高清雷达测速系统方案.docx

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高清雷达测速系统方案

高清晰雷达测速系统

解决方案

1.系统概述

由于在城际快速路、高速公路上行驶的车辆速度较高，如果没有严格有效的管理，非常容易发生重大恶性交通事故，造成人员伤亡和财物损失。

因此运用计算机技术、现代通讯技术等高科技手段建立一套智能交通违法检测、处罚、管理系统成为一种非常有效的手段，可以有效地加大对违法车辆的执法力度，预防和减少交通事故的发生，达到规范行车秩序、保证道路畅通、行车安全的目的。

雷达测速自动抓拍系统是运用计算机技术、先进的雷达检测技术、现代通讯技术等高科技手段，建立的一套智能交通违法检测、处罚、管理系统，可以有效地加大对违法车辆的执法力度，预防和减少交通事故的发生，达到规范行车秩序、保证道路畅通、行车安全的目的。

雷达测速自动抓拍系统可对高速行驶的车辆，进行全天候24小时连续监控，对违法超速行驶车辆进行抓拍，采集对同一违法机动车采集不少于2幅、相隔至少1米的取证照片。

在记录超速车辆的图像同时，自动叠加车辆违法的时间、地点、方向以及超速百分比等信息，并将前端抓拍的违法数据上传到指挥中心进行统一处理。

系统配置了完善的补光设备，无论在白天还是夜晚以及低照度条件下，所拍摄的违法车辆图像不仅能看清车身全貌及车牌特征，还可对前排驾乘人员进行清晰记录，有效减少利用照片作为执法依据的质疑。

系统建成后，可有效检测和记录各路段超速行驶的车辆，对违法行驶驾驶员进行处罚和教育，最终达到让驾驶员自觉遵纪守法、遵章驾驶的目的，在降低交通事故发生率，提高安全和畅通行车能力等方面具有深远的意义。

