基于多元設(shè)備關(guān)聯(lián)的交叉口違法取證系統(tǒng)研究及應(yīng)用

韓 龍,牛紅珍,楊愛輝,張愛國

(1.公安部交通管理科學(xué)研究所， 江蘇無錫 214151; 2.無錫華通智能交通技術(shù)開發(fā)有限公司， 江蘇無錫 214151; 3.唐山市公安局交通警察支隊(duì)， 河北唐山 063000)

0 引言

當(dāng)前，我國人、車、路的規(guī)模在快速發(fā)展，交通安全問題也日趨顯現(xiàn)。道路交通事故次數(shù)和事故致死人數(shù)總量較大，重特大交通事故時(shí)有發(fā)生[1-5]。相關(guān)研究表明，交通違法行為是導(dǎo)致交通事故發(fā)生的主要原因之一，交通事故發(fā)生次數(shù)和交通違法行為數(shù)量成正比例關(guān)系[6-9]。

為保證道路交通安全，提高城市道路通行效率，解決城市道路交通擁堵常發(fā)、事故多發(fā)問題，各地公安交通管理部門和科研院所相繼開展了交通安全違法行為取證系統(tǒng)的研究。何樹林等人[10]介紹路口交通安全違法取證系統(tǒng)的重要組成以及部分功能，并對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明并做出具體指標(biāo)要求，對(duì)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。姜良維等人[11]對(duì)交通技術(shù)監(jiān)控設(shè)備的安裝和使用進(jìn)行了規(guī)范，促進(jìn)了交通安全違法行為取證系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。李建宇等人[12]針對(duì)大型車輛交通違法抓拍難題，設(shè)計(jì)了一種雙向的違法取證系統(tǒng)，可以有效解決常規(guī)取證系統(tǒng)的應(yīng)用難點(diǎn)，但是需要新建兩套取證設(shè)備和相應(yīng)的基礎(chǔ)配套，經(jīng)濟(jì)成本較大。

目前，交通違法取證系統(tǒng)在應(yīng)用方面尚存在諸多不足，主要表現(xiàn)在以下兩方面。第一，當(dāng)前建設(shè)的闖紅燈取證系統(tǒng)只能對(duì)車輛闖紅燈、不按規(guī)定車道行駛等違法行為進(jìn)行取證，無法針對(duì)前后車牌不一致、失駕、毒駕等涉牌涉證違法行為進(jìn)行取證。第二，當(dāng)前建設(shè)的交通違法行為取證系統(tǒng)在設(shè)備桿件下存在10～15 m監(jiān)視盲區(qū)，是實(shí)線變道、加塞的多發(fā)區(qū)域，極易引發(fā)車輛剮蹭事故，影響交通秩序，危害行車安全。針對(duì)上述問題，本文創(chuàng)新提出將已有的闖紅燈取證設(shè)備和反向卡口設(shè)備關(guān)聯(lián)融合，搭建前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)。

1 技術(shù)架構(gòu)

1.1 總體架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)可以分為方法研究、模型構(gòu)建、系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用驗(yàn)證。方法研究主要針對(duì)涉牌涉證違法、實(shí)線變道違法等交通安全違法行為進(jìn)行取證方法的研究，模型構(gòu)建包括構(gòu)建闖紅燈監(jiān)測(cè)設(shè)備和卡口設(shè)備的關(guān)聯(lián)模型以及多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的融合算法和模型，系統(tǒng)研發(fā)的主要任務(wù)是完成系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)，應(yīng)用驗(yàn)證即部署系統(tǒng)并進(jìn)行功能與性能測(cè)試，依據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估與完善。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

1.2 涉牌涉證違法行為取證技術(shù)架構(gòu)

采用闖紅燈違法抓拍設(shè)備和反向卡口設(shè)備相結(jié)合的取證方式，配合后臺(tái)利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行車輛信息、人員信息比對(duì)，可有效解決涉牌涉證違法行為取證問題。

前端通過反向卡口設(shè)備獲取在車輛到達(dá)監(jiān)控盲區(qū)前的車輛及駕駛員屬性特征。車輛屬性特征有：車身顏色、車臉號(hào)牌、車標(biāo)、車輛子品牌、遮陽板、年檢標(biāo)志、過車時(shí)間、空間坐標(biāo)等；駕駛員屬性特征主要是指駕駛員人臉。通過闖紅燈違法抓拍設(shè)備獲取車輛通過監(jiān)控盲區(qū)后的車輛屬性特征主要包括：車身顏色、車尾號(hào)牌、車標(biāo)、車輛子品牌、過車時(shí)間、空間坐標(biāo)、車速等。

