某違法停車抓拍系統(tǒng)的建設(shè)

李弋博

(中遠(yuǎn)海運科技股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展,城鎮(zhèn)居民的生活水平不斷提高，機動車保有量大幅增加，道路正常通行保障的壓力越來越大。在此情況下，機動車違法停車現(xiàn)象逐漸成為各大城市面臨的突出問題，違法停車行為成為嚴(yán)重影響道路通行能力、破壞城市形象的重要因素之一。不少路段的擁堵問題都是違法停車造成的，當(dāng)車輛違規(guī)占用非機動車道時，非機動車輛不得不占用機動車道，大大影響其他車輛的安全通行，引起交通堵塞，造成交通秩序混亂，給過往的行人和車輛帶來很大的安全隱患。

采用傳統(tǒng)的人工方式對違法停車行為進(jìn)行取證，不僅執(zhí)法效率較低，資源耗費較大，而且很難保證執(zhí)法人員每天24 h不間斷監(jiān)管，經(jīng)常存在執(zhí)法人員在場時秩序井然，執(zhí)法人員離開后交通混亂的現(xiàn)象，難以起到明顯的改善作用，不能長期有效保持治理效果。由此,違法停車行為治理已成為城市交通管理方面的一個難題。

上海市浦東新區(qū)是上海市面積最大的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的違法停車問題十分突出。為解決該問題，浦東交警支隊自2017年開始啟用非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)備(違停抓拍)，截至2017年5月,累計記錄違法停車事件74 147起。經(jīng)過近2 a的持續(xù)建設(shè)，進(jìn)一步擴大了非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)備的覆蓋范圍，累計完成建設(shè)非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)備6 075套，全面覆蓋了浦東新區(qū)各條主干道路及部分快速路。通過建設(shè)違法停車抓拍系統(tǒng)，實現(xiàn)利用機器視覺代替人工視覺進(jìn)行目標(biāo)車輛提取、違法行為自動判斷、違法車輛跟蹤放大和車牌識別等一系列執(zhí)法動作。該系統(tǒng)兼具機器的連續(xù)工作優(yōu)勢和人工的認(rèn)知能力，能準(zhǔn)確、快速地對機動車違法停車行為進(jìn)行取證，最大程度地減少人工參與，實現(xiàn)24 h不間斷監(jiān)控，有效治理城市中的違法停車行為，創(chuàng)造良好的城市環(huán)境，保證道路交通安全通暢。

1 違法停車自動抓拍系統(tǒng)執(zhí)法要求

1.1 基本要求

機動車應(yīng)在規(guī)定的地點停放,禁止在人行道上停放[1]。在設(shè)有禁停標(biāo)志和標(biāo)線的路段，機動車道與非機動車道、人行道之間設(shè)有隔離設(shè)施的路段和人行橫道、施工地段不得停車。此外,在標(biāo)有黃實線、黃虛線或具有禁止停止標(biāo)志標(biāo)牌的區(qū)域不得停車。

1.2 違法行為分類

1) 機動車違反規(guī)定停放、臨時停車且駕駛員拒絕立即駛離，妨礙其他車輛、行人通行的(非黃線違停適用);

2) 機動車違反禁止標(biāo)線(禁止停車線)指示的(黃實線、黃虛線適用)。

1.3 違法停車抓拍圖片構(gòu)成

違法停車抓拍圖片構(gòu)成見表1。

違法行為抓拍圖片應(yīng)疊加以下信息[2]。

1) 全景圖片,包括違法時間、違法地點、車輛停放的方向、違法類型、號牌號碼、號牌顏色、設(shè)備編號和防偽碼信息(見圖1)。

圖1 全景圖片疊加信息

2) 特寫圖片,包括違法時間、違法地點、車輛停放的方向、違法類型、設(shè)備編號和防偽碼信息(見圖2)。

圖2 特寫圖片疊加信息

3) 合成圖片,其中：第一行包括違法時間、違法地點和號牌號碼；第二行為違法行為(見圖3和圖4)。

圖3 非黃實線合成圖片疊加信息

圖4 黃實線合成圖片疊加信息

1.4 違法停車行為簡要抓拍流程和示例

違法停車行為簡要抓拍流程框圖見圖5,合成圖片示例見圖6。

圖5 簡要抓拍流程框圖

圖6 合成圖片示例

2 系統(tǒng)構(gòu)成

違法停車抓拍系統(tǒng)主要由前端檢測子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和中心管理子系統(tǒng)等3部分組成。

2.1 前端檢測子系統(tǒng)