2.设计规范及标准

本方案严格依据国家和行业相关规范及标准进行设计。

遵循的相关规范及标准如下：

±《机动车测速仪》GB/T21255－2007

±《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》GA/T497－2009

±《机动车号牌图像自动识别技术规范》GA/T833-2009

±《道路交通安全违法行为取证技术规范》GA/T832-2009

±《城市监控报警联网系统通用技术要求》GA/T669-2006

±《安防视频监控系统技术要求》GA/T367-2001

±《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

±《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92

±《安全防范系统验收规则》GA308-2001

±《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》（2004年版）

±《中华人民共和国道路交通安全法》GB2004.5.1

±《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB/T50198-94

±《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93

±《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92

±《中国电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90.92

±《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-92

±《工业与民用电力装置的接地设计规范》GBJ65-83

±《电力工程电缆设计规范》GB50217-94

±《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）

±《雷电电磁脉冲的防护》IEC1312-1～3

±《公路交通安全设施设计技术规范》JTGD81-2006

±《公路交通安全设施施工技术规范》JTGF71-2006

±《工业计算机监控系统抗干扰技术规范》CECS81-96

±机动车、驾驶员及违法管理等相关数据库规范2004版

3.缩写词和术语

3.1.缩写词

本方案书中使用的缩写词如下表所示：

图31缩写词中英文对照表

英文缩写

中文全称

CCD

电荷耦合元件，可称为CCD图像传感器（Charge-coupledDevice）

CMOS

互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件

（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）

GA

中华人民共和国公安部行业标准

GB

中华人民共和国国家标准

GBJ

中华人民共和国建设部标准

GIS

地理信息系统（GeographicInformationSystem）

ID

身份（Identification）

IEC

国际电工委员会

IEE

电气工程师学会

IEEE

电气和电子工程师学会

ISO

国际标准化组织

JTJ

中华人民共和国交通行业标准

MPEG

运动图像专家组（MovingPictureExpertsGroup）

NTP

网络时间协议（NetworkTimingProtocol）

PAL

逐行倒相（PhaseAlternateLine）

PTZ

摄像机或云台所支持的动作，包括左右移动、上下移动和焦距缩放（Pan-Tilt-Zoom）

TCP

传输控制协议（TransmissionControlProtocol）

TCP/IP

传输控制协议/互联网络协议

（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）

YDJ

中华人民共和国通信行业标准

3.2.术语

分辨率Resolution

指模拟/数字图像设备回放出来的一帧图像能被人眼分辨出的线数/像素数。

高清HighDefinition

关于高清的标准，国际上公认的有两条：

视频必须至少具备720线非交错式（720p，逐行）或1080线交错式隔行（1080i，隔行）扫描，屏幕纵横比为16׃9。

常见的三种分辨率，分别是：

720p（1280×720p），1080i（1920×1080i），1080p（1920×1080p），其中以720p和1080i最为常见。

标清StandardDefinition

物理分辨率在720p以下的一种视频格式。

具体的说，是指分辨率在400线左右的“标清”视频格式，即标准清晰度。

雷达检测

测速雷达主要系利用多普勒效应（DopplerEffect）原理：

当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机率。

车辆信息

包括车辆的通过时间、地点、行驶方向、车辆号牌、车辆类型、车辆颜色等数据。

特征图像

用于号牌识别的彩色图像，图像中包含车辆前部特征。

全景图像

包含车辆全貌、车型、颜色及装载情况等特征的图像。

识别结果

包含有机动车号牌号码、号牌颜色、号牌结构等信息。

车辆图像捕获率

车辆图像捕获率为所记录的有效车辆数与实际通过的车辆数的百分比。

其中，有效车辆数是指车辆图像中包含全部车辆信息的车辆数。

号牌识别率

车辆号牌识别率为号牌被自动识别的车辆数与号牌信息有效的车辆总数的百分比。

其中，号牌信息有效是指车辆号牌完整、清晰、安装规范，且无遮挡、无污损。

号牌识别准确率

车辆号牌识别准确率为号牌信息识别正确的车辆数与号牌被自动识别的车辆数的百分比。

其中，号牌信息识别正确是指：

号牌信息识别结果全部与实际号牌信息相符；军队大型汽车号牌、民用大型汽车号牌、2002式机动车号牌信息识别结果不小于五位字符与实际号牌字符相符。

识别时间

从机动车图像加载完成到给出识别结果所需的时间。

反应时间

机动车测速仪完成一次测量所需时间。

4.系统构成

完整的路侧雷达超速抓拍系统总体由三部分构成，包括前端部分、通信部分和中心部分。

图41路侧雷达超速抓拍系统结构

4.1.前端部分

路侧雷达超速抓拍系统前端部分，是安装在路口的设备，是超速违法抓拍的主体，主要包括：

安装在立杆上的视频采集前端、控制与处理系统，以及相关的外围设备。

如下图所示。

图42路侧雷达超速抓拍系统前端部分结构

视频采集前端主要包括：

高清摄像机（200万高清晰摄像机），LED频闪补光灯、控制模块等。

控制与处理系统包括：

嵌入式工控机、通讯与数据处理模块、电源模块、特制机箱等。

4.2.通信部分

通信部分的功能是：

将前端部分收集的信息，包括车辆违法信息，流量信息、录像信息等，通过特定的通信网络，上传到指挥中心（监控中心）的应用服务器系统。

本系统支持各种有线（电信专网、光纤等）、无线方式（微波、GPRS、CDMA1X等）的通信设备，根据具体的通信方式，选择适合的终端接入设备。

4.3.中心部分（中心管理软件）

中心管理部分一般设立在交通指挥中心，指挥中心的应用服务器通过通信系统，接收前端控制主机发送回来的违法信息、交通信息和状态信息，存储在数据库中，供应用程序处理使用。

一般地，中心管理部分由数据服务器、应用服务器、管理工作站、局域网，以及应用软件组成。

图43中心管理系统

应用软件采用我公司自主研发的系统（EHLSmart）。

5.系统原理

5.1.系统工作流程

系统采用测速雷达作为测速传感器，当雷达检测到车辆进入可测区时，记数并统计当前断面的车流量；工业摄像机拍摄违法车辆图片，当雷达检测到有超速车辆进入摄像机的视场后，主机视频分析模块开始工作，与雷达结合分析车辆的运动，提取车牌图像最清晰的该帧图片作为特征图片，同时结合实测值、违法时间、地点、使用单位、方向等信息构成超速违法记录，采集的信息通过无线方式将图片数据传输到后台电脑服务器端，然后用后台软件进行整理、录入、处罚、打印等。

