本項目對某市7個轄區(qū)共300條車道進行對違章車輛進行監(jiān)控拍照，并自動把違章車輛的照片記錄下來，作為處罰違章車輛提供充足的證據(jù)。通過調(diào)用錄像對路口發(fā)生的交通事故進行責任判斷，減少由于違章駕駛發(fā)生的交通事故。
高識別率、成像清晰、實時可靠的治安卡口系統(tǒng)的建設(shè)，可提供滿足系統(tǒng)要求的高效、安全和暢通同時遍布全市的通訊網(wǎng)絡(luò)，并完成高效、穩(wěn)定、強大、易擴展的中央處理系統(tǒng)建設(shè)，以保證系統(tǒng)實現(xiàn)集公安（包括指揮部、刑偵、交警、治安等）、環(huán)保、交通、規(guī)劃等單位的業(yè)務(wù)需求為一體的系統(tǒng)平臺。實現(xiàn)打擊違法犯罪分子、規(guī)范城市交通秩序和為其它應(yīng)用系統(tǒng)提供交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的目的。
充分調(diào)研和分析各單位業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，通過全面、細致、詳盡和科學的系統(tǒng)分析和設(shè)計，使系統(tǒng)最終能實現(xiàn)各類用戶的業(yè)務(wù)需求，同時滿足用戶對系統(tǒng)實時性、綜合性以及安全性等各方面的要求。充分考慮監(jiān)控點分期建設(shè)帶來的系統(tǒng)可擴展性要求。系統(tǒng)設(shè)計時遵循可靠性、先進性、標準性、可維護性、經(jīng)濟性、實用原則、系統(tǒng)安全原則、易操作原則的設(shè)計原則。
一、技術(shù)方案
雙檢測方式
傳統(tǒng)車輛檢測方式多采用線圈檢測。當線圈出現(xiàn)故障時，出現(xiàn)無法抓拍，導(dǎo)致過車圖片漏拍。本次項目采用線圈檢測為主視頻檢測為輔的檢測方式。高清一體化攝像機支持線圈檢測+視頻檢測方式，線圈正常時，工作在線圈檢測模式下，當線圈檢測出現(xiàn)故障時，高清攝像機自動、迅速地切到視頻檢測模式；當線圈檢測恢復(fù)正常后又立即切回線圈檢測模式，最大程度確保連續(xù)、完整地記錄所有通行車輛。
前端內(nèi)置車牌識別
高清嵌入式一體化攝像機，內(nèi)置高性能DSP芯片，支持內(nèi)置車牌識別功能。相機內(nèi)置車牌識別，將傳統(tǒng)模式中后端服務(wù)器的車牌識別算法移植到前端相機中。車牌識別算法分散到每個相機中，可大大降低后端服務(wù)器的壓力，節(jié)省項目成本，同時避免了服務(wù)器故障時造成系統(tǒng)整體無法正常使用的問題，提高了系統(tǒng)的可靠性。
水印加密防篡改
攝像機內(nèi)置水印加密功能，從源頭對數(shù)據(jù)和圖像進行加密，即使現(xiàn)場下載數(shù)也可驗證其真?zhèn)�，斷絕了數(shù)據(jù)篡改的可能性。
單車道獨立運行
卡口設(shè)備每臺攝像機配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備即成一套系統(tǒng)，完全不受相鄰車道攝像機和其它主控制設(shè)備的影響，具有單車道獨立運行能力。在網(wǎng)絡(luò)傳輸正常的情況下，即使有某個車道的攝像機不能正常工作，也不會導(dǎo)致整個卡口點位全部無法運行，大幅度地降低了系統(tǒng)故障時的漏拍率。
INUX系統(tǒng)防病毒
卡口攝像機及終端管理設(shè)備均采用單任務(wù)、穩(wěn)定性非常好的專用嵌入式操作系統(tǒng)Linux。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，有效防止病毒入侵。
嵌入式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠
