高清电子警察系统解决方案.docx
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高清电子警察系统解决方案
高清电子警察系统
解决方案
方案应用指导
1、适用于城市闯红灯新建系统建设，包括对老系统改造，并为建设非现场处罚系统提供建设思路。
2、高清电子警察系统采用高清视频技术、联网架构，前端采用高清网络摄像机作为前端系统核心设备，配合电子警察业务处理机、信号灯检测器和车检器实现闯红灯自动记录功能。
3、系统软件平台不仅支持新建高清电子警察系统，还能整合用户已建标清电子警察系统。
4、系统提供完整的非现场处罚系统，紧密结合交警业务处理需求。
5、系统目前不支持视频检测触发抓拍，不支持视频分析红灯信号。
6、系统目前不支持500万像素CCD抓拍机。
7、系统前端子系统与软件平台对接工作，还需要一个过程，需要项目驱动。
1系统概述
1.1背景及现状分析
城市道路交通安全是城市公共交通安全的重要分支。
随着机动车辆大规模普及应用，各种与机动车有关的违法事件开始滋生蔓延。
以此衍生的道路交通安全问题日益成为社会经济发展中的一个重要制约因素。
收集、统计和分析道路交通事故，发现大部分交通事故都是因为机动车违章行驶而引起，尤以在交叉路口或路段上机动车闯红灯造成的事故所占比例最大。
建设闯红灯自动记录系统（俗称电子警察），对机动车闯红灯行为进行不间断自动检测和记录，通过立法对机动车闯红灯行为进行处罚，是遏制机动车闯红灯行为的重要手段，进而改善城市道路交通环境，提升公众出行安全系数。
目前，在我国城市道路交通管理领域内“电子警察”一词已经得到了广泛使用。
但作为一个时代的产物，在字、辞典中无法查询或者检索到与其相关的定义和解释。
自“电子警察”一词诞生至今，随着城市道路交通监测监控技术的发展，其内涵与外延都发生了很大的变化。
“电子警察”的应用是道路交通管理中体现“科技强警”的一项重要举措，它一方面能够缓解日益繁忙的交通勤务管理与警力严重不足之间的矛盾，同时在一定程度上消除了道路交通管理在时间和空间上的“盲点”，有效地抑制了机动车驾驶员的违章行为。
实践证明，“电子警察”的应用取得了良好的社会效应，不但改善了交通效率，对道路交通事故的降低也起到了积极的作用。
几年来，一方面“电子警察”在技术上不断改进，功能上不断完善，性能上不断提高，逐渐成为一种成熟产品；另一方面，在管理上采取了一系列措施，使得“电子警察”的应用日趋完善，逐渐成为道路交通管理队伍中重要的一员。
1.2设计依据
（1）《中华人民共和国道路交通安全法》
（2）《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》
（3）《公路交通安全设施设计技术规范》（JTJ074-2003）
（4）《闯红灯自动记录系统通用技术条件》GA/T496-2009
（5）《民用闭路电视系统工程技术规范》GB50198-94
（6）《安防视频监控系统技术要求》GA/T367-2001
（7）《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92
（8）《中国电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90.92
（9）机动车、驾驶员及违法管理等相关数据库规范2004版
（10）《道路交通标志和标线》GB5768
1.3设计原则
（1）先进性
高清电子警察前端系统采用高清一体化摄像机替代模拟摄像机+工控机模式，是系统先进性最重要的体现。
200万像素高清画质同时覆盖2个车道，车辆车牌号码、停止线和红灯状态同时反映在一张照片中，将3张反映闯红灯过程的连续照片合为1张，是我司高清电子警察先进性的突出特点。
（2）实用性