工作流程图如下所示：

图51工作流程图

5.2.设备工作逻辑

系统可分为车速检测元、超速抓拍单元、系统控制单元，设备工作逻辑图如下：

图52设备工作逻辑图

5.3.雷达检测、测速

雷达检测是超速抓拍系统的核心，它主要完成过往车辆的速度监测。

依据多普勒效应原理，雷达发出一束微波，遇到被测目标（车辆）时，微波会被反射回来，再由雷达接收反射波。

如果目标相对于雷达有径向运动，反射波的频率将与发射频率发生差异，而这种差异的大小与目标的相对运动速度成正比。

当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射频率。

这样，雷达通过检测反射波频率和发射波频率的差，就可计算出被测车辆的移动速度。

多普勒频移公式为：

，式中，

为雷达接收反射回来的无线电波的频率，

为雷达发射的频率，

为移动物体运动的速度，

为电磁波的速度（即光速），

为移动物体运动方向与雷达发射电波方向的夹角，式中

、

、

、

为一定值（某时刻），由此可计算移动物体（如汽车）的速度

。

多普勒型测速雷达一般采用X或K两个波段信号进行扫描工作。

X波段（主频一般为10.525GHz，探频范围一般为±50MHz）的设备一般采用连续波发射的形式进行扫描工作，通常无法在车阵中锁定车辆，多数情况下都是车阵中第一辆车被检出。

K波段雷达主要频率以12.150GHz或35.0GHz主频进行工作，探频范围在±100MHz之间，频率较高、工作频率范围较宽；扫描方式除了采用持续发射式（持续）外，还有脉冲发射式（点放），可有效解决X波段雷达存在的一些问题。

图453测速雷达工作原理图

6.系统功能

系统采用雷达作为测速传感器。

当雷达检测到车辆进入可测区时，记数并统计当前断面的车流量；工业级数码摄像机拍摄违法车辆图片，当雷达检测到有超速车辆进入摄像机的视场后，主机视频分析模块开始工作，与雷达结合分析车辆的运动，提取车牌图像最清晰的该帧图片作为特征图片。

同时结合实测值、违法时间、地点、使用单位、方向等信息构成超速违法记录，采集的信息通过无线方式将图片数据传输到后台电脑服务器端，然后用后台软件进行整理、录入、处罚、打印等。

系统采用高分辨率图像采集设备（200万像素）作为机动车全景图片取证部件，所记录的全景图像具有防篡改鉴别功能，叠加有车辆相关信息，包括车辆颜色、车型、号牌等，经过的地点、方向、日期与时间等字符信息。

系统选用雷达检测作为高清超速监测系统的检测手段。

系统能有效抓拍车道检测宽度内的各类机动车辆；每个方向监测3车道。

在完全满足客户需求的基础上，结合我公司产品的特点，我们设计本次高清超速监测系统功能如下：

6.1.基本功能

图61系统基本功能框图

6.1.1.测速抓拍功能

单方向3车道车辆超速抓拍，抓拍响应时间小于50ms。

雷达测速，雷达监测去向车辆（拍车尾），一旦车辆行驶速度超过设定的速度值，触发启动摄像机抓拍一张违法车辆全景图片。

系统支持自动快门、自动光圈、自动增益控制等自动曝光控制功能，光线不足时自动启动补光装置。

6.1.2.图像记录功能

在超速车辆通过时，系统能准确拍摄车辆特征图像，图像分辨率为1600×1200，并将图像以JPEG格式存储，系统前端工控机设备配备1T硬盘，具备存储500万张的图像存储能力。