目前國內(nèi)大多數(shù)智能卡口系統(tǒng)均采用工控機＋高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的方式實現(xiàn)圖像的抓拍，這種方式在研發(fā)上較為便捷，容易實現(xiàn)，但穩(wěn)定性較差，體積龐大，使用不便。本項目充分利用視頻圖像監(jiān)控領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，采用嵌入式結(jié)構(gòu)，主機硬件電路采用高新興公司已在安防領(lǐng)域產(chǎn)品上應(yīng)用成熟的硬件平臺，并根據(jù)卡口抓拍實際應(yīng)用需要，對硬件電路進行了改進和優(yōu)化，在元器件選擇上全部采用工業(yè)級或軍工級芯片，降低了功耗，保證了系統(tǒng)在惡劣條件下長時間可靠運行。
表1 工控機與嵌入式一體機對比
測速精準，誤差小
系統(tǒng)測速采用微電腦硬件測速裝置，測速精確，誤差小，測速范圍＜100km/h時，誤差不超過-6km/h～0km/h；測速范圍≥100km/h時，誤差不超過-6%～0%。
二、系統(tǒng)架構(gòu)
卡口系統(tǒng)主要由前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)、中心管理子系統(tǒng)等部分組成。前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)傳輸?shù)街行墓芾碜酉到y(tǒng)中，進行數(shù)據(jù)集中管理、存儲、共享等處理，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如（圖1）所示。
圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
前端采集子系統(tǒng)
前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)對經(jīng)過的所有車輛進行抓拍，獲得車輛圖像，并自動實時地識別車牌字符，記錄下車輛經(jīng)過的時間、地點、車牌號、行駛方向等數(shù)據(jù)，并全部匯入網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)，傳輸至中心管理平臺。該部分系統(tǒng)由200萬高清攝像機、LED燈/閃光燈、線圈、車輛檢測器、SD存儲卡/終端管理設(shè)備、以太網(wǎng)交換機、光傳輸設(shè)備等組成。
嵌入式一體化攝像機和補光設(shè)備采用同桿安裝的方案，該方案對司乘人員面部圖像的抓拍起到更好的效果。安裝示意圖如下圖所示：
圖2 線圈卡口同桿安裝示意圖
網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)主要包括交換機、光傳輸設(shè)備等，實現(xiàn)前端采集子系統(tǒng)與中心管理子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和圖像信息傳輸。建設(shè)光纖鏈路作為前端與中心的數(shù)據(jù)傳輸通道，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。本次項目將全部采用光纖傳輸方式。
圖3 光纖組網(wǎng)圖
中心管理子系統(tǒng)
中心管理子系統(tǒng)主要由設(shè)備接入、數(shù)據(jù)存儲、集中管理和用戶應(yīng)用四大塊組成。主要實現(xiàn)前端數(shù)據(jù)的接收與存儲、前端設(shè)備的管理、數(shù)據(jù)的應(yīng)用等功能。在中心系統(tǒng)中可以查看各設(shè)備實時上傳的圖片信息，實現(xiàn)對路面的實時圖片監(jiān)控。通過客戶端可以完成設(shè)備參數(shù)的設(shè)置，實現(xiàn)遠程升級和系統(tǒng)維護。
