公路路口监控车牌识别技术方案.docx

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公路路口监控车牌识别技术方案

公路卡口监控车牌识别管理系统技术方案

第一章系统总体设计

1.1需求分析

通过建立卡口监控和超速布控系统，实现对公路上监控区域内通行的车辆进行实时监视、抓拍、识别、报警、记录保存车辆通行的信息和车流量数据并进行集中有效的管理，为公安部门打击盗抢和黑名单机动车犯罪、查缉交通肇事逃逸案件、分析交通状况、加强治安管理提供有效的技术支持。

每处双向4--6车道全天侯记录出卡口车辆牌照及车辆全景特征图像，检测范围50米，捕获率99%，识别率95%以上，车速0-200公里/小时，图片显示汉字、字母、数字清晰可辨。

采用先进的DSP数字芯片处理技术，以及基于硬件识别作为视频测速算法的运行平台，集成照明、镜头、摄像头和DSP电路形成嵌入式的结构，设备无需计算机即可实现车牌图像的采集、识别和测速，可实时记录经过监测区域汽车的图像、牌号，并进行存储、处理、传输。

对运行车辆的流量情况进行常年不间断的自动记录、分析和存储。

同时要求卡口系统能全天候自动抓拍并自动识别出通过路口的汽车的号牌，实时声光报警、设防。

而监控站点有信息录入，查询，统计，传输，打印等功能。

1.2系统简介

该系统的核心:

卡口自动车牌识别测速系统，自动采集车辆信息并完成车辆测速、车牌字符和颜色的自动识别功能，并通过管理软件实现相应的功能模块。

卡口监控车牌识别系统采用基于IP的网络接口或其它数据接口方式，易于与其它设备接口。

系统控制中心管理计算机与各监控点计算机的连接采用星形拓扑结构，每个监控点均可与控制中心直接连接，传输车辆通行数据和监控图像数据。

网络互联采用光纤或其它通信方式。

整个系统的设计目标是利用先进的光电、计算机、图像处理、模式识别等技术，对监控路面过往的每一辆机动车的前部特征图像和全景图像进行连续全天候实时记录，计算机根据所拍摄的图像进行车牌自动识别并可对嫌疑车设防自动报警。

1.3设计依据

系统设计将依据国家和部门的相关标准和规范实施，具体列表如下：

●GB50198-94《民用闭路监控电视系统工程技术规范》

●GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

●GB6510-86《30MHz-1GHz声音和电视信号的电缆分配系统》

●《工业企业通讯接地设计规范》

●GA308-2001《安防系统工程验收规范》

●GA/T70-94/T74-94《中华人民共和国公共安全行业标准》

●GA/T95-94《安全防范工程程序与要求》

●JCJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》

●《安防系统工程质量检验实施细则（试行稿）》

●YD5003-94《电信专用房屋设计规范》

●GB/T8567-1988《计算机软件产品开发文件编制指南》

●GB/T9385-1988《计算机软件需求说明编制指南》

●GB/T9386-1988《计算机软件测试文件编制指南》

●GB/T11457-1995《软件工程术语》

●GB/T12504-1990《计算机软件质量保证计划规范》

●GB/T12505-1990《计算机软件配置管理计划规范》

●GB/T14394-1993《计算机软件可靠性和可维护性管理》

●GB/T15532-1995《计算机软件单元测试》

●GB/T16680-1996《软件文档管理指南》

1.4设计原则和目标

在系统设计中，力求满足以下要求，以最优的性能价格比保护投资，我们将遵循以下设计原则：

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，有机融合和并尽可能地发挥设备潜力和软件功能，最大限度地提高系统性能价格比。

2、先进性：

采用先进设备和软件，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，用户在经济能力方面的实际情况相吻合。

