基于視頻檢測(cè)的高清智能一體化交通電子警察系統(tǒng)

張 玫

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

0 引言

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展，必將造成道路交通的迅速發(fā)展。截至2021年9月，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)3.90億輛左右，其中汽車(chē)2.97億輛。機(jī)動(dòng)車(chē)給人類(lèi)的日常生活出行提供了巨大的方便，但同時(shí)也造成了堵車(chē)、車(chē)禍等各種問(wèn)題。目前，道路交通問(wèn)題已經(jīng)受到了人們的高度重視。所以，智能道路交通監(jiān)測(cè)變得更加關(guān)鍵了，交通電子警察系統(tǒng)就是智能道路交通監(jiān)測(cè)體系中關(guān)鍵的組成部分。

中共中央于2019年9月聯(lián)合國(guó)務(wù)院發(fā)布了《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，這次頒發(fā)的剛要充分地說(shuō)明了交通運(yùn)輸工程在國(guó)家發(fā)展之路上的地位性以及重要性。其中重要的一點(diǎn)是《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》首次將智能交通系統(tǒng)（即ITS）發(fā)展過(guò)程中的主要內(nèi)容與新一代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、智能化載運(yùn)工具、人性化的服務(wù)系統(tǒng)等建設(shè)結(jié)合到一起。對(duì)新一代通信和信息技術(shù)的應(yīng)用也進(jìn)行了充分的考慮[1]。另外，國(guó)家公安機(jī)關(guān)與道路管理機(jī)關(guān)共同作為運(yùn)輸交通安全的監(jiān)督管理與實(shí)施的主體，共同擔(dān)負(fù)著對(duì)交通指揮、道路管理工作、對(duì)機(jī)械運(yùn)輸汽車(chē)、司機(jī)和行人等的監(jiān)督管理，保障道路交通秩序，維護(hù)交通運(yùn)輸安全與通暢，保障社會(huì)治安管理工作等重要任務(wù)。通過(guò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高清智能一體化交通電子警察管理系統(tǒng)，能夠協(xié)助他們及時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和精確錄入道路機(jī)動(dòng)車(chē)輛和人員的信息，高效提高道路安保管理水平，嚴(yán)格打壓違規(guī)犯罪活動(dòng)，從而為迅速精準(zhǔn)偵辦高速公路交通肇事案件，提供了科學(xué)、合理的依據(jù)。

1 現(xiàn)狀與需求

智能交通運(yùn)輸技術(shù)是當(dāng)今交通運(yùn)輸發(fā)展的熱點(diǎn)與前沿領(lǐng)域，是中國(guó)現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)的主要標(biāo)志。中國(guó)在這方面的發(fā)展開(kāi)始于上世紀(jì)90年代中期，現(xiàn)已在開(kāi)展綜合服務(wù)和設(shè)備大規(guī)模運(yùn)用示范、水上安全監(jiān)管信息化建設(shè)等方面獲得了很大發(fā)展。并且隨著中國(guó)交通部《2012-2020年智能交通發(fā)展戰(zhàn)略》的實(shí)施，我國(guó)對(duì)軌道交通等基礎(chǔ)設(shè)施、智能建設(shè)等的支持力度也將逐漸增強(qiáng)。城市智能交通市場(chǎng)需求也將隨之?dāng)U張，智能交通監(jiān)控平臺(tái)市場(chǎng)大有發(fā)展[2]。智能交通監(jiān)控的主流發(fā)展趨勢(shì)是聯(lián)網(wǎng)、高清化、智能和集成化。我國(guó)早期的交通電子警察系統(tǒng)中普遍采用的技術(shù)都是通過(guò)地感線圈監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)信號(hào)，在攝像機(jī)的前端實(shí)現(xiàn)音頻采集、車(chē)牌辨識(shí)，而此類(lèi)技術(shù)方法不但成本高昂，且對(duì)系統(tǒng)的可維護(hù)性也較差。而采用了視頻檢測(cè)的高清視頻攝像機(jī)以及智能道路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，則能夠減少線圈監(jiān)測(cè)模式的系統(tǒng)實(shí)施時(shí)，不可避免的需要封道、破路進(jìn)行施工安裝，以及因此造成的道路結(jié)構(gòu)損傷、后期維修困難等問(wèn)題，也同時(shí)降低了安裝維修的成本。