根據(jù)用戶需要，系統(tǒng)提供黑名單功能，實時將前端上傳的圖片與黑名單庫比對，發(fā)現(xiàn)布控車輛后通過軟件界面、聲音、短信等方式報警；系統(tǒng)可按車牌、地點、車道、時間等信息，進行單條件查詢、組合查詢和模糊查詢等；系統(tǒng)可按日、周、月、年等時間段，統(tǒng)計不同點位、不同設(shè)備的車輛信息，并以報表、曲線圖、柱狀圖等各種直觀的方式顯示出來。
中心管理平臺組成如（圖4）所示，模塊組成包括：1、業(yè)務(wù)管理服務(wù)器(CMS)；2、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器(MTS)；3、流媒體集中存儲服務(wù)器(SS)；4、設(shè)備管理服務(wù)器(DMS)；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；5、圖片服務(wù)器(PTS)；6、Web服務(wù)器。根據(jù)實際的情況，部分服務(wù)模塊可以安裝在通一臺服務(wù)器中。
圖4 中心管理平臺
三、系統(tǒng)功能
高清圖片抓拍
系統(tǒng)對車輛的前后拍捕獲主要采用感應(yīng)線圈式檢測器，當感應(yīng)線圈出現(xiàn)故障時會自動切換到視頻檢測方式來捕獲通行車輛。系統(tǒng)除了能夠捕獲在車道上正常行駛的車輛外，當監(jiān)控區(qū)域為同向相臨的2個（含2個）以上車道時，可捕獲車輛騎、壓分道線行駛的情況。
系統(tǒng)利用電磁感應(yīng)的原理檢測車輛，當車輛經(jīng)過檢測線圈時，自動捕獲一張經(jīng)過車輛的高清圖像，可看清車型、車況、車身顏色、車牌和司乘人員面貌，捕獲率超過99%(車速范圍在0-140km/h)；無煙霧情況下，白天能清晰識別車輛牌照及整個車身的特征情況，晚上能克服車輛迎頭拍攝的前大燈眩光問題，夜間車輛牌照及整個車身特征同樣清晰。
高清嵌入式一體化攝像機，圖像抓拍功能不受雨、雪、霧等天氣、環(huán)境光和相臨車道通行車輛的影響。在環(huán)境無霧包括雨雪天氣下，監(jiān)控區(qū)域內(nèi)規(guī)范行駛的車輛被記錄的圖片能清晰看清車輛前部所有特征、車內(nèi)駕駛員、副駕駛位置情況，還能看清車輛類型、顏色和所載貨物等。
在環(huán)境照度比較低的情況下（例如夜晚），系統(tǒng)自動開啟閃光燈進行補光，以增強圖片亮度，保證圖片足夠清晰。在強光照射下（例如晴天正午），系統(tǒng)會自動調(diào)整攝像機的成像模式，抑制強光影響，保證圖片曝光正常，成像清晰。在逆光情況下，系統(tǒng)也會自動調(diào)節(jié)拍攝主體的亮度，其寬動態(tài)功能可保證車牌依然很清晰。這樣，在各種環(huán)境和氣候條件下，攝像機都可以拍攝到清晰的圖片，非常有利于人工辨認和機器識別牌照信息。圖像以JPEG格式存儲于前端設(shè)備，并同時上傳至中心進行存儲。抓拍效果圖如（圖5）所示。
圖5 200萬相機晚上抓拍效果圖
平臺系統(tǒng)具有前拍、后拍實時顯示與查詢功能。經(jīng)過線圈的每一輛車，觸發(fā)到線圈邊沿瞬間，線圈上升沿感應(yīng)電流觸發(fā)前拍攝像機抓拍；車輛離開線邊沿圈瞬間，線圈下升沿感應(yīng)電流觸發(fā)后拍攝像機進行抓拍。由于同時通過一個線圈車輛幾乎唯一，所以只要捕獲率能夠保證，前后排的比對就有保證。
速度測定功能
為在高清智能卡口管理系統(tǒng)中，在每條需要監(jiān)測的車道上沿行車方向埋設(shè)兩個線圈，線圈之間的間距是固定的，對于經(jīng)過的車輛，可以取得四個時刻，分別是車輛進入兩個線圈和離開兩個線圈的時刻。計算車輛通過兩線圈所需的時間，配合兩線圈的間距，即可求得平均車速，如圖所示。
圖6 高清卡口測速示意圖
令T1為車輛檢測器探測到移動物體進入線圈A的時刻，T2為車輛檢測器探測到移動物體進入線圈B的時刻；線圈的間距為w，車輛進入線圈A和線圈B的時間差為T=T2-T1 ，設(shè)車速為v，則由此計算得出的車速v為：