高清电子警察前端系统符合GA/T496-2009公安部最新标准，能为交警用户准确捕获、抓拍、记录闯红灯行为，将3张200万像素的高清照片和1段高清视频相结合，为非现场处罚系统提供准确、清晰的证据，是本系统实用性的重要体现。
（3）可靠性
高清电子警察前端系统广泛采用嵌入式技术，摈弃了工控机模式，无论是前端设备使用寿命，还是抗恶劣环境等方面，可靠性都得到质的飞跃，符合室外电子产品设计的发展方向。
（4）经济性
高清电子警察前端系统可靠性得到提升，因此系统的维护成本显著下降。
采用嵌入式一体化高清摄像机取代数码相机，LED低功耗补光灯取代闪光灯，设备使用寿命明显变长，产品更换周期明显缩短，系统经济性显著提高。
（5）安全性
高清电子警察前端系统采集的数据经过加密传输，保障了系统数据的安全性。
通过水印技术实现数据防篡改功能，确保数据作为证据的可信性。
（6）易维护性
高清电子警察前端系统所包含的设备数量少，一体化高清摄像机接受软件平台的集中管理，可实现远程升级、维护和自动校时。
2高清电子警察优势
2.1单张高清照片包含闯红灯行为三要素
标清电子警察需要两张照片，一张为全景照片（记录闯红灯过程，看不清车牌），一张为特写照片（仅能看清车牌），违法证据需要连续2-3张全景照片和1张特写照片组成，全景和特写照片分辨率仅为768*576，清晰度约为400-600线；高清电子警察拍摄2-3张连续的高清照片，每张照片均同时包括号牌号码、停止线和红灯信号三要素，单张照片分辨率达到1600*1200，清晰度超过960线，提高违法取证防抵赖性，更有利于违法取证。
如下图所示：
图高清抓拍照片三要素示意图
2.2单像机同时输出高清照片和高清视频
标清电子警察需要一只全景像机输出动态视频来记录机动车闯红灯过程。
高清网络摄像机除了能输出高清照片，还能同时输出一段高清视频，记录机动车闯红灯过程。
一方面增强违法照片的说服力，另一方面减少摄像机数量，降低故障点数量。
2.3闪光灯硬件同步曝光
传统标清电子警察系统摄像机不具备闪光灯同步接口，由第三方外部电路+软件控制来实现摄像机与闪光灯的同步，同步效果不理想，受限度大。
高清电子警察系统采用CCD电子快门直接控制闪光灯硬件同步曝光，可达到严格同步。
2.4前端照片合成叠加预处理
按GA/T496-20094.3.2节要求，一次闯红灯行为所产生的3张照片记录要求合成为1张图片。
电子警察业务处理机将完成这该功能，将高清网络摄像机抓拍的3张200万像素高清照片合成处理为1张图片，并完成时间、地点、方向和车道等信息叠加。
图片合成后，不出现原始图片遗漏、错位等问题。
现场合成示意图如下所示：
图高清抓拍照片三合一示意图
2.5全嵌入式工业设计
高清网络摄像机、车辆检测器、信号灯检测器和电子警察业务处理机全部采用嵌入式工业级设计，适宜于路口恶劣工作环境。
采用ARM+DPS硬件架构，无风扇、低功耗设计，操作系统选用嵌入式Linux。
尤其是电子警察业务处理取代传统工控机插图像采集卡方式，它解决了工控机易死机，抗病毒能力差，功耗高，高温运行不稳定等关键问题。
工业设计，金属机身，散热良好，确保在炎热夏季依然能正常工作。
设计时每款前端产品均具有看门狗功能，设备运行中自检发现异常，将自动重启，使设备恢复到正常工作状态，无需人工干预。
2.6多级缓存手段确保数据不丢失
电子警察业务处理机和高清网络摄像机均支持SD卡，当前端与中心之间网络故障时，数据优先缓存在业务处理机的SD卡内，待故障恢复后，数据再补传到中心；若电子警察业务处理机故障，则数据缓存在高清网络摄像机的SD卡内，待故障恢复后，数据再补传到电子警察业务处理机，进行相关图片预处理。
2.7多种传输途径确保数据传输可靠性
电子警察业务处理机可选配CDMA或3G通信模块，当有线网络发生故障时，可通过CDMA或3G来完成数据传输，移动通信作为有线传输的冗余手段。
