电子警察系统及视频监控系统整理.docx

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电子警察系统及视频监控系统整理

电子警察系统及视频监控系统整理

电子警察系统（路口违章车辆抓拍系统）

1、系统主要需求（系统介绍、系统作用等）；

2、系统组成及网络结构

3、系统工作流程描述

4、系统功能体现

5、主要性能指标

6、前端抓拍设备技术指标和参数

7、电气安全

8、环境适应性

9、其它

10、电子警察系统主要组成部分的设计与选择

1）车辆检测方式的选择

2）抓拍方式的选择

◆电子警察系统（抓拍红绿灯设备）

闯红灯自动抓拍记录系统（俗称“电子警察系统”）是利用车辆检测技术、信号控制技术、计算机技术、图像处理技术、通信技术等现代高科技在交通管理中的应用，是检测机动车闯红灯违法行为的有效手段。

该系统应24小时不间断全天候工作，将对遏制机动车闯红灯违法行为起到重要的作用。

闯红灯违章自动抓拍系统

前端设备

传输设备

监控中心设备

车辆检测单元

红灯采集单元

抓拍控制单元

通讯设备单元

通讯线路与协议

登录工作站

查询处罚工作站

违章数据服务器

违章数据服务器

一、系统主要需求：

（一）系统应具有良好的可扩充性、可移植性和兼容性，充分考虑到了系统的发展因素，系统设计方案充分利用现有的信息化建设成果和路口资源，并预留扩展接口。

（二）系统功能全面、完善、安全、稳定而可靠。

确保系统指挥中心管理部分、通信网络部分和路口控制部分等一系列的设备和信息传输链路24小时不间断应用。

不受天气变化的影响（包括台风、暴雨和打雷等）。

（三）违法照片中需要记录清晰地车牌、停车线、信号灯以及完整的违法过程。

具体要求如下：

1）第一张全景图片应包含并能清晰辨别红灯信号（或倒计时灯）、车辆类型、车身颜色且显示的机动车车头（整个车身的前三分之一）处在停车线后（没有越过停车线）或压在停车线上。

2）第二和第三张全景图片应包含并能清晰辨别红灯信号（或倒计时灯）、车辆类型、车身颜色且能无可争辩的显示红灯期间该车整个车身已经越过停车线的情况。

3）手动鼠标进行框选车牌特写部位，所选图片信息应能清晰辨别车牌号码和车牌颜色。

4）对于路口信号灯是箭头灯的拍摄点，要求拍摄效果能清楚地在后端看清箭头所指方向。

二、系统组成及网络结构

1）电子警察系统由路口抓拍设备、传输系统、中心处理系统（后台集成管理系统）三部分组成。

其示意图1如下：

图1电子系统组成结构图

2）网络结构

典型的系统结构如图所示：

前端抓拍设备中心集成管理系统

图2典型的系统结构

由于本系统是指挥中管理平台的一部分，必须充分考虑到使用公共网络的安全性。

本设计建议在指挥中心建立一台前置服务器，该服务器与内部网络隔开，该服务器只用于接收违法图片和管理前端设备。

违法图片存放在活动硬盘上，最终通过活动硬盘转移到内部服务器上。

这样的设计方案虽然有些麻烦，但安全性高，建设周期短，投入也较小。

三、系统工作流程描述

1）电子警察采用感性线来感应路面上的机动车传来的压力，通过传感器将信号采集到中央处理器，送寄存器暂存（该数据在一个红灯周期内有效）；

2）在同一个时间间隔内（红灯周期内），如果同时产生两个脉冲信号，即视为“有效”，简单地说，就是如果当时红灯，你的前轮子过线了，而后轮子尚未压线，则只产生了一个脉冲，在没有连续的两个脉冲时，不拍照；

3）即红灯状态下，车辆进入前线圈，全景摄像机拍摄；红灯状态下，车辆进入第二个线圈，摄像机抓拍特写照片，全景摄像机拍摄第二张过程图片；红灯状态下，违法车辆驶出第2个线圈，全景摄像机抓拍第三张过程照片。