当超出最大存储容量时，自动对车辆信息和图片进行循环覆盖。

同时在图像中标明车辆通行数据，主要包括通过时间、地点、车速、方向等。

针对每辆通过车辆，系统可以自动判断主车道和分道线的区域采用哪一个摄像机能够捕获到完整的号牌号码，自动删除号牌不完整的照片，保留有完整号牌的照片，实现无遗漏车辆检测。

对监控区域内捕获的车辆图像包含车辆头部所有特征，能看清车辆类型、颜色、轮廓及装载情况以及前排司乘人员面部特征等，夜间可以采用高频窄脉冲补光方式，对驾驶人的视觉不造成任何影响，保证了安全。

车辆图像捕获时不受雨、雪、雾等天气、环境光和相临车道的影响，不会出现误记录。

6.1.3.布控报警功能

系统可以接收中心系统布控信息，对过往车辆进行号牌识别后与布控信息进行比对，发现嫌疑车辆后形成报警信息，能自动实现在本地或远程报警，同时将报警信息按照预定方案传到指定地点，可以实现声、光和现场图片报警功能。

其数据库格式符合《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》GA/T497-2009的数据库表格式要求。

系统设有紧急黑名单、普通黑名及特殊勤务车名单三个实时比对库，实现本地的号牌自动识别，自动黑名单比对和报警功能。

图62黑名单信息列表

图63黑名单条件查询

6.1.4.车牌识别功能

系统自动、实时记录过往车辆图像，同时具备车辆号牌自动识别功能。

摩托车号牌、临时号牌除外。

根据识别的号牌，系统可以在指挥中心实现黑名单比对、旅行时间计算、区间测速等功能。

系统能够在本地自动通过对机动车号牌定位，字符切分，字符匹配和图像预处理实现号牌自动识别功能。

牌照自动识别内容包括：

“GA36-92”（92式牌照）、“GA36.1-2001”（02式新牌照）标准的民用车牌照、警车牌照、04式新军车牌照、07式武警新牌照的汉字、字母、数字、颜色等信息。

