智能交通高清电子警察系统方案

智能交通高清电子警察系统方案3.1系统概述电子警察系统是通过采集、处理、显示及发布交通流参数、事件等动态交通流信息，为城市道路现代化监控系统的建立提供一流的交通信息支持与技术服务。利用科技手段实现对道路交通进行有力的治理，既能有效的防止此类交通违章行为，减少由此引起的事故，又能对违章的驾驶员起到威慑作用，促进交通秩序良性循环，同时能将部分交警解放下来，在一定程度上缓解警力不足，真正体现向科技要警力的无穷力量。本方案采用高清闯红灯自动监测记录系统，主要设备由前端信息采集部分，网络传输部分和中心管理部分组成，系统核心设备为嵌入式一体化高清摄像机，该摄像机为我公司自主研发，采用LINUX操作系统，集抓拍、识别、控制、录像、传输于一体，每个车道摄像机都能独立正常工作，结构简单、性能稳定，环境适应性强。从系统、整体的范畴考虑，将交通中的各要素综合考虑，做到人、路、车三者的有机结合，充分应用闯红灯记录系统使交通监控真正实现"智能化"，极大地提高交通管理的效率，确保交通安全。3.2点位分布本项目的电子警察系统分为两部分：新建部分和改在部分，具体点位分布如下：1）电子警察系统新建点位分布：序号布点具体位置方向车道数量检测模式1九九路与山谷大道路口东往西3+1(非机）视频+线圈西往东3+1(非机）南往北3+1(非机）北往南3+1(非机）2良塘大道与芦良西路交叉口东往西2+1（辅道）视频+线圈西往东2+1（辅道）南往北2北往南23承风路与幕阜大道路口东往西2视频+线圈西往东2南往北2北往南24宁红大道延长线与洋洲大道路口东往西2+1（辅道）视频+线圈西往东3南往北3北往南15良塘大道与江渡大道路口东往西3+1(非机）视频+线圈西往东3+1(非机）南往北3+1(非机）北往南3+1(非机）6东盟佳苑路口东往西1视频+线圈西往东1南往北1北往南17柯龙线与黄田里大道东往西3视频+线圈西往东2南往北3+1（渠化道）2）电子警察系统改造点位分布：改造电子警察点位序号布点具体位置方向车道数量检测模式备注1山谷饭店路口东往西3视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，杆件利旧，详细情况见图纸及设计说明。西往东3南往北3北往南32澄江花园路口东往西2视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，换电警杆件，详细情况见图纸及设计说明。西往东2南往北23宁红大桥南路口东往西3+1（非机）视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，换电警杆件，详细情况见图纸及设计说明。西往东2南往北4+1（非机）北往南4+1（非机）4英才中学路口东往西2视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，杆件利旧，详细情况见图纸及设计说明。西往东2北往南25山谷大道与散原路交叉口东往西3视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，杆件利旧，详细情况见图纸及设计说明。西往东3南往北3北往南36XX汽运门口（汽车总站出口）东往西2视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，换杆1根，其它利旧，详细情况见图纸及设计说明。西往东3南往北37韩源路口（欧克科技路口）东往西3视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，杆件利旧，详细情况见图纸及设计说明。西往东3南往北3北往南38散原路与义宁大道东往西3视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，杆件利旧，详细情况见图纸及设计说明。