这样就会形成一组完整的车辆违法图片。

在设置全景摄像机取景范围时，务必确保全景图片中包含停车线和红绿灯；特写摄像机应在能够看清机动车牌照的前提下，尽量使拍摄的场景大一些，以便能够取更多违法汽车的有用信息和防止违法车辆偏离行驶车道。

在这个过程中，如果车辆进入线圈后没有离开，或相应的红灯熄灭，则不能拍到完整的一组3张图片，系统将自动删除已经拍摄的图片，不视为违法。

具体违法判定准则，由业主方确定。

四、系统功能表现

1）抓拍功能介绍

a.系统能自动拍摄闯红灯违法车辆照片，所拍照片能清晰辨认违法车辆的车牌号码、车牌颜色、车身颜色、车型。

b.系统能自动判别车辆进入停车线的时间，对于红灯亮前进入停车线的车辆不拍照，对于红灯亮后进入停车线的，但不向前行驶，只在绿灯亮后向前行驶的车辆不拍照。

c.系统能对违法车辆连续拍摄三张照片，以便对违法过程进行记录。

d.车辆违法图片自动附加违法日期（年、月、日、时、分、秒）、违法地址、行驶方向等信息，且全天候清晰可辨。

2）通信联网功能介绍

a.违法数据可通过光纤等传输途径自动传输到中心，并在路口对违法数据进行备份，在传输线路、设备出现故障等非正常情况时，可以人工下载数据。

b.具有与车辆管理部门信息网络联网检测车辆、车主、驾驶员有关信息的功能。

3）数据存储与查询功能

a.设备具有违法信息记录功能，可连续记录2万辆以上的机动车违法数据。

b.可查询有关违法信息。

4）中心信息处理功能

a.交通违法信息识别和录入：

对传回监控室数据处理中心的违法图片人工进行识别后，将违法车辆车牌照号码录入系统中，之后进行上传至公安网处理系统中，通过车牌号将违法车辆的相关信息：

违法日期、地点、方向、违法车辆外形特征等自动录入到数据库生成违法号牌库，供以后违法数据的自动统计分析等。

b.交通违法信息处理、查询和统计：

管理人员可以对违法号牌库中的违法信息作进一步的确认，可以按照违法的地点、日期、车主、车号、车型等单个或多个条件的组合对违法记录进行统计分析和查询，系统可以与车辆管理部门的信息中心联网，检索车辆、车主、驾驶员相关信息。

c.交通违法信息打印、通知：

可以通过系统参数设定，由人工或系统自动对数据库中的违法记录实时打印生成违法通知单、违法图片以及处理结果，能将违法信息以短信、语音查询、触摸终端查询等多种形式及时通知违法车辆车主。

五、主要性能指标

1）闯红灯行为记录

a.机动车在其对应的黄灯或绿灯相位时越过停车线，闯红灯自动记录系统不应记录；

b.闯红灯自动记录系统应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，第一个位置的信息应能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和机动车压在或越过停车线的情况；第二和第三个位置的信息应能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个车身已经越过停车线的情况，并且至少有一个位置的信息能够清晰辨别号牌号码；

c.闯红灯自动记录系统的图片格式应采用JPEG格式，JPEG图片编码应符合ISO/IEC15444:

2000的要求，图片数量不应超过四张；

d.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，表名称为ITS_POLICEVIOLATION，表结构至少包含“表1”中字段信息。

表1ITS_POLICEVIOLATION基本字段信息

序号

名称

字段名称

类型

长度

说明

1

号牌号码

HPHM

字符

15

不可空

2

号牌种类

HPZL

字符

2

不可空，符合GA24.7的要求

3

车辆类型

CLLX

字符

4

不可空，符合GA24.7的要求

4

违法时间

WFSJ

日期

12

不可空，精确到秒

5

违法地点

WFDD

字符

12

不可空，符合GA408.3的要求

6

违法行为

WFXW

字符

4

不可空，符合GA408.1的要求

7

处理标记

CLBJ

字符

1

‘0’还没进行处理，‘1’已进行处理，默认为‘0’