提升系统传输可靠性，有线网络正常时，关闭移动通信功能，节约通信资费。
通过水印技术来验证照片在传输过程中是否被篡改，确保违法证据的合法性。
3系统总体设计
3.1系统组成结构图
图高清电子警察系统组成结构图
如上图所示，高清电子警察系统总体结构包括3部分：
前端路口、传输通道和后台处理系统。
（1）路口单元
每方向一套电子警察业务处理系统，包含：
1只200万像素高清摄像机、1台车辆检测器、1台信号灯检测器、1台电子警察业务处理机、1台网络交换机、1个室外电子警察专用机柜，及其它配套辅材。
若该方向有3-4个车道，则按照2只200万像素高清摄像机。
多个方向的电子警察业务处理系统通过路口局域网互联至一个总出口（如上图路口示意部分左上角），安装1台光纤收发器，通过独立光纤汇聚到监控中心。
（2）传输通道
所有路口的电子警察系统全部采用独立光纤进行数据传输，同时，也可选配CDMA、3G等无线传输方式为光纤传输提供冗余通信线路。
（3）监控中心
监控中心部署电子警察软件平台（含服务器）、操作终端、打印机等。
软件平台集中管理全网电子警察前端设备，操作终端用于违法人工处理，打印机用于打印违法罚单。
3.2逻辑功能分布图
图高清电子警察系统逻辑功能分布图
（1）路口单元
路口单元完成闯红灯行为的检测并及时抓拍，对获取的信息进行预处理，分为图像采集单元和前端处理单元两大部分。
a）图像采集单元
●图片抓拍：
利用一体化高清网络摄像机连续抓拍三张闯红灯高清图片组成一份违法记录，抓拍间隔精确到0.1秒，每张图片（分辨率1600×1200）均包含清晰可辨的车辆信息、车牌信息、车辆行驶行为和红绿灯信号状态。
●脉冲闪光灯同步：
●视频捕获：
利用一体化高清网络摄像机拍摄闯红灯过程的动态视频，视频清晰度满足人工对车辆颜色、类型的认定，能完整呈现机动车闯红灯整个过程的运动轨迹，用于判断违法类型。
●数据缓存：
借助网络将抓拍的图片和捕获的视频发送给前端处理单元。
可安装高速SD卡，在网络通信故障时缓存高清图片和动态视频。
选配8GB容量SD卡，可缓存约4万张违法照片，合1万份违法记录。
b）前端处理单元
●车辆检测、车辆测速：
利用车检器实时检测过往车辆，车辆捕获率大于99%，包括车辆通行、车速、是否逆行等，并将检测结果发送给业务处理机。
支持双线圈检测技术，根据车辆压过线圈的顺序来判断车辆逆行，逆行检测率大于99%。
根据车辆压过线圈的时间差来计算车辆平均时速，测速精度为±1%。
●信号灯检测：
利用信号灯检测器实时检测红灯信号，将红灯维持状态、红灯切换至绿灯脉冲信号、绿灯切换至红灯脉冲信号，发送给业务处理机。
单台交通信号灯检测器支持3路或6路信号检测路数，将模拟输入的220V电平信号转换为数字信号，保证采样信号周期的完整度和匹配度。
支持多相位红灯信号接入与处理。
●抓拍触发：
业务处理机接收来自车检器和信号灯检测器的信号，在红灯状态同时检测到车辆，即证明闯红灯行为。
业务处理机将给一体化高清网络摄像机1个抓拍触发信号。
●数据预处理：
业务处理机接收来自一体化高清网络摄像机抓拍的3张照片和1段视频。
业务处理机按照国家标准将3张照片合成一张照片，并将时间、地点、方向、车道等信息叠加至图片上。
●数据存储：
业务处理机将处理完毕的数据上传至后台处理单元。
业务处理机可安装高速SD卡，在网络通信故障时缓存数据，网络恢复以后，数据自动接续上传。
（2）传输网络
传输网络负责将路口单元预处理后的数据传输至后台处理单元，可以是有线传输方式（比如：
独立光纤、运营商专网专线等），也可以是无线传输方式（比如：
CDMA1X或3G）。
（3）后台处理单元
后台处理单元主要完成以下功能：
●数据通信、数据处理和数据存储：
从前端业务处理机获取图片和数据，将图片保存在磁盘阵列中，将数据保存在数据库服务器中。
●车牌识别、数据接口和打印罚单：
