智能电子警察抓拍系统技术方案Word文档下载推荐.docx

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7）《安防视频监控系统技术要求》GA/T367-2001

8）《交通违法管理信息数据库规范》GA/T329.3-2003

9）《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）

10）《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》（GBT/T50312-2000）

11）《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》GA/T670-2006

12）《城市监控报警联网系统通用技术要求》GA/T669-2006

13）《全国城市交通管理“畅通工程”评价体系》

14）《公安交通指挥系统建设技术规范》GA/T445-2003

15）《道路交通标志和标线》（GB5768）

16）《城市道路交通信号控制方式适用规范》（GA/T527）

17）《公安交通控制系统建设规程及要求》（GA/T651）

18）《安防系统工程验收规范》（GA308-2001）

三、设计原则

在本系统设计中，遵循以下设计原则：

1、合理性：

严格以系统工程学及其它先进理论指导设计，使系统的各部分合理配置，尽可能地发挥硬件设备的潜力和软件功能，最大限度地提高系统性能价格比。

2、先进性：

在系统设计和设备选型方面，在考虑系统的实用性前提下，尽量采用国际上先进的视频图像算法与数字通讯技术，确保系统在国内的领先地位，使系统具有完备的功能，并且易于升级换代，在保证其先进性的前提下具有较长的生命周期。

3、实用性：

系统功能充分满足用户的实际需求，人机界面友好，易于使用、管理、维护和扩展。

4、可行性：

系统设计、选材、选型符合国家和地方政府的法规政策，与用户及上级管理部门的管理制度相适应，与用户在经济能力方面的实际情况相吻合。

5、可靠性：

系统采用高集成设备，采用自动监测、自动监控和容错等技术来保证可靠性。

设计、设备选型、施工及调试等环节都将严格贯彻质量条例，完全满足系统的招标要求，符合国家及行业的有关标准，确保系统能够长期稳定、可靠安全地运行。

6、安全性：

系统具有防病毒，防误操作特性，有较强的抗干扰、抗静电能力，同时提供数据备份、恢复功能。

系统还将提供用户等级权限保护，有效排除人为因素的干扰。

7、标准性：

系统设计时，所采用的技术手段遵循业界标准，特别是提供了标准接口，使系统具有较高的灵活性，与其它系统方便互联，同时可适应今后的升级或引进新技术。

系统具有良好的互联、互控及升级能力，遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准，遵循开放的原则。

并提供相关系统设备的技术标准、接口。

系统网络结构易于扩充，以适应今后的较大任务负载。

硬件平台可升级，当需要时可以通过新的设备同原有设备一起工作以提高系统的处理能力，从而保护原有投资。

四、系统功能

本系统具备闯红灯违法检测及抓拍功能、绿灯时卡口功能、图片合成及信息叠加功能、图片防篡改功能、录像功能、数据管理功能、历史数据查询和管理功能、故障检测功能、自动校时功能和通讯功能。

1、闯红灯违法检测及抓拍功能：

具有闯红灯判断（闯红灯）或车辆判断（卡口），并抓拍的功能，闯红灯（红灯信号下）抓拍三张全景图片，分别为停车线前，压停车线，过停车线，以反映机动车闯红灯违法过程。

拍摄图片可清晰辨认违法车辆的车牌号码、车牌颜色、车型、违法地点与方向信息、停车线、信号灯颜色、闯红灯时间（年、月、日、时、分、秒）。

所拍摄的闯红灯图片，其图片中的信号灯红色突出、明显、无法律异议。

2、绿灯时卡口功能：

可以捕获绿灯时经过的车辆，并抓拍一张图片。

3、车牌识别功能：

系统具有车辆号牌自动识别功能，能识别在我国道路上行驶的机动车牌号，包括GA36规定的号牌（除摩托车号牌、低速车号牌、临时号牌、拖拉机号牌外）、武警汽车号牌和军队汽车号牌等。

4、信息叠加功能：

将抓拍信息、事件检测信息、交通流量信息、车牌识别结果等信息叠加到对应的抓拍图片中；

将闯红灯拍摄到的三张图片合成为一张图片，合成的图片清晰度可满足人工对车辆号牌号码认定的要求，且不会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。