8

违法证据1

WFZJ1

大二进制对象

不可空，JPEG图片

9

违法证据2

WFZJ2

大二进制对象

可空，JPEG图片

10

违法证据3

WFZJ3

大二进制对象

可空，JPEG图片

11

违法证据4

WFZJ4

大二进制对象

可空，JPEG图片

2）闯红灯捕（bu）获率

闯红灯捕获率（即在闯红灯自动记录系统监测范围内，系统检测和记录的可以确定其闯红灯行为的机动车数与人工确认实际闯红灯机动车车数的百分比）应不小于98%。

3）记录有效率

机动车闯红灯记录有效率（闯红灯自动记录系统中人工可以清晰辨别号牌号码、车辆类型、红灯信号、停车线的机动车记录为有效记录）应不小于90%。

4）数据传输

除采用光学照片的闯红灯自动记录系统外，闯红灯自动记录系统应具备联网数据传输和现场数据下载功能。

a.联网数据传输

通过网络将机动车闯红灯信息自动传输至指定监控数据处理中心。

传输方式有实时传输和非实时传输两种方式，用户可以任意选择一种方式进行数据传输。

传输时，当遇到网络故障导致传输失败，应具备断点续传功能。

b.现场数据下载

现场将机动车闯红灯信息人工下载到存储介质中后带回监控数据处理中心。

5）数据录入

应提供机动车闯红灯信息数据录入软件，录入的数据存入数据库表中。

六、前端抓拍设备技术指标和参数

1）机动车检测有效率（检测到的机动车违法占所有检测结果的百分比）>90%。

2）摄像机参数

—图像分辨率700*560

—真彩色16Mbit

—CCD镜头最低照度0.4Lux

3）镜头

—分辨率480线

—焦距12~48mm

4）数码相机

—图像分辨率500万像素

5）记录模式3张/车

6）存储图像容量14000张

7）系统响应时间<1.0秒

8）电源功率<250W

9）供电电压220VAC，50HZ

10）系统工作温度-25℃~+70℃

11）湿度<=80%

12）功率<350W

13）有过载、接地、漏电、短路、防雷、防风、防雨雪等保护装置并符合国家相关电器安全标准。

14）夜间辅助照明可采用不可见光方式（不产生任何伤害），辅助照明的功率在200W一下。

15）在违法监测器的机箱内预留一个专用电源插座。

16）室外违法检测器机箱符合IP55标准。

17）监测器时钟，与北京时间误差在±5分钟以内。

18）拍摄范围：

3车道（可扩展至4-8车道）。

19）拍摄车速范围：

0~160km/h

20）拍摄距离：

10m~50m

21）系统响应时间：

<0.2秒（数码照相机<1.0秒）

22）车辆捕获率：

>95%

23）误拍率：

<2%

24）闪光灯指数（M）（ISO100/2）:

82

25）存储量：

大于十万张照片。

七、电气安全

电压：

160~280VAC50HZ；

抗电：

1000VDC，1分钟；

绝缘：

大约10M。

八、环境适应性

工作温度：

-25℃~70℃

湿度：

20~100%

大气压力：

86~106KPa

九、其它

电子技术的发展日新月异，电子警察系统的建设要充分考虑到科技的发展和新技术的应用，系统的前端采集方式、数据库结构、车牌识别对比方式、操作界面等方面不仅要保持现阶段的先进性，还要为今后十年内的发展预留足够的扩展空间使电子警察系统充分适应业务扩展和科技发展的要求。

