电子警察解决方案.doc

闯红灯自动记录系统（高清电子警察）解决方案杭州海康威视系统技术有限公司2009年12月2009年22009V1.02009年22009闯红灯自动记录系统解决方案（高清电子警察）20杭州海康威视系统技术有限公司版本更新（本标准方案更新周期：一个月）序号修订内容修订时间修订人备注1第一版方案设计2009-10-7黄 亮2添加前言、软件平台、效益分析、公司简介等章节，对其余章节内容进行了较大调整。2009-12-7黄 亮注：定期更新内容包括技术方案及其附件。方案应用指导一、 关键词智能交通，高清电子警察，非现场处罚系统二、适用性描述1、 适用于城市闯红灯新建系统建设，包括对老系统改造，并为建设非现场处罚系统提供建设思路。2、 高清电子警察系统采用高清视频技术、联网架构，前端采用高清网络摄像机作为前端系统核心设备，配合电子警察业务处理机、信号灯检测器和车检器实现闯红灯自动记录功能。3、 系统软件平台不仅支持新建高清电子警察系统，还能整合用户已建标清电子警察系统。4、 系统提供完整的非现场处罚系统，紧密结合交警业务处理需求。5、 系统目前不支持视频检测触发抓拍，不支持视频分析红灯信号。6、 系统目前不支持500万像素CCD抓拍机。7、 系统前端子系统与软件平台对接工作，还需要一个过程，需要项目驱动。三、主要文件组成1、 主文档：闯红灯自动记录系统解决方案2、 附件：闯红灯自动记录系统PPT演示胶片3、 附件：闯红灯自动记录系统配置手册4、 附件：闯红灯自动记录系统典型应用案例分析四、注意事项1、 疑问可与最后的修订者联系。目 录前 言61概 述71.1背景介绍71.2现状分析71.3设计依据81.4设计原则92高清电子警察优势102.1单张高清照片包含闯红灯行为三要素102.2单像机同时输出高清照片和高清视频102.3闪光灯硬件同步曝光112.4前端照片合成叠加预处理112.5全嵌入式工业设计132.6多级缓存手段确保数据不丢失132.7多种传输途径确保数据传输可靠性133系统总体设计143.1系统组成结构图143.2逻辑功能分布图163.3系统主要性能指标184系统详细设计204.1路口单元设计204.1.1典型路口路况分析204.1.2路口建设最小单元界定204.1.3单方向组成拓扑结构214.1.4单方向安装示意224.1.5多方向汇聚拓扑结构244.1.6前端系统工作流程254.1.7闯红灯行为抓拍过程254.1.8车检器工作原理264.1.9红绿灯信号检测器工作原理274.1.10高清网络摄像机选型284.1.11车辆检测器选型304.1.12交通信号灯检测器选型324.1.13电子警察业务处理机选型324.2传输线路设计344.3监控中心软件平台设计354.3.1软件平台核心优势354.3.2软件平台总体功能364.3.3优化的非现场处理流程384.3.4软件平台硬件结构及运行环境394.3.5统一接入服务平台404.3.6非现场采集处理系统414.3.7非现场处理系统接口设计494.3.8非现场处理系统界面设计524.3.9中心WEB与稽查布控平台545典型模式配置清单65前 言文档说明本方案由海康威视系统技术有限公司发布，系海康威视闯红灯自动记录系统（高清电子警察）解决方案。第一章交代近年来城市交通安全背景与现状，分析城市交通安全管理中面临的问题以及标清电子警察在实际应用中不可避免的问题，提出建设高清电子警察系统的必要性、紧迫性。第二章阐述高清电子警察所带来的优势以及如何解决传统电子警察无法克服的难题。第三章从系统总体结构上描述了海康威视高清电子警察系统的系统组成、逻辑功能分布和系统主要性能指标。第四章描述了如何建设一套完整的高清电子警察系统，按分级思想阐述了高清电子警察系统各组成部分所包含的设备、所实现的功能、所达到的性能以及核心产品的技术优势。第五章针对几种典型的路面环境给出了具有代表性的配置清单以及参考预算价格。