前端檢測子系統(tǒng)包含違停抓拍高清攝像機、外場控制主機和機箱內(nèi)供電系統(tǒng)。

1) 違停抓拍高清攝像機可獨立完成違法停車行為檢測抓拍，實現(xiàn)以下功能：

(1) 視頻采集,對監(jiān)控范圍內(nèi)的車輛進(jìn)行實時視頻采集；

(2) 智能巡航,同一球型攝像機可在監(jiān)控范圍內(nèi)的多個禁停區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控；

(3) 違停檢測,對監(jiān)控范圍內(nèi)禁止停車區(qū)域出現(xiàn)的車輛進(jìn)行實時檢測，并判定其是否為違法停車車輛；

(4) 車牌識別,對判定為違法停車行為的車輛進(jìn)行自動目標(biāo)特寫和車牌號碼識別；

(5) 違停取證信息獲取,包含違法停車車輛的違停過程(圖片和錄像)，并疊加時間、地點和車牌等信息。

2) 外場控制主機可對違法行為有關(guān)的照片、錄像和其他信息進(jìn)行分布式存儲和上傳。智能控制主機具有緩存補錄功能，當(dāng)前端傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，先將違法證據(jù)保存在本地，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通暢之后自動補錄到后臺，同時主機內(nèi)置有大容量硬盤，保證違法證據(jù)能穩(wěn)定存儲。

3) 機箱內(nèi)的供電系統(tǒng)主要為設(shè)備運行提供穩(wěn)定的供電環(huán)境，抑制外電波動。

2.2 通信子系統(tǒng)

違法停車自動抓拍系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)主要是與車輛違法停車過程有關(guān)的圖片、錄像和其他信息。通信子系統(tǒng)根據(jù)所選通信方式的不同主要分為光纖傳輸(點對點)和無線傳輸2種。

1) 光纖傳輸采用點對點連接實現(xiàn)，通信傳輸設(shè)備按照“一收一發(fā)”成對配置，經(jīng)光路傳輸接入分支交換機，接入分支交換機與中心的節(jié)點交換機相連，實現(xiàn)前端檢測數(shù)據(jù)的中心接入(見圖7)。

圖7 光纖傳輸方式系統(tǒng)構(gòu)成示意

2) 無線傳輸方式采用4G無線收發(fā)機替代光端機，通過網(wǎng)絡(luò)運營商提供的專屬通信鏈路接入運營商通信網(wǎng)絡(luò);執(zhí)法數(shù)據(jù)通過運營商網(wǎng)絡(luò)傳輸，在特定設(shè)備接入機房之后經(jīng)專網(wǎng)網(wǎng)關(guān)傳輸給中心管理系統(tǒng)(見圖8)。另外，早期違法停車抓拍系統(tǒng)曾采用人工取盤的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，目前該方式已淘汰。

圖8 無線方式系統(tǒng)構(gòu)成示意

2.3 中心管理子系統(tǒng)

中心管理子系統(tǒng)主要由節(jié)點交換設(shè)備、服務(wù)器、存儲設(shè)備、終端設(shè)備、公安網(wǎng)內(nèi)的短信發(fā)送網(wǎng)關(guān)和違法數(shù)據(jù)上傳平臺等組成,可實現(xiàn)對前端違法停車抓拍系統(tǒng)的管理，實時接收違法記錄和違法合成圖片，存儲違法行為數(shù)據(jù),同時能對違法錄像進(jìn)行中心存儲，并對違法圖片和違法錄像進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理，選擇相應(yīng)的違法圖片之后直接查看違法時間點前后的全過程錄像。

1) 短信發(fā)送網(wǎng)關(guān)可對接機動車及駕駛員管理庫，獲取駕駛員的基本信息(包含聯(lián)系方式)，并通過短信的方式將違法信息發(fā)送給駕駛員。

2) 違法數(shù)據(jù)上傳平臺能將違法記錄統(tǒng)一上傳至違法審核平臺審核，并能對違法圖片進(jìn)行預(yù)處理，包括圖片壓縮和合成等。

3 系統(tǒng)在建設(shè)過程中的發(fā)展

通過總結(jié)浦東新區(qū)違法停車抓拍系統(tǒng)項目建設(shè)的經(jīng)驗，可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在建設(shè)過程中有以下幾方面的發(fā)展變化。