一十、电子警察系统主要组成部分的设计与选择

1）车辆检测方式的选择

车辆检测方式主要有环形线圈检测、视频检测、红外、雷达以及激光检测等方式。

目前用的比较多的是环形线圈检测和视频检测，其它几种检测手段很少用于闯红灯违法检测。

a.环形线圈检测的原理及特点

环形线圈检测的主要特点是工作稳定、检测精度高，但线圈不可移动，如果路口改造需要重新埋设线圈，但仍然是闯红灯抓拍最主流的监测手段。

线圈检测通常由两个部分组成：

电子检测器组件和感应式线圈——导线被环绕起来形成线圈（通常环绕二至四圈），此处的磁场更为集中，形成一个检测区。

所有的运载电流的导体或线由于电流通过线体而产生磁流。

这种磁流的结果就是被称为电感的电流性质，电感量是以亨利（H）来衡量的。

监测器振荡电路驱动能量（10-200KHz）通过线圈而产生一个电磁场。

环形线圈感应器形成一个调制电路，线圈成为其中的一个元件。

当一个金属物体通过磁场时，旋流将会在导体中被感应到。

由于环形线圈的电感与磁流是成比例的，这就导致了环形线圈的电感系数的减少。

检测器检测到这种变化并驱动其电子输出，环形线圈和引入导线是检测系统的感应部分，并且具有阻抗和电容（线间以及线与地之间的电容）。

线圈检测用于车辆检测时需要在待检测路段开槽，埋入检测线圈，再将线圈的馈线连接到车辆检测器的线圈输入端。

根据检测要求不同和路况一条车道可以埋设一个或者两个检测线圈。

控制计算机检测线圈检测器状态即可以判断有无车辆通过被检测路段，以及通过该路段车辆的行驶方向和速度。

线圈检测器技术参数：

—检测需要时间<10毫秒

—检测车辆速度范围0~160km/h

—检测精度在0~160km/h内，检测率>=95%

—通讯方式RS232/RS485

—工作电压220VAC±10%,50Hz

—感应系统30~2000uH

—支流电阻10Ω一下

—绝缘电阻（线圈与土地间）1MΩ以上（DC500V）

b.视频检测原理及特点

视频检测是近年逐步成熟的监测方式，主要特点是安装方便，可以任意设置监测区域，便于调整，主要用于闯红灯抓拍和高速公路及城市快速路的交通流量采集。

视频检测：

接收来自设置在路口或道路上的单色摄像机视频输入信号。

在收到一个实时的交通图像时，视频处理器必须将此图像稳定，根据迅速变化的亮度调整图像，有效地清除背景，并滤掉包括阴影在内的任何非车辆的物体。

由此得到的图像由空白的背景和可辨认的被跟踪物体组成，其中包括车辆、摩托车、电动车和行人，通过分析实时的连续画面，该系统能够准确地跟踪目标车辆并收集数据，其中包括行车方向、坐标位置、车速和车长。

摄像机典型的安装位置是在道路的上方，通常安于现成的杆柱、桥梁或建筑物上，以避免在摄像机的视野中一辆被另一辆车所遮掩。

由于这些建筑物的高度和斜度，必须使该系统能实时地对进入的视频图像自动地进行重新调准以便跟之前的图像进行对比，这种稳定是通过用电子手段对数字化了的图像进行改变并使之与可辨认的地面标志排成一线而实现的。

当图像被稳定下来后，它便被用来和一个“时间-加权”背景图像进行对比，由云层、闪电和其他天气现象引起的对当前图像的突然性和干扰性的亮度都被滤掉，此时背景也被清除，结果图像便只包括车辆，而阴影和其他在视场内的物体都被自动清除掉了。

视频处理器根据时长、行车方向、车速和车辆大小，将不需要的物体滤掉，基于跟踪的该系统可利用不同的滤片对车辆、摩托车、电动车和行人进行有选择的跟踪。

通过利用包括方差过滤技术的多种技术，阴影能被有效地从图像中清除掉。

为了能提供真正的大区域检测和采集先进交通系统所需的所有资料，视频检测系统必须采用目标跟踪技术，由于该系统在现场内连续地跟踪车辆或目标物体，因此系统能对视频内所有的跟踪物中的每一辆车保持纪录，系统保持实时地跟踪每一目标物体的坐标，亮度精确的车速和监视停止的车辆。