西往东3南往北3北往南39宁红市场路口东往西3视频+线圈改电子警察、换摄像机、加存储，杆件利旧，详细情况见图纸及设计说明。西往东3南往北310人民医院路口4增加电子警察存储，其它利旧。11体育馆路口4增加电子警察存储，其它利旧。3.3系统原理系统中主要设备由嵌入式一体化高清摄像机、补光单元、网络传输和中心管理等部分组成，系统核心设备为嵌入式一体化高清摄像机，集抓拍、控制、识别、录像、压缩、传输于一体。具有先进的视频检测功能，可以对视频图像进行逐帧识别，同时自动匹配对应车道，对过往车辆进行轨迹跟踪并做行为判断，如有违章车辆即进行抓拍、车牌识别、录像、存储，处理结果上传到后台。同时系统兼顾卡口功能，即绿灯正常行驶的车辆，系统也可以进行记录。电子警察系统原理图3.3.1车辆检测原理采用基于运动检测的车辆检测方法，其核心原理是通过学习建立道路背景模型，将当前帧图像与背景模型进行背景差分得到运动前景像素点，然后对这些运动前景像素进行处理得到车辆信息。该方法效果的优劣依赖于背景建模算法的性能。其流程图如下所示。整个检测过程分为以下几个步骤：1、由高清摄像抓拍主机获取实时的视频流。2、利用背景差分算法检测运动前景。首先通过初始多帧视频图像的自学习建立一个背景模型，然后对当前帧图像与背景模型进行差分运算，消除背景的影响，从而获取运动目标的前景区域。车辆检测流程图3、根据背景差分运算中运动目标检测的结果，有选择性地更新背景模型，并保存背景模型。4、过滤噪声，并获取准确的车辆位置。5、运用时空信息、匹配和预测等算法，对车辆进行准确的跟踪，得到车辆对象的运动轨迹，并保存车辆对象的轨迹信息。6、判断车辆是否到达触发线位置，如果没有到达，则进行下一帧的检测，如果到达则发出触发信号。车辆的抓拍触发综合运用了车牌检测算法和车辆检测算法，如下图：车辆抓拍触发原理示意图系统首先采用车牌检测算法，在车辆到达触发线的时刻，若系统检测到图像中存在车牌，则触发抓拍，并进行车牌识别；对于无后车牌或后车牌遮挡的车辆，系统无法检测到车牌，此时将启用车辆检测算法，若运动对象与系统内建的车辆模型相匹配，则触发抓拍，并记录为无牌车辆。3.3.2红绿灯检测原理1、视频检测红绿灯信号视频分析算法对于红绿灯的检测综合运用了亮度比较算法与灰度比较算法，在场景中红绿灯所在位置划定检测区域，并对该区域的亮度与灰度的变化进行实时地检测与判断，从而获知当前的红绿灯状态。2、信号检测器检测红绿灯信号为确保信号灯检测的准确性，在本方案中配置了信号检测器来对红绿灯信号进行检测，以便在某些不利于进行视频检测的场合，用来确保对红绿灯信号判断的准确性。信号检测器内置红绿灯检测电路，将被检测车道的红绿灯信号引入到信号检测器，220V的红绿灯交流信号被转换为低电压，通过光耦器件送至内部的数字逻辑门电路，从而完成红绿灯信号的检测。信号检测器收集红灯的信息，当有车辆在红灯期间驶过检测线，则通过RS485接口向摄相机发送抓拍指令，获取相应违章图片。3.3.3车牌识别原理车牌识别是基于图像分割和图像识别理论，对含有车辆号牌的图像进行分析处理，从而确定牌照在图像中的位置，并进一步提取和识别出文本字符。车牌识别过程包括图像采集、预处理、车牌定位、字符分割、字符识别、结果输出等一系列算法运算，其运行流程如下图所示：车牌识别原理示意图图像采集：通过高清摄像抓拍主机对卡口过车或车辆违章行为进行实时、不间断记录、采集。预处理：图片质量是影响车辆识别率高低的关键因素，因此，需要对高清摄像抓拍主机采集到的原始图像进行噪声过滤、自动白平衡、自动曝光以及伽马校正、边缘增强、对比度调整等处理。车牌定位：车牌定位的准确与否直接决定后面的字符分割和识别效果，是影响整个车牌识别率的重要因素。其核心是纹理特征分析定位算法，在经过图像预处理之后的灰度图像上进行行列扫描，通过行扫描确定在列方向上含有车牌线段的候选区域，确定该区域的起始行坐标和高度，然后对该区域进行列扫描确定其列坐标和宽度，由此确定一个车牌区域。通过这样的算法可以对图像中的所有车牌实现定位。