5、防篡改功能：

可将信息叠加后的图片进行防篡改处理。

6、图片压缩功能：

将防篡改处理后的图片以JPEG格式压缩。

7、录像功能：

具有实时录像功能，视频录像帧率12FPS，标准的AVI格式，可用通用播放器放，录像大小10M-30M/分钟可调，录像可根据需求保存在系统配置的低功耗存储设备中。

8、数据管理功能：

具有数据管理功能，能够存储记录在本地存储器，并可以把记录通过网络上传给PC，也可支持记录本地下载。

9、历史数据查询和管理功能：

可通过配置工具软件实现对历史数据的查询和相应管理功能。

10、故障检测及自动重启功能：

具备设备故障的检测，可通过通讯接口实时上传故障信息。

故障检测包括：

图像的对比度、时钟同步、通讯网络故障、日志的更改或清除、视频信号的丢失或损坏、错误的视频格式等。

11、校正时钟功能：

具有自动校正时钟功能，利用NTP时钟服务器，采用NTP协议实现自动对时功能，并相应设置RTC时钟，设置系统时间。

12、通讯功能：

具有本地存储，断点续传功能，本地下载功能。

正常情况下，能实时把违法信息及图片，或卡口信息及图片传至控制中心。

具备断点续传功能，当遇到网络故障导致传输失败时，可存储在电子警察处理器的硬盘中，用手动下载方式提取照片，待网络恢复后继续传至中心。

五、系统组成

闯红灯电子警察抓拍系统由前端采集和处理系统、远程数据传输系统、中心数据管理系统等几部分（（如图1）。

　　　　　　　　　　　　　　　系统构成示意图

5.1前端系统组成

本案设计每两条车道配置一台高清网络拍照摄像一体机（AVA200D03），夜间采用LED补光灯与闪光灯混合式补光，即违法和卡口抓拍采用闪光灯补光，LED灯为每条车道通行车辆的监控补光。

每台高清摄像机配备一台嵌入式工控机。

采用线圈检测的方式实现闯红灯和通行车辆检测、抓拍。

通过工控机录像软件实现实时视频数据的采集、压缩和转存。

5.1.1前端主要设备

前端采集和处理系统主要由高清一体机抓拍设备、镜头、防护罩、壁挂式机箱、低功耗存储器、网络防雷和电源防雷等设备构成。

前端设备构成图如下：

前端设备构成图

本方案中的200万高清摄像机采用北京先导视觉公司的高清摄像抓拍一体机，型号为AVA200D03。

AVA200D03是专门为电子警察闯红灯抓拍系统设计的一款基于CCD传感器的高清图像处理设备，分辨率高达200万像素。

CCD图像传感器（Sony）与高性能FPGA图像处理核心配合使用，使图片压缩过程与传感器图像输出同步进行，最高可达15帧/秒。

控制CPU控制I/O模块与外部设备（红灯信号转换器、闪光灯、LED显示屏等）连接，组成各类专用自动/联动控制系统。

内置大容量SD卡作为本机的存储介质，可将抓拍的图片以及时间信息、标注信息组成的文件在本机存储。

FPGA将CCD采集到的位图进行各类图像处理后，压缩成连续的JPEG文件输出。

FPGA与DSP间具有高速数据通道，可供DSP内嵌入的图像处理软件截取FPGA图像处理各步的中间结果，使得图像处理速度和效率大大的提高。

AVA200D03的频闪控制与采集图像同步，使LED灯的频闪频率与输出图像帧数相同，由于采用CCD传感器图像采集的曝光与存取步骤是分离的，所以闪光灯的占空比可调，以降低拍摄时对驾车人员的干扰。