第六章解析了城市建设高清电子警察系统的直接效益、经济效益、社会效益和战略效益。1 概 述1.1 背景介绍十七大把构建社会主义和谐社会摆在更加突出的地位。要构建和谐社会，城市公共交通安全是重中之重，城市公共交通安全是城市经济与社会发展的最根本保障。城市是一定区域的政治、经济和文化中心，是人类居住和财富最为集中的地区，是金融、商业、交通、能源、通信等各项设施最集中的地区，因而也是安全隐患最多的地区。在现代社会，倘若一个城市的公共交通安全无法保证，就会动摇其民众对政府的信心，更会影响到城市的对外窗口形象。城市道路交通安全是城市公共交通安全的重要分支。随着机动车辆大规模普及应用，各种与机动车有关的违法事件开始滋生蔓延。以此衍生的道路交通安全问题日益成为社会经济发展中的一个重要制约因素。收集、统计和分析道路交通事故，发现大部分交通事故都是因为机动车违章行驶而引起，尤以在交叉路口或路段上机动车闯红灯造成的事故所占比例最大。建设闯红灯自动记录系统（俗称电子警察），对机动车闯红灯行为进行不间断自动检测和记录，通过立法对机动车闯红灯行为进行处罚，是遏制机动车闯红灯行为的重要手段，进而改善城市道路交通环境，提升公众出行安全系数。1.2 现状分析目前，在我国城市道路交通管理领域内“电子警察”一词已经得到了广泛使用。但作为一个时代的产物，在字、辞典中无法查询或者检索到与其相关的定义和解释。自“电子警察”一词诞生至今，随着城市道路交通监测监控技术的发展，其内涵与外延都发生了很大的变化。（1） “电子警察”的内涵和种类所谓“电子警察”就是道路交通违章自动取证处罚系统，作为ITS(智能交通系统)的一个全新应用，在城市道路交通的管理当中扮演着越来越重要的角色。“电子警察”的主要功能和产品包括：车辆闯红灯监测仪、车辆超速检测仪、车辆逆行违章检测仪、道路卡口系统、车牌自动识别系统、城市道路综合监控系统、122交通报警系统和城市道路综合监控系统。 “电子警察”有三类：第一类是胶片相机；第二类是数码相机；第三类是视频监控系统。“电子警察”在开启时，如果红灯方向行驶的车辆超过了。停车线，停车线上的感应线圈将给自动拍摄系统传递信号，相机会将违章车辆违章的情景和牌号拍下来。“电子警察”每天可以抓到30多辆违章车辆，最少也能抓到10多辆。（2） “电子警察”信息系统的应用效果“电子警察”的应用是道路交通管理中体现“科技强警”的一项重要举措，它一方面能够缓解日益繁忙的交通勤务管理与警力严重不足之间的矛盾，同时在一定程度上消除了道路交通管理在时间和空间上的“盲点”，有效地抑制了机动车驾驶员的违章行为。实践证明，“电子警察”的应用取得了良好的社会效应，不但改善了交通效率，对道路交通事故的降低也起到了积极的作用。几年来，一方面“电子警察”在技术上不断改进，功能上不断完善，性能上不断提高，逐渐成为一种成熟产品；另一方面，在管理上采取了一系列措施，使得“电子警察”的应用日趋完善，逐渐成为道路交通管理队伍中重要的一员。1.3 设计依据（1） 中华人民共和国道路交通安全法（2） 中华人民共和国道路交通安全法实施条例（3） 公路交通安全设施设计技术规范（JTJ 074-2003）（4） 闯红灯自动记录系统通用技术条件GA/T496-2009（5） 民用闭路电视系统工程技术规范GB50198-94（6） 安防视频监控系统技术要求GA/T 367-2001（7） 中华人民共和国公共安全行业标准GA38-92（8） 中国电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232-90.92（9） 机动车、驾驶员及违法管理等相关数据库规范2004版（10） 道路交通标志和标线GB57681.4 设计原则（1） 先进性高清电子警察前端系统采用高清一体化摄像机替代模拟摄像机+工控机模式，是系统先进性最重要的体现。