2 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)的基本總體設(shè)計(jì)方法是：通過(guò)一個(gè)智能高清攝像頭對(duì)高速公路場(chǎng)景實(shí)施不中斷的即時(shí)錄像收集，對(duì)過(guò)往機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)施即時(shí)抓拍，在抓拍汽車(chē)的時(shí)候調(diào)節(jié)閃爍燈與攝像頭最前端部的曝光參數(shù)設(shè)定，以保證抓拍出最高品質(zhì)的場(chǎng)景照片，在攝像頭中對(duì)所收集的抓拍圖像經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)處理解析，切割出機(jī)動(dòng)車(chē)目標(biāo)并對(duì)其實(shí)施追蹤，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的犯罪實(shí)施既可以識(shí)別判斷，又可對(duì)違章車(chē)輛的號(hào)牌進(jìn)行定位和辨識(shí)，并存儲(chǔ)了該車(chē)的違章的過(guò)程、違法的時(shí)刻、違章位置、違法行為屬于哪個(gè)種類(lèi)、車(chē)牌號(hào)碼等信息。將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)交換機(jī)連接到了光纖收發(fā)器，通過(guò)光纖連接到了道路網(wǎng)內(nèi)所有的光纖設(shè)備，并相應(yīng)的在監(jiān)控中心接通光纖收發(fā)器，再接通交換機(jī)，最后將數(shù)據(jù)連接到了監(jiān)控中心上[3]。智能交通中車(chē)輛檢測(cè)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 智能交通系統(tǒng)中的車(chē)輛檢測(cè)

3 系統(tǒng)組成

高清電子警務(wù)管理系統(tǒng)主要由前端高清捕捉單元、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)、中央單元和中央數(shù)據(jù)平臺(tái)等幾部分構(gòu)成，前端高清捕捉單元中包含了高清快速球機(jī)、控制主機(jī)、安裝桿、機(jī)箱、供電、避雷裝置等；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸體系包含通訊設(shè)備和無(wú)線運(yùn)營(yíng)商的接入層等；而中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則包含使用服務(wù)器設(shè)備、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、交換機(jī)、管理端口、管理終端、機(jī)架等，見(jiàn)圖2。

圖2 智能交通系統(tǒng)組成

3.1 前端設(shè)備

采用一體化快速球型攝像機(jī)作為道路監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備，對(duì)違法停車(chē)等交通事件的智能化自動(dòng)抓拍錄像采用目前最先進(jìn)的、針對(duì)各通行車(chē)輛車(chē)體進(jìn)行行為檢測(cè)的全景視頻檢測(cè)方式，并通過(guò)預(yù)設(shè)定需要檢測(cè)的違法行為進(jìn)行自動(dòng)的判別，減少了人工操作，便于管理和其工作的實(shí)時(shí)性；對(duì)不同的違法行為可以通過(guò)近景圖像和遠(yuǎn)景及錄像的形式進(jìn)行違法取證，以確保執(zhí)法的嚴(yán)謹(jǐn)性；增強(qiáng)非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法依據(jù)的權(quán)威性。還可以通過(guò)增加主機(jī)并且升級(jí)控制軟件，大幅度提高系統(tǒng)捕獲率、圖片可用率等系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)。

3.2 無(wú)線傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)是圖像信息和監(jiān)視信號(hào)相互之間的傳送通道.通過(guò)本管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸線路前端入口裝置，與監(jiān)視中心機(jī)房間遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息的傳送。

智能端口的管理裝置、一體化高清攝像頭、全景球機(jī)等通過(guò)前端交換機(jī)，光纖收發(fā)器成功的傳送到各區(qū)中央機(jī)房，并連接以太網(wǎng)。

遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是指由設(shè)備前端接到監(jiān)測(cè)管理中心的圖像、數(shù)據(jù)和監(jiān)控信息的傳輸，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。路口過(guò)往車(chē)輛記錄、識(shí)別后，系統(tǒng)自動(dòng)把相關(guān)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至中心平臺(tái)，方便中心進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)檢索查詢(xún)。支持精確和模糊查詢(xún)功能。

在網(wǎng)絡(luò)堵塞或暫停服務(wù)的情形下，自動(dòng)降級(jí)系統(tǒng)，將所有數(shù)據(jù)都保留到本機(jī)上獨(dú)立操作，在網(wǎng)絡(luò)修復(fù)后，將在本機(jī)上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)連續(xù)傳給后端數(shù)據(jù)中心，也就是說(shuō)支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，也可以通過(guò)本地下載方式實(shí)現(xiàn)抓拍圖片的下載。

3.3 中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件由數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，交換機(jī)和用戶(hù)終端組成。軟件是交通資源管理軟件（數(shù)據(jù)庫(kù)和客戶(hù)端違章處理軟件），通過(guò)B/S結(jié)構(gòu)模式能工作在用戶(hù)局域網(wǎng)，系統(tǒng)在信息傳送之前對(duì)其實(shí)行了加密處理，并能夠?qū)崿F(xiàn)與公安部之間的數(shù)據(jù)交互，還能夠直接與交管局的機(jī)動(dòng)車(chē)信息庫(kù)聯(lián)系，從而獲得與違章機(jī)動(dòng)車(chē)有關(guān)信息，還能夠?qū)⒉煌钠?chē)抓拍系統(tǒng)中所抓拍的照片信息納入到本體制管理系統(tǒng)中，該軟件還能夠?qū)﹃J紅燈、超車(chē)、逆行等違法行為做出記載與處罰，對(duì)各個(gè)常用系統(tǒng)圖表信息做出管理維護(hù)，包括違章位置、號(hào)牌類(lèi)型、機(jī)動(dòng)車(chē)種類(lèi)等，還能夠自動(dòng)過(guò)濾非法照片，確定圖像的有效期，去除誤拍的照片，并且能夠?qū)⑺匈Y源照片都存入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，從而確保所有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的照片都為高效的清晰照片，從而方便管理和減少數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工作壓力。通過(guò)后臺(tái)管理工作，能夠?qū)﹃J紅燈抓拍數(shù)據(jù)記錄以及照片的加載、清除、打印等功能，并且具備了權(quán)限設(shè)定功能，通過(guò)對(duì)登陸使用者實(shí)行權(quán)限設(shè)定，并劃分管理者與控制使用者，讓他們之間分工更加清楚[4]。

4 系統(tǒng)功能

4.1 闖紅燈及違章停車(chē)自動(dòng)抓拍

4.1.1 系統(tǒng)功能

高清晰電子警察系列均采用工業(yè)級(jí)別的高清晰鏡頭抓拍與網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)備，對(duì)發(fā)生在路口的各種違法行為進(jìn)行抓拍。

（1）我國(guó)最新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《中華人民共和國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA36-2021》中規(guī)定的機(jī)動(dòng)車(chē)號(hào)牌、武警汽車(chē)號(hào)牌以及軍隊(duì)汽車(chē)號(hào)牌等，所有違法停放的機(jī)動(dòng)車(chē)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和抓拍。

（2）每條違法證據(jù)由2張合成照片組成，每張合成照片包括違法車(chē)輛的近景（車(chē)牌照清晰）和全景照片，如果機(jī)動(dòng)車(chē)能在一定的（規(guī)范規(guī)定的）時(shí)間內(nèi)離開(kāi)原有位置的，系統(tǒng)就會(huì)不再抓拍該機(jī)動(dòng)車(chē)，并把之前抓拍到的該車(chē)輛的圖片自動(dòng)刪除。系統(tǒng)抓拍圖中會(huì)有疊加路段名稱(chēng)、違法時(shí)間等內(nèi)容。