对每一张违法图片进行车牌识别，识别结果由人工复核，确定为违法行为后，信息送至非现场处罚系统并打印生成罚单。
●Web查询、信息发布：
利用应用服务器为公安内部工作人员或驾驶人员提供Web查询服务，并支持将违法车辆记录信息发布到网站上。
包括按车型、号牌、车速、日期、时间等参数进行检索。
●状态监控：
中心平台能自动监测前端设备运行状态，并以图形化方式直观展示设备当前工作状态，对异常现象进行报警。
●车流量统计：
中心平台提供车流量统计功能，以柱状图方式显示所查车道在指定时间段内通行车辆流量，支持数据导出Excel或打印。
●网络校时：
中心平台能对系统中服务器和前端卡口设备进行集中校时，包括手动校时和定时自动校时。
3.3系统主要性能指标
（1）抓拍关键要素
红灯信号、停止线、机动车外观、号牌、颜色和闯红灯过程。
（2）违法记录组成
3张200万照片+1段动态视频。
第1张为机动车压在停止线上，第2、3张为机动车已越过停止线。
照片合成在前端电子警察业务处理机完成。
（3）车速捕获范围
实测5～200KM/h范围内均可捕获车辆，闯红灯机动车捕获率达到99%。
（4）图像采集响应速度
≤1ms。
（5）最小抓拍间隔
70ms。
（6）图片压缩方式
JPEG。
分辨率1600*1200。
（7）视频压缩方式
H.264。
仅记录闯红灯过程的视频，分辨率为200万像素；全程记录视频，分辨率为4CIF。
（8）图像存储容量
≥120万份记录。
前端插8GB容量SD卡可缓存1万份记录。
（9）动态视频存储容量
按每点30天设计。
（10）补光灯寿命
≥500万次。
（11）工作温度、工作湿度
无加热、散热装置时，-10℃～+60℃。
10%～95%。
4系统详细设计
4.1路口单元设计
4.1.1典型路口路况分析
电子警察用于交叉路口或路段对闯红灯行为进行记录，因此，通常情况下是十字路口或丁字路口，少有情况为直行路段。
如下图所示：
图十字路口示意图图丁字路口示意图
图直行路段示意图
4.1.2路口建设最小单元界定
高清电子警察路口单元建设思想以单个方向作为最小建设单元，因此主要配套设备以单个方向作为一套。
各方向设备通过网络汇聚，每个路口设置1个总出口与中心互联。
4.1.3单方向组成拓扑结构
图高清电子警察单个方向组成拓扑结构
高清电子警察路口单元组成包括一体化高清网络摄像机、补光灯、电子警察业务处理机、红绿灯信号检测器、车检器、地感线圈、交换机、光纤收发器、UPS电源及其它工程用料。
地感线圈与车检器之间通过线圈馈线连接，线材型号为KVVRP2*1.5；
红绿灯控制器与信号灯检测器之间通过电平线连接，线材型号为RVV3*1；
红绿灯信号检测器、车检器与电子警察业务机之间通过RS485线连接，线材型号为RVVP2*1；
一体化高清摄像机与闪光灯之间通过同步控制信号线连接，线材型号为RVVP2*1；
一体化高清摄像机、电子警察业务处理机与交换机之间，交换机与光纤收发器之间通过超五类网线连接，线材型号为HSYV-5E4*2*0.5（灰）；
UPS给所用供电设备稳压供电，供电线型号为RVV3*1；
除摄像机与补光灯外，其它设备都按照在落地防护机柜中。
4.1.4单方向安装示意
高清网络摄像机和补光灯均安装在立杆挑臂上，立杆安装位置通常在停车线后20米左右，从车辆尾部方向对车辆进行拍照。
图路口前端设备安装示意
图现场安装布局图
图现场整体安装示意图
图线圈切割示意图
图补光灯、摄像机安装示意图
4.1.5多方向汇聚拓扑结构
图大路口汇聚方式图小路口汇聚方式
大型路口间距较宽，超五类线连接距离受限，借助每个方向的交换机进行互联。
小型路口间距较窄，高清网络摄像机和电子警察业务处理机直接于汇聚点交换机连接即可。
4.1.6前端系统工作流程
图高清电子警察前端系统工作流程图
4.1.7闯红灯行为抓拍过程
