基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧非機(jī)動車管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

楊 波，車 輝，邢慧芬，苗碧舟，馬春躍

（1.中國移動通信集團(tuán)山西有限公司太原分公司，山西 太原 030000；2.湖州市織里鎮(zhèn)公共事業(yè)服務(wù)中心，浙江 湖州 313000；3.巢湖學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 合肥 238000；4.湖州銀行股份有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引 言

在交通管理中，非機(jī)動車交通具有違法行為復(fù)雜多樣、出行數(shù)量龐大和違法行為從眾性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此非機(jī)動車的交通違法行為一直是巨大的交通安全隱患和交通管控的痛點(diǎn)、死角，整體治理效果不理想，成為影響道路交通安全的主要因素之一。

2017年8月，公安部等四部委、辦聯(lián)合印發(fā)《城市道路交通文明暢通提升行動計(jì)劃（2017—2020）》，要求充分運(yùn)用科技手段提升執(zhí)法效能，推廣可查緝多種違法行為的交通技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，不斷擴(kuò)展非現(xiàn)場執(zhí)法覆蓋面。但傳統(tǒng)的交通監(jiān)控相機(jī)主要針對機(jī)動車輛進(jìn)行管理，無法對非機(jī)動車進(jìn)行有效管控。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的進(jìn)步，視頻分析識別技術(shù)得到了快速發(fā)展，使高清智能監(jiān)控相機(jī)能夠逐步滿足更全面、更精細(xì)化的交通管理需求，利用非現(xiàn)場執(zhí)法手段針對非機(jī)動車進(jìn)行管理，尤其是針對非機(jī)動車違法行為的管控成為了可能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

非機(jī)動車綜合管理系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和視頻分析識別等技術(shù)，采集、分析非機(jī)動車的多種違法行為，并通過抓拍違法過程圖片、車輛車牌信息，完整描述違法發(fā)生的全過程，通過后臺車牌庫進(jìn)行比對，確認(rèn)違法者身份，為后續(xù)的違法處罰提供證據(jù)，從而有效打擊非機(jī)動車的違法行為，提高城市交通管理水平。智慧非機(jī)動車管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧非機(jī)動車管理系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)共分為物聯(lián)感知層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。在物聯(lián)感知層，系統(tǒng)通過部署車輛識別、人臉識別等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對非機(jī)動車違法信息的采集和識別；在基礎(chǔ)設(shè)施層，通過在云端部署管理服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器、圖片服務(wù)器、錄像管理服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等設(shè)備，為終端采集的數(shù)據(jù)提供集中存儲和管理，同時(shí)為上層數(shù)據(jù)層提供基礎(chǔ)服務(wù)；在數(shù)據(jù)層系統(tǒng)通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并將分析的結(jié)果推送到綜合管理平臺，由管理人員對處理的信息進(jìn)行審核確認(rèn)，以確定違法信息是否屬實(shí)，供應(yīng)用層使用；在應(yīng)用層，執(zhí)法人員、管理人員、社區(qū)人員和群眾通過PC端或APP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理、統(tǒng)計(jì)、審核、查詢。

2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)非機(jī)動車存在闖紅燈、逆行、非機(jī)動車占用機(jī)動車道等交通違法行為時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對非機(jī)動車車牌的自動抓拍、記錄、傳輸和處理，同時(shí)系統(tǒng)還兼具卡口功能，能夠?qū)崟r(shí)記錄非機(jī)動車通行信息。系統(tǒng)前端的高清抓拍單元采用“高性能AI硬件+深度學(xué)習(xí)算法”架構(gòu)，通過基于多種式樣非機(jī)動車車牌識別算法整合成高識別率的非機(jī)動車車牌通用識別算法，借助強(qiáng)大的邊緣計(jì)算能力保證系統(tǒng)能夠在單一場景下完成更多違法行為的檢測、取證，助力相關(guān)部門在重要的交通管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行高效管控。同時(shí)系統(tǒng)支持雙網(wǎng)架構(gòu)，中心平臺在視頻專網(wǎng)或在公安內(nèi)網(wǎng)，人臉分析比對也在公安內(nèi)網(wǎng)，因此可滿足公安、交警部門的網(wǎng)絡(luò)安全需要。智慧非機(jī)動車管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)如圖2所示。

圖2 智慧非機(jī)動車管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)

系統(tǒng)由前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、后端管理子系統(tǒng)和信息發(fā)布子系統(tǒng)等組成。

