闯红灯自动记录系统

1、闯红灯自动记录系统技术白皮书东软集团股份有限公司东软机密闯红灯自动记录系统技术白皮书目录一、综述41.1 技术背景41.2 产品简述6二、系统设计、生产、制造及安装的标准7三、系统特点93.1 硬件特点93.2 软件特点103.3 系统特点11四、系统描述114.1 系统原理114.2 系统功能134.3 技术指标154.4 系统结构图16五、设备介绍185.1 高清摄像机及镜头185.2 标清相机205.3 嵌入式工控板215.4 防护罩235.5 补光灯245.6 通信单元255.7 嵌入式存储设备（选配）25六、设备清单（单方向）25七、施工方案287.1 现场路口布置图287.2 杆件

2、及抓拍设备的安装297.3 基础设施297.4 线路的铺设317.5 立杆施工32一、综述1.1 技术背景计算机视觉借助于几何、物理和学习技术来构筑模型，从而用统计的方法来处理数据。因此从我们的角度看，计算机视觉是：在透彻理解摄像机性能、物理成像过程、物体和环境信息的基础上，对每个像素进行简单的推理，通过在一或多幅图像中得到的信息综合成和谐的整体，确定像素集之间的联系以便将它们彼此分割开，或推断一些形状、位置和运动信息，基于时空关系、逻辑关系和概率统计技术来识别物体。机器视觉软件工程是研究和应用如何以系统性的、规范化的、可定量、经济的过程化方法去开发和维护在实际CPU上有效运行的、可靠的计算机

3、视觉软件，以及如何把经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的计算机视觉及并行计算技术方法结合起来。东软集团股份有限公司的智能视觉软件工程实验室在机器视觉的技术基础上，增强对象识别能力以提高智能水平；降低硬件要求以减低成本；提高系统的实时性、鲁棒性以保障可用性。对机器视觉技术方法及与软件工程的结合，进行长期持续的研发和应用。为伙伴持续提供所希望的方法和技术服务，为用户提供便宜方便的看得快、认得准的计算机视觉技术和软件。实验室的愿景：我们的成果，享用遍在人间。1.2 产品简述道路交通状况是城市的门面，是城市管理水平和综合实力的具体体现。交通状况的好坏将直接影响投资环境，制约城市经济的

4、发展。如何改善城市道路交通状况和提升交通管理水平等方面的问题已引起了各级政府的高度重视。影响城市道路交通的因素固然很多,但各种类型的交通违法行为给交通带来的危害尤为严重，特别是闯红灯违法行驶不仅扰乱了正常的交通秩序，也是造成机动车交通事故的主要原因之一。因此，采用现代先进技术，进行交通违法行为特别是闯红灯违法行驶的自动监测，为公安交通管理部门提供强有力的执法证据，对改善交通秩序、保障交通安全、提高道路交叉口通行能力、减少交通事故等都将起到重大作用，效果明显。我们推出基于我公司自主高清晰网络抓拍一体机的闯红灯违法抓拍系统,该系统为工业级产品，可靠性高、施工调试方便，以高分辨率图片的方式提供违法车

5、辆违法的证据，辅助交警执法。工业级百万像素高清数码拍照摄像一体机既具有高分辨率（140万/200万/500 万像素），又有使用嵌入式设计工业摄像机的高可靠性，在拍照摄像一体机内集成了I/O接口、RS232、RS422/485接口、用于图片传输的网络接口及大容量图片存储器，构成一套完整、可靠、免维护的车辆违法自动记录系统。 闯红灯自动记录系统安装在信号控制的交叉路口和路段上，并对指定车道内机动车闯红灯行为进行不间断自动检测和记录的系统。机动车在其对应的绿灯或黄灯相位时越过停车线，闯红灯自动记录系统不作记录。闯红灯自动记录系统记录机动车闯红灯过程中两至三个位置的信息以反映机动车闯红灯违法过程。第一

