(guān)系上看主要分為三層：前端子系統(tǒng)—傳輸子系統(tǒng)—后端管理子系統(tǒng)。如圖1所示。

2.4 系統(tǒng)組成

高清雷達測速系統(tǒng)由卡口前端子系統(tǒng)、網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)和后端管理子系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)可以有效地對汽車的信息進行收集和分析使用。

卡口前端子系統(tǒng)主要用來收集車輛的相關(guān)信息，網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)具有信息傳輸?shù)墓δ埽蠖斯芾硐到y(tǒng)負責實現(xiàn)港口碼頭工作區(qū)域數(shù)據(jù)的匯總和存儲。

2.5 功能描述

系統(tǒng)的功能需要滿足公安部《公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》（GA/T 497-2009）、《機動車測速儀》（GBT 21255-2007）等相關(guān)規(guī)范的要求，使用技術(shù)化手段促進系統(tǒng)升級換代，依據(jù)公司業(yè)務需求，對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行采集分析，實現(xiàn)業(yè)務拓展的功能。高清雷達測速系統(tǒng)應實現(xiàn)以下功能：

（1）車輛信息獲取功能。本系統(tǒng)可以有效地抓拍經(jīng)過車輛并獲取其相應的信息。在5公里每小時～180公里每小時的正常車速范圍內(nèi)，系統(tǒng)可以保證汽車信息獲取的準確性達到80%以上。

（2）車輛速度檢測功能。在結(jié)合各種提高測速精度輔助手段的基礎上采用雷達測速方式，從根本上最大程度地解決了系統(tǒng)測速準確性和異常速度的問題。

當汽車行駛的速度低于100公里每小時時，道路實測誤差應該控制在-5公里每小時～5公里每小時的范圍內(nèi)。當汽車行駛的速度高于100公里每小時時，道路實測誤差應該控制在汽車速度的-5%～5%的范圍內(nèi)。系統(tǒng)應該依據(jù)不同的車型設計標志和執(zhí)法限速的功能。

（3）車輛圖像的獲取功能。系統(tǒng)應在短時間內(nèi)準確地獲取通行車輛地相關(guān)信息。除記錄車輛的圖像情況外，還應該包括其他有效的信息，如時間、地點、方向、號牌號碼、車速等。然后將車輛信息錄入相關(guān)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)汽車的圖像信息與文字信息的統(tǒng)一。

（4）超速抓拍功能。系統(tǒng)在短時間內(nèi)判斷并抓拍汽車的超速違法行為，每輛超速車輛應最少有2張可以顯示時間、地點信息的圖片，以顯示其超速違法的實際狀況。抓拍的圖片應該可以反映出車型、車牌號等基本的信息。然后將抓拍到的圖片與其超速違法的相關(guān)信息（時間、地點、限速、超速狀況等）進行鏈接，便于數(shù)據(jù)庫的錄入。

（5）智能補光功能。系統(tǒng)為了真實還原超速車輛的圖像信息，為了避免因車輛擋風玻璃貼膜和環(huán)境光的影響，采用了智能補光系統(tǒng)，可以自動識別環(huán)境拍攝特征，進行合理的布設以滿足拍攝的需求，確保拍攝的圖片清晰，能夠完整地反映超速違法車輛的相關(guān)信息。

（6）車輛牌照自動識別功能。系統(tǒng)可以對車牌的信息（車牌號和顏色等信息）進行準確的識別。在滿足一般車牌號識別的基礎上，還可以對如警用車輛等特殊車輛的車牌號進行系統(tǒng)識別。同時車牌照自動識別系統(tǒng)還可以通過技術(shù)優(yōu)勢對不同大小的車型進行基礎識別。

系統(tǒng)獲取的圖形圖像信息必須具有防止篡改的功能，避免出現(xiàn)人為篡改信息的情況?？谇岸俗酉到y(tǒng)預留了時間校正接口、參數(shù)設置接口、運行情況的診斷接口和恢復接口，可對前端設備進行設置、調(diào)試及維護。管理員可以實時查看前端設備的運行狀態(tài)?？赏ㄟ^網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程維護、遠程設置和遠程升級等功能。