根據(jù)以上算法計算出來的車輛速度，與系統(tǒng)設(shè)置的限速值相比較，再考慮誤差范圍的存在，即可辨別車輛是否存在超速行駛的行為,另外通過車輛觸發(fā)線圈的順序可以判斷車輛行駛的方向從而判斷車輛是否逆向行駛。
聯(lián)網(wǎng)布控/撤控功能
布控分兩級：第一級為實時攔截車輛布控。當布控車輛出現(xiàn)，立即彈出車輛圖像窗口，并進行聲音報警，需要填寫“處理結(jié)果”，并可選通過手機短信/彩信模塊通知相應(yīng)的責任人，同時發(fā)送至各相應(yīng)卡口LED顯示屏上。第二級為偵控車輛布控。當布控車輛出現(xiàn)時，通過手機短信/彩信模塊通知相應(yīng)的責任人。
系統(tǒng)在下達布控/撤控指令時，注明布控/撤控的原因、布控/撤控的責任人及布控有效時限，當布控時間超過有效時限時，系統(tǒng)執(zhí)行自動撤控動作。能提供“模糊布控”功能，即允許對車輛號牌號碼信息不全的車輛也能布控，對行駛軌跡異常的車輛，比如短時間穿越兩個距離較遠卡口的可疑套牌車，對無號牌或故意遮擋號牌車輛夜間行駛等可疑行為進行布控。
車輛布控數(shù)據(jù)庫包括車輛號牌，號牌顏色、車輛顏色、布控類別、布控單位，布控人，布控原因，布控有效期等字段。
車輛查詢功能
根據(jù)時間和空間軌跡組合，查詢符合條件的車輛行駛記錄。支持按時間點和時間段查詢，時間可精確到秒級；支持按車輛牌號、標簽關(guān)聯(lián)查詢；支持查詢信息保存，對于任意設(shè)定的查詢信息，自定義存儲、標注等操作，供事后快速調(diào)用。
用戶管理功能
系統(tǒng)對不同的用戶分配不同的操作權(quán)限，通過區(qū)分用戶的操作權(quán)限來提供給用戶不同的功能和操作空間。用戶管理功能可實現(xiàn)新增、刪除用戶，對用戶信息的修改等操作。用戶信息包括用戶名，密碼及備注信息3部分。
安全管理流程如下圖所示
圖7 用戶管理流程
短信/彩信通知功能
系統(tǒng)能夠?qū)h程智能車輛監(jiān)測記錄系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，直接在“通知手機號碼”中輸入要通知人的手機號。通過設(shè)置將黑名單車輛的車牌號碼發(fā)送到距黑名單車輛最近的執(zhí)勤人員手機或警務(wù)通上.還可以將設(shè)備的運行狀態(tài)通知到相關(guān)人員手機上。將抓拍下來的圖片進行車牌識別后，比對黑名單數(shù)據(jù)庫。如果發(fā)現(xiàn)是嫌疑車輛，將圖片數(shù)據(jù)傳給彩信平臺，由彩信平臺將信息發(fā)送至終端。
其他功能
系統(tǒng)同時具備以下功能。
<12>•嫌疑車輛報警功能：嫌疑匹配的主要功能是對所有車牌號碼進行字符匹配，在數(shù)據(jù)庫內(nèi)快速尋找嫌疑庫內(nèi)車輛，也可在嫌疑庫內(nèi)快速尋找自定義的車牌；
<12>•車輛號牌識別：系統(tǒng)采用國內(nèi)領(lǐng)先的圖像識別算法，對通過的所有車輛進行車輛號碼識別、號牌顏色識別、車身顏色及車型等自動識別；
<12>•實時報警功能：實時報警主要分為三種，一是超速報警，二是布控車輛報警，三是被盜搶車輛報警。并可對不同的報警類型設(shè)置個性化的報警聲音，以更快的響應(yīng)報警事件；
<12>•統(tǒng)計分析功能：具備出具日報表、周報表、月報表、年報表等功能；
<12>•白名單管理功能：具備白名單管理功能；
<12>•實時顯示功能：支持實時抓拍圖片的顯示；
<12>•報警點設(shè)置功能：支持對報警終端設(shè)備的設(shè)置。設(shè)置將報警內(nèi)容指定到具體的報警設(shè)備或報警職守點；
<12>•日志查詢功能：具備記錄主要設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)日志和主要運行軟件的工作日志，并能進行分類查詢和統(tǒng)計；