前端設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)，后臺(tái)會(huì)將這些信息與公安交通管理綜合應(yīng)用平臺(tái)數(shù)據(jù)、人臉庫數(shù)據(jù)等進(jìn)行比對(duì)進(jìn)而識(shí)別違法行為，生成違法證據(jù)圖片。當(dāng)出現(xiàn)過車時(shí)間、車道，以及空間坐標(biāo)信息、車型、車輛子品牌信息完全一致，但是車牌信息不一致的情況，可認(rèn)定此車為違法車輛；當(dāng)依據(jù)駕駛員人臉數(shù)據(jù)在公安交通管理綜合應(yīng)用平臺(tái)駕駛員數(shù)據(jù)庫中查找不到相匹配的駕駛證數(shù)據(jù)時(shí)，可懷疑此人無證駕駛；當(dāng)在公安網(wǎng)人口庫中查到此人有吸毒前科時(shí)，可懷疑此人毒駕。

1.3 路口實(shí)線變道違法取證技術(shù)架構(gòu)

采用闖紅燈違法抓拍設(shè)備和反向卡口設(shè)備相結(jié)合的取證方式可有效治理“桿下黑”交通亂象。前端通過反向卡口設(shè)備在車輛到達(dá)監(jiān)控盲區(qū)前進(jìn)行取證，獲取車輛屬性特征，主要包括：車身顏色、車臉號(hào)牌、過車時(shí)間、空間坐標(biāo)等。通過闖紅燈違法抓拍設(shè)備在車輛通過監(jiān)控盲區(qū)后進(jìn)行取證，獲取車輛屬性特征，主要包括：車身顏色、車尾號(hào)牌、過車時(shí)間、空間坐標(biāo)等。前端設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)，后臺(tái)通過將反向取證的車輛位置和正向取證的車輛位置進(jìn)行車道比對(duì)確認(rèn)，核定車輛是否存在實(shí)線變道、加塞等交通安全違法行為。

2 技術(shù)關(guān)鍵

2.1 多源數(shù)據(jù)融合接入

多源數(shù)據(jù)主要包括反向卡口設(shè)備和闖紅燈違法抓拍設(shè)備抓拍的圖片數(shù)據(jù)。通過制定數(shù)據(jù)上傳的規(guī)范格式，采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口規(guī)范，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸格式進(jìn)行統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化接入，解決由于設(shè)備廠家不同、監(jiān)控視場(chǎng)不同造成圖片數(shù)據(jù)的差異問題。

2.2 屬性特征比對(duì)

屬性特征包括：車道信息、車身顏色、車型、位置信息、時(shí)間信息、駕駛員人臉信息等交通要素信息，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)完成比對(duì)分析、關(guān)聯(lián)分析等操作，通過前后兩張圖片中車輛所在車道信息的比對(duì)、車輛屬性信息與公安交通管理綜合應(yīng)用平臺(tái)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)比對(duì)、駕駛員人臉信息與人臉庫數(shù)據(jù)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)違法行為的識(shí)別與取證。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 邏輯結(jié)構(gòu)

交通安全違法行為前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)主要分為5層，從下至上分別是采集層、接入層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和用戶層，如圖2所示。

圖2 交通違法行為前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

3.2 物理結(jié)構(gòu)

交通違法行為前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)前端設(shè)備包括：反向卡口取證設(shè)備、闖紅燈違法取證設(shè)備、爆閃補(bǔ)光燈、紅外補(bǔ)光燈、頻閃補(bǔ)光燈、信號(hào)燈檢測(cè)器、光纖收發(fā)器等。除此之外還有通信傳輸系統(tǒng)、中心管理系統(tǒng)等。其中，爆閃補(bǔ)光燈用于白天環(huán)境下的相機(jī)補(bǔ)光，紅外補(bǔ)光燈用于夜晚環(huán)境下的相機(jī)補(bǔ)光，如此可以有效減少光污染，降低強(qiáng)光對(duì)駕駛員視覺的影響。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)失駕人員、毒駕人員的識(shí)別、取證，系統(tǒng)需要與公安交通管理綜合應(yīng)用平臺(tái)和人臉數(shù)據(jù)庫對(duì)接。由于交通違法行為前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)部署于視頻專網(wǎng)，而公安交通管理綜合應(yīng)用平臺(tái)和人臉數(shù)據(jù)庫部署于公安內(nèi)網(wǎng)，因此，需要搭建一套網(wǎng)絡(luò)安全邊界接入平臺(tái)，保證視頻專網(wǎng)和公安內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全傳輸。

交通違法行為前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 交通違法行為前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)

4 應(yīng)用實(shí)例分析

交通違法行為前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)已經(jīng)在唐山市示范應(yīng)用，本文選取唐山市長(zhǎng)寧道—青龍街和北新道—衛(wèi)國路兩個(gè)路口作為案例分析。其中，長(zhǎng)寧道—青龍街路口貨車流量相對(duì)較大，因此作為涉牌涉證違法取證試點(diǎn)；北新道—衛(wèi)國路路口交通流量較大，路口需經(jīng)常排隊(duì)等候，是實(shí)線變道、加塞的多發(fā)點(diǎn)位，因此作為實(shí)線變道違法取證試點(diǎn)。

