高清智能电子警察技术方案.docx

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高清智能电子警察技术方案

高清智能电子警察技术方案

近年来，随着经济的快速发展，机动车数量迅速增加，交通管理现状和需求的矛盾进一步加剧，与车辆相关的刑事和治安案件也逐年上升，特别是盗抢机动车辆案件。

在此情况下，如何利用先进的科技手段提高交通管理水平，抑制交通事故，打击、预防涉车案件，震慑犯罪分子，提高社会治安管理水平是当前公安交通管理部门亟待解决的问题。

针对公安部门的需求以及我国的道路特点，我公司开发出新一代的高清电子警察系统。

系统利用先进的光电、计算机、图像处理、模式识别、远程数据访问等技术，对监控路段的进行全天候实时监控。

高清电子警察系统安装在城市交通路口，具有违章抓拍，卡口记录抓拍，高清录像功能。

违章抓拍功能把违法行驶车辆进行抓拍记录，发送到系统平台，经过人工确认审核后，进行违章处罚；卡口记录功能，对经过路口的所有车辆进行抓拍，号牌识别，发送到系统平台，进行后续业务应用；高清录像功能，对整个路口进行高清监控，其高清录像，能看清经过路口车辆的号牌。

三者功能合为一体，即对整个路口进行有效地监控，有减少了建设投资。

系统采用高性能工业摄像机作为前端的信息采集设备，图像分辨率高达2448×2048像素，能够在一张照片上清晰的显示车辆的所有细节信息，并具有很高的车牌自动识别率。

高清电子警察系统，为公安刑侦提供重要的参考依据。

该系统已在全国多个省份的项目中成功应用，并获得了良好的效果！

本方案中设计采用的高清综合视频检测器，不同于传统的视频移动侦测识别技术，它通过运用全目标跟踪、3D模型技术和特殊的优化算法，使系统的检测功能和识别性能得到了极大的提高。

系统全套产品已通过了公安部权威机构的检测和认证。

系统在无线圈和其它辅助视频外部触发的条件下，只使用单台摄像机，即可捕获到监测目标的高清晰图片；系统能够自动识别违章类型、车辆号牌、车牌颜色、车牌结构、车身颜色、车辆类型、车辆厂商标志等信息；能够实现交通流量检测、交通违法检测和交通事件检测，并具有系统自诊断报警功能和前端备份存储功能。

1.1.1.1设计原理

系统原理如图所示：

图系统原理

如图所示，高清电子警察在红灯相位时，进行闯红灯违法抓拍，同时有卡口、压线、变道、禁左禁右、逆行等功能。

1.1.1.2布设设计

系统前端安装布设如下图（四向十二车道）所示：

断面布设示意图

闯红电子警察立面示意图

1.1.1.3前端系统组成

智能交通电子警察系统主要由图像采集模块、视频检测模块和补光模块组成。

下面重点介绍前端部分各组成模块:

1.1.1.3.1前端部分

高清电子警察系统，前端部分是整套系统最关键的部分，它是系统应用的基础。

前端部分主要由图像采集模块、视频检测模块和补光模块组成，下面分别介绍：

⏹图像采集模块

前端采集模块是保证整个系统图像质量和视频检测效果的关键要素。

传统的标清图像系统，无论是模拟信号还是数字信号，都存在着图像质量不高、分辨率低、图像放大后细节丢失等弊端。

在应用于业务系统时，不能很好地满足公安交警的业务需要。

本方案图像采集模块采用CCD高清摄像机，具有以下特性：

1）采用了高分辨率的500万像素CCD高清摄像机，输出非压缩高清图像，为高清电子警察多功能应用提供高质量的图像源；

2）选用了百万像素成像镜头，配合高清摄像机的使用，能够满足系统应用需求。

3）采用的摄像机可以直接输出双码流的，方便进行图像编码和检测应用；一路输出SDI高清视频作为高清视频监控，通过视频编码IP码流回传，一路输出GIGE视频码流用于检测识别用，且一台500万摄像机至少覆盖3条车道，在提高识别效果的同时，可减少外场设备数量，从而降低维护工作量。