5、可靠性：

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。

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。

本系统要达到以下目标：

1、合理配置辅助支架、车辆拍摄装置和辅助光源等。

可全天候、不间断地对所有通过卡口点的车辆进行自动拍摄，使用视频检测技术，只有当车辆通过时才拍摄；准确地记录并存贮车辆（全景和近景特指车头或车尾部位）、车牌、速度、流量、日期、时间、地点和行驶方向等信息，能自动识别车辆类型（大、小）、车牌（含汉字、字母及数字和车牌颜色），实现车辆超速、逆行、嫌疑车辆（交通违章或事故逾期未处理、逾期未参加法定检验、被盗抢和肇事逃逸等等）及车牌自动比对与实时报警功能。

2、辅助光源采用高效、节能、长寿命的高亮度LED散射光源，功率不超过10W。

光束与地面或水平线夹角不小于60度，抓拍时无闪光，避免影响行车安全。

辅助光源由光线自动调节设备可根据环境光线变化自动控制开启和关闭，最大限度地节约能源。

3、车辆感应采用视频检测方式，保证99％的准确抓拍。

4、选用高清晰度、低照度、稳定性好的摄像机，其配套的镜头应选用大孔径、快速可控光圈、快门调整的专业镜头。

防护罩采用自动温控调节的IP66级防水外壳，保证摄像机配置能保证在零下60摄氏度到70摄氏度的劣天气条件下正常工作，能保证无论在白天还是夜晚以及各种光线条件下其所拍摄的车辆图像均须既能看清车辆全貌，又能看清车辆号牌。

5、工控主机选用高性能工业级控制机。

依据各点的实际情况合理配置视频采集与控制装置，并留有适宜的扩展与升级余量。

6、视频、电缆线到位，接、插件连接可靠，电源线与信号线、控制线分开。

所有线缆应有明显可辨的编号或标识，其隐蔽部分要求用镀锌钢管套护，裸露或弯曲部分要求用金属软管套护。

卡口系统的强弱电部分均合理配置防雷装置。

线缆及管线的连接、排列、走向、弯曲与接地处理等符合国家有关规范要求。

7、机箱、设备的防护等级不低于IP66要求，并具备防尘、防潮、防热、防雷、防鼠虫、抗干扰等功能。

8、具备各类信息的数据库管理以及系统（含各功能模块及其电源）故障自动诊断与自动报警（含防盗报警，各种报警提示方式包括声光形式应有明显区别）和远程监控、远程维护与远程报警等功能。

9、中文界面，简单直观，操作方便。

采用视频触发技术，保证车辆及车牌的抓拍率和识别率符合客户要求的技术指标。

各功能模块（包括运行参数等）可根据实际需要进行灵活配置与管理，能够按照车型、车牌、速度、流量、时间、地点、行驶方向、报警类别等相关条件进行单一或组合方式的信息查询、统计、打印等。

10、可存贮不少于100万辆汽车图像信息，实现全自动刷新，循环存储。

能够进行多任务操作，监控、查询等互不影响。

具备完善的系统管理（包括用户操作权限管理、黑客与病毒防治等）功能。

11、卡口系统的设计、生产、施工、检测、运行、维护和培训等工作严格依照ISO9000系列质量保证体系的规定与要求进行实施。

1.5系统构成

1.5.1卡口前端系统组成

由全景摄像机、车牌识别摄像机、辅助照明组成，无需在卡口前端安放工控机、铺设地感线圈、车辆检测器，减少了前端设备使得系统更易于维护。

整个系统结构框架见下图（单路）。

管理软件接收

车牌识别结果

4路以内的识别结果可以直接用多串口卡接收，如果超过4路识别，因上传的车牌识别结果较多，则需通过带缓存的ARM数据汇集器和带IP地址的交换机读取，再通过网卡传输给管理软件。

多路车牌识别系统示意图：

1．视频测速模块：

利用车辆车牌特征点在摄像机视野范围的运动轨迹，采用独有的光学畸变校正算法、速度测定算法，可以很方便的计算出车辆运动状态和速度，具有优于雷达测速精度的较高的准确性和较小的误差范围。