①“0—9”十个阿拉伯数字；

②“A—Z”二十六个英文字母；

③省、自治区、直辖市简称：

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；

④军队用汉字：

军、海、空、北、沈、南、兰、广、成、济、京；

⑤号牌分类用汉字：

警、学、领、试、挂、港、澳、超、使；

⑥武警号牌特殊字符：

WJ、00~34、练。

车辆图像捕获率≥90%；

号牌识别准确，白天识别准确率≥90%；夜间识别准确率≥80%；号牌捕获及识别时间不高于50ms。

号牌颜色识别率应不低于90%。

号牌结构识别率应不低于95%。

6.1.5.图片防篡改功能

系统对各类路口违法和交通事件进行抓拍后，为了保证记录的准确性和真实性，按照国家标准GA/T496-2009的最新要求，加入了防篡改功能。

当中心管理系统接受到违法记录图片后，首先通过复杂的算法验证防篡改标识是否被修改。

对图像的任何变更都会引起防篡改标识的错误信息，只有通过认证的图片才能进入下一步的处理。

6.1.6.数据传输功能

闯红灯自动记录系统应具备联网数据传输或现场数据下载功能。

6.1.6.1联网数据传输

通过网络将机动车闯红灯信息自动传输到指定数据中心，且信息传输应具有防丢失、防篡改等功能。

设备状态数据上传、显示：

根据用户设置，将系统状态和配置信息经由通讯系统直接发送至指挥中心的数据库中进行存档、应用。

包括系统设备的类别、位置、检测的车道数、安装方式等基本信息，以及设备工作状态等。

交通及违法数据上传

根据用户设置，将系统采集的交通数据、违法信息经由通讯系统直接发送至指挥中心的数据库中进行存档、应用。

违法数据信息包括：

车辆经过的时间、地点、车道、车辆与道路环境全貌图片、车牌特写图片、违法类型、红灯点亮时间、车辆行驶速度、车牌号码（经计算机自动识别）、车牌颜色等。

在路口本地，前端设备自动地在抓拍时同步进行车辆号牌识别，将识别结果纪录到本地，并上传到控制中心数据库、无需在中心进行识别，加快违法处罚系统的处理速度和处理能力。

6.1.6.2现场数据下载

支持数据下载，现场将机动车闯红灯信息人工或自动下载到存储介质中后带回数据中心，下载过程不得删改原始信息，且记录下载日志信息，包括下载人、下载时间等信息。

6.2.基于ATMS集成平台的扩展功能

图64基于ATMS集成平台的扩展功能框图

6.2.1.车辆布控

6.2.2.特定目标车辆追踪

实时追踪特定目标车辆，并在GIS地图上高亮闪烁显示其通过的最新卡口点和详细信息，实时图片。

图65特定目标车辆追踪界面

图66特定车辆追踪界面

6.2.3.过往车辆案件关联查询

对案件发生周边卡口进行监控，查询分析某时间段内通过周边卡口车辆相关信息，实现对案件侦破提供辅助。

图67案件关联查询分析

6.2.4.道路旅行时间分析

对设有卡口的路线，提供实时的最接近的旅行时间，用以发布或出行参考。

图68路线旅行时间界面

6.2.5.行为异常车辆分析

根据卡口通过车辆信息，计算在某个时间，某个时段内频繁通过卡口的车辆，判定为异常车辆。

图69行为异常车辆分析界面

图610异常车辆相关信息

6.2.6.车辆行驶轨迹分析

输入特定目标车辆号牌号码、车辆类型和时间段，点查询，列表将展示该时间段所有出现该车辆通过的卡口点历史记录数据，列表显示该车辆通过卡口的通过时间、卡口名称、行驶方向，并在GIS地图上标注卡口点。

图611车辆行驶轨迹分析界面

6.2.7.套牌嫌疑车辆分析

同一车牌在同一时间（或在不合理时间内，或通过算法分析）在两个卡口同时出现，或夜间频繁出现在两个卡口。

系统根据输入时间段分析出嫌疑套牌车辆。

图612套牌嫌疑车辆分析界面

同一车牌在同一时间（或在不合理时间内，或通过算法分析）在两个卡口同时出现，或夜间频繁出现在两个卡口。

对该号牌车辆信息进行比对，从而分析出是否为套牌嫌疑车辆。

6.2.8.过往车辆统计分析

根据通过卡口、号牌种类，计算在某个起止日期统计分析出重点车辆、常驻车辆的号牌号码、车辆种类及该车辆通过相应卡口的频度数据列表。

图613重点车辆行为分析

图614常驻车辆行为分析

7.系统优势及特点

路侧雷达超速抓拍系统是车辆检测技术、计算机技术、图像处理技术、通信技术等现代高新技术在交通管理中的应用，是查处、减少机动车超速违章行为的有效手段，同时也能在社会治安管理方面发挥较大作用。

通过路侧雷达超速抓拍系统的建设，实现了车辆超速违法抓拍自动化，指挥中心进行取证，从而使执法不再受时间、地点、警力资源的限制，同时降低交通事故。

7.1.嵌入式一体化系统架构

我公司基于城市交通对超速抓拍系统的高标准需求，自主研发DSP嵌入式主机，采用最先进的数字处理技术，抓拍软件固化到DSP硬件中，能够自动采集所监控车道的车辆相关信息，在进行超速违法抓拍的同时，实时号牌识别，整个系统构建更简单，系统稳定性更高，并且维护方便，维护成本低廉。

7.2.采用高像素（200万）摄像机，高清晰成像采集

本方案的前端采集部分都选用高清晰摄像机成像（200万像素），不但可以清楚记录车辆车头部分图像，还可以清晰显示前排司乘人员的面貌。

在摄像机的使用上，本系统全部采用CCD进口机芯摄像机，它的扫描系统是采用逐行扫描方式扫描，其采集下来的图像真实分辨率最大是1600（H）×1200（V）像素。

所选用的摄像机采用色彩还原技术，在对源文件的色彩元素进行非常细致的属性分析、解码之后，通过智能整合还原源文件的基本色彩属性，使画质达到胶片级水准，真实的重现真彩世界，充分拓展色域的表现，令画质表现更为精美。