能够同步外部路灯和红灯等交流信号，高清视频中不会因电源不同步而使视频产生闪烁的现象。

AVA200D03一体机控制图如下：

5.1.2前端存储设计

本案设计在前端放置低功耗工控机作为存储设备。

该工控机独特的铝型材模具，无风扇散热设计,同时具有紧凑，坚固，牢靠的架构设计，抗震动和抗冲击能力卓越。

无风扇低功耗运行,整机功耗小于45W。

工控机硬盘的大小和实际的通行车辆数量以及录像文件的大小有一定的关系。

以一台AVA200D03监控两个车道实现24小时录像，抓拍机拍摄的图片大小于300K，每条车道每天通行辆为3000为例，硬盘容量为：

2（车道）*300（图片大小K）*3000（车流量）/1024+24（小时）*60（分钟）/5（分钟）*30（5分钟录像文件为30M）=10398M。

如果存储15天，硬盘容量为15（天）*10398（每天需要的存储空间,单位兆）/1024=153G。

工控机CPU的数量由其连接相机的个数和实现的功能决定。

一台双核工控机可以实现两台AVA200D03的录像功能。

为了保证录像的实时效果，工控机CPU主频不小于2.26，内存不小于2G，硬盘不小于500G。

5.1.2前端设备布局

在双车道和三车道的设备布局中，每一台AVA200D03需要一台闪光灯补光，在布局图中为了更清晰的体现设备的区别，不再画出闪光灯。

下图中的补光设备为LED补光灯。

双车道抓拍设备布局图如下：

三车道抓拍设备布局图如下：

5.1.3前端设备安装及固定

A、立杆结构

路口电子警察设备固定杆采用伸臂式（L型杆）。

根据各个路口的实际情况悬臂长度可分为8米、10米、12米和14米。

立杆选用无缝钢管制作，壁厚≥8mm，直径¢

≥219，经过浸锌喷塑防腐处理（符合标准GB2694-81中有关规定）。

上部为安装横臂，在横臂部分设计焊接避雷针，将恶劣天气对设备的伤害降到最低。

防护罩与立柱横臂使用手动万向云台连接，可以垂直、水平自由转动，以调整相机的最佳安装位置及角度。

下部采用法兰盘与混凝土基础联接。

B、基础与管线

立杆基础采用明挖法施工，基底应先整平、夯实；

基础采用C25砼现场浇注，基础深大于1.5米，钢筋保护层厚度大于25毫米，基础顶面预埋A3法兰盘及地脚螺栓，预埋时其方向应与底座法兰盘保持垂直。

基础施工完毕，地脚螺栓外露长度控制在50－80以内，并对外裸露部分加以妥善保护。

施工基础时要注意预埋穿线管（Φ100PVC管），基础按设计要求进行养护后方可进行立杆安装。

引取或新做地线的接地电阻<

4欧姆。

在路口尽量选用预埋管道，由数据集中控制器向三个方向过路，各有一根φ50管道即可。

在管道转弯处设工作手井。

C、路口机箱

路口电子警察机柜采用壁挂式。

壁挂式机柜用于放置嵌入式工控机及附件、交换机、光收发器、信号灯转化器和避雷器等设备，安装时将其固定在各个方向固定摄像机L杆的垂直立柱上，外形尺寸为80cmx100cmx30cm。

D、防雷接地

要求防雷接地的接地电阻小于4欧姆。

空旷路口在立杆顶端设避雷针，单独引下接地线与杆下的接地体相连。

E、抓拍设备安装立杆示意图

前端系统主要采用AVA200D03作为拍照主体，运用地感线圈检测、摄像机抓拍图片及数字通讯等多种先进技术，实现对被监测城市交通路口机动车辆的记录以及对违法闯红灯行为的自动记录。

5.1.4前端检测抓拍原理

A、违法、卡口抓拍和录像流程：

红色信号灯状态下工作流程：

AVA200D03检测到有效的红灯信号时，当车辆检测器检测到有机动车辆进入车道线圈时，车辆检测器输出一个高电平信号，AVA200D03检测到的上升沿信号后，DSP从FPGA中获取一张JPEG的高清图片，并在文件尾部标明车道和抓拍信息，该图片做为闯红灯抓拍的第一张图片；

在车辆离开车道线圈时，车辆检测器输出低电平信号，AVA200D03检测到下降沿后，DSP从FPGA中获取一张JPEG的高清图片，并在文件尾部标明车道和抓拍信息，该图片做为闯红灯抓拍的第二张图片；

AVA200D03根据检测器的电平保持的时间，延时该时间后进行抓拍，取得第三张图片。

非红灯状态下工作流程：

AVA200D03检测到有效的绿灯信号时，当车辆检测器检测到有机动车辆进入车道线圈时，车辆检测器输出一个高电平信号，AVA200D03检测到的上升沿信号后，DSP从FPGA中获取一张JPEG的高清图片，并在文件尾部标明车道和抓拍信息，该图片做为卡口抓拍的图片。

可通过调试软件设置为上升沿或下降沿抓拍。

闯红灯抓拍流程示意图如下：

录像策略：

放置于路口机柜中的嵌入式工控机可实时采集AVA200D03输出的数字视频，并将该视频压缩为h.264编码格式的AVI录像，再由上传软件将高清录像上传至中心服务器，录像帧速以及压缩率均可通过参数调整，在正常情况下，录像帧速为12帧/秒，单位小时内录像文件数据总量小于500M字节。