其结构框图见下图。

目前国际上对于单一车辆测速主要有以下几种解决方案：

1）使用辅助手段（如光栅、雷达）进行触发，然后进行视频抓拍测速，主要缺点是：

雷达、光栅等辅助设备都有一个响应时间，导致误差较大；且车辆过多过密时由于无法判断触发车辆与拍摄车辆是否为同一辆车，在车流大的道路上基本不能起到测速的作用。

另由于普通雷达的有效测量范围是20公里每小时至300公里每小时，所以对于在城区内低速行驶的车辆，雷达测速失效。

2）使用前后摄像机＋前后地感线圈触发通过V=S/t得出车速，主要缺点是：

车辆的唯一性问题，如果不加入车辆特征（车牌或其他特征）就不能确定是否为同一辆车；其次也是响应时间问题，由于受接受设备的限制，不可能准确获得触发的准确时间间隔，所以会造成测得的速度误差较大，另外前后都安装摄像机相应的造成了系统造价过高、地感线圈施工维护等麻烦。

3）使用高速摄像设备获得视频图像，事后处理，其主要缺点是：

不能做到实时处理，对于一些需要实时处理的用户需求无法满足；其次由于数据量太大，必须舍弃大部分有价值的图像信息，否则将造成数据堆积，导致处理设备无法负荷而瘫痪。

4）对于不附加其他辅助设备的单一摄像设备的视频测速，目前来说是全世界智能交通领域的一个难题，完全处于理论研究阶段，其主要的难点在于基于车辆特征进行测速首先要求其车辆特征高速算法、车辆特征匹配高速算法，本产品从根本上解决了目前困扰世界智能交通领域的一项难题。

我公司研制的卡口监控车牌识别系统的主要目的就是从根本上解决上述现有技术的不足之处，我们提出的单一摄像设备的视频测速系统及其方法，能够在不需要附加其他检测设备前提下，准确地测量单一车辆的速度，车辆唯一性100％，测速误差小于3％，测速范围0～200公里/小时。

2．车牌识别模块

卡口监控车牌识别模块以数字信号处理芯片作为算法运行的硬件平台，所有算法固化在硬件之中，可以脱离计算机独立运行，集成了所必须的所有硬件和软件，不再需辅助的设备即可完成其功能。

在硬件上，集成了可控照明灯、摄像头、光学成像控制模块、数字信号处理器、存储器（数据和程序存储器）、通信模块、温控模块等；在软件上，集成了车辆特征提取、车辆特征匹配、光学畸变校正、速度测算等算法。

由车牌定位算法和车牌识别算法组成，本采用的车牌定位技术具有极高的车牌定位准确率，在各种不同的图像亮度、对比度、均匀度下均能很好地定位出车牌，大大增强了系统的适应性；用于识别车牌字符的OCR技术以通用OCR算法为基础，并针对车牌字符特征进行了优化，具有很高的应用价值。

3．灯光控制模块

针对天气和时间变化的需要，灯光和光圈控制模块可以根据环境变化自动调节摄像头的光圈，并控制对准车辆的灯光的开启和关闭。

1.5.2中心系统组成

指挥中心通过车牌识别盒把视频信号转化为数字信号（车牌识别结果）,这个识别结果以报文的形式通过RS232串口传输给管理工控机,在工控机的管理软件中就可以看到车牌的识别结果和车辆图片,从而建立管理数据库。

1.车牌识别模块

前端传输到中心的视频在进入计算机之前，接入车牌识别盒，通过DSP芯片和识别算法转化成数字信号以报文形式再传给计算机。

把本来应该由计算机进行大量运算的工作都交给了DSP模块处理，从而大大减轻了计算机的CPU和内存资源占用率，提高了系统稳定性。

2．车牌识别系统数据汇集模块

对于多路（多于4路）车牌识别仪，同时上传的识别结果是相当多的，除了利用多串口卡外，本公司还专门为多路传输研制出利用ARM缓存数据汇集收发器，有效的解决了十路、二十路甚至更多路的车牌识别只用一台中心管理主机的问题。