3 前端子系統(tǒng)設計

3.1 前端子系統(tǒng)組成

（1）前端子系統(tǒng)組成。雷達卡口前端子系統(tǒng)主要由以下功能單元組成：1）車輛測速單元：雷達；2）圖像采集識別處理單元：含卡口抓拍單元和補光燈；3）卡口支架單元：卡口專用圓柱型支架。

（2）車輛測速單元。系統(tǒng)采用窄波束雷達測速的方法對車輛進行速度檢測，雷達的有效測量范圍只限定在一個標準車道，有效地避免了相鄰車道的車輛速度的干擾，雷達根據(jù)多普勒原理，換算出車輛行駛速度，將對應的速度信息傳輸至卡口抓拍單元。與卡口抓拍單元之間采用RS-485串口通信，雷達通過485信號將車輛速度信息傳遞給卡口抓拍單元。

（3）圖像采集識別處理單元。圖像采集處理單元由卡口抓拍單元加補光燈組成。系統(tǒng)選用的高清攝像機采用高清CCD+高清ISP+高性能嵌入式DSP一體化架構(gòu)設計，集高清視頻采集、高清視頻處理等核心功能于一體。300萬像素高清抓拍相機有效像素達到2048×1536；所拍攝的圖片能清晰地分辨車牌號碼、車牌顏色、車輛類型、車身顏色等，車牌識別率能否保證取決于車牌在照片中所占像素的多少，本系統(tǒng)所采用的號牌識別算法能夠在車牌橫向像素點不小于120時保證號牌識別的準確率80%以上。

卡口抓拍單元能同時輸出高清照片和車牌識別數(shù)據(jù)，具備強光（逆、順）抑制功能，減弱白天日光對卡口抓拍單元和夜間機動車大燈對卡口抓拍單元拍照的影響，從所拍照片上能清晰呈現(xiàn)機動車正面全貌和車牌特征。卡口抓拍單元與補光燈安裝在同一根立桿挑臂上，減少立桿數(shù)量和投資費用，減少后期設備污物清理難度。

（4）卡口支架單元。卡口支架單元主要選用圓柱型卡口專用支架，根據(jù)卡口設備使用需求及堆場的現(xiàn)場條件，采用定制支架用于卡口設備安裝?？紤]到作業(yè)現(xiàn)場腐蝕性及碼頭大風情況，本系統(tǒng)計劃采用熱鍍鋅圓柱形卡口支架，支架立柱根據(jù)不同點位高度在2米到3米之間，直徑15厘米。

3.2 系統(tǒng)現(xiàn)場布局

在本系統(tǒng)的設計中，使用像素為300萬的抓拍單元對兩個車道進行覆蓋，保證測量的幅度。抓拍單元一般安裝在相距4米到6米的兩根立桿上，立桿高度一般為2米到3米。抓拍單元投影位置與觸發(fā)位置相距25米左右。布局示意圖如圖2所示。

3.3 硬件設備配置原則

在每個監(jiān)測點應最少配置一個抓拍單元，用于收集汽車的圖形圖像和相關(guān)信息。抓拍單元集成了車牌號識別、成像控制、自動補光系統(tǒng)設置等多種功能。

每個監(jiān)測點應該最少設置一組補光系統(tǒng)協(xié)助拍攝，避免因光線問題導致拍攝圖片質(zhì)量出現(xiàn)問題。每個監(jiān)測點單向應設置一臺雷達，用作車輛速度檢測。

4 后端子系統(tǒng)設計

4.1 后端存儲需求

后端存儲主要針對車輛的抓拍圖片和車牌號的車輛的基礎信息進行存儲，因為其需要不斷地對車輛信息進行捕捉和錄入，存儲量非常大，所以系統(tǒng)應具備較高的信息讀取能力和安全性。后端存儲還應充分考慮到未來系統(tǒng)升級的要求，留出空余的存儲空間可供系統(tǒng)升級使用。確保在未來信息量和存儲量擴大的情況下，不會出現(xiàn)信息存儲困難和信息安全的相關(guān)問題。