3.1 前端高清攝像機升級

隨著監(jiān)控系統(tǒng)日益普及，高清攝像機各項參數(shù)的要求在設(shè)備成本無顯著增加的前提下有明顯的提升。特別是傳感器尺寸作為與攝像機成像質(zhì)量有關(guān)的重要參數(shù)，已由1/2.8 in(1 in=2.54 cm)提高至1/1.9 in，在像素量不變的情況下增大感光面積，提高光子捕捉能力和攝像機在弱光條件下的成像質(zhì)量。與2016年應(yīng)用的違法停車抓拍系統(tǒng)相比，2018年應(yīng)用的違法停車抓拍系統(tǒng)的最低照度要求已從0.03 lx (彩色)和0.01 lx(黑白)提升至0.001 lx(彩色)和0.000 1 lx(黑白)，極大地提高了違法停車抓拍系統(tǒng)在夜間(尤其是在環(huán)境光照不足條件下)的車輛抓拍能力。此外，隨著人工智能分析和深度學(xué)習(xí)理論在車牌識別算法中應(yīng)用，高清攝像機內(nèi)車牌識別模塊的車牌識別成功率在標(biāo)準(zhǔn)卡口條件下已接近99%，系統(tǒng)的執(zhí)法能力和執(zhí)法效率都有明顯提高。

3.2 傳輸編碼改進(jìn)和無線傳輸應(yīng)用

2018年違法停車抓拍系統(tǒng)建設(shè)項目明確提出“支持H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)同時為兼容舊有設(shè)備，支持H.264及MJPEG”的技術(shù)要求。與H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)相比,H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)是一種更加高效的編碼標(biāo)準(zhǔn)，采用更大宏塊、更靈活的劃塊機制和更精確的預(yù)測等一系列技術(shù)有效提高編碼壓縮性能,同時能在提供同樣的視頻質(zhì)量的條件下將數(shù)據(jù)帶寬減少50%[3]。H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用有利于更高清晰度、更高分辨率視頻監(jiān)控系統(tǒng)的部署。通過系統(tǒng)較高的壓縮率，可顯著降低存儲成本和傳輸帶寬。這些特點使得在不改變原中心網(wǎng)絡(luò)帶寬的條件下傳輸更多的違停抓拍系統(tǒng)前端點位執(zhí)法數(shù)據(jù)至中心監(jiān)控平臺，尤其是視頻數(shù)據(jù)傳輸能力相比H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)有明顯的提高。在新建的違法停車抓拍系統(tǒng)中應(yīng)用H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)，能為前端視頻實時傳輸、通過中心平臺對前端視頻進(jìn)行實時分析和在突發(fā)事件發(fā)生時進(jìn)行前端視頻展示等諸多擴展功能的實現(xiàn)提供可能。同時，H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用有利于基于移動執(zhí)法終端的大數(shù)據(jù)應(yīng)用功能的實現(xiàn)。

在2016年建設(shè)的違法停車抓拍系統(tǒng)中，部分區(qū)域由于通信光纜資源的限制，無法采用光纖傳輸?shù)姆绞酵ㄐ?，而是采用單點設(shè)備獨立運行、定期(每2 d)人工取盤進(jìn)行違法數(shù)據(jù)錄入的方式。實踐結(jié)果表明，該方式除了具有人工成本高、時效性差和設(shè)備運行狀態(tài)無法實時掌握等問題之外，還會限制系統(tǒng)擴展和豐富應(yīng)用場景的可能性。由于H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用能進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)傳輸量的需求，借由已全面覆蓋的無線4G網(wǎng)絡(luò)，新建違法停車抓拍系統(tǒng)前端點位可實現(xiàn)無法新建或增加光纜資源區(qū)域的違法抓拍數(shù)據(jù)實時上傳，在節(jié)約人工成本和提高執(zhí)法效率的同時，能解決原有離線系統(tǒng)使用過程中遇到的維護(hù)難問題。