3．管理软件应用模块

a、界面包含：

一个全景窗口，一个车前部大图，一个车牌结果，通行记录（车牌、时间、车型、车速、车牌颜色、行驶方向），报警提示。

界面上方功能菜单应包含查询、添加黑车、通缉车牌数据、存储、打印、串口设置、流量统计等模块。

查询模块能按时间、行驶方向、车牌号进行精确、模糊查询。

打印模块能按照查询出来的通行记录进行打印。

能进行多任务操作：

在不影响识别的同时，监控、查询、打印可同时完成。

对历史记录能保存120万张以上图片、车牌结果，并能自动存储和刷新（保存60天自动覆盖删除）。

b、软件业务接口模块

该系统提供的软件业务接口模块允许其它公安业务系统与该系统接口，调动所有的业务资源为社会治安管理服务，包括车辆归属的查询、车主身份的查询、其它关联业务调度等。

c、数据库业务接口模块

该系统提供数据库业务接口，可以将系统的数据库资料提供给其它业务软件，供它们调用，实现数据共享。

1.6技术特点及指标

1.技术特点

（1）高可靠的车牌号码识别

实时检测和记录通过车辆的有关信息，自动识别车牌号码。

在黑天和雨雾天气也能够正常识别。

系统在实时记录通过的车辆图像时，能够识别0～9十个阿拉伯数、A～Z二十六个大写字母以及相关的汉字－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、2002个性化车牌、2004新式军牌、警、学、特、使、领、港、澳等。

（2）视频触发

避免线圈触发的弊端（断路施工、线圈因道路变形而变化）。

（3）视频测速

基于高速处理器和高速算法，识别车辆速度，测速误差小于<±3%（雷达测速误差范围为±5％）。

（4）高速数据处理和控制

有能力处理大流量情况，不会影响业务。

（5）实时数据传输

通过IP接口，中心计算机能够设置监控卡口计算机的数据上传形式和数据类别，并将信息进行记录和处理。

（6）数据库管理

●按大型车、小型车两类对车辆进行查询。

●设定查询起止时间查询车辆通行记录。

●对某一特定牌号进行查询，包含对特定字符的模糊查询。

●对设定车速范围或车长范围的车辆通行记录的查询。

●对特定路段车辆通行记录的查询。

●对流量的统计查询

管理软件可定时对车辆通行记录进行统计，得到不同路口平均车流量、小时平均车流量、日平均车流量、月平均车流量等统计数据以供管理人员参考。

●记录的自动处理

管理软件使用数据库系统保存和管理车辆通行记录，历史记录保存时间可根据计算机存贮容量大小由用户决定，超过保存时间的车辆通行记录由管理软件自动删除，无需人工干预。

（7）系统报警

比对系统黑名单数据库，发现可疑车辆自动向指挥中心报警，并上传相关数据。

（8）系统远程管理维护

通过网上任意一台经过授权的计算机，对系统进行维护。

这也有助于我公司对用户提供及时的技术支持。

2.主要技术指标

（1）车牌识别率

在正常城市车牌清洁程度情况下，平均字母和数字识别率可达到95%以上。

满足招标文件提及的号牌汉字要求，汉字识别率90%以上，并通过针对系统应用地区加强模板，可实现平均汉字识别率达到95%以上。

（2）卡口监控车牌识别系统技术参数

●车牌定位正确率>98%

●捕捉车辆成功率>95%

●车牌识别率：

白天>95%夜晚>88%（整牌含汉字）

●测速速度<0.1秒（从捕捉到车辆至输出速度结果）

●识别速度<0.5秒（从捕捉到车辆至输出识别结果）

●适应车速范围：

<200公里/小时

●测速误差<±3%

●JEPG存储数据格式，分辨率768*576，压缩比10％～100％

●每幅图像最大字节数：

<20KB

●图像象素：

768×576

●最低照度：

0.08LUX（彩色）

●最低照度：

0.01LUX（黑白）

●图像灰度等级：

256级

●图像彩色等级：

24位真彩色

●清晰度：

480线

●平均无故障时间：

>100000小时

●适应环境温度范围：

-60℃－+70℃；工作湿度：

0～95%

●工作电压：

176VAC～243VAC，50Hz±5Hz

第二章子系统设计

2.1系统硬件设计

2.1.1前端子系统构建的关键点

建立起无人职守的全天候、全自动卡口监测系统，系统做到不死机，即使出现死机现象，也可以极短的时间内重启，不影响系统正常运行，自动侦测设备运行状态，系统运行状态及时上报指挥中心，使得在网络连同时指挥中心可以随时查阅前端各子系统状态；在网络出现问题时，指挥中心通过检查前端子系统的运行日志，可以直接判断是否为网络故障，减少现场检查设备的次数。

