视频检测技术方案.docx

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视频检测方案

目录

1.系统概述 4

1.1.设计意义 4

1.2.概要介绍 4

1.3.设计原则 5

1.4.设计依据 6

2.需求分析 7

2.1.行业现状 7

2.2.存在问题 7

2.2.1.设备功能单一 8

2.2.2.智能程度较低 8

2.2.3.数据共享困难 8

2.2.4.应用水平不够 8

2.3.发展趋势 9

2.3.1.一体化 9

2.3.2.智能化 9

2.3.3.多功能 9

2.3.4.易用化 10

2.3.5.环保化 10

2.3.6.联网化 10

2.3.7.融合化 11

3.整体设计 12

3.1.前端采集子系统 13

3.2.网络传输子系统 14

3.3.中心管理子系统 15

4.详细设计 16

4.1.系统原理 16

4.1.1.系统工作原理 16

4.1.2.视频检测车辆原理 16

4.1.3.红绿灯信号检测原理 18

4.1.4.车牌识别原理 19

4.2.系统技术指标 21

4.3.前端设计 22

4.3.1.前端结构示意图 22

4.3.2.前端系统功能 22

4.3.3.前端系统功能详解 24

4.4.平台软件系统设计 31

5.系统特点 32

5.1.技术先进性 32

5.1.1.行业内首家推出高帧率摄像机 32

5.1.2.自主开发的智能交通专用ISP算法，图像质量更优 32

5.1.3.全系列产品自主研发 32

5.1.4.双快门专利技术，同步支持抓拍和录像 33

5.1.5.首创Smart-PCT技术（基于精确光控制的图像处理技术） 33

5.2.高智能化 33

5.2.1.先进的视频检测算法 33

5.2.2.支持多种违章行为检测 34

5.2.3.内置车牌识别功能 34

5.2.4.车牌识别速度快 35

5.2.5.准确抓拍无牌或者号牌遮挡车辆 35

5.2.6.多车道、多车辆号牌识别 36

5.2.7.支持非机动车、行人检测，检测目标多元化 36

5.3.高可靠性 36

5.3.1.工业级设计适应室外恶劣环境 36

5.3.2.采用工业级或军工级器件，超长寿命 37

5.4.高扩展性 37

5.4.1.接口丰富，摄像机集成度高 37

5.4.2.模块化设计，稳定性和扩展性 38

5.4.3.系统扩展性好 38

5.5.高安全性 38

5.5.1.全过程数据安全加密处理 38

5.5.2.多重冗余的数据安全保障技术 39

5.5.3.单台设备独立运行能力 39

5.5.4.双网口网段隔离安全保障技术 39

5.6.易用性 40

5.6.1.多设备集成的一体化交付 40

1.系统概述

1.1.设计意义

随着城市化发展，交通拥堵、交通秩序混乱、交通事故、环境污染等交通问题成为一线城市，甚至二三线城市的城市“顽症”，交通管理问题越来越受到民众和管理部门的重视，电子警察系统作为规范交通行为，引导公众出行习惯的重要系统，发挥着重要作用，如何进一步挖掘系统价值，发挥系统优势，实现交通信息资源整合，从而提高道路交通管理水平，成为行业不断追求的目标。

作为智能交通行业第一品牌，技术股份有限公司要实现的总体目标是：

通过采集、处理、显示及发布交通流参数、事件等动态交通流信息，为城市道路现代化监控系统的建立提供一流的交通信息支持与技术服务。

利用科技手段实现对道路交通进行有力的治理，既能有效的防止此类交通违章行为，减少由此引起的事故，又能对违章的驾驶员起到威慑作用，促进交通秩序良性循环，同时能将部分交警解放下来，在一定程度上缓解警力不足，真正体现向科技要警力的无穷力量。

1.2.概要介绍

高清闯红灯自动监测记录系统主要设备由前端信息采集部分，网络传输部分和中心管理部分组成，前端信息采集系统核心设备为嵌入式一体化高清摄像机，该设备为我公司自主研发，采用Linux操作系统，集车辆检测、抓拍，车辆信息识别、车辆信息提取、交通信息采集、交通事件检测、补光控制、录像、数据传输于一体，结构简单、性能稳定、可靠性高、环境适应性强。

系统功能方面，高清闯红灯自动监测记录系统，集成了闯红灯抓拍功能、多样化闯禁令违章行为自动检测功能，实现对违反禁令（违法变道、逆行、压线、违章左转/右转、路口滞留、绿灯停车、绿灯空放、越线停车、拥堵驶入）交通行为的自动抓拍。

