高清卡口电子警察系统解决方案分析

　　基于高清卡口式电警一体机的高清电子警察系统是以全嵌入式SoC系统为基础载体、以运动检测和行为/特征识别技术为核心、以高清视频网络为通讯平台，采用现代工业控制设计理念设计的新一代工业控制机。
 

　　系统简介

　　机动车闯红灯自动记录系统（也称电子警察系统）是综合利用车辆检测、数字图像处理、网络通信等先进技术对闯红灯这种交通违法现象进行抓拍和处理，为公安交通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、减少交通事故等都起到了重要作用。随着我国城市化建设的发展，电子警察、治安卡口和流量检测等前端自动化监测系统已经成为平安城市和智能交通体系中不可或缺的基础构件。以全嵌入式SoC系统为基础载体、以运动检测和行为/特征识别技术为核心、以高清视频网络为通讯平台的新一代交通路口综合应用系统将逐步取代传统的、以通用工控机模式为主的、业务分离的前端系统。

　　由于技术条件的限制，早期建设的电子警察系统，治安卡口系统和路段车流量检测系统，均采用各自独立的方式进行建设，其对应实现的业务功能也相对单一，很难发挥系统的业务综合服务功能，系统综合能效比不高，也给管理者带来诸多不便。例如，传统的冲红灯电子警察系统，在开展冲红灯监控的同时，无法对机动车号牌信息进行自动采集和识别。而传统的卡口监控系统里一直也因缺失路口车辆号牌信息，普遍影响到对目标车辆的运动轨迹或者行为特征进行跟踪分析的实际应用效果。另外，道路车流量数据是城市交通规划、管制和诱导的重要基础数据，而路口和卡口作为重要的数据汇集点，传统的电子警察系统和卡口监控系统却无法提供有效的检测手段和数据。

　　基于高清卡口式电警一体机的高清电子警察系统是以全嵌入式SoC系统为基础载体、以运动检测和行为/特征识别技术为核心、以高清视频网络为通讯平台，采用现代工业控制设计理念设计的新一代工业控制机。它针对安全地提供智能交通、卡口监控和流量检测等业务服务的需求，智能地将数据、安全和网络技术嵌入到同一个具有持续性发展的系统之中，实现快速、安全、灵活地提供关键业务应用。它不仅能够满足客户对综合监控业务的需求，而且提供最大程度的业务灵活性和投资保护。

　　 系统组成

　　对于路口一个检测方向，前端系统硬件主要包括:高清卡口式电警一体机（其中配置信号灯检测卡、线圈车检卡、选配视频检测卡和视频分析卡）、景阳网络高清摄像机、LED频闪灯、NVR及相关的网络设备等。

　　系统原理

　　在路口的红灯相位时段，根据车检信号由NIF3000型高清卡口式电警一体机中的主控制卡判定是否有机动车辆闯红灯，若有，则控制摄像机对违法闯红灯车辆进行3张连续图片（1张线前（或线间）图片+1张线后图片+1张继续行驶图片）抓拍和10~15秒的高清视频录象，然后对图片进行标示、合成、加密、压缩等处理，图片均存储在SD卡内。系统实时或定时的将SD卡内的图片通过网络传回至远端数据中心的电子警察业务服务器；也可通过人工利用存储介质到现场下载图片，并带回数据中心的服务器，最后运用闯红灯系统中心管理软件由各个计算机工作站完成图片的数据录入、存储、公告、处罚以及查询等工作。

　　系统提供24小时的实时高清视频流（1600x1200或1920x1080）和视频录象存储，在不要求自动识别车辆号牌信息的条件下，每个点的监控范围超过3个车道，并能清晰辨识车辆号牌、车身颜色、车型等相关信息，视频数据可通过网络传回至远端的业务服务器，也可存储于现场的NVR或NAS存储器（容量大小可根据客户的需求配置）。系统对路口交通流状况进行24小时不间断实时检测，并生成包括：1）通过车辆数2）平均车道占用率3）平均车速值4）平均车长值5）平均车头距6）平均车头时距等流量信息，按客户配置的时间间隔定时上传数据。
 