⏹视频检测模块

视频检测器是本系统的核心设备，能够同时完成车牌识别、交通违法违章检测、交通事件检测和交通流量检测，并具有故障检测功能，能对高清摄像机及自身的故障状态进行检测和报警，并实时回传中心系统。

本方案选用公司自主研发，具有自主知识产权的MVS-1000综合视频检测器，可以对监测区域的所有对象包括机动车特征、非机动车等进行连续全天候的实时自动记录和识别。

支持车牌识别、车身颜色识别，同时对监测区域的交通参数进行自动采集，统计和分析得出该路段的交通参数。

所有数据具备联网查询和搜索功能，支持多种视频格式，具有系统集成度高、准确率高、稳定可靠、应用丰富等特点。

产品主要特点：

全——全天候、全对象、全区域、全时间。

智能——智能识别车牌号码、车型款式、车身/颜色及各种交通事件、违章事件等等。

高清晰——高清晰图像、车、装。

综合——一套系统能实现电子警察、卡口查控、交通事件检测、交通流量检测等多种应用。

产品主要功能：

对经过检测点的目标实时记录并保存记录信息：

可对监控目标进行24小时捕获，所提供的图片能够清晰辨认目标类型、颜色等特征信息。

车辆基础特征信息提取：

可从机动车图片中自动获取机动车号牌号码、号牌颜色、号牌结构、车身颜色、车辆类型、装载情况等信息。

车辆动态信息：

实时记录车辆通过断面的时间、地点、行驶方向、速度等

交通流参数检测：

获取断面、车道的车流量、车速、时间占有率等交通参数。

交通事件检测识别：

在监测区域内实现交通事件检测、事件定位和报警提示。

违法事件检测识别：

对监测区域内实现对违章闯红灯、逆行、压线、禁行、禁左禁右等多种违章行为的自动检测识别与记录。

图片信息提供：

提供机动车道图片包括车头车尾的特征。

提供的数据图像具有防篡改功能，例如水印、图片加密技术。

能够提供前端采集设备实时运行状态信息与故障报警信息。

高清视频检测器采用高可靠、低功耗的嵌入式工业计算机，无金手指接插件，全部采用钽电容，机壳表面散热形式（无风扇设计），可以在野外高污染、多尘、高低温的恶劣环境下长时间可靠工作。

操作系统采用Linux嵌入式操作系统，具有速度快、资源利用率高、稳定可靠、无病毒、防侵入的优点，并且在断电恢复后能够迅速自启动。

系统能够对检测参数进行设置，包括工作方式、检测事件类型、车道检测内容等。

并能够与中心自动校时。

具有断电保护，通电后自动重新启动功能。

综合视频检测器具备日志记录功能，自动发送到中心，包括操作系统日志、设备运行日志、远程用户连接日志、远程用户操作日志等。

所有的运行维护操作均在系统运行日志内加以记录并可随时查询。

⏹补光模块

为了保证高清电子警察全天侯24小时监测，良好的补光技术是确保系统具有高性能的重要前提。

根据信息需求和功能要求，以及信息获取的对象特点不同，必须采用合适的补光方式。

本方案采用我公司自行研制开发的可控窄脉冲高亮度LED灯补光方式，补光灯与摄像机同步触发。

该技术不同于普通闪光灯，脉冲时间1毫秒，仅为普通闪光灯的1/3；亮度高，色温高达5600K，图像色彩还原性好；长寿命，其寿命>50000小时，而且其寿命与频闪次数无关，对系统的成像质量作出了保证；对周围环境和驾驶员的正常通行无影响，由于采用窄脉冲频闪方式，在保证瞬时亮度的同时，其平均功耗<30W，不会造成光污染，节省能源，保护环境，质量可靠。