6、个位置的信息能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号、机动车车身未越过停止线的情况；第二和第三个位置的信息能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个机动车车身已经越过停止线并且在相应红灯相位继续行驶的情况；并且至少有一个位置的信息能够清晰辨别号牌号码。号牌的图像水平分辨率不低于100个像素点，且不大于160个像素点。图片格式采用JPEG2000格式，JPEG图片编码应符合ISO/IEC 15444:2000的要求。图片应具有防篡改功能。记录的最终图片应合成为一个图片文件，包含：时间、地点、方向和车道等信息。合成的图片清晰度能满足人工对车辆号牌号码认定的要求，且不出现因红灯信号泛白、光晕等颜

7、色失真而影响人工对红灯信号的判断。闯红灯自动记录系统应实时记录具有闯红灯行为的机动车信息并存入数据库表中，数据库表结构应符合GA 329.3、GA 648的要求。二、系统设计、生产、制造及安装的标准GB1002-1996家用和类似用途单相插头插座型式、基本参数和尺寸GB2099.1-1996家用和类似用途插头插座 第一部分：通用要求GB4785-84汽车及挂车外部照明和信号装置的数量、位置和光色GB4798.1-86电工电子产品应用环境条件贮存GB50198-94民用闭路监控电视系统工程技术规范GB6587.1-86电子测量环境试验仪器总纲GB6593-86电子测量仪器质量检验规则GB9969

8、.1-1998工业产品使用说明书 总则GB11463-89电子测量仪器可靠性试验GB/T11798-89机动车安全检测设备GA36-92中华人民共和国机动车号牌GA308-2001 安防系统工程验收规范GB21255-2007机动车测速仪通用技术条件JCJ/T16-92民用建筑电器设计规范JT/T367-1997公路照明技术条件工业企业通讯接地设计规范建筑物防雷设计规范中华人民共和国道路交通管理条例（1988年3月9日国务院发布）中华人民共和国道路交通安全法实施条例中华人民共和国道路交通安全法公路交通安全设施设计技术规范（JTJ 074-2003）闯红灯自动记录系统通用技术条件GA/T496-

9、2009预防道路交通事故“五整顿三加强”实施意见公通字200433号关于进一步加强路面行车秩序整顿工作的通知公交管2004110号民用闭路电视系统工程技术规范GB50198-94安防视频监控系统技术要求GA/T 367-2001中华人民共和国公共安全行业标准GA38-92中国电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232-90.92 机动车、驾驶员及违法管理等相关数据库规范2004版三、系统特点3.1 硬件特点l采用无风扇、小尺寸、超低电压嵌入式工控机，与摄像机一起安放在摄像机防护罩内，安装于立杆上（无需安装额外的工控机箱）。设备在路口环境下，可长期稳定持续运行。l高清晰自动抓拍功能系统需采用50

10、0万CCD高清摄像机作为成像器件，拍摄的图片分辨率2448 (h) x 2050 (v)，采集帧数可达17帧/秒。系统能定时自动检测主要设备的工作状态，并在上传数据的时候报告设备的运行状态，指挥中心能及时掌握设备的工作状态。嵌入式工控机设有软件看门狗和硬件看门狗双重监测保护，如果遇到系统因意外而死机的情况，则看门狗会发挥作用，自动重新引导系统，进入工作状态。3.2 软件特点l基于视频分析技术的机动车识别、跟踪和行为分析。l基于视频的信号灯状态监测，无需接入信号机控制信号。l可抓拍跨车道行驶和路口逆行的机动车辆闯红灯行为。l适应日、夜、晨、昏、阴、晴、雨、雪、雾等各种现场环境，全天候7×