　　系统特点

　　超低功耗的FPGA+DSP+ARM全嵌入式一体化设计

　　系统采用了基于FPGA+DSP+ARM模式的全嵌入式硬件系统设计，将业务管理、图象处理、车辆检测、信号灯检测和网络传输等所有功能集成于一个硬件产品之中，并能够进行灵活的配置和扩展。而对于服务和流程业务的管理则采用了基于LINUX系统平台的嵌入式软件实现，彻底摆脱了传统的工控机+软件的设计模式，从而不仅使系统的运行效率和稳定可靠性得到实质性的大幅提升，而且使全面化的业务客户定制功能（从硬件到软件）真正得以实现。

　　另外，基于FPGA+DSP+ARM模式设计的NIF3000型高清卡口式电警一体机具有超低功耗的良好特性，产品的最大功耗不超过20W，约为采用工控机模式功耗的1/5左右，为干净能源供电带来可能。

　　高精度并行车辆检测技术

　　在高清卡口式电警一体机中，嵌入了采用自有知识产权的“高精度并行车辆检测算法”设计的车辆检测单元，真正实现了对道路所有车道的全并行检测模式，彻底克服了传统的轮询检测模式所带来的“漏检、漏抓、测速误差大”等问题，同时，大大提高了系统的测速精度，将实际测速精度提高到±2%以内。

　　采用“高精度并行车辆检测算法”设计的车辆检测产品在全国二十多个城市中广泛应用，已成为替代国外同类产品的业界“标志性”产品。该产品的成熟性和稳定可靠性已得到业界的充分认可。

　　光纤和3G方式的远程宽带数据传输

　　系统采用多通道网络数据通信技术而设计，同时支持基于光纤通道的有线专网传输方式及基于3G公网通道的无线VPN传输方式，为客户整体规划和规模建设提供灵活的选择。系统支持的3G无线方式包括：STDMA（中国移动）、WCDMA（中国电信）和CDMA（中国联通）。

　　系统提供内嵌3G模块和外挂3G无线路由器的硬件接入方式，为客户在设备管理和系统开支方面的均衡提供更加自由的选择。

　　线圈检测+视频检测的冗余检测

　　系统在采用地感线圈检测方式的同时，还提供采用基于二维模型视频检测方式的扩展接口，实现了线圈检测+视频检测的冗余检测机制。即系统在通常情况下，采用一种既定的检测方式完成目标车辆的检测，如果当前的检测手段失效时，系统自动将检测方式切换到备用方式，确保系统的正常运行。
 

　　LED 智能频闪补光技术

　　作为夜间成像的辅助的手段，补光技术必须具有一定的针对性，对于通过纯数字采样成像的高清晰数字摄像机，其传感器对光线的反应灵敏性远差于传统的模拟线性成像，需要采用色温更高的补光手段加以补偿，因此，采用色温高、亮度又不会对照射驾驶者造成严重影响的频闪技术就成为系统首选。

　　高亮度大功率LED脉冲补光灯是近几年逐渐走向应用的产品，具有发光亮度高、饱和性好、发光效率高、功耗低、寿命长的特点，对于配合高清晰数字摄像机的应用，可充分满足其夜间补光的亮度要求，确保恒定补光质量满足高清视频的夜间检测要求。

　　 另一方面，考虑到对每一辆车均须进行记录的连续闪光要求，高清成像在LED补光条件下，很难满足执法取证关于系统应提供清晰可辨的车型信息的要求，系统必须采用高回电系数的频闪技术，回电时间小于200MS，每秒可闪4次以上，并保证该频闪灯充放电次数及闪光次数均不得低于1000万次。