（3）系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成違法車(chē)輛違停的路段名稱(chēng)、日期和時(shí)間（時(shí)間能夠精確到0.1s）等字符信息，并把這些信息疊加在違法照片上，還有防篡改功能。

（4）每個(gè)違停監(jiān)測(cè)點(diǎn)可設(shè)置多個(gè)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)巡視，系統(tǒng)可自動(dòng)監(jiān)測(cè)禁停區(qū)域內(nèi)的違法停車(chē)車(chē)輛，如果禁停區(qū)內(nèi)有多輛違法停車(chē)車(chē)輛，系統(tǒng)則按順序抓拍車(chē)輛；監(jiān)測(cè)時(shí)間可根據(jù)不同情況靈活設(shè)置。

4.1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)特點(diǎn)：①高清、高速，抗干擾能力強(qiáng)，抓拍效率高；②大范圍、多方向自動(dòng)無(wú)間斷監(jiān)測(cè)，工作效率高；③違停時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況靈活設(shè)置；④對(duì)同一輛違法車(chē)輛，不重復(fù)抓拍；⑤采用無(wú)線傳輸，免去布線麻煩，便于違法監(jiān)測(cè)點(diǎn)的靈活移動(dòng)；⑥有成熟的配套管理軟件，實(shí)現(xiàn)違法停車(chē)數(shù)據(jù)流程化精細(xì)管理；⑦系統(tǒng)從技術(shù)、設(shè)備、后臺(tái)管理模式完全實(shí)戰(zhàn)化，穩(wěn)定可靠；⑧系統(tǒng)具備斷電恢復(fù)功能，而且系統(tǒng)可遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程恢復(fù)；⑨系統(tǒng)支持手動(dòng)/自動(dòng)抓拍模式的切換。

4.2 卡口及測(cè)速功能

4.2.1 系統(tǒng)功能

高清晰的交通電子警察管理系統(tǒng)除了可以在紅燈階段對(duì)闖紅燈的違法情況予以錄入，還具有卡口控制功能，即可在非紅燈階段對(duì)正常通過(guò)的機(jī)動(dòng)車(chē)予以逐一錄入，同時(shí)可以通過(guò)高清晰錄像鏡頭實(shí)現(xiàn)高清晰攝像，從而建立了市中心內(nèi)最大密度的網(wǎng)格化管理卡口布局形式，以達(dá)到對(duì)市中心內(nèi)嫌疑機(jī)動(dòng)車(chē)的有效布控，而系統(tǒng)錄下的流量數(shù)據(jù)信息更能為城市中的交通運(yùn)輸管理機(jī)關(guān)帶來(lái)最原創(chuàng)的流量管理數(shù)據(jù)信息，為日后政策法規(guī)的出臺(tái)與調(diào)整帶來(lái)了第一手的資源。系統(tǒng)可以完成抓拍闖紅燈、高壓線、不按機(jī)動(dòng)車(chē)道駕駛、逆行、超車(chē)與違規(guī)停放等道路交通違法的功用，還可以具備卡口功能與機(jī)動(dòng)車(chē)號(hào)牌自動(dòng)識(shí)別功用；還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，為后端實(shí)現(xiàn)錄像監(jiān)控的功能；可實(shí)現(xiàn)車(chē)流量、平均速度等功用，并遠(yuǎn)程對(duì)各車(chē)站實(shí)現(xiàn)各種功能調(diào)整和控制參數(shù)，對(duì)各站點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。還可將所抓拍的圖片和數(shù)據(jù)信息，在市交警支隊(duì)指揮中心實(shí)現(xiàn)記錄、存貯及管理工作。