字符分割：在图像中定位出车牌区域后，通过灰度化、灰度拉伸、二值化、边缘化等处理，进一步精确定位字符区域，然后根据字符尺寸特征提出动态模板法进行字符分割，并将字符大小进行归一化处理。字符识别：对分割后的字符进行缩放、特征提取，获得特定字符的表达形式，然后通过分类判别函数和分类规则，与字符数据库模板中的标准字符表达形式进行匹配判别，就可以识别出输入的字符图像。结果输出：将车牌识别的结果以文本格式输出。3.4系统构架本系统采用纯视频检测方式，自动对视频流中运动物体进行实时逐帧检测、锁定、跟踪，根据车辆运动轨迹判断车辆是否违章并进行记录，无需破坏路面、埋设线圈。系统采用500万CCD高清一体化摄像机为采集主体，单台摄像机覆盖单向3车道；同步支持LED频闪灯进行夜间补光。设备稳定，结构简单，便于安装维护。系统整体分为三部分：前端采集部分、网络传输部分和中心管理部分。整体框架图如下：系统整体结构示意图3.4.1前端采集子系统数据采集子系统主要由图像采集设备（高清摄像机）、辅助光源（补光灯）、网络传输设备（光端机或光纤收发器）等组成，完成红绿灯状态检测、机动车违章行为检测、违章图片抓拍、补光灯控制、违章记录本地储存、相关信息网络上传等任务。1、高清抓拍摄像主机：本系统采用500万像素高清抓拍摄像主机，图片分辨率高达2592×2112（含OSD信息）。单台高清摄像机可覆盖3个车道，提供红绿灯检测、车辆检测及高清录像的视频流。2、补光灯：辅助光源包括LED频闪灯补光。LED频闪灯为视频与图片抓拍补光，其光敏控制模块设计可自动启动，当环境光低于预设亮度，光源自动打开，为摄像机补光，保证夜间的摄像效果。发光器件为大功率LED，寿命在额定功率下达到30000小时。LED频闪灯补光方式安装调试简单，节约成本，同时不会对驾驶员造成太大的干扰，也不会带来光污染。3、智能终端管理设备：采用嵌入式高性能处理平台，内置大容量硬盘，可接收来自高清摄像机的JPEG流、H.264视频流，并进行图片、录像的前端存储。支持140万、200万、500万高清监控摄像机的接入，具有图片断点续传、图片录像检索等功能。内置工业级交换机。4、网络传输设备：包括光纤收发器等，承担将前端设备记录的车辆违法信息传输到后端管理中心的任务。5、信号检测器:此产品配合智能相机（包括闯红灯一体化摄像机、卡口型电子警察系统一体化摄像机），实现闯红灯违章抓拍和卡口型电子警察系统抓拍，是智能交通抓拍系统中的一个非常重要的独立部件。在视频检测模式中用于实现红绿灯信号的接入。3.4.2网络传输子系统主要承担将前端设备记录的车辆违法信息传输到后端管理中心的任务，同时操作人员在中心平台应用远程管理软件通过该网络可对前端设备进行远程管理、状态监测及设备参数设置。该传输网络可以采用数据专线、宽带网络、光纤网络、无线GPRS/CDMA等方式。如果与视频监视系统共用光端机，可采用数模复用光端机，即在一根单模光纤上传输视频监控系统前端摄像机的视频信号及控制信号，同时提供100/1000M的以太网口用以传输系统前端设备记录的违法车辆信息。3.4.3中心管理子系统中心管理子系统主要由设备接入、数据存储、集中管理和用户应用四大块组成。主要实现前端数据的接收与存储、前端设备的管理、数据的应用等功能。从系统的可用性和可扩展性上考虑，整个系统采用C/S和B/S相结合的模式。C/S模式可以提供友善的用户界面和方便的设备管理功能，B/S增强了系统的可部署性和可用性。结合两种模式的优点可以将整个系统的可用性提升到一个新的高度。数据库服务器为功能强大的ORACLE11G数据库，提高数据的可操作性。在中心系统中可以查看各设备实时上传的图片信息，实现对路面的实时图片监控。通过客户端可以完成设备参数的设置，实现远程升级和系统维护。

3.5系统设计3.5.1前端结构示意图高清电子警察系统的前端采集系统主要由高清网络摄像机、补光灯、光纤收发器、管理终端等组成，结构示意图如下：前端采集系统结构示意图