　　基于WEB方式的设备远程配置服务

　　系统内嵌了完备的配置服务网络管理软件，提供基于TDCP应用数据传输规约的简便部署和远程管理功能，以支持来自客户端通过互联网、专网或远程办公室的访问，同时利用集成的专用软件安全特性和功能保护关键的数据。系统提供基于HTTP协议的WEB访问方式，实现远端的设备配置、业务定义、接口参数、网络传输、数据浏览等多种服务功能，并支持客户的自定义功能，以方便客户的设备管维工作。

　　系统功能

　　闯红灯违章记录功能

　　在红灯相位时段，系统采用数字高清图像抓拍方式对冲闯红灯的违章车辆进3四张连续图像抓拍,并生成1张车辆特写图片和10~15秒的违章过程高清录象。所抓拍图片最终合成为一个图片文件，包含：违章时间、违章地点、违章类型、行驶方向、车道号、红灯起始时间及参考速度等信息，图片清晰度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、光晕等颜色失真而影响人工对红灯信号的判断。其中时间精度达到毫秒级，合成后的图片附加水印，确保证据的时效性和不可篡改性。在网络畅通的情况下，系统将自动实时或定时上传违章图片及相关信息到中心系统，支持数据本地下载。在行业标准标注的适用条件下，闯红灯捕获率≥99%，机动车闯红灯记录有效率≥95%，不会出现漏拍、误拍、错拍的现象。

　　公路车辆智能监测记录

　　实现对道路过往车辆的视频抓拍、号牌识别、车辆布控、实时报警、数据存储、数据上传、数据检索等功能。接收中心管理系统下发的交通违法行驶、盗抢、肇事、嫌疑等车辆数据的 “黑名单”，与中心系统保持相同内容，由中心管理系统统一管理，包括添加、删除、修改、接收布控请求等管理业务。

　　交通流量检测功能

　　系统提供对路口全天候车流量信息的实时采集和处理功能，提供包括车道流量、车速值、车道占用率、车长值、车间距、车间时距等全面的交通流量统计信息，为实施科学的城市交通规划、管制和诱导提供有效的支持。

　　并行车辆检测功能

　　系统同时提供地感线圈检测和视频检测的行使车辆检测方式，并支持两种方式的自动切换功能。由于交通路口出现并行车辆的情况较为频繁，系统采用了“并行车辆检测”的独特功能，可同时对多个车道同时进行检测，以保证系统车检功能的高检测精度（0~+2%）和低漏拍率(0.1%)。另外，当采用视频检测方式时，系统提供低照度、宽动态的硬件车检算法支持。

　　高清视频录像功能

　　系统配置高性能的网络视频录像存储（NVR和NAS）功能，提供对路口全天候的模拟或数字视频储存功能，并支持对违章事件和异常事件的过程分段录像功能，为交通违章执法、事故处理等提供完整、全面、直观的现场数据和信息。同时，系统还支持采用光纤、3G+VPN等网络传输通道上传视频信息。视频流数据格式可采用H.264、MPEG4等，图片数据格式采用JPEG格式。

　　远程配置管理功能

　　系统内嵌了完备的配置服务网络管理软件，提供基于FTP或专有协议的应用数据传输规约的简便部署和远程管理功能，以支持来自客户通过互联网、专网或远程办公室的访问，同时利用集成的专用软件安全特性和功能保护关键的数据。另外，系统还提供基于WEB方式的设备配置、业务定义、接口参数、网络传输、数据浏览等多种配置服务功能，并支持客户的自定义功能，以方便设备维护及管理工作。

　　结束语

　　基于高清卡口式电警一体机的高清电子警察系统既可实现高效的冲红灯违章监控，又可以实现将路口作为卡口治安监控，同时还能实现对路口交通流量状况进行可靠的实时监控，它的多功能，也揭示了未来智能交通技术的发展趋势，那就是适应需求，多功能融合。