4.2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用

該系統(tǒng)為智能一體機(jī)，設(shè)備集視頻檢測(cè)與識(shí)別于一體，可應(yīng)用在無(wú)人值守的路口、單行線、禁行、限時(shí)道路、限車(chē)型車(chē)道、主輔路進(jìn)出口、緊急停車(chē)帶、公交專(zhuān)用道等。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)視頻、線圈和雷達(dá)三種觸發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)道路交通信息采集、違法車(chē)輛抓拍、速度測(cè)定等功能。

4.3 城市道路交通管控

4.3.1 主要功能

通過(guò)設(shè)置綜合交通車(chē)輛違章監(jiān)控與超速布控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)在高速公路監(jiān)控范圍內(nèi)行駛的機(jī)動(dòng)車(chē)輛，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、抓拍、警示、記錄，存儲(chǔ)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的信息內(nèi)容與車(chē)流量等數(shù)據(jù)信息并實(shí)現(xiàn)集成高效的管控力量，為中國(guó)公安嚴(yán)厲打擊盜搶與走私等汽車(chē)犯罪行為、查緝交通肇事逃逸犯罪行為、分析高速公路交通狀況、強(qiáng)化運(yùn)輸管理與管控力量提供了高效的技術(shù)支持[5]。此系統(tǒng)的建設(shè)還可全面增強(qiáng)我國(guó)大都市內(nèi)治安交通運(yùn)輸?shù)母咚俟繁O(jiān)管力量，有效抑制機(jī)動(dòng)車(chē)輛的非法犯罪活動(dòng)。該系統(tǒng)工程的建立對(duì)于完善城市道路管制，合理規(guī)劃組織交通流，有效減少大中城市堵車(chē)，完善道路交通環(huán)境，增強(qiáng)城市交通力量，降低交通事故，增強(qiáng)路面交通運(yùn)輸參與者的現(xiàn)代化路面交通運(yùn)輸意識(shí)等方面有著非常重大的意義。

4.3.2 適用范圍

適用范圍有：①車(chē)牌尾號(hào)限行檢測(cè)；②車(chē)輛違法過(guò)程錄像（自動(dòng)、手動(dòng)）（應(yīng)急車(chē)道、公交車(chē)道、自行車(chē)道、單行線、導(dǎo)流帶、壓實(shí)線，違法停車(chē)、違章掉頭等）；③臨時(shí)布控車(chē)輛檢測(cè)；④黑名單車(chē)輛檢測(cè)；⑤超速檢測(cè)；⑥突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)回傳；⑦突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)照明、錄像；⑧車(chē)輛位置查詢(xún)。

4.3.3 技術(shù)指標(biāo)

技術(shù)指標(biāo)：①云臺(tái)：水平方向360°無(wú)限位旋轉(zhuǎn)，垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)范圍-87～93°；②有效捕獲率：達(dá)到99%以上；③有效識(shí)別率：白天識(shí)別率達(dá)到96%以上，夜間識(shí)別率達(dá)到90%以上；④圖片記錄模式：2～5張可調(diào)；⑤錄像記錄模式：10～999秒可調(diào)；⑥測(cè)速精度：±1km/h；⑦車(chē)牌顏色：黑、白、藍(lán)、黃、綠；⑧牌照種類(lèi)：民用車(chē)牌，警用車(chē)牌，軍用車(chē)牌，武警車(chē)牌等；⑨平均無(wú)故障時(shí)間：≥30000h。

5 結(jié)論

高清交通電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)提高號(hào)牌識(shí)別正確率，改善圖像質(zhì)量，解決駕駛員面部特征識(shí)別等問(wèn)題都會(huì)有非常好的效果。

道路監(jiān)控二合一系統(tǒng)除了可以視頻監(jiān)控外還可以實(shí)現(xiàn)違法停車(chē)自動(dòng)抓拍等其他功能，使整個(gè)市區(qū)形成網(wǎng)格化的監(jiān)控形態(tài)，為改善交通秩序、打擊肇事逃逸及涉車(chē)違法犯罪活動(dòng)做出重要貢獻(xiàn)，取得極其顯著的社會(huì)效益。