并且可实现对机动车占用非机动车道等功能，实现对交通路口的综合监控和综合执法。

从而充分应用闯红灯记录系统使交通监控真正实现"智能化"，极大地提高交通管理的效率，确保交通安全。

1.3.设计原则

1、标准化：

闯红灯系统按照公安部相关标准规范规定的技术要求进行设计，同时，在采用高清摄像技术方面又进行了功能和性能上的扩展。

2、可扩展性和兼容性：

由于用户以后的需求会不断增加，系统建设的规模将随之扩大，在设计上，既要在功能上推陈出新，又要兼容旧的系统，以保护用户的投资，因此我们采用模块化设计，模块间数据传输均采用标准的传输协议，任何一个模块的升级短期内都不会影响到其它模块的正常应用。

3、可用性：

我们的方案在充分考虑用户实际情况，针对大多数用户的需要，设计出可满足各种需要的方案，并充分考虑了人为不可抗拒的其他因素造成故障的可能性；系统采用嵌入式一体化设计，模块化的设计使安装使用非常方便。

4、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，有机融合并尽可能的发挥设备潜力和软件功能，最大限度地提高性能价格比。

5、先进性：

充分利用科技进步成果，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。

6、可靠性：

选择高集成设备，采用自动检测、自动报警、自动监控和容错等技术来保证可靠性。

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、恢复措施。

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。

1.4.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.《公路交通安全实施设计技术规范》（JTJ074-2003）

4.《闯红灯自动记录系统通用技术条件》（GA/T496-2014）

5.《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》（GA/T832—2014）

6.《机动车号牌图像自动识别技术规范》（GA/T833—2009）

7.《公安交通指挥系统工程建设通用程序和要求》（GA/T651-2006）

8.《公安交通管理外场设备基础施工通用要求》（GA/T652-2006）

9.《公安交通指挥系统工程设计制图规范》（GA/T515-2004）

10.《安全防范工程技术规范》（GB50348—2004）

11.《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）

12.《交通电视监视系统工程验收规范》（GA/T514-2004）

13.《机动车测速仪》（GBT21255-2007）

14.《报警图像信号有线传输装置》（GBJ115-87）

15.《计算机信息系统安全保护等级划分准则》（GB17859-1999）

16.《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）

17.《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-1994）

18.《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）

19.《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-2000）

20.《邮电通信网光纤数据传输系统工程施工及验收暂行技术规范》

21.公安部《城市报警与监控系统建设“3111”试点工程实施方案》

22.公安部《交通管理信息系统建设框架》

23.《道路交通安全违法行为视频取证设备技术规范》（GA/T995-2012）

24.《机动车区间测速技术规范》（GAT959-2011）

25.《交通技术监控成像补光装置通用技术规范》（GAT1202-2014）

26.最新国家和地方标准规范。

2.需求分析

第1章

2.1.行业现状

电子警察系统诞生于上世纪九十年代中期国民经济高速发展、汽车保有量快速增加、道路交通建设与管理水平严重滞后的背景之下，旨在通过科技手段的应用提高道路通行能力，目前已成为各级道路交通管理部门科技强警的重要手段。

近年来，国内平安城市建设如火如荼，众多区域型大项目的建设推动了电子警察相关技术不断发展、成熟、创新，行业技术出现了一些新特点、市场呈现出了一些新趋势。

标清和高清共存，嵌入式模式和工控机模式共存的时代已经结束，首创的嵌入式一体化高清电子警察系统，由于系统简单、可靠性高、维护方便，获得了用户和市场高度认可，已经取代了工控机模式，成为了行业主流。

随着《闯红灯自动记录系统通用技术条件》（GA/T496-2014）等新标准的发布，大华也推出了符合新标准的解决方案，增加了面部特征记录功能，可以有效的防止买分卖分现象，同时也为公安治安管理取证提供更多的信息。

随着经济的持续发展与科技的不断进步，电子警察系统在产品构成和功能应用等方面都有了翻天覆地的变化，闯红灯抓拍、闯禁令抓拍等功能已经成为系统通用功能。

随着用户需求的多样化，出现了与交通管理业务密切相关的功能，比如流量统计、交通拥堵检测等交通信息采集功能，同时系统功能更加丰富，平台的多系统数据融合趋势更加明显。

2.2.存在问题

电子警察系统在发展变化的过程中，也不可避免地产生了一系列与技术、系统规划部署密切相关的问题，这些问题不仅影响了电子警察系统效能的发挥，对交管部门道路交通管理水平的提升也形成了较大的制约，需要我们引起关注并跟踪解决。