4.1 涉牌涉證違法取證

以某藍(lán)色貨車由于車后牌照污損，造成前后車牌不一致為例。圖4為貨車進(jìn)入監(jiān)測(cè)盲區(qū)前由反向卡口設(shè)備拍攝到的車輛前部照片，記為照片A。從照片A中可以清楚的看到車輛前部懸掛號(hào)牌為冀B*****。圖5為車輛通過監(jiān)測(cè)盲區(qū)后由闖紅燈違法抓拍設(shè)備拍攝到車輛尾部照片，記為照片B。此張照片中藍(lán)色貨車尾部懸掛號(hào)牌已經(jīng)污損，車牌號(hào)碼無法辨認(rèn)。因此可判定該車前后車牌不一致，生成違法證據(jù)照片，如圖6所示。

4.2 實(shí)線變道違法取證

以某白色轎車在路口實(shí)線處變道為例。圖7為反向卡口設(shè)備拍攝到的車輛在進(jìn)入監(jiān)測(cè)盲區(qū)前的前部圖片，記為圖片C。從圖片C中可以清楚判斷白色轎車由第13車道駛?cè)氡O(jiān)測(cè)盲區(qū)，且該車牌號(hào)為冀B*****。

圖4 反向卡口取證照片A

圖5 闖紅燈違法抓拍取證照片B

不同流量下信號(hào)控制造成的右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車延誤如圖7所示。

圖8為同一桿件上的闖紅燈違法抓拍設(shè)備拍攝到的同一白色轎車駛出監(jiān)測(cè)盲區(qū)后的尾部圖片，記為圖片D。從圖片D中可以清楚判斷該車由第12車道駛出。

圖6 前后車牌不一致違法證據(jù)照片

圖7 反向卡口取證照片C

圖8 闖紅燈違法抓拍取證照片D

同一輛車通過同一桿件，它由圖7中對(duì)應(yīng)的13車道進(jìn)入監(jiān)測(cè)盲區(qū)，由圖8中對(duì)應(yīng)的12車道駛出，故可判定該車在監(jiān)測(cè)盲區(qū)內(nèi)存在實(shí)線變道交通違法行為，因此將圖7和圖8進(jìn)行合成，生成違法證據(jù)圖片，如圖9所示。

圖9 實(shí)線變道違法證據(jù)照片

4.3 效果分析

4.3.1 社會(huì)效益

為保證系統(tǒng)效果達(dá)到最優(yōu)，分析選擇天氣狀況良好、視線條件佳的環(huán)境下進(jìn)行。2018年5月10日早上5時(shí)至下午18時(shí)，僅北新道—衛(wèi)國路一個(gè)路口就取證實(shí)線變道違法車輛14輛，記錄結(jié)果如表1所示。經(jīng)與人工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的對(duì)比、確認(rèn)，系統(tǒng)對(duì)前后車牌不一致、實(shí)線變道等交通安全違法行為識(shí)別率95%，識(shí)別準(zhǔn)確率90%以上。

表1 北新道—衛(wèi)國路路口部分實(shí)線變道違法數(shù)據(jù)

4.3.2 經(jīng)濟(jì)效益

交通違法行為前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)在不投入硬件的前提下，可以充分利用現(xiàn)有前端監(jiān)控設(shè)備，通過軟件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)涉牌涉證和“桿下黑”交通違法行為的取證，預(yù)計(jì)節(jié)約資金七千余萬元。

5 結(jié)論

針對(duì)車牌污損、前后車牌不一致、失駕、毒駕等涉牌涉證交通違法行為和實(shí)線變道、加塞等交通違法亂象，單純依靠傳統(tǒng)的交通違法行為取證設(shè)備已經(jīng)不能滿足公安交管部門的治理需求。創(chuàng)新地提出將闖紅燈違法取證設(shè)備和反向卡口設(shè)備組合使用，搭建前后關(guān)聯(lián)取證系統(tǒng)，有效解決涉牌涉證以及“桿下黑”治理難題，對(duì)緩解道路交通擁堵問題，減少交通事故發(fā)生，提升交通綜合管控能力和城市文明水平具有重要意義。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

(1)可填補(bǔ)現(xiàn)有取證系統(tǒng)漏洞，優(yōu)化取證手段，克服道路交通非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法長(zhǎng)期存在的弊端；

(2)反向卡口夜間使用紅外補(bǔ)光燈，可以有效消除夜間強(qiáng)光污染帶來的行車安全隱患；

(3)資源復(fù)用率高，在不新增監(jiān)控設(shè)備和基礎(chǔ)桿件的情況下，升級(jí)軟件即可增加功能，節(jié)約了項(xiàng)目成本。