1.1.1.3.2传输部分

智通交通系统则采用了前端编码、前端检测的设计结构，单路高清图像、D1视频和检测数据总带宽不超过20M，一个四向十二车道监测断面所有信息可通过一台多端口具有交换功能的以太网光端机传回中心。

所有视频和检测数据在中心统一接入系统专用TCP/IP网络，实现实时监控、存储和检测应用。

1.1.1.3.3中心部分

中心部分主要由管理终端、存诸设备、通讯服务器、WEB服务器、数据库服务器等设备组成。

存储设备：

存储设备主要是磁盘阵列，用于存储图片、记录及视频图像。

WEB服务器：

通过internet浏览器，及时响应用请求，为用户提供在线数据查询、统计和管理等远程服务。

数据库服务器：

提供数据库软件安装平台，为应用层提供服务，这些服务是查询、更新、事务管理、索引、高速缓存、查询优化、安全及多用户存取控制等.

通讯服务器：

接收前集采集数据，并将其数据进行处理。

将其处理后的数据转存到数据库服务器上或磁盘阵列上。

管理终端：

管理人员可通过客户端软件，对数据进行查询、统计、处罚、设备管理等操作。

1.1.2系统功能

1.1.2.1违法车辆捕获功能

利用视频检测技术，在各种环境下对监控区域内行驶的违法车辆进行检测，对违法车辆进行有效捕获；一旦有违法车辆通过，视频检测器立即对该目标进行抓拍，捕获车辆三张不同位置的图像反映机动车闯红灯违法过程：

第一张位置的图像能清晰辨别闯红灯时间、地点、车辆类型、红灯信号、机动车车身未越过停止线的情况；

第二张位置的图像能清晰辨别闯红灯时间、地点、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；

第三张位置的图像能清晰辨别闯红灯时间、地点、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；

系统能保证至少有一张位置的图像能够清晰辨别号牌号码。

三幅图像违法车辆位置间能够保持适当的距离以反映机动车闯红灯违法过程，不会因间距太大影响对违法机动车辆进行违法认定。

1.1.2.2实时拍摄功能

对通行的每一辆车进行实时检测，实时抓拍闯红灯高清图像；闯红灯检测系统在实际应用时，由于日夜环境照度相差过大，白天有1000lux，夜间则只有0.7lux，普通的摄像机根本无法适应。

为了提高系统抓拍图像的清晰度，确保在各种复杂环境（如：

雨雾、强逆光、弱光照、强光照、车辆高速运动等）下拍摄出清晰的图片，本系统采用高性能的摄像机（200万CCD像素和500万CCD像素）和LED补光灯确保拍摄图像的清晰要求。

1.1.2.3车辆信息提取和记录功能

●对于经过监测点每一辆机动车，检测车辆行驶方向，自动抓拍违法闯红灯行驶车辆图像，并记录车辆通过的信息，包括时间、地点、方向、牌照号、车型、车身颜色、车速等；

●图像抓拍：

自动记录违法车辆连续图片；所拍图片可清晰显示红灯信号、停车线、违法时间、违法地点、违法类型、红灯时间、车辆类型、车身颜色、车牌号码、车牌颜色、违法过程等内容

●图片格式为JPEG；

●数据存档：

可以自动或有选择地将车辆记录保存到数据库存档，以便检索；

1.1.2.4车辆号牌识别功能

本系统可以识别车牌种类包括民用车牌、武警、外交等类型的牌照以及2002式牌照等；并可识别车牌颜色、车牌结构。

号牌结构识别

✧单排字符结构的号牌，如军队用小型汽车号牌、GA36-2007中的小型汽车号牌、港澳入出境车号牌、教练汽车号牌等；

✧武警用小型汽车号牌；

✧警用汽车号牌；

✧双排字符结构的号牌，如军队用大型汽车号牌、武警用大型汽车号牌、GA36-2007中的大型汽车号牌、挂车号牌、低速汽车号牌等。

号牌字符识别

系统具备对民用、警用、军用、武警等汽车号牌自动识别的能力，所能识别的字符包括:

阿拉伯数字：

0～9；

英文字母：

A～Z；

省、自治区、直辖市简称：

沪、京、津、晋、冀、蒙、辽、吉、黑、苏、浙、皖、闽、赣、鲁、豫、鄂、湘、粤、桂、琼、川、贵、云、藏、陕、甘、青、宁、新、渝；

军牌用汉字：

军、海、空、北、沈、南、兰、广、成、济、京；

号牌分类用汉字：

警、学、领、试、挂、港、澳、超、使；

武警号牌特殊字符：

WJ、00～34、练。

号牌颜色识别

系统能识别蓝、黄、白、黑四种底色的机动车号牌。

1.1.2.5车辆特征识别功能（可选）

1.车辆颜色识别

系统根据车辆特征图像进行图像处理并自动识别车辆颜色信息，可以识别10种车身颜色:

白色、银色、黑色、红色、紫色、蓝色、黄色、绿色、褐色、粉红色。

2、车辆类型识别

系统根据车辆特征图像进行图像处理并自动识别车辆类型信息，识别4种车辆类型，包含大、中、小、其他（拖拉机/摩托车/电动机/三轮车/自行车/行人/），其中9.5m≦大型车、5.5m<中型车<9.5m、小型车≦5.5m。

1.1.2.6车辆违章抓拍功能

1.违章逆行抓拍功能

系统可以智能判断车辆行驶方向，对违章逆行的车辆地点、时间、车辆特征、行驶方向进行自动记录,自动记录的三张位置的图像信息能反映机动车违法过程。

并且至少一张位置的图像能清淅辩别车辆号牌、车辆特征等信息。

2.违章变道抓拍功能

系统可以智能判断车辆行驶车道及方向，对违章变道的车辆进行自动记录,三张不同位置的图像可反映机动车违法变道过程。

第一张位置的图像能够反映机动车违法变道时初始车道机动车尾部全景特征图片。

第二、三张位置的图像提供机动车违法变道在同向车行道上时的机动车尾部全景特征图片。

系统能保证至少有一张位置的图像能够清晰辨别号牌号码。

连续两幅反应变道违章过程，各个位置间能够保持适宜的距离以反映机动车违章过程，不会因间距太大影响对违法机动车进行认定。

3.违章压线抓拍功能

系统可以智能判断车辆行驶车道及方向，对违章压线的车辆地点、时间、行驶方向进行自动记录，三张不同位置的图像信息可反映机动车违章压线过程。

第一张位置的图像能够反映机动车未压线或压禁止跨越反向或同向车道分界线的机动车尾部全景特征图片。

第二、三张位置的图像提供机动车继续骑压反向或同向车道分界线时的机动车尾部全景特征图片。

系统能保证至少有一张位置的图像能够清晰辨别号牌号码。

抓拍图片如下：

4.禁左禁右抓拍功能

系统可以智能判断车辆行驶方向，对违章的左行、右行的车辆地点、时间、行驶方向进行自动记录。

自动记录的图像能反映出违法车辆向左向右行驶过程。

其中车辆号牌、车辆特征等信息清淅可辨。

1.1.2.7大型车辆检测识别功能（可选）

系统采用独特的模式识别技术，不仅能够在视频中检测到车，还可以根据车辆的特征区分出大小车，对公交车、大货车和大卡车等大型车辆的判断准确。

1.1.2.8交通流量统计功能

系统能够按车道检测下列交通流数据：

⏹实时交通流量；

⏹平均车速；

⏹平均占有率；

⏹平均车头间距；

交通流参数输出的时间间隔可调，最小为1分钟，最大为5分钟。

1.1.2.9全天候高清录像功能

系统可以根据用户要求实现全天侯高清录像功能，可以实现在不增加设备的情况下实现实时录像。