1.车牌识别系统的稳定运行：

本产品是基于嵌入式系统平台开发的电子产品，在正常工作条件下、可以保证连续100000小时的无故障运行。

2.工控机的稳定运行：

由于计算机的复杂性，以及操作系统本身的缺陷，任何人也无法保证工控机不会出现死机现象，对此我们采用硬件看门狗的方式，由前端的系统软件复杂与硬件看门狗通讯，一旦出现计算机或软件死机，系统将自动重启，保证系统连续运行。

3.数据传输和共享的安全性：

基于对公安系统网络安全的考虑，本公司在软件开发时已经采用了通讯程序协议加密、数据加密、网络端口扫描监测等技术，不会出现由于软件自身缺陷造成可能的外部入侵，同时在。

实现在广域网中的数据库信息共享问题。

4.数据查询：

一般来说，所有的查询指令都是由指挥中心发出的，前端子系统只负责将查询结果上传到指挥中心，此技术类似于ORACLE中的分布式数据库管理，以次方式来减轻指挥中心服务器的工作负担。

2.1.2主要功能和特点

由前所述，由于我们有构建卡口系统的丰富经验，以及长期积累的卡口可能出现的各种问题的解决方法，所以使得整个前端系统具有了以下特点：

1.稳定性：

长时间无人职守的状态下稳定运行，可全天候、不间断地对所有通过卡口点的车辆进行自动拍摄，且只有当车辆通过时才拍摄；准确地记录并存贮车辆（全景和近景特指车头或车尾部位）、车牌、速度、流量、日期、时间、地点和行驶方向等信息，能自动识别车辆类型（大、小）、车牌（含汉字、字母及数字和车牌颜色），实现车辆超速、逆行、黑名单车辆实时报警功能。

具备信息数据库管理功能，能自动更新黑名单数据库，自动与指挥中心服务器校时。

2.安全性：

数据传输和共享加密，所有数据传输和共享均采用本公司自行开发的软件实现，不采用Window网络系统的计算机直接访问，有效防止外部入侵。

3.数据实时性：

采用网络数据传输保证了前端数据在决大部分情况下，数据实时传输至指挥中心，保证了数据的实效性。

4.易维护性：

由于前端子系统具备设备自检功能，检测数据定时发送到指挥中心，指挥中心可以通过查阅前端设备自检数据、前端设备报警等信息，方便地发现设备故障。

使得前端子系统的维护变得简单、轻松。

2.1.3系统设备选型

1．卡口监控车牌识别系统

本系统的核心产品是一种以计算机视觉和模式识别科学为理论依据，并辅以多种工程学标准，开发的最新型的光、机、电一体化的高科技产品。

由于有科学的理论指导并采用了众多的新技术使其具有科学上的先进性，合理的设计使其具有全天候野外工作能力。

HW-V型车牌识别仪前端图示

后端单路卡口监控车牌识别盒产品外观如上图

单路卡口监控车牌识别盒产品内部结构如上图

单路（白）以及多路（黑）车牌识别系统产品外观如上图

2．卡口监控车牌识别系统专用光线调节模块

此产品是我公司针对卡口监控车牌识别系统的测速识别和卡口抓拍效果，而特定研制的摄像头控制模块，它的研制成功改变了以往测速识别仪对光线的苛求，可以根据拍摄图像中车辆特征的效果自动调整快门速度和曝光强度，并可自动控制补光照明设备的开启和关闭，可以适应清晨、正午、傍晚、夜晚、夕照、车辆大灯等各种不同光照条件。