（1）前端子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)完成前端數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、存儲與上傳，主要由非機(jī)動車一體化電警抓拍單元、反向人臉卡口抓拍單元、補(bǔ)光單元、綜合管控一體機(jī)等構(gòu)成。

在燈控路口場景，系統(tǒng)通過信號燈檢測器控制非機(jī)動車檢測單元自動抓拍闖紅燈的非機(jī)動車。非機(jī)動車檢測單元采用內(nèi)置深度學(xué)習(xí)算法的高清攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)非機(jī)動車違法行為識別、違法過程圖片抓拍、車牌信息采集和人臉圖像采集，終端服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)前端違法圖片、數(shù)據(jù)及視頻的接收、存儲、查詢和轉(zhuǎn)發(fā)，將前端數(shù)據(jù)上傳后端管理子系統(tǒng)中心平臺。前端人像采集子系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 前端人像采集子系統(tǒng)架構(gòu)

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)：路口交通違法信息與卡口信息全部采用IP方式傳輸，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)裸光纖、光纖收發(fā)器組成；中心網(wǎng)絡(luò)主要由接入層交換機(jī)以及核心交換機(jī)組成。

（3）后端管理子系統(tǒng)：后端管理子系統(tǒng)主要由中心平臺和人臉比對兩部分組成。中心平臺軟件提供業(yè)務(wù)應(yīng)用，支持違法查詢、違法審核、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)監(jiān)測，由平臺軟件模塊搭載的服務(wù)器組成，包括管理服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器、圖片服務(wù)器、錄像管理服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。人臉分析服務(wù)器（4U臉譜）集成了感知數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)和微視云，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人臉識別、分析、建模、比對等功能。

（4）信息發(fā)布系統(tǒng)：由前端采集子系統(tǒng)將違法數(shù)據(jù)和違法合成圖上傳至后端業(yè)務(wù)平臺，通過平臺的信息發(fā)布組件配置發(fā)布節(jié)目，下發(fā)到信息發(fā)布播放盒，再由信息發(fā)布播放盒投放到戶外LED信息發(fā)布屏。

3 智慧非機(jī)動車綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧非機(jī)動車綜合管理系統(tǒng)以社區(qū)為單位進(jìn)行登記上牌，為群眾提供切實(shí)便利。系統(tǒng)不但實(shí)現(xiàn)了對電動車輛信息、車主信息、保險(xiǎn)信息、違法信息、電警抓拍等基礎(chǔ)信息的全面掌握，為全面車輛管理提供數(shù)據(jù)支撐，也便于實(shí)現(xiàn)發(fā)放電動車牌照和行駛證，為路面管控提供便捷。同時(shí)系統(tǒng)增加相關(guān)數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)與電子警察、移動警務(wù)、治安部門防盜登記等平臺的數(shù)據(jù)對接。

3.1 智慧非機(jī)動車綜合管理平臺設(shè)計(jì)

智慧非機(jī)動車綜合管理平臺是智慧交通大數(shù)據(jù)平臺的一個(gè)業(yè)務(wù)組件。智慧交通大數(shù)據(jù)平臺基于AI Cloud統(tǒng)一軟件架構(gòu)，面向邊緣域的智能應(yīng)用平臺，側(cè)重于感知數(shù)據(jù)匯聚、存儲、處理和智能應(yīng)用。平臺利用AI和視頻能力，致力于提升交通違法管理的效率，強(qiáng)化交通違法管理手段；聚集交通違法業(yè)務(wù)，針對各違法業(yè)務(wù)流程，進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能閉環(huán)。非機(jī)動車綜合管理平臺可提供非機(jī)動車違法管控業(yè)務(wù)應(yīng)用，支持違法查詢、違法審核、違法復(fù)審、違法統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)監(jiān)測、撤屏、過車查詢、車輛檔案查詢等功能。智慧非機(jī)動車綜合管理平臺如圖4所示。

圖4 智慧非機(jī)動車管理平臺

（1）系統(tǒng)管理模塊：非機(jī)動車管理平臺作為智慧交通大數(shù)據(jù)平臺的一個(gè)子模塊，由大數(shù)據(jù)平臺實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一登錄、統(tǒng)一入口、統(tǒng)一展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)用戶和權(quán)限的統(tǒng)一管理分配，功能包括用戶管理、部門管理、權(quán)限管理、角色管理和區(qū)域管理，實(shí)現(xiàn)對人員、部門等授權(quán)、認(rèn)證的管理。