3.5.2前端系统功能前端采集系统功能列表：功能名称功能概述车辆捕获功能对进入场景的车辆进行捕获抓拍；视频检测功能采用视频检测技术，自动检测抓拍到机动车违反交通安全法行为的连续照片，同时具有卡口功能对所有过往车辆进行图像记录；闯红灯记录功能系统对闯红灯的违法车辆记录三张不同位置的高清全景图像以显示违法过程；卡口记录功能在绿灯、黄灯状态时，对通过每个车道的所有车辆进行检测、抓拍、记录、保存和识别；不按车道行驶记录功能系统对不按车道行驶的违法车辆记录三张不同位置的高清全景图像以显示违法过程；违法变道记录功能系统对违法变道的违法车辆记录三张不同位置的高清全景图像以显示违法过程；压线行驶记录功能系统支持对压线行驶的违法车辆进行检测、抓拍记录与识别；逆行记录功能系统支持对逆向行驶的违法车辆进行检测、抓拍记录与识别；违法停车记录功能在车牌可识别范围内，系统支持对静止超过规定时间的违法停车行为进行记录，并发送报警信号；路口拥堵分析功能系统支持对路口的拥堵情况进行分析和判断，并根据规则发送报警信号；信号灯状态视频检测功能通过视频检测分析的方式判定红绿信号灯状态；信号灯相位同步功能与路口红绿灯信号进行同步，确保抓拍到的图片中红绿灯颜色显示准确，避免红灯泛黄或无颜色；智能补光功能通过摄像机控制LED补光灯进行同步补光号牌自动识别功能根据捕获的目标照片，自动完成车牌号码识别和车牌颜色识别；车身颜色识别功能从捕获的目标图像中识别出车辆的车身颜色和颜色深浅；高清录像功能实现24小时高清视频录像功能，视频编码格式支持主流的H.264；视频测速功能通过视频分析车辆轨迹，测算车辆速度；数据存储功能系统采集的车辆图片、违章数据、高清录像等数据支持前端存储和中心集中存储；图片防篡改功能支持对所有视频、图片进行水印加密处理，并可检测是否被篡改；断点续传功能当前端网络从故障恢复正常之后，可以直接从故障点续传数据；远程系统管理维护功能故障自动检测、权限管理功能、日志记录、主动校时、远程维护及参数的设置等；车辆捕获功能系统除了能够捕获违法闯红灯的车辆外，还能捕获在车道上正常行驶的车辆（卡口功能），能捕获记录车辆闯红灯过程中三个不同位置的信息以反映机动车闯红灯违法全过程。视频检测功能系统采用视频检测技术，500万像素摄像机可以检测3个车道，车辆捕获率全天96%以上。能自动检测抓拍到机动车违反交通安全法行为的连续照片，违章照片能清晰地反映“红灯、停车线、车型、车牌、时间、地点”等违法车辆的基本情况，同时具有卡口功能对所有过往车辆进行图像记录。视频检测可实现如下功能：视频检测红绿灯状态，无需接红绿灯控制信号。视频检测车辆，无需埋设线圈。实时智能识别车辆牌照。闯红灯记录功能系统采用国际领先的计算机智能跟踪算法技术，对图像中每一辆车都能进行实时跟踪并记录其运动轨迹，并结合红绿灯状态智能判断车辆运行是否闯红灯违章。当判定车辆有闯红灯违章时，记录车辆闯红灯过程中三个位置的信息以反映机动车闯红灯违法过程。第一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。通过系统记录的信息，能够清晰辨别号牌号码。系统记录的各个位置间保持适宜的距离以反映机动车闯红灯违法过程，不会出现因间距太大影响对违法机动车进行认定的情形。系统支持对车辆直行、左转、右转闯红灯违法行为的全面记录。直行闯红灯：卡口记录功能系统兼顾卡口功能，当车辆在其对应的绿灯或黄灯相位时越过停车线，系统会根据运动状态轨迹跟踪的情况，拍摄一张图片对过往车辆进行记录。图片能清晰的清晰辨别红绿灯信号、车辆类型、车牌号码、车身颜色等信息。不按车道行驶记录功能不按车道行驶是指车辆遇到“分向行驶车道”不按规定的车道行驶，包括左转、右转车辆占用直行车道，或在左转、右转车道上直行等情形。系统支持此类违法行为的记录，以三张图片清晰、完整表现违法过程。违法变道记录功能路口平行的两个车道间为白实线或者双黄线，则车辆不能跨越车道线在这两个车道之间随意变换位置行驶。