专用光线调节模块（安装在前端摄像机内）如上图

3．卡口监控车牌识别系统专用摄像头的防护外壳

考虑到我国城市道路特点、气候条件和卡口路段的道路交通情况以及用户需求。

因为冬天的室外最低温度可能会接近零下40摄氏度，而夏天在日照强烈的条件下，路面温度可能会高达50摄氏度，如此恶劣的环境变化，会使一般的工业级电子产品无法正常工作，要保证前端卡口的室外设备全天候地自动地正常运行工作，首先要解决的是对设备内部温度的自动调控，所以我们对龙门架上的设备采用高品质的IP66级防水、恒温防护外壳。

防护罩指标

●采用小型全天候摄像机防护罩，主要由铝合金构成，可安装摄像机和摄像机的控制电路板及电源模块。

●技术指标

●输入电压：

220VAC50HZ

●输入功率：

40W220VAC

●机械构造：

铝合金，聚脂粉涂层

●环境标准：

IP66

●认证：

CE

●电缆入口：

2处护罩底部密封口，通过最大电缆直径（1.2cm）

●窗口：

Ø5.4cm

●护罩盖锁：

不锈钢

●加热：

内置自动加热器，加热器供电220VAC25W，加热器在8℃时自动打开，在37℃时自动关闭。

防护罩产品外观如上图

4．卡口监控车牌识别系统专用摄像机

采用日本SONY公司生产的低照度彩色摄像机。

经我公司的长期应用和测试，此产品具有安装调试方便、故障率低、信噪比高、低照度、价格合理等多项优点。

型号：

SONYFCB-EX48BP彩色一体机

技术指标：

●有效像素38万

●低照度：

0.7LUX

●18倍光学变焦

●光圈：

F1.4-F22

●焦距：

F=4.1TO73.8MM

●自动白平衡

●背光补偿

●FCB-EX480BP

●1/4″EXviewHADCCD

●216倍变焦（18倍光学，12倍数码）

●460线

●44万像素

●AutoICR（外光滤光片自动开关功能）近红外线感度

●彩色转黑白

●超低照度，最低可达0.7lux（一般）

●重点测光

●保障私隐遮盖功能（24个区域）

●电子慢速快门

●报警功能

●180°相位反转功能

●镜像功能

●画面冻结功能

●自动/手动聚焦

●自动/手动光圈

●自动/手动快门

●红色/蓝色增益

●亮度调节

●超级逆光补偿

●锐度调节

●数字变倍调节

●操作显示功能

●高速串联埠（最大38.4kb/s）及TTL信号控制（VISCAprotocol）

●内/外同步

车牌识别系统前端专用摄像头产品图示

5．电源模块

技术指标：

●输入电压：

220VAC（165~265VAC）50HZ

●输出电压：

12VDC

●输出功率：

15W通过

认证：

目前唯一通过国家3C认证的模块电源

模块电源产品外观如上图

6．光源

采用美国LUMILEDS生产的大功率白光LED灯（每个LED灯的功率为1W），特点是高亮度与寿命长，由摄像机控制板通过固态继电器控制频闪，与摄像机场同步信号同步，可大大减少灯的总输出功率和减少灯的发热，可延长灯的寿命。

●输入电压：

220VAC50HZ

●输入功率：

20W

●输出功率：

9W/12W9或12个LED灯

●高亮度LED灯单位光通量>120流明

●可以保持极高的光通量

●长寿命连续工作时间>100小时

●各种散射角度选择

●较之与白炽灯、卤素灯有较高的转换效率

●低压支流电即可工作

●冷光源，无炽热感

●反应快捷（点亮时间<100ns纳秒）

●高效的静电放电保护

卡口监控车牌识别系统专用LED光源产品外观如上图

7．工控机

（1）配置和特点

●机箱：

IPC-6806W机箱／IPC-6106P4底板／PS-160W电源

●主板：

FSC-1612VN

●CPU：

PIII500MHz

●内存：

128M

●硬盘：