其录像格式为AVI，可以使用windowsmediaplayer播放器放。

1.1.2.10无牌车违法抓拍功能

由于采用先进的车辆视频检测算法，对于违法的无牌车同样可以捕获。

三张图像信息能反映无牌机动车违法过程，在自动记录无牌车辆违法时间、地点、行驶方向、车速的同时，并能识别无牌车辆的车标、颜色、车辆类型。

1.1.2.11红灯信号检测功能

目前交通繁忙的路口使用的交通信号机是多相位红绿灯，因此，系统将分别对每一个车道应遵循的信号灯进行检测，即分别将直行，左转、右转的红灯信号送至视频检测主机，可以确保系统只对红灯状态下越过地面线时车辆进行拍照，比如在红灯信号消失、黄闪时间段内通过停车线的车辆，系统不进行违法抓拍。

1.1.2.12图像防篡改功能

提供的数据图像具有防篡改功能，例如水印、图片加密技术。

1.1.2.13黑名单比对报警功能

前端主机可以按照一定的时间自动对黑名单数据进行更新。

前端发现黑名单车辆立即向中心和指定的报警接收发送报警信息（含声音和窗口）和声光报警信息，同时传送其图片和号牌等数据。

1.1.2.14数据存储功能

1.前端设备本地缓存数据功能

前端综合视频检测器配置了32G电子盘，本地图片和数据信息能保存7天以上。

200W摄像机每张图片大小约为280K,500W摄像机每张图片大小约为500K。

2.中心数据存储功能

系统前端设备上传的交通视频、图片、记录等在数据中心进行统一存储。

视频、图片等信息保存时间可根据用户实际要求存贮，视频、图片等信息可自动覆盖。

1.1.2.15断点续传功能

在发生网络等故障时，系统能将数据、图片等保存在路口前端设备，待故障排除后系统自动将数据、图片等上传到数据中心。

1.1.2.16远程监控管理功能

系统通过远程管理软件在监控中心对前端设备进行设置与管理，能够提供前端采集设备实时运行状态信息与故障报警信息。

1.1.2.17故障自动恢复功能

主机设备中设置有硬件看门狗，如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。

系统断电，不会对操作系统产生影响，系统重新开机后，仍能正常工作并且已抓拍数据不丢失。

1.1.2.18高清监控设计

1.高清视频显示

高清视频显示主要指在显示设备上，显示高分辨率视频图像，显示设备包括DLP大屏幕和高分辨率的操作终端。

由于系统采用全编码压缩方式，需要在中心需配置高清视频解码器，将在网络上传输的高清视频流解码输出为DVI接口（或RGB接口）信号，接入显示设备。

系统共设计N路高清视频解码器，可同时解码输出N路不同前端高清视频图像。

2.高清视频流媒体浏览

流媒体系统配设了直播、点播/存储服务器，配合浏览客户端，共同完成高清视频流媒体功能需求。

高清视频流媒体按单路视频10M码流进行计算，并可根据需要在6-12Mbps间调整。

系统提供IP视频的直播、存储、点播功能；转发模块提供对视频流的转发功能，分布式的转发模块，能够满足更高路数的视频转发需求；存储模块提供对视频流的存储功能，分布式的存储模块，满足大容量的视频存储需求；点播模块提供对视频流的点播功能，分布式的点播模块，满足更高路数的点播转发需求；下载模块提供对录像的下载功能，下载后的录像可以通过客户端或者windowsmediaplayer回放。