4.2 存儲設備選型

由于系統(tǒng)建設后臺存儲信息及信息流向較為統(tǒng)一，所以系統(tǒng)計劃采用2臺三代核心服務器作為后臺存儲設備，該設備具有高性能ARM Cortex A9數(shù)字媒體處理器；內(nèi)置2塊3.5寸2TB硬盤，可存儲約200W車次信息；雙網(wǎng)卡，內(nèi)置2個1000M網(wǎng)絡接口、1個1000M獨立SFP光纖接口；支持VGA輸出、HDMI輸出、CVBS輸出。

5 系統(tǒng)特點

5.1 一套卡口抓拍單元覆蓋2個標準車道

300萬卡口抓拍單元中的高清攝像機采用1/1.8英寸逐行掃描CCD，分辨率為2048×1536，能夠?qū)崿F(xiàn)1套卡口抓拍單元對2個標準車道的覆蓋，可以減少卡口抓拍單元的數(shù)量，節(jié)省投資。

5.2 攝像機高密度集成技術(shù)應用提升卡口前端系統(tǒng)穩(wěn)定性

高清攝像機在設計中使用CCD+ISP+DSP的思路進行構(gòu)建，這樣可以使得系統(tǒng)具備高清視頻采集處理和識別的基礎功能，滿足高清雷達測速系統(tǒng)的拍攝要求。

前置功能的使用優(yōu)勢在于：首先它可以分擔計算系統(tǒng)的運行壓力（高清攝像機因其具備強大的技術(shù)能力，節(jié)省了后端服務器的成本）。其次高清攝像設備拍攝的圖像可以更加真實地反映違法現(xiàn)場的實際情況，使得最終得出的處理結(jié)果準確性大大提升。

5.3 車牌前端識別技術(shù)

在前端高清攝像系統(tǒng)中集成了自動識別的功能，可以對車牌號等汽車的基本信息進行識別，并通過傳輸直接進入數(shù)據(jù)庫，提高了識別準確率，縮短了識別響應時間。

在無環(huán)境影響且車牌沒有故意遮擋的情況下，前端識別系統(tǒng)的準確率可以達到80%以上。

5.4 雷達測速模式保障速度的準確性

系統(tǒng)采用窄波束雷達測速的方法對車輛進行速度檢測，這樣雷達的測量相對比較準確，集中在一個車道上進行測試，避免了其他車道的干擾，從根本上最大程度地解決了系統(tǒng)測速準確性和異常速度的問題。當汽車行駛的速度低于100公里每小時時，道路實測誤差應該控制在-5公里每小時～5公里每小時的范圍內(nèi)。當汽車行駛的速度高于100公里每小時時，道路實測誤差應該控制在汽車速度的-5%～5%的范圍內(nèi)。

5.5 前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定

前端系統(tǒng)主要由百萬級像素高清攝像機、雷達和補光設備組成，車輛檢測以及特征識別、速度測定均在前端攝像機和雷達內(nèi)完成，不需要增加其他連接設備，同時易于與其他設備連接。

6 結(jié) 論

遠航碼頭公司一直以來積極利用信息化手段進行安全管理，公司自主研發(fā)了“安全標準化管理系統(tǒng)”，安全標準化管理系統(tǒng)以“制度、教育、檢查、考核”等安全管理手段為基礎，積極引用電子簽名、信息中心、隱患排查、安全交底等技術(shù)和模塊，實現(xiàn)公司區(qū)域安全管理全覆蓋、安全管理全員參與。后期，公司將積極探索物聯(lián)網(wǎng)、云計算等前沿技術(shù)在機械設備、港口設施、現(xiàn)場生產(chǎn)、施工作業(yè)等安全領域的應用，努力實現(xiàn)人、機在線控制和智能管理，確保港口安全生產(chǎn)、長治久安。

參考文獻：

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[2] 鄒林，陳枳君.平安港口建設的思考 [J].港口科技，2015（8）：40-44.

作者簡介：楊捷（1985.07-），男，湖北黃岡人，工程師，工程碩士。研究方向：安全管理。