视频检测器技术参数：

—制式NTSC/PAL

—视频输入75Ω非平衡，4路检测视频输入

—检测车辆速度范围0~160km/h

—检测精度白天，在0~160km/h内，检测率>=85%

夜间，在0~160km/h内，检测率>=70%

—通讯方式RS232/RS485

—工作电压220VAC±10%，50Hz

—功耗<130W

c.两种检测方式的比较

表2检测方式比较

形式

划分

检测方式

埋设型

线圈

通过埋设在道路下的线圈，感应回路中电感量的变化，检测出车辆的存在。

非埋设型

视频

利用了摄像机摄像处理技术的检测方式，对其全部或部分区域进行比较，如有差异说明检测区内有运动车辆。

表3白天抓拍率比较

系统类型

检测方式

数码相机

视频

数码视频组合

视频检测

50%

40%

50%

线圈检测

95%

85%

95%

表4夜间抓拍率比较

系统类型

检测方式

数码相机

视频

数码视频组合

视频检测

45%以下

35%以下

45%以上

线圈检测

90%以上

80%以上

90%以上

表5综合性能量化比较

划分

线圈

视频

备注

检测性能方面

速度

○

△

线圈优于视频

车型

×

△

视频优于线圈

准确度

○

△

从不同角度比较准确相当

合计

7

6

维护方面

方便性和迅速性

×

△

视频优于线圈，检测线圈被破坏后需要重新封路安装线圈

变更远程参数

△

○

视频优于线圈

各种硬件维护难度

△

△

维护难易程度相当

合计

5

7

气候环境方面的影响

夜间

○

△

线圈优于视频，受光线的影响，视频在夜间的检测精度比较低

天气的变化（雨）

○

△

线圈优于视频，视频受路面积水、光线影响等，检测精度比较低

合计

6

4

景观方面

美观

○

△

现有构筑物稳定性

△

△

现有构筑物利用性

×

△

视频能后利用龙门架、桥底进行安装，但有位置、角度要求

合计

6

6

费用方面

采购价格

△

×

线圈优于视频，线圈检测系统的价格便宜

安装费用

○

△

线圈需要封闭道路施工

维护费用

△

○

合计

7

6

环境方面

路面的要求

×

○

遮挡物对设备工作的影响

○

×

车辆受到树木等其他障碍物影响或大车挡住小车等情况都影响检测精度

合计

4

4

总计

35

35

注：

○：

优秀（3分）△：

普遍（2分）×：

相对困难（1分）

总结以上对比情况可以看出，两种检测方式各有优劣：

在路口抓拍闯红灯、变线的车辆。

由于车辆速度不快，采用视频检测方式能满足使用要求，而且视频检测从安装和维护方面有优势又不破坏道路。

因此，一般情况在路口抓拍闯红灯、变线的车辆，可以采用视频检测方式，但是，在对检测率要求比较高、工程造价控制比较宽松的工程中则可以采用线圈检测方案。

抓拍超速违章对速度检测要求高，从线圈和视频这两种检测方式分析，线圈无论是在什么气候条件下对速度检测精度没有什么变化，优于视频，所以宜选择线圈检测方式。

d.雷达检测

利用测算发射与发射回来的特定波长的电磁波的时间差来检测到达某一物体的距离，进而通过检测两次连续发射之间某一物体距离的变化计算该物体的运动速度，这种设备主要适用于车辆速度检测，而且，由于该种设备的价格比较高，国内更多的用在移动车辆速度检测。

e.红外线检测

一般由两部分组成，通常可以分为直射式和反射式两种，直射式的发射和接受部件分别安装在被检测通道的两侧；反射式的发射和接受部件组合在一起，利用反光板反射探测红外线。

接收器根据检测波长为800um左右的红外线是否被遮挡，判断探测器之间是否有物体存在，在电子警察系统中红外线检测器主要应用于限高警示与抓拍。

综合以上分析可以认为一个闯红灯抓拍系统最终采用何种车辆检测方式还要根据诸多因素决定：

—项目投资

比较同样规模的闯红灯抓拍系统中，采用地感线圈检测方案和采用视频检测方案的造价会发现前者由于需要切割道路、埋设线圈、购置车辆检测器等花费，总造价比较后者要略高一些。

因此，对于预算投资非常紧张的项目，可以考虑选用视频检测方案。

—抓拍率要求

对于闯红灯抓拍系统，不论从政治（政绩、震撼交通违法）角度，还是从经济（违法罚款、分检输入时人力的浪费）角度，违法车辆抓拍率和拍摄到的照片的有效率都是非常重要的技术指标。