系统配设有点播/存储服务器，完成对高清视频图像的存储和调用。

视频存储模块通过图像专用网络（TCP/IP），接收高清视频流，按系统设置进行存储。

视频点播模块通过图像专用网络（TCP/IP），接收来自用户（操作终端）的调用指令，并转发给存储阵列，完成高清录像的调用。

具有高清视频权限的用户，可以通过网络，调用存储的录像文件。

能提供多种检索方式，查询所需的视频资料。

操作终端可以通过网络调用高清视频流（直播视频流或点播视频流），在高分辨率显示器上显示高清视频图像。

操作终端通过与视频管理平台通讯，实现对高清视频图像切换控制。

由于高清视频流占用带宽比较大，为了尽可能减小对网络系统的压力，有必要限制用户对高清流媒体调用，暂定每个操作终端调用4路码流（双核处理器PC）。

流媒体系统提供快进，快退，慢进，慢退，暂停，单帧进，单帧退；支持高达256倍速的回放速度；支持时间线点播方式；支持标清和高清流媒体。

3.视频监控管理

系统配置高清视频管理服务器，用于实现高清视频监控、流媒体控制管理、系统配置管理、安全管理、设备管理、时钟管理和日志管理等功能。

高清视频监控管理：

⏹高清视频图像切换：

支持用户对高清视频图像切换调用；局指挥中心用户通过具有权限的PC操作终端和专用键盘，在DLP大屏幕上切换显示高清视频图像；

⏹摄像机信息设置：

设置系统内所有摄像机的编号、位置、IP、名字、所在区域、场所等信息

⏹字符叠加和图像屏蔽：

可在图像的任意位置叠加名称、时间、场地等字符信息；事件管理策略：

流媒体控制管理：

主要指对高清视频存储服务器/点播服务器和转发服务器群的管理。

负责多台服务器间的协同工作和控制管理，如转发用户调用指令、设置系统参数、时钟校对等等工作。

1）视频存储服务器完成对高清码流的存储，

2）点播服务器采取负载均衡，平衡点播业务，支持更高带宽的点播业务。

3）视频监控管理模块自动屏蔽异常点播。

4）视频存储服务器采用高性能的NFS方式共享存储视频给视频点播服务器。

5）视频监控管理服务器和存储服务器，点播服务器间采用心跳侦测的机制，当视频监控管理模块侦测各存储服务器，点播服务器异常时，发送异常报警。

6）提供磁盘管理工具，方便分配存储服务器空间，方便友好查询磁盘空间使用情况。

1.1.3系统优势

1.1.3.1高清晰度

摄像机的性能对于成像质量起着举足轻重的作用。

通过大量对比测试和项目工程实施的经验，本方案选用工业级高质量百万像素的CCD摄像机，有以下主要优点：

◆高质量的成像单元，成像清晰，在各种照度条件下均保持低噪声；

◆动态范围宽，增益在0-24dB之间可调，从而保证了夜间也可看清车身及人脸；

◆出色的自动白平衡功能，在各种光照条件下均忠实反映物体的颜色；

◆支持自动光圈，可配合自动光圈镜头，在强光下有效压制smear现象；

◆快门速度最快至1微秒，对于高速运动车辆亦可有效抓拍，不会导致运动模糊；

◆支持触发内外同步，可控制补光灯进行夜间补光；

◆配合其它设备及控制软件，可在顺光，逆光，强光等各种光线条件下良好成效，并可抑制夜间车灯强光眩光；

摄像机输出非压缩视频，不引入编码噪声,保证了视频检测器获得最高质量的原始视频图像数据进行识别，提高了识别准确率。

整个系统采用当前最先进的3D模型+视频流多目标跟踪技术，根据接收到的视频流信息，自动跟踪抓拍视场内的所有运动目标。

通过跟踪全视场的目标，综合目标特性和运动特性，可以根据目标的历史信息有效区分各种目标，从而能够准确触发抓拍机动车道上包括无牌车，非机动车的目标，对目标车辆进行智能跟踪识别，进而得出目标车辆的违章类型。

可以很好处理交通拥堵等各种复杂情况。

可以抓拍机动车道上的逆行车辆并识别其号牌，同时采用先进的3D模型技术，受光照，影响，抖动等影响小，在检测目标的同时完成目标的分类，从而有效地将各种大小不一的目标（大型车辆，小型车辆，非机动车等）区分，不会出现多报或者漏报目标的现象，系统具有交通违法抓拍功能。