11、;24小时持续运行。l车辆号牌自动识别功能：系统在前端路口设备即进行实时的号牌识别。系统可识别GTA496-2009规定中的全部号牌信息，包括汉字字符、阿拉伯数字和英文字符，牌照自动定位到输出文本格式的字符结果，所有时间不超过100毫秒。l可扩展抓拍压黄线、逆行、不按规定在相应车道行驶或者违反规定使用专用车道的、骑轧车行道分界线或者在路肩上行驶的等多种违法行为。3.3 系统特点l选用稳定、少有病毒干扰、高性能的嵌入式操作系统，确保系统长期稳定持续运行。应用软件可提供免费升级。四、系统描述4.1 系统原理1. 运动对象检测本系统融合了混合背景建模和SODP算法的优点，能快速有效的检出完整的运动对

12、象，且不受光照频繁快速变化的影响。在晴、阴、雨、雪、雾等各天候和晨、午、昏、夜各时段都有很强的鲁棒性。此外，系统还采用了图像配准算法。在相机轻微晃动的情况下，系统也具有较强的鲁棒性。2. 车辆对象识别 运动对象可能包含行人、阴影、摩托等非车对象。系统利用相机标定技术，建立图像坐标系与世界坐标系的转换关系，计算运动对象在真实世界中的尺寸大小，并对满足车辆真实尺寸的运动对象进行特征提取，采用统计模式识别的手段进行验证运动对象是否是车辆。本系统特征提取采用一种改进的小波特征提取算法，对检测到的运动对象区域进行k层Haar小波金字塔分解，对小波金字塔分解得到的所有小波系数取绝对值得到系数幅值并进行归一

13、化，克服噪音或细节信息的影响，同时减少计算量，节约计算资源。(引自文学志论文)提取的运动对象特征经支持向量机分类器分类后能准确识别其是否是车辆，从而滤除行人、阴影、摩托等非车辆运动对象产生的误识别。系统采用最小错分概率模型自动确定支持向量机分类器的最优分类边界。（引自AAC申请专利） 支持向量机分类器分类算法具有准确率高，鲁棒性好的优点，但计算量大，普通编程技术很难保证算法实时。本系统采用任务并行和数据并行混合的的并行编程技术以及多分辨率、多尺度数据技术，有效克服支持向量机计算量大的问题，保证算法的实时性。3. 车辆对象跟踪 为得到车辆从进入监视范围到驶离监视范围的整个运动轨迹，需对车辆进行跟

14、踪。系统采用Particle Filter算法对检出车辆进行跟踪，该算法在非线性、非高斯系统表现出明显优越性，在军事领域已经被应用于雷达跟踪空中飞行物，在视频监控中也常用于行人和车辆跟踪。4. 本系统车辆跟踪过程如下：a) t时刻，在车辆区域内均匀提取特征粒子，并初始化每个特征粒子的参数和权重；b) 利用状态转移模型计算每个特征粒子在t+1时刻的位置，估算车辆在t+1时刻的位置。c) 基于前景图像，采用运动目标区域的颜色和LBP纹理特征评价并更新特征粒子的权重，根据特征粒子集精确定位t+1时刻的车辆图像位置。针对多目标跟踪，本系统还采用重要性采样和分割采样函数增强算法性能由于采用多个特征粒子描

15、述被跟踪车辆，因此，当车辆部分被遮挡时，仍然会有部分特征粒子能够刻画车辆运动，从而保证算法能有效的跟踪被遮挡车辆。此外，根据每一时刻车辆底边在图像中的位置和图像坐标系与世界坐标系的关系，系统还可计算出被跟踪车辆在真实世界中运动速度。引用文献【文学志论文】一种改进的小波特征提取算法及其应用. 小型微型计算机系统.【AAC专利】确定对象分类器分类边界的方法及装置（200610149452.1） 4.2 系统功能该系统技术领先、结构紧凑、集成度高，功能强大：l 系统采用智能的视频分析技术，能够在众多非车辆目标中，识别视频中的车辆目标，并对车辆目标加以跟踪，分析其驾驶行为。l 自动记录闯红灯违法行为，