3.3 中心數(shù)據(jù)存儲方式改變

自違法停車抓拍系統(tǒng)建設(shè)以來，浦東新區(qū)已建成6 075套違法停車抓拍設(shè)備，如何存儲數(shù)量龐大的執(zhí)法數(shù)據(jù)和實時視頻成為一個棘手的問題。早期建設(shè)的違法停車抓拍系統(tǒng)僅對違法抓拍圖片和違法過程拼接視頻(約45 s)進(jìn)行存儲，每條違法行為記錄對應(yīng)的數(shù)據(jù)量約為15 MB，在執(zhí)法點位較少時，通過中心的服務(wù)器與磁盤陣列進(jìn)行統(tǒng)一存儲尚能應(yīng)對。隨著執(zhí)法點位的不斷增加，以及執(zhí)法數(shù)據(jù)構(gòu)成和執(zhí)法數(shù)據(jù)要求的變化，數(shù)據(jù)存儲需求激增。按2018年新建違法停車抓拍系統(tǒng)的要求,違法停車抓拍系統(tǒng)應(yīng)存儲24 h實時視頻，存儲時長不少于30 d。按此要求，以1 080P視頻、4 Mbits/s碼流計算，每路每天約為42 GB視頻數(shù)據(jù)，30 d合計約有1 260 GB視頻數(shù)據(jù)，已建成執(zhí)法設(shè)備點位每天將產(chǎn)生近250 TB視頻數(shù)據(jù)。如此大的數(shù)據(jù)量采用原有的中心集中存儲顯然難以實現(xiàn)。因此,在項目建設(shè)過程中對數(shù)據(jù)存儲采用分布式存儲方案，僅對產(chǎn)生的違法數(shù)據(jù)(每條有2張合成圖、1段4 min違法視頻，合計約50 MB數(shù)據(jù))進(jìn)行實時上傳，將24 h實時視頻存儲在設(shè)備點位本地主機內(nèi)。設(shè)備前端主機內(nèi)置3 T硬盤，可儲存約60 d的實時視頻，當(dāng)中心有查閱視頻的需求時，通過文件傳輸協(xié)議(File Transfer Protocol,FTP)遠(yuǎn)程訪問前端主機，選擇所需時段的視頻進(jìn)行查閱和下載。這種存儲方式既能滿足違法停車抓拍系統(tǒng)應(yīng)用的集成化和多功能化的發(fā)展要求，又能減輕中心存儲系統(tǒng)的存儲負(fù)擔(dān)。

4 結(jié) 語

經(jīng)過近幾年持續(xù)不斷的建設(shè)和發(fā)展，違法停車抓拍系統(tǒng)在設(shè)備產(chǎn)品、工程建設(shè)、中心管理、系統(tǒng)維護(hù)和區(qū)域覆蓋等方面都已較為成熟，在實際執(zhí)法過程中顯示出顯著效果，各重點區(qū)域的違法停車現(xiàn)象得到極大的遏制。在停車違法事件減少之后，如何充分利用現(xiàn)有的資源進(jìn)一步挖掘已建系統(tǒng)的潛力、豐富其應(yīng)用場景將是未來發(fā)展的主要方向。

1) 利用違法停車抓拍系統(tǒng)的車輛視頻檢測、車輛視頻跟蹤等多種視頻智能技術(shù)對車輛進(jìn)行復(fù)合型檢測，實現(xiàn)交通流量統(tǒng)計和交通參數(shù)采集功能，實時將路段內(nèi)的行車數(shù)量和擁堵情況反饋給中心平臺，經(jīng)中心平臺處理整合之后在周邊區(qū)域發(fā)布誘導(dǎo)信息，減少擁堵路段的車輛數(shù)量，平衡交通流量，縮短擁堵時間，提高道路的整體通行效率。

2) 通過已建違法停車抓拍系統(tǒng)對覆蓋區(qū)域內(nèi)的合法路側(cè)停車位占用情況進(jìn)行檢測，統(tǒng)計路側(cè)空余停車位數(shù)量。經(jīng)大數(shù)據(jù)匯聚平臺對前端抓拍系統(tǒng)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理之后可準(zhǔn)確獲得區(qū)域內(nèi)可用停車位數(shù)量和分布的準(zhǔn)確信息。同時，利用區(qū)域停車誘導(dǎo)系統(tǒng)及行車導(dǎo)航軟件，實時將車輛目的地區(qū)域可用停車位信息發(fā)布給車輛駕駛員[4]，可有效縮短尋找停車位的時間、提升停車的便利性,降低違法停車行為發(fā)生的可能性，實現(xiàn)違法停車行為治理的疏堵結(jié)合。

3) 覆蓋城區(qū)主要街道的違法停車抓拍系統(tǒng)將是城市治安監(jiān)控系統(tǒng)的有效補充。違法停車抓拍系統(tǒng)可通過車牌識別和車輛捕捉功能協(xié)助執(zhí)法部門對有逾期未檢驗、逾期未報廢、假牌套牌、違法達(dá)到一定數(shù)量和涉嫌盜搶車等違法行為的重點車輛進(jìn)行實時跟蹤、報警,并提供車輛位置信息，為執(zhí)法人員提供指引。同時，由于違法停車抓拍系統(tǒng)能全天24 h對場景實時視頻進(jìn)行存儲，使得其能提供覆蓋區(qū)域內(nèi)各類交通、治安事件清晰完整的視頻記錄，為各類事件的處理提供依據(jù)。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是5G通信技術(shù)的應(yīng)用和普及，違法停車抓拍系統(tǒng)會更加多功能化，利用同一設(shè)備完成多個場景應(yīng)用，對違法停車抓拍系統(tǒng)采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合和分發(fā)，會是未來的發(fā)展方向。