B、防逆行工作原理：

该单元包括检测主机和埋设在路面的地感检测线圈。

地感线圈采用耐高温的单芯多股镀锡电缆绕制而成，截面积为2.076mm2,通常绕4匝，线圈尺寸通常为80cm×

250cm，埋设在停车线与斑马线之间，每一个车道埋设一组。

本方案的地感线圈采用双线圈防逆行的埋设方式。

如下图所示。

双线圈防逆行埋设方式

采用双线圈防逆行埋设方式时，每条车道不仅需要独立埋设，而且要埋设2个线圈呈“吕”字形的环行线圈，当车辆在红灯状态由左向右通过该组线圈时，系统将进行拍照；

如果是由右向左方向触发该组线圈，系统将不予拍照。

线圈检测原理：

当车辆（金属物体）经过埋设在路面的地感线圈时，将导致地感线圈电感值减小。

电感值的变化，使得车辆检测器的LC振荡电路的振荡频率变化。

通过公式

，可以看出，在车辆检测器中，

值是一定的，来自线圈的

值是随着有车辆（金属物体）经过而变化的，则

值变化，因此有

，式中

为无车辆（金属物体）经过时线圈的电感量，

为有车辆（金属物体）经过时线圈的电感量，车检器通过精确检测

振荡电路的频率变化可以准确判断是否有车辆经过。

地感线圈检测具有检测稳定可靠、检测速度准确，进林科技自主研发的6通道环形线圈车辆检测器可以在1ms内检测到线圈中任一线圈发生的0.01%的电感量变化，从而可以检测到车速200公里/小时以上的车辆，并且可以准确的检测到经过线圈的摩托车、轿车、卡车、工程车等各种车辆。

红绿灯检测原理：

信号转换器内置红绿灯检测电路，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。

检测电路的特点：

1）具有独立的零线，避免与检测主机电源零线共线而产生的红绿灯检测结果的逻辑混乱。

2）检测电路内置光耦隔离，保护检测主机内部电路。

3）检测电流小于10毫安，不会影响红绿灯信号机的正常工作。

4）采用交流检测方式，无检波电容带来的延时，实时性强。

5.1.5前端业务处理流程及功能

业务处理流程

固定电警的主要业务流程如下图：

固定电警业务处理流程

固定电警前端处理子系统主要负责识别每辆通过路（卡）口的车辆信息，包括车牌号、过线时间、过线状态等，并判别是否有闯红灯等违法行为，以及能及时将各路口车辆流量、视频录像、通行信息、违法车辆图片、黑名单车辆图片等数据，通过传输网络上传中心平台，支持断点续传。

车辆抓拍

在检测区域，200万像素的高清摄像机抓拍的高清图片在任何环境光下，全景图像中可以清楚的分辨车辆颜色、特征、车牌的号码、颜色，特征图像可以清楚分辨车牌号码，晚上能克服车辆远光灯的眩光问题，图片按JPEG格式进行压缩，全景图像分辨率为1600*1200，特征图像分辨率不低于720*288，图像文件应具有防篡改功能。

闯红灯处理

1、图片记录要求

图片格式应采用JPEG格式，JPEG图片编码应符合ISO/IEC15444:

2000的要求，分辨率1600*1200。

图片具有防篡改功能。

记录的原始图片数量不超过四张，且每张图片应包含时间信息，至少应精确到0.1s。

记录的最终图片由闯红灯的3张原始图片加一张车辆号牌特征图片合成为一个图片文件，包含：

时间、地点、车道等信息。

图片记录在本地存储并向后端中心平台上传，要求将原始3张图片及合成后的图片一并上传。

2、闯红灯捕获率

满足《GA/T496-2009》规定，本案设计闯红灯捕获率不小于95%。

通行库

1、车辆图像捕获率

在检测区域内对5km/h～120km/h行驶的车辆图像捕获率在95%以上。

2、通行信息

系统自动捕获所检测区域的通行车辆，包括车辆的图片、车牌号码、车辆经过时的时间、经过的地点、车速、车道等，所保存的图片为24位真彩色图片，图片分辨率为1600×

1200像素，JPEG压缩格式；

保存图片可以采取循环覆盖方式自动覆盖旧图片；

车牌号码为系统自动识别的结果，所有车辆的信息及图片均可保存在本地。

本地支持保存30天的通行库数据。

3、通行库上传

每天的通行信息非常可观，对系统处理能力的压力很大，考虑到通行库上传给后端中心平台，主要用于监控车辆行踪及流量统计，并不需要本地保存的图片数据，因此前端向后端上传的通行信息包括车牌号码、车辆经过时的时间、经过的地点、车速、车道，不含图片。