（1）在红灯信号时，当机动车压在线圈上，车辆检测器发第一个触发信号给电子警察业务处理机，业务处理机给高清网络摄像机第一个抓拍信号，拍摄机动车压在停车线上的照片，如下图：
（2）当机动车离开第一个线圈，进入第二个线圈时，车辆检测器给电子警察业务处理机第二个信号，电子警察业务处理机给高清网络摄像机第二个抓拍信号，拍摄机动车离开停车线并继续前行的照片，如下图：
（3）当车辆离开第二个线圈，车辆检测器给电子警察业务处理机第三个信号，电子警察业务处理机给高清网络摄像机第三个抓拍信号，拍摄机动车继续前行的照片，如下图：
这样的过程保证了如果车辆仅仅压线而没有继续闯红灯，系统将只拍摄一张照片，在后台处理中一张照片将不作为处罚依据。
而车辆如果有闯红灯行为，不论车行速度是快还是慢，都能完整的获取符合GA/T496-2009标准中闯红灯行为记录的照片。
与三张抓拍照片相匹配，高清网络摄像机还将输出一段高清动态视频，进一步记录机动车闯红灯过程，为违法取证提供有力支撑。
4.1.8车检器工作原理
车辆检测采用地感线圈检测方式，目前使用的各种车辆检测方式中，只有地感线圈检测方式可以满足大于95%的闯红灯及逆行捕获率的要求。
车检器通过线圈馈线给地感线圈保持稳定的磁场，当车辆经过时，磁场发生变化，车检器根据磁场变化强度来判定是否有车辆经过。
地感线圈采用耐高温的单芯多股镀锡带护套电缆绕制而成，截面积为1mm2,通常绕4-5匝，线圈尺寸通常为60cm×180cm，埋设在停车线与斑马线之间。
在对过往车辆进行检测的过程中，可以通过调节地感线圈的线圈灵敏度来实现对不同类车型的检测，可以同时满足对大型车、中型车以及载客三轮摩托车的检测。
图线圈埋设示意图
4.1.9红绿灯信号检测器工作原理
目前路口使用的交通信号机大多是多相位红绿灯，因此，信号灯检测器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、绿灯信号和黄闪信号（220V交流电压信号）送至信号灯检测器，配合信号灯与车道地感线圈的逻辑关系，可以确保系统只对红灯状态下越过地感线圈的车辆进行拍照，比如在红灯信号消失、黄闪时间段内通过停车线的车辆，系统将不予拍照。
4.1.10高清网络摄像机
（1）高清网络摄像机覆盖范围
图200万像素摄像机覆盖范围
高清网络摄像机分辨率为1600*1200，车牌识别要求车牌在图片中占据120个像素，国家车牌实际宽度为0.44米，可根据以下公式算出高清网络摄像机最佳覆盖范围为两车道：
1600/120=X/0.44；X≈6米
因此，若单向为3车道或4车道，则安装两只200万像素的摄像机。
（2）高清网络摄像机技术规格
产品说明
采用高清晰逐行扫描CCD，具有清晰度高、照度低、帧率高、色彩还原度好等特点，所有产品拥有自主知识产权，可广泛应用于交通卡口通行车辆监控、超速车辆监控、闯红灯记录，能有效遏制车辆的超速行驶、逆向行驶、闯红灯等违章行为，并能为治安案件的侦破提供有力的线索证据，成为现代交通管理的高效助手。
主要特性
●最高分辨率可达200万（1600*1200）
●同时支持编码和抓拍功能
●支持闪光灯同步：
最多可支持3路闪光灯同步输出
●支持红绿灯信号状态输入，红灯、绿灯下可设置不同的触发方式
●支持外部触发、网络触发、视频触发（虚拟线圈）、RS-485触发抓拍功能
●连续抓拍功能
●车牌识别功能
●信息叠加功能
●H264，JPEG编码
●RS-485功能，支持通过485触发和信息获取功能
●摄像机参数配置功能：
曝光速度、AGC控制、白平衡方式控制等
●本地视频，方便调试
●SD/SDHC本地存储
●支持PoE供电
●超强的网络功能，支持心跳，PTZ控制，报警，语音对讲，用户管理等
技术规格表
序号
项目
指标
1
传感器类型
1/1.8〞逐行扫描SONYCCD
2
有效像素
1600（水平）×1200（垂直）
3
镜头接口
C/CSmount
4
快门