系统能够对违法变道车辆进行记录，抓拍三张不同位置的图片以反映整个违法变道过程，其中第一张为车辆在初始车道行驶时抓拍的图片，第二张为压线行驶时抓拍的图片，第三张为变换到另一个车道上行驶时抓拍的图片。压线行驶记录功能系统支持对压线行驶的违法车辆进行检测、抓拍记录与识别，其主要针对在连续一段时间内压车道线行驶的车辆，此类车辆会影响前后车驾驶员的判断，干扰前后车的正常行驶。逆行记录功能逆行即车辆的行驶方向与车道规定的方向相反。系统支持对逆向行驶的违法车辆进行检测、抓拍记录与识别。违法停车记录功能在车牌可识别范围内，如果车辆静止不动超过规定的时间，则认为该车辆违法停车。系统支持对此类行为进行检测、抓拍记录与识别，并可按照规定的时间间隔向后端平台发送报警信号。0路口拥堵分析功能系统支持对路口的拥堵情况进行分析和判断，如果超过一定数量的车在路口静止不动超出规定的时间，则认为发生了拥堵。系统可按照规定的时间间隔向后端平台发送报警信号。1信号灯状态视频检测功能系统同时支持外接判定红绿灯和视频识别红绿灯功能，更加广泛的适用在各种现场情况下。其中外接红绿灯通过信号检测器来识别，可适用在红绿灯部分被遮挡或者红绿灯特别昏暗的路口，同时支持视频检测识别红绿灯信号，可区分直行、左转、右转、掉头等不同类型的红灯、黄灯、绿灯信号，这种方式无须接入红绿灯信号，消除施工困难.2信号灯相位同步功能摄像机能够与路口红绿灯信号进行同步，确保抓拍到的图片中红绿灯颜色显示准确，避免红灯泛黄或无颜色，进而避免引起处罚争议。3智能补光功能为了更好的提高夜间模式的检测率，在夜间情况，LED补光灯路口进行补光，依据车牌反光原理加大了视频检测的准确性，解决了行人、自行车、大型车辆干扰问题。同时LED补光灯与相机同步，在相机捕获图像时，LED灯补光强度增强，而且对人眼不造成影响。4号牌自动识别功能系统具备对民用、警用、军用、武警等汽车号牌计算机自动识别能力，白天车辆号牌识别率大于95%，夜间车辆号牌识别率大于90%。在实时记录通行车辆图像的同时，还具备对民用车牌、警用车牌、军用车牌、武警车牌的车牌计算机自动识别能力，包括2002式号牌。所能识别的字符包括:“0～9”十个阿拉伯数字;“A～Z”二十六个英文字母;省市区汉字简称(京、津、晋、冀、蒙、辽、吉、黑、沪、苏、浙、皖、闽、赣、鲁、豫、鄂、湘、粤、桂、琼、川、贵、云、藏、陕、甘、青、宁、新、渝、港、澳、台);号牌分类用汉字(警、学、领、试、农、挂、拖、境);武警车牌字符；系统采用车牌颜色和视频检测技术结合的方法对车辆进行分型，能自动识别黑、蓝、黄、白四种车牌底色。对于民用车来说，蓝颜色车牌表示的是小型车辆，而黄颜色车牌表示的是大型车辆。因此，我们首先利用车牌颜色判断车辆类型，对于无法根据车牌颜色判别车型或者无法判断车牌颜色的情况，就利用图像分析技术来辅助区分车辆的类型。系统识别的车牌类型部分示例：5车身颜色识别功能系统可自动对车身深浅和颜色进行识别，可供用户根据车身颜色来查询通行车辆,为公安稽查和刑侦案件侦破提供了科技新手段。系统可自动区分出车辆为深色车辆还是浅色车辆；并识别出9种常见车身颜色，9种颜色包括：白、黑、红、黄、灰、蓝、绿、粉、棕。深浅分类准确率不小于80％；9种常见车身颜色识别准确率不小于70％。6高清录像功能系统在支持抓拍高分辨率图片的同时，能实现24小时高清视频录像功能，分辨率可达2592*2048(500万相机KODAK)。可以在白天或夜间有辅助光源的情况下实现清晰录像；视频编码格式支持主流的H.264；可自动记录车辆通过时间、地点、所在车道、违法类型等信息；录像中能清晰地反映车辆的颜色、车辆类型、运动轨迹；并提供录像查询、录像下载等功能。7视频测速功能系统支持视频测速的功能，可满足国标要求，即当机动车速度小于100km/h时，道路实测误差不超过-6km/h～0km/h；当机动车速度大于或等于100km/h时，道路实测误差不超过机动车速度的-6%～0%。8数据存储功能系统采集的车辆图片、违章数据、高清录像等