16、同时可扩展记录抓拍压黄线、逆行、不按规定在相应车道行驶或者违反规定使用专用车道的、骑轧车行道分界线或者在路肩上行驶的等多种违法行为。l 核心抓拍设备使用专业设计的嵌入式一体化高清晰网络数字摄像机，无需工控机，摄像机实现抓拍、传输、存储一体化。l 违法照片为高清晰（500万像素）照片连拍23张，每张照片可以清晰看到红灯、停车线、车型、车牌、时间，地点。l 系统可以通过无缝扩容，每个摄像机可拍摄1-3个车道，每方向可以拍摄1-8个车道，增加拍摄车道只需增加摄像机和补光灯。l 支持网络上传功能，可在图像抓拍后直接上传到指定网络服务器上，实现远程存储，便于违法资料整理；当网络传输发生断网时，摄像机将图

17、像文件自动的存储在本地存储设备中，不会丢失图像数据。在传输再次连通时，摄像机首先将本地存储的图像上传。允许用户使用U盘，即插即存的人工下载数据。l 具备全天候使用功能，夜间使用补光灯。l 能够有效的消除相机振动、车辆或环境阴影、光线变化等因素，对抓拍的干扰。l 能够自动识别路口的信号灯状态，无需引入红灯信号。l 前端设备与控制中心后台软件系统无缝对接。l 每个路口具备智能设备管理器功能，能方便对路口设备进行监控和维护。所有前端设备具有网管功能，在控制中心可以实时监控所有路口设备状态，并具备故障自动报警功能。路口设备配置和软件升级全部在控制中心完成。同时路口具备远程遥控自动开电和关电功能。l 系

18、统性能稳定，所有设备提供保修维护3年l 可扩展的提供交通信息采集功能，利用路口的相机，采集平均交通流量、平均车辆行驶速度、平均车头时距、平均车辆时间间距、车道占用率等交通信息。4.3 技术指标1.每个抓拍机可拍摄1-3个车道。系统可以通过无缝扩容，每方向可以拍摄1-8个车道，增加拍摄车道只需增加抓拍机和补光灯。2.允许车辆行驶速度：0 220km/h3.系统全天候连续工作，适应日、夜、晨、昏、阴、晴、雨、雪、雾等各种现场环境，全天候7×24小时持续运行。4.系统防护等级：IP655.系统违法抓拍有效率：95%以上6.系统平均无故障时间：MTBF 30000小时7.系统平均修复时间：M

19、TTR30分钟8.违法图片有效像素：2448 (h) x 2050 (v)（配置高清百万像素级镜头）9.拍摄快门：1/151/10000秒10.拍摄功能：逐行扫描、自动曝光补偿、强光抑制、自动白平衡11.选用2/3” IT CCD 500万像素GigEVision摄像机12.满足室外设备管理维护要求。13.具备远程IP管理功能。14.具有各种设备的看门狗监控功能，可以自动对不同设备进行断电复位。4.4 系统结构图五、设备介绍5.1 高清摄像机及镜头Basler piA2400500万像素GigEVision摄像机2/3” IT CCD有效像素2448 (h) x 2050 (v) 像素尺寸3.

20、45m x 3.45 m逐行扫描帧频17fpsC接口外部触发功能工业自动化百万像素级定焦镜头：镜头接口为标准C型接口，可安装各种2/3英寸CCTV FA(工业自动化)镜头。为保证图像解析力，请选用百万像素级镜头。u焦距：6mm-75mmu最大光圈：F1.4-F2.8u光圈：手动u工业镜头也称FA镜头，图像质量好，成像畸变小，图像的对比度小，色彩好，适用于对图像质量要求较高的图像采集及工业自动化检测等行业应用领域。捕捉兆级像素照相机的全部分辨率低变形率 (低于1.0%) 为焦点和光圈锁定调节螺钉在整个屏幕范围内都具有高对比度及清晰度的图像紧凑式设计。5.2 标清相机l1/2英寸CCD传感器；l有