（2）登記受理模塊：模塊具有非機(jī)動車登記、信息查詢、車輛修改、車輛刪除、車輛過戶等功能，同時(shí)還具有統(tǒng)計(jì)功能，包括車主統(tǒng)計(jì)、非機(jī)動車統(tǒng)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

（3）違法信息管理模塊：模塊具有違法記錄審核、處理、撤銷、查詢、統(tǒng)計(jì)等功能，系統(tǒng)與電警平臺對接，及時(shí)接收電警平臺推送的非機(jī)動車違法信息，包括文本和照片。當(dāng)違法次數(shù)超過規(guī)定次數(shù)時(shí)，系統(tǒng)會發(fā)送短信提醒。

（4）統(tǒng)計(jì)分析模塊：模塊對非機(jī)動車違法數(shù)據(jù)按違法地點(diǎn)、人員、違法類型、區(qū)域、車牌、企業(yè)等多個(gè)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，便于對違法類型和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)還具有展示違法變化趨勢、違法排行榜等功能。

（5）系統(tǒng)對接：系統(tǒng)建設(shè)完成后，可與省、地市車管網(wǎng)、掌上應(yīng)用等相關(guān)便民服務(wù)平臺建立鏈接或?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，以方便各交通管理部門查詢電動車相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 移動APP設(shè)計(jì)

非機(jī)動車移動APP是智慧交通APP的子模塊，可通過該模塊實(shí)現(xiàn)電動車登記上牌功能、隨手拍違法功能。社區(qū)工作人員可用APP登記車輛基本信息、車主信息、保險(xiǎn)信息；民警和普通群眾均可通過APP的“隨手拍違法”功能上傳非機(jī)動車的違法信息，包括改裝、闖紅燈、逆向行駛、超高超寬行駛、違停等行為。APP上傳的違法信息由管理人員在系統(tǒng)后臺審核通過后保存?zhèn)洳椤?/p>

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在應(yīng)用中，系統(tǒng)通過前端車輛識別系統(tǒng)、人臉抓拍系統(tǒng)和信息發(fā)布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非機(jī)動車違法信息的采集、識別和信息發(fā)布。同時(shí)通過智慧非機(jī)動車管理平臺實(shí)現(xiàn)車輛信息的登記、管理和統(tǒng)計(jì)分析。平臺支持對非機(jī)動車違法數(shù)據(jù)按違法地點(diǎn)、人員、違法類型、區(qū)域、車牌、企業(yè)等多個(gè)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以對違法類型和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，供交通執(zhí)法部門參考。

平臺支持對非機(jī)動車違法數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過圖表直觀展示。數(shù)據(jù)監(jiān)測界面可展示非機(jī)動車本月/本年違法次數(shù)、違法路口排行TOP5及違法次數(shù)、非機(jī)動車本月/本年違法率變化趨勢、非機(jī)動車違法率本月/本年排行榜、區(qū)域本月/本年違法數(shù)量、違法類型本月/本年TOP5、人員/車輛違法數(shù)量TOP5。為交警的專項(xiàng)整治行動、精準(zhǔn)勤務(wù)等提供數(shù)據(jù)可視化支撐。違法統(tǒng)計(jì)分析界面如圖5所示。

圖5 違法統(tǒng)計(jì)分析界面

4 結(jié) 語

由于缺乏有效管控，非機(jī)動車違法導(dǎo)致的事故數(shù)量逐年增長，加強(qiáng)對非機(jī)動車的依法管理是預(yù)防和減少交通事故的具體措施之一。受制于警力不足的現(xiàn)狀，目前針對交通管理廣泛采用基于交通技術(shù)監(jiān)控相機(jī)為主的非現(xiàn)場執(zhí)法手段，但傳統(tǒng)的交通攝像機(jī)針對非機(jī)動車無法進(jìn)行有效管控。隨著信息與通信技術(shù)（ICT）的快速發(fā)展，使應(yīng)用科學(xué)技術(shù)手段對非機(jī)動車違法行為進(jìn)行有效管控成為了可能。文章對智慧非機(jī)動車管理系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、前端物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和后端智慧非機(jī)動車綜合管理平臺進(jìn)行了設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。智慧非機(jī)動車管理系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)，輔助非機(jī)動車交通違法管控，不僅能夠有效遏制非機(jī)動車交通違法行為，還能減少現(xiàn)場違法查處警力的投入，減輕警務(wù)工作壓力，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。