如果一个系统要求“不论白天还是夜间抓拍率都不低于90%”，那么建议这个系统的车辆检测方式最好采用“地感线圈检测方案”。

—道路路面及路基情况

视频检测是在摄像机摄取的图像中设置虚拟线圈，因此，对于检测路段（路口）的路面和路基情况基本上没有要求，地感线圈检测因为要在路面下埋设感应线圈，因此，要求路面平整、完好、无裂隙，要求路基坚实、不易沉降，以免日后维修工作量太大。

—道路前期管线埋设情况

现在城市道路建设过程中，往往要埋设各种各样的管线，大部分管线可能与我们没有多大关系，但是，也有一些管线，比如智能交通流量控制用的检测线圈，就与我们的地感检测线圈在埋设位置上，埋设深度上非常接近，遇到这种情况就需要进一步论证：

是否可以避开已经埋设的线圈，是否可以采用单线圈方案，是否采用视频检测方案是最佳选择。

—市政管理部门对路面及埋设管线的要求

为加强市政规划管理，避免重复施工，许多城市都出台了一些规定，有的城市规定道路建成后三年，甚至五年内不允许破路施工，有的城市道路交通繁忙，根本不允许施工阻断交通，哪怕是深夜，在这种城市视频检测方案可能就是基本能满足要求的，对交通影响最小的方案了。

—现场干扰情况

冲红灯抓拍的监测区域一般都设置在停车线前，如果这个区域有大量的行人和非机动车经过，而视频检测的根本原理是检测图像变化，虽然有一定的算法进行补偿，可以正常检测车辆经过，但仍然会由于行人和非机动车的干扰产生大量的误触发信号，因此，这种地段我们一般建议采用地感线圈检测方式。

2）抓拍方式的选择

a）数码相机抓拍方式

利用一台数码照相机抓拍违章车辆闯过停车线等违章的一瞬间，由于数码相机无法抓拍连续图片，记录不了违章过程，因此，只适用于抓拍超速、逆行、超高等违章，及在有倒计时牌的路口抓拍闯红灯。

近年来由于数码相机技术的飞速进步，高档相机的拍摄间隔时间已经可以满足连续记录闯红灯过程的需要了。

但是这种数码照相机的价格一般都相当高，现在很少看到这样的系统。

数码照相机最大的优点是图像分辨率高，即使在包含三条车道的照片中（全景）也能看清楚违章车辆的牌照号码，也因为如此（三车道用一台特写相机、不需要图像采集卡、安装一台数码照相机的立杆可以比较细、横杆可以比较短、基础可以比较小），数码照相机抓拍系统的造价比较低。

b）视频（摄像机）抓拍方式

利用高分辨率摄像机抓拍违章车辆的违章过程（全景）和违章车辆的牌照（特写）。

一般情况下监视N条车道需要N+1台摄像机；为避免大车遮挡，特写摄像机须位于检测车道的正上方。

摄像机抓拍系统的特点与优势：

—可以连续抓拍

—反应时间快，延时不超过0.01秒

—全景摄像机在一定程度上可以代替监控摄像机

—采用高灵敏度摄像机，城区夜间一般情况下可以不另增加辅助照明装置

—摄像机距离路口控制主机可以比较远（几十米到几百米）

c）数码、视频组合抓拍方式

数码、视频组合电子警察系统是公安第一研究所急于对数码相机电子警察系统和视频电子警察系统的充分了解下，经过对数码相机和视频控制巧妙地技术融合，推出的新一代电子警察系统，适用于闯红灯违法监控。

从取证结果来看，该系统可以提供一张数码相机照片和3张视频图片，数码照片和普通数码相机电子警察提供的照片相同，能够包含所有的违法信息——停车线、红绿灯、车牌号码等，3张视频图片和普通视频电子警察提供的全景照片相同，可以反映车辆的违法过程。

与视频电子警察相比，能够提供更清晰的违法照片。

视频电子警察为了获得清晰地车牌照片，需要在每条被监控的车道设置一台摄像头。

由于摄像头的分辨率有限，一般只能提供分辨率为768*576的图片，车牌特写图片一般只包含车尾部分，而数码相机照片的分辨率可以超过300万像素，照片中除了可以包含清晰地车牌还可以看到停车线和红绿灯。

视频方式的电子警察，