摄像系统具备智能调节系统，可自动调节图像的曝光、清除噪点、改善对比度。

成像采集为异步触发方式，在独特的补光系统的配合下，前端采集系统可以在任何光线条件下都能产生高质量的图像，非常有效的改善了目前的成像系统，在同行业中取得领先。

图71白天、夜间抓拍图片

7.3.高速摄像技术

采用普通摄像技术用于抓拍高速行驶车辆时，存在许多技术困难：

解决不了精确同步问题；解决不了高速成像问题，也就是说车速高到一定程度，图像（特别是车牌图像）就不清晰，特别是夜间拍不清晰；高速车辆用普通摄像技术实现起来困难重重。

普通摄像机技术的快门速度最慢是1/50秒，最快是1/100000秒，如果快门速度较慢（小于1/500秒）时，运动物体在像机快门动作（曝光）时的位移量会被记录下来，造成运动物体发生纵向模糊的现象，即拖尾现象。

一般解决方法是将快门速度提高至1/500秒以上，但同样的快门白天设置完成后，晚上往往不能兼顾。

本方案采用了获得国家发明专利的高速摄像技术，最小5微秒的曝光时间，保证在车辆高速运行的状态下不管白天晚上均能抓拍到清晰的图像。

本系统采用了智能快门高速摄像技术，能在微秒量级时间内在摄像机CCD上成像，清晰地拍摄出所有高速行驶的车辆，克服了上述困难，抓拍高速的行驶车辆的图片可以保证清晰。

采用智能快门高速成像技术来“冻结”高速行驶车辆的图像，保证了车牌图像的清晰度，也将车型、司乘人员面部特征表达的淋漓尽致，而不会出现图像拖尾、图像模糊的情况。

7.4.独特的补光设计

国省道的夜间光线环境始终是一个很难解决的问题。

由于大部分点位处于没有路灯的场合，周围光线环境恶劣，即使选用超低照度的高清摄像机，也不能在黑暗的环境中得到清晰的车辆和车牌信息。

卡口系统拍摄大都迎车拍摄，车辆的大灯眩光对成像质量影响很大。

因此，有效的补光是解决成像质量的一个关键。

传统的补光方式是采用色温较高的金属卤化物灯，由于拍摄高速运行车辆和抑制车头大灯对图像的影响，一般会采用高速快门的方式，这样就需要功率较高的金卤灯对现场照明，即不经济也影响驾驶员的视线。

本方案设计采用高频窄脉冲灯进行补光。

窄脉宽高频补光灯能发出强度可调的微秒量级的脉冲光，是一般闪光灯闪光持续时间的几十分之一到几百分之一。

由于闪光持续时间很短，因此对司机眼睛的刺激几乎没有，同时又能清楚拍摄车牌、车型和司乘人员的容貌。

智能闪光灯应由专用摄像机控制，并可根据现场光线强弱自动控制灯的开启，白天关闭，晚上或光线不足时自动打开。

7.5.优化的车牌识别算法

车牌识别是计算机视觉和模式识别技术在智能交通领域的重要应用课题之一。

它是以特定目标为对象的专用计算机视觉系统，该系统能从一幅图像中自动提取车牌图像，自动分割字符，进而对分割出的字符图像进行识别。

通常的牌照识别水平，牌照/视场比例约为1/6左右（监控视场约176cm），本技术方案选择优秀的识别算法，努力优化牌照/视场比例至1/8甚至更小，保证在每车道的高清摄像机视场范围内，均可捕捉到目标车辆的号牌，并能将该号牌正确识别出来，极大地提高了车辆捕获率。

系统的逻辑设置合理，检测程序是抓拍优先于车牌识别，只要有过往车辆，就进行抓拍，然后再牌照识别。

即使摩托车、拖拉机车型、没有牌照车辆、车牌有遮挡或严重倾斜等也能正常记录。

提供给执法管理人员予以备案、查证。

系统车牌识别的优势主要体现在以下几个方面：

车牌识别准确率高

作为车辆自动抓拍识别产品