1/25秒至1/30,000秒
5
最低照度
0.5Lux/F1.230IRE
6
自动光圈
DC驱动
7
自动增益
自动/手动
8
白平衡
自动/手动
9
视频参数
饱和度，亮度，对比度，色调通过客户端或者IE浏览器可调
10
视频压缩标准
H264
11
压缩输出码率
32K～4M，自定义（上限16M，单位：
bps）
12
图片格式
JPEG
13
最大图像尺寸
1600×1200
14
帧率
25帧（1600*1200）
15
OSD
支持,更方便用户调节参数
16
SD卡本地存储功能
支持SD/SDHC
17
心跳机制
支持
18
密码保护
支持
19
抓图
支持JPEG抓图功能，补光灯同步，支持：
视频触发、外部I/O触发、网络触发、RS-485触发
20
闪光灯同步
3路
21
红绿灯状态
支持
22
车牌识别
支持
23
视频触发
支持
24
智能报警
IP地址冲突、存储器满
25
支持协议
TCP/IP,HTTP,DHCP,DNS,RTP/RTCP,PPPoE，FTP，支持FTP上传图片
26
传输接口
RJ45，10M/100M自适应，以太网
27
视频输出接口
1Vp-pCompositeOutput（75欧姆/BNC）
28
通讯接口
1个RS-232；1个RS－485接口端子，半双工
29
触发输入
4路外部触发输入
30
触发输出
3路（光耦隔离3500VAC），可作为闪光灯同步输出控制
31
工作温度
-10℃~60℃
32
电源
AC24V±10%/DC12V±10%/PoE
33
功率
8WMAX
34
尺寸（mm）
154.5×77.5×68
35
重量
750g
4.1.11车辆检测器
产品介绍
车辆检测器是一款专用于地感线圈信号检测和交通道路状况监测的数据采集类终端。
。
该产品采用全嵌入式、低功耗设计，集并行检测、数据处理和统计分析等功能于一体。
具有智能集成度高、连续运行时间长、抗恶劣环境能力强的特点。
可以帮助客户部署战略性的、高性能的、并发的关键任务型数据应用。
功能特点
超高精度—提供高精度等级的车辆参数检测特性，可精确测定行驶中车辆的类型、速度和车间时距等关键性基础应用数据。
检测精度接近雷达测速精度，有效支持客户实现低成本的服务扩展。
并行检测—提供对多路通道的并行检测特性，以保证在任何极限情况下不会遗漏检测目标。
流量分析—提供包括车流量、车道占用率、平均车速等所有的交通流量统计数据，以帮助客户部署战略支持型数据应用。
高抗干扰—提供全面的自适应设置功能，可自动将通道之间的相互串扰降至最低。
异常恢复—提供针对各种现场异常情况的自诊断和自恢复特性，以保证系统的连续运行能力。
精准校时—提供板上±2ppm精度的时钟基准，并提供基于专用TDCP协议的系统校时和精准校时等两种校时方式。
主动告警—提供通过网络主动上传设备工况信息和故障信息功能。
技术规格表
序号
项目
指标
1
中央处理器
高性能微处理器—FPGA
2
板载存储空间
1MB
3
数据通讯接口
1个RS485
2N个I/O通信口（N=车道数量）
4
工作电压
90V-264VAC50Hz
5
功率消耗
≤5W
6
时钟精度
±2ppm（0.2s/天）
7
检测有效率
99%以上
8
测速精度
±1%
9
测速范围
200Kmh以上
10
检测灵敏度
16级可调
11
适用范围
测速/闯红灯/逆行/禁行/车流量检测
12
连续运行时间
≥20,000小时
13
尺寸结构
300m*200m*44mm
14
防护等级
IP32
15
工作温度
-20℃~+80℃
16
空气湿度
≤98%
4.1.12交通信号灯检测器
产品简介
交通灯信号检测器是一款专用于检测交通信号灯控制信号的终端。
该产品
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