200万像素高清画质同时覆盖2个车道，车辆车牌号码、停止线和红灯状态同时反映在一张照片中，将3张反映闯红灯过程的连续照片合为1张，是我司高清电子警察先进性的突出特点。（2） 实用性高清电子警察前端系统符合GA/T 496-2009公安部最新标准，能为交警用户准确捕获、抓拍、记录闯红灯行为，将3张200万像素的高清照片和1段高清视频相结合，为非现场处罚系统提供准确、清晰的证据，是本系统实用性的重要体现。（3） 可靠性高清电子警察前端系统广泛采用嵌入式技术，摈弃了工控机模式，无论是前端设备使用寿命，还是抗恶劣环境等方面，可靠性都得到质的飞跃，符合室外电子产品设计的发展方向。（4） 经济性高清电子警察前端系统可靠性得到提升，因此系统的维护成本显著下降。采用嵌入式一体化高清摄像机取代数码相机，LED低功耗补光灯取代闪光灯，设备使用寿命明显变长，产品更换周期明显缩短，系统经济性显著提高。（5） 安全性高清电子警察前端系统采集的数据经过加密传输，保障了系统数据的安全性。通过水印技术实现数据防篡改功能，确保数据作为证据的可信性。（6） 易维护性高清电子警察前端系统所包含的设备数量少，一体化高清摄像机接受软件平台的集中管理，可实现远程升级、维护和自动校时。2 高清电子警察优势2.1 单张高清照片包含闯红灯行为三要素标清电子警察需要两张照片，一张为全景照片（记录闯红灯过程，看不清车牌），一张为特写照片（仅能看清车牌），违法证据需要连续2-3张全景照片和1张特写照片组成，全景和特写照片分辨率仅为768*576，清晰度约为400-600线；高清电子警察拍摄2-3张连续的高清照片，每张照片均同时包括号牌号码、停止线和红灯信号三要素，单张照片分辨率达到1600*1200，清晰度超过960线，提高违法取证防抵赖性，更有利于违法取证。如下图所示：图 高清抓拍照片三要素示意图2.2 单像机同时输出高清照片和高清视频标清电子警察需要一只全景像机输出动态视频来记录机动车闯红灯过程。海康威视高清网络摄像机除了能输出高清照片，还能同时输出一段高清视频（分辨率*），记录机动车闯红灯过程。一方面增强违法照片的说服力，另一方面减少摄像机数量，降低故障点数量。2.3 闪光灯硬件同步曝光传统标清电子警察系统摄像机不具备闪光灯同步接口，由第三方外部电路+软件控制来实现摄像机与闪光灯的同步，同步效果不理想，受限度大。高清电子警察系统采用CCD电子快门直接控制闪光灯硬件同步曝光，可达到严格同步。2.4 前端照片合成叠加预处理按GA/T 496-2009 4.3.2节要求，一次闯红灯行为所产生的3张照片记录要求合成为1张图片。海康威视电子警察业务处理机将完成这该功能，将高清网络摄像机抓拍的3张200万像素高清照片合成处理为1张图片，并完成时间、地点、方向和车道等信息叠加。图片合成后，不出现原始图片遗漏、错位等问题。现场合成示意图如下所示：图 高清抓拍照片三合一示意图2.5 全嵌入式工业设计高清网络摄像机、车辆检测器、信号灯检测器和电子警察业务处理机全部采用嵌入式工业级设计，适宜于路口恶劣工作环境。采用ARM+DPS硬件架构，无风扇、低功耗设计，操作系统选用嵌入式Linux。尤其是电子警察业务处理取代传统工控机插图像采集卡方式，它解决了工控机易死机，抗病毒能力差，功耗高，高温运行不稳定等关键问题。工业设计，金属机身，散热良好，确保在炎热夏季依然能正常工作。设计时每款前端产品均具有看门狗功能，设备运行中自检发现异常，将自动重启，使设备恢复到正常工作状态，无需人工干预。2.6 多级缓存手段确保数据不丢失电子警察业务处理机和高清网络摄像机均支持SD卡，当前端与中心之间网络故障时，数据优先缓存在业务处理机的SD卡内，待故障恢复后，数据再补传到中心；若电子警察业务处理机故障，则数据缓存在高清网络摄像机的SD卡内，待故障恢复后，数据再补传到电子警察业务处理机，进行相关图片预处理。不采用硬盘作为前端存储介质，硬盘在高温环境下工作极不稳定，所造成麻烦将产生很大维护费用。