21、效像素数：768×576； l水平分辨力：540TVLine；l最低照度：0.001Lux；l星光技术：自动，强制，关可选；l具有自动增益；l信噪比 Better than 52dB >52dB；l视频输出：BS(BNC)；l视频输出 Composite output 1.0Vp -p75；l伽玛校正 0.45/0.8/1；l运行温度 -10+55；5.3 嵌入式工控板处理器Intel Atom 1.6GHz Z530 CPU主板芯片组Intel SCH US15W内存System Memory 512M built-in, Support up to 1GB DDR2 400

22、/533MHz SDRAM网络1 x Realtek RTL8111C GbE Ethernet controller1xMoschip MCS7830 USB to LAN (10/100mbps) controller音频1 x RTL ALC623/ALC663 Audio AC97 Codec I/O接口1 x Winbond 83627HG by LPCRTC实时时钟芯片Support Real time clockBIOSAMI BIOS连接器2 x 2x50pin connector for connect to PB-700SSD固态硬盘1 x Compact Flash Sl

23、ot1 x ZF connector for PATA HDDLAN网络1 x RJ45 port for LAN out1 x RJ45 port for IP CAM inSDVO to TV-out/CRTChrontel CH7021 VGA to SDVO Encoder1 x BNC type Video out1 x 2x5 pin pitch 2.0 pin header for VGA采集卡Conexnet CX23885 PCIe Video Capture Device1 x BNC type Video In1 x Jack for Audio-in音频1 x 2x6

24、pin connector for MIC, Line-in, Line-outLCD显示接口1 x LVDS 30-pin connector 串口COM1 for RS232, 1 x 2x5pin pin header (internal)COM2 for RS422/485, 1 x 5-pin terminal (external)USB1 x USB 2.0 port (Stack, external)1 x 2x5pin pitch 2.0 pin header (2 x USB2.0, internal)开关1 x RESET Switch1 x PS On/Off Switc

25、h1 x IP/AG Switch D I/O1 x Digital Input + 1 x Digital OutputDC 电源 DC12V input, 5-pin terminal (with D I/O) AT/ATX mode by BIOS setting连接器 2 x 2x50pin connector for connector to ASB-S700尺寸120x75x37mm (WxHxD)制冷Fan Less无风扇运行温度-20 to 70 (normal), -40 to 80 (wide temp.)存储温度-40 to 85运行湿度10% 90% non-conde

26、nsing存储湿度5% 95% non-condensingEMI/Safety安全标准Meet CE / FCC Class A 5.4 防护罩摄像机防护罩采用标准防护罩，防护罩内有排风、加温、除霜功能,防水性能高，可满足室外全天候工作要求。l l弹簧辅助前开式顶盖 l l后部锁扣连接 l l压铸铝结构 l l设计用于室内或室外的安装 l l符合IP66标准 l l便于维护及安装工作 l l护罩底部有电缆接入密封套及安装孔 l l可按现场需要选择加热器、遮阳罩等 l l选用加热器可有效加热摄像机，并可除雾，除霜 l l选用遮阳罩可降低内部温度3 55.5 补光灯l发光颜色：白色 l外观颜色：

27、有色扩散 l正常工作电压：12V / 24V l正向电流：20mA l反向电流：10A l亮度：1500-20000 l角度：3040l使用寿命：800000小时l防护等级：IP655.6 通信单元内部集成网络交换功能、多方向光端机通讯模块。可选的可以通过WIFI和3G等无线通信单元，实现数据的无线上传。5.7 嵌入式存储设备（选配）不联网数据存储，即插即存的人工下载数据USB拷贝。六、设备清单（单方向）1视频检测摄像机台2视频检测镜头3高清抓拍摄像机台4高清抓拍摄像机镜头台5防护罩台6安装支架台7LED照明单元台8控制主机台9视频分析软件套10电子警察应用软件套11存储模块台12温度控制器台