也可根据项目要求上传图片，但是对中心存储空间要求较高。

通行库实时或定时进行上传。

黑名单车辆图片上传

后端中心平台自动对前端上报的通行库信息进行黑名单比对，当发现属于布控车辆时，会向前端相应的工控机下发黑名单车辆，前端工控机接到请求后，将该布控车辆的全景图片、通行时间、车道等信息进行上传。

也可下发黑名单信息到前端工控机，由前端对通行信息进行黑名单比对，当发现属于布控车辆时，将该布控车辆的全景图片、通行时间、车道等信息进行上传；

这种方式可以减轻中心服务器工作压力。

流量统计

为满足交通管理的需要，对检测区域内车辆按车道、时段统计车辆通过总数。

流量检测以5分钟为单位，按00:

00:

00开始每5钟统计一次。

流量统计结果实时向后端中心平台上报。

视频监控

视频监控处理流程

200万像素的高清全景摄像机提供全天24小时的高清录像，视频压缩为H.264编码格式的视频，录像帧速以及压缩率均可通过参数调整，在正常情况下，录像帧速为12帧/秒，单位小时内录像文件数据总量小于500M字节。

高清视频数据在本地保存，不受网络带宽限制，在需要视频回放时，从前端提取。

白天晚上录像资料清晰，对事故情况的回查提供有力的证据。

时钟同步

固定电警前端子系统记录的闯红灯违法时间、车辆通行时间、时段流量统计等信息，对时间的精度要求很高，因此必须保证与后端中心平台同步，要求前、后端每天至少进行一次时钟同步操作。

前端系统24h计时误差应不超过3s。

数据存储及上传

系统可以自动保存闯红灯、车辆通行、流量统计、黑名单等数据，要求在本地存储30天的数据，本地数据向后端中心上传时，支持断点续传功能。

安全性要求

前端设备运行安全机制如下图所示：

电子警察前端系统安全机制架构图

鉴于电子警察系统设备的特殊应用环境和24小时无人值守的工作特点。

系列设备采用以下技术，保证系统安全、可靠的进行全天候工作。

1、定时自检功能

前端设备每天定时启动自检程序，对设备重要部件的工作状态进行预定流程检查，如有异常，设备复位排除故障。

2、基于消息系统的软件激活技术

正常情况下，设备各软件功能模块在‘电子警察系统管理模块’调度下正常启动、运行、停止。

如果某一软件功能模块出现异常，则‘电子警察系统管理模块’运用软件激活技术使之恢复正常。

3、看门狗技术

在‘电子警察系统管理模块’发生异常，乃至操作系统发生异常时,硬件看门狗则自动系统复位，重新系统加载，重启‘电子警察系统管理模块’，恢复正常。

5.2传输系统

传输系统提供路口与控制中心的通讯传输。

1、信号传输方式

因为位于路口的高清晰度摄像机的图像输出端口为网络接口，所以要求与中心的传输为以太网网络方式。

在路口设小型以太网交接机，连接路口各方向的网络信号后，通过传输设备上传中心

2、介质

路口与中心的通信有各种方式：

专用光纤网络与中心相连、租用电信或网通的光缆与中心相连、租用电信与网通的ADSL与中心相连等。

介质可以是光纤也可以是普通电话线。

光纤数字传输是目前技术成熟、性能指标优异的方案，由于路口距离中心一般都较远，所以采用单模光纤方式。

系统配备10M/100M自适应的单模光纤收发器，传输距离为20km和40km两种。

3、带宽要求

如果每个路口提供光纤接口，通过光收发器与中心相联接，则带宽能达到100M以上，能够传输图片和视频。

如果为联通或电信提供的ADSL租用线路，则每一个路口租用一条线路，带宽要求为2M以上，只能传送抓拍的图片。

5.3中心系统

5.3.1数据处理流程

后端中心平台主要数据处理流程见图：

中心平台主要数据处理流程

前端系统不仅具备对闯红灯、超速等违法行为的自动判别功能，而且具备卡口过往车辆识别、视频监控、流量统计等功能，并能将采集到的各类数据向后端系统上报，前端系统向后端系统传送以下重要数据：

1、各类违法数据

包括前端各子系统上报的闯红灯、超速抓拍等违法数据，数据中包含的现场图片将作为处罚的重要依据。

2、通行数据

各路口、卡口提供车辆号牌自动识别功能，记录过往车辆的通行数据，包括车辆号牌、路口、车道、车速、通行时间等信息。