2.7 多种传输途径确保数据传输可靠性电子警察业务处理机可选配CDMA或3G通信模块，当有线网络发生故障时，可通过CDMA或3G来完成数据传输，移动通信作为有线传输的冗余手段。提升系统传输可靠性，有线网络正常时，关闭移动通信功能，节约通信资费。通过水印技术来验证照片在传输过程中是否被篡改，确保违法证据的合法性。3 系统总体设计3.1 系统组成结构图图 高清电子警察系统组成结构图如上图所示，高清电子警察系统总体结构包括3部分：前端路口、传输通道和后台处理系统。（1） 路口单元每方向一套电子警察业务处理系统，包含：1只200万像素高清摄像机、1台车辆检测器、1台信号灯检测器、1台电子警察业务处理机、1台网络交换机、1个室外电子警察专用机柜，及其它配套辅材。若该方向有3-4个车道，则按照2只200万像素高清摄像机。多个方向的电子警察业务处理系统通过路口局域网互联至一个总出口（如上图路口示意部分左上角），安装1台光纤收发器，通过独立光纤汇聚到监控中心。（2） 传输通道所有路口的电子警察系统全部采用独立光纤进行数据传输，同时，也可选配CDMA、3G等无线传输方式为光纤传输提供冗余通信线路。（3） 监控中心监控中心部署电子警察软件平台（含服务器）、操作终端、打印机等。软件平台集中管理全网电子警察前端设备，操作终端用于违法人工处理，打印机用于打印违法罚单。3.2 逻辑功能分布图图 高清电子警察系统逻辑功能分布图（1） 路口单元路口单元完成闯红灯行为的检测并及时抓拍，对获取的信息进行预处理，分为图像采集单元和前端处理单元两大部分。a) 图像采集单元l 图片抓拍：利用一体化高清网络摄像机连续抓拍三张闯红灯高清图片组成一份违法记录，抓拍间隔精确到0.1秒，每张图片（分辨率16001200）均包含清晰可辨的车辆信息、车牌信息、车辆行驶行为和红绿灯信号状态。l 脉冲闪光灯同步：l 视频捕获：利用一体化高清网络摄像机拍摄闯红灯过程的动态视频，视频清晰度满足人工对车辆颜色、类型的认定，能完整呈现机动车闯红灯整个过程的运动轨迹，用于判断违法类型。l 数据缓存：借助网络将抓拍的图片和捕获的视频发送给前端处理单元。可安装高速SD卡，在网络通信故障时缓存高清图片和动态视频。选配8GB容量SD卡，可缓存约4万张违法照片，合1万份违法记录。b) 前端处理单元l 车辆检测、车辆测速：利用车检器实时检测过往车辆，车辆捕获率大于99%，包括车辆通行、车速、是否逆行等，并将检测结果发送给业务处理机。支持双线圈检测技术，根据车辆压过线圈的顺序来判断车辆逆行，逆行检测率大于99%。根据车辆压过线圈的时间差来计算车辆平均时速，测速精度为1%。l 信号灯检测：利用信号灯检测器实时检测红灯信号，将红灯维持状态、红灯切换至绿灯脉冲信号、绿灯切换至红灯脉冲信号，发送给业务处理机。单台交通信号灯检测器支持3路或6路信号检测路数，将模拟输入的220V电平信号转换为数字信号，保证采样信号周期的完整度和匹配度。支持多相位红灯信号接入与处理。l 抓拍触发：业务处理机接收来自车检器和信号灯检测器的信号，在红灯状态同时检测到车辆，即证明闯红灯行为。业务处理机将给一体化高清网络摄像机1个抓拍触发信号。l 数据预处理：业务处理机接收来自一体化高清网络摄像机抓拍的3张照片和1段视频。业务处理机按照国家标准将3张照片合成一张照片，并将时间、地点、方向、车道等信息叠加至图片上。l 数据存储：业务处理机将处理完毕的数据上传至后台处理单元。业务处理机可安装高速SD卡，在网络通信故障时缓存数据，网络恢复以后，数据自动接续上传。（2） 传输网络传输网络负责将路口单元预处理后的数据传输至后台处理单元，可以是有线传输方式（比如：独立光纤、运营商专网专线等），也可以是无线传输方式（比如：CDMA 1X或3G）。（3） 后台处理单元后台处理单元主要完成以下功能：l 数据通信、数据处理和数据存储：从前端业务处理机获取图片和数据，将图片保存在磁盘阵列中，将数据保存