28、13电源避雷个14设备接地台15漏电保护模块台16光端机/3G通信模块对17电子警察杆及立杆地锚6.5m直臂+7悬臂根18基础1.8*1.8*1.5个19视频线SYV75-5千米20网线千米21视频线SYV75-5千米22控制线RVVP4*1.0千米23电源线YZ4*1.5千米24电源线YZ3*1.0千米25接地线BY6千米26附件套27手井600mm*600mm,含井盖，施工等个七、施工方案7.1 现场路口布置图7.2 杆件及抓拍设备的安装电子警察前端抓拍设备有两种安装方式，一种是安装在车道上方的横杆上，一种是安装在车道旁的立杆上。1、横杆、立杆一般高6米，横杆臂长根据现场安装图定，使安装的

29、摄像机视角可以完全覆盖监控方向的13个车道，横杆、立杆的位置离停车线的距离1225米，距离的远近决定选用的镜头的焦距。2、抓拍设备安装位置的确定：把摄像机安装到所立杆件6米高处，上下左右转动，以使抓拍到的图片包含所要监控的车道的停车线、车型、红色信号灯清晰可辨，若无法达到，需要调整镜头焦距或更换不同焦距的镜头。3、补光灯的安装可以是跟摄像机同一横杆上，同样按上调整补光灯的角度，使需要补光时摄像机抓拍的图片中停车线、违章车辆、红灯清晰可见，同时补光灯也可安装在路侧的立杆上，补光效果可能更佳，安装的位置在离闯红灯区域边线2米到3米处的立杆上，高度为3米，角度为能让补光灯照射覆盖到抓拍区域，调整角度

30、使其达到补光效果最优。7.3 基础设施一、在基础施工前应按以下要求进行检查：1. 检查基础位置。基础位置处地下不应有上下水、煤气、供暖等管道，电力、通讯、光纤等线路通过，如有以上管线通过时，应争取按前端立杆位置的最低要求重新定位，仍不能避开时，要会同相关管理部门协商解决。定位机柜基础时，还要注意机柜的前后门位置0.7m内不许有障碍物阻挡。2. 测量基础位置处的可施工尺寸，看是否能够满足基础尺寸的最低要求，如可施工水平尺寸小于基础要求尺寸，可采取改变基础位置或按等体积原则改变水平尺寸等方法解决。基础水平形状原则上宜为正方形。3. 区别不同杆采用不同基础地笼，且地笼主筋粗细、间距、所围圆的直径大小

31、要与相应杆底座法兰盘固定孔位置一致。地笼主筋丝扣完好。二、下地笼时，要把地笼安放在基础的中心位置，要求地笼主筋与地面垂直，地笼钢挡板平直无变形且上表面与步道砖上表面或地面平齐并保持水平；机柜地笼安放时，应使其前、后边与车道平行；立杆地笼安放时，应保证安装横臂杆时，其横臂与停车线平行；地笼安放必须采取固定措施，使其牢固保持原位置不变，即使受力后也要迅速恢复原样；需对地笼钢挡板上的主筋螺纹采取保护措施，防止磕碰或粘上泥浆。三、基础浇注用水泥混凝土砂浆应使用现搅拌的C30以上规格产品，浇注时应符合国家相关标准、规范的要求。浇注时应时刻注意地笼的位置情况，要多用水平尺测量地笼钢板平面，并调节使其保持水平。7.4 线路的铺设线路的敷设主要是指主设备箱与各方向的分设备箱、机柜与立杆间线路的敷设施工。机柜与指挥中心间的线路敷设工程可参考国家民用闭路监视电视系统工程技术规范的规定执行。一、电缆的敷设应符合下列要求：1. 电缆的弯曲半径应大于电缆直径的15倍；2. 电源线宜与信号线、控制线分开敷设；3.