<12>•系統(tǒng)維護功能：系統(tǒng)能通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)訪問和遠程系統(tǒng)維護功能，具備故障自動檢測功能。
四、系統(tǒng)性能
車輛圖像捕獲率
在車輛通過時（含按車道正常行駛和壓車道分道線行駛兩種狀況），卡口號牌系統(tǒng)應(yīng)能準確拍攝其圖像,并在圖像中標明疊加車輛信息。在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)對0km/h～140km/h行駛的車輛圖像捕獲率應(yīng)≥99%；在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)對140km/h～240km/h行駛的車輛圖像捕獲率應(yīng)≥95%。
號牌識別率
車輛車頭圖像的號牌識別率≥95%，號牌識別準確率（全天）≥93%，對車輛車尾圖像的號牌識別率≥90%，號牌后5位字符的識別準確率（全天）≥85%。針對摩托車號牌，識別準確率達到70%。
車頭車尾同步抓拍率
當治安卡口每經(jīng)過一臺車輛時，同一條記錄同時記錄同一臺車輛的車頭圖像和車尾圖像的準確率，同步抓拍率≥99%。當單車道增加攝像機時，系統(tǒng)支持同步抓拍。
測速誤差
當車輛行駛速度在30 km/h≤v<120 km/h的速度范圍內(nèi)，測速誤差在士5%以內(nèi)；當車輛行駛速度在120 km/h≤v≤240 km/h的速度范圍內(nèi)，測速誤差在士8%以內(nèi)。
數(shù)據(jù)存儲時間
卡口系統(tǒng)過車圖片等信息存儲時間至少≥1年。
原有卡口系統(tǒng)融合設(shè)計
對于原有卡口系統(tǒng)接入本期新建卡口平臺。
五、結(jié)語
高清智能卡口項目完成后，實現(xiàn)了40個卡口點,300多條車道的過車圖片抓、遠程報警、圖像、聲音等信息的傳輸監(jiān)控，由監(jiān)控中心進行集中監(jiān)控管理，提高了卡口系統(tǒng)運行安全性，降低了維護成本。采用光纖傳輸技術(shù)，保證了高清圖象質(zhì)量和傳輸質(zhì)量。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬靈活選擇碼流格式，達到高清集中存儲，同時后端低碼流網(wǎng)絡(luò)傳輸。使得前端大量攝像機產(chǎn)生海量的視頻、存儲、報警以及管理數(shù)據(jù)能在有限的網(wǎng)絡(luò)資源上，確保傳輸?shù)姆�(wěn)定運行。
本項目的建設(shè)管理中心，對高清前端卡口集中管理，并以此為基礎(chǔ)可融合當?shù)氐囊曨l監(jiān)控系統(tǒng)、警用綜合系統(tǒng)、警用GIS系統(tǒng)、大情報系統(tǒng)，將各個信息孤島的數(shù)據(jù)信息與上級管理部門實現(xiàn)互聯(lián)互通的有機整合，進一步提高監(jiān)控的范圍和力度，提高整個監(jiān)控管理的效率和效果。通過建設(shè)該智能交通系統(tǒng)，在高起點的信息化規(guī)劃基礎(chǔ)上，充分利用信息化建設(shè)手段，實現(xiàn)城市交通管理信息的互聯(lián)互通，進一步提高城市交通管理的水平。
上線后，系統(tǒng)運行良好,通過對卡口設(shè)備集中式管理，大大提高了公安人員的工作效率，降低了維護設(shè)備的人力成本，使人力資源得到優(yōu)化。真正實現(xiàn)了“一點布控、全網(wǎng)響應(yīng)”。智能卡口系統(tǒng)為辦案人員提供了對車輛實時布控、準時報警、及時出警的技術(shù)平臺。有力打擊各種套牌車、盜搶車輛犯罪。依法制裁各類犯罪份子，為市民提供了安全保障。
（本文作者現(xiàn)任職于廣東高新興通信股份有限公司） 