2.2.1.设备功能单一

目前的电子警察主要还是以违章抓拍为主，不管是早期的闯红灯抓拍功能，还是现在的闯禁令（违法变道、逆行、压线、违章左转/右转等）抓拍功能，都是以路口违章行为检测和取证为主，主要是对交通行为进行规范，实现对交通的管理。

但是城市建设和管理者更关心的道路规划，以及广大公众关心的合理出行需求，依赖于对更多交通数据的采集，包括交通流量统计、实时路网信息（如车道速度、车头间距、车头时距、车道空间占有率和车辆排队长度等）和交通事件信息（如异常停车、逆行、拥堵等）等，而这些信息都是现有电子警察所缺失的。

2.2.2.智能程度较低

虽然现在的电子警察可以支持多种违章行为的检测和抓拍，但仍然不够全面，对车辆的细节特征，如车标、车系、车辆异常特征、车辆异常行为等，还不能全面检测，对路面的信息，如车流量、平均车速、车道占有率、车辆排队、路口拥堵等，采集力度不足。

2.2.3.数据共享困难

一方面，由于行业标准的定义未做明确要求，不同厂商研发的电子警察系统的控制单元和摄像单元都不尽相同，各家的数据接口、证据格式和管理软件更是五花八门，无法达到统一，资源难以实现共享，给用户带来诸多不便。

另一方面，现在的电子警察数据联网还处于初级阶段，仅限于同类数据（比如电子警察系统和监控系统）的联网，与其他系统如交通信号控制系统、交通信息服务系统、其他交通方式（轨道交通、公交、出租）数据系统，还没有打通通道，数据没有共享，所以无法实现更深层次的应用。

2.2.4.应用水平不够

一方面由于技术水平、规划部署方面的原因，电子警察系统本身处于孤立，未能与公安、交警部门相关业务系统实现有效的对接与资源整合，另一方面各地公安信息化建设发展水平存在差异，电子警察系统也难以实现跨地区的联网，系统的使用上也相对地封闭与孤立，难以发挥整体作用和综合效益。

2.3.发展趋势

随着交通问题的社会化和大数据时代的到来，电子警察设备整体呈现以下趋势：

2.3.1.一体化

随着电子警察应用的成熟，不管是集成商，还是工程商和客户，都对设备可靠性和安装简易性要求越来越高，传统的分项采购现场组装的方式已经不能满足需求，故而催生了一体化交付的方法。

一体化单元通过在护罩里内置更多的器件（如温控、防雷等），采用更加标准的接线，产品防护性能大幅提高，对恶劣环境的适应能力也越来越强，同时又简化了现场安装，减少了调试时间，缩短了总体项目时间。

2.3.2.智能化

当前的电子警察，对交通行为的检测已经日趋成熟和完善，基本上都能够实现闯红灯检测和闯禁令行为的检测，而且车牌识别和车身颜色识别已经成为基本配置，但是对车辆的其他细节特征分析和提取不够多样，未来随着算法的成熟和技术的发展，会催生出更多智能化的算法功能，如车标识别、车系识别、车辆异常行为检测等。

2.3.3.多功能

随着技术的发展和生产工艺的进步，系统计算资源和存储资源越来越丰富，系统余量越来越大，使得集成更多功能成为可能，而同时期各种智能算法模型也不断成熟，使得有更多的技术走出实验室走向现场应用。

未来的电子警察在目前违章行为检测和取证的基础上，必然发展出更多的功能，包括实现交通流量的采集（包括车流量统计、平均车速、车道占有率、车头时距等）、交通事件的检测（异常停车、车辆排队、路口拥堵）和联动报警等，既能够方便交管人员准确地得到路口交通路况信息，为公众提供更多有用的及时的数据，又能够方便防控人员及时地得到车辆通行信息，对驾乘人员进行有效的监督和管理。

2.3.4.易用化

一方面，目前的电子警察系统，其运行效果还很大程度上依赖于专业技术人员的安装和调试，不同层次不同熟练度的人员效果相差很大，未来随着图像智能算法的进步，必然对场景的适应能力更强，对成像中的各种参数（如快门等）进行自动的学习和调节，自动解决强顺光、强逆光和夜间等多种光照条件下的问题，路口安装越来越简单，设备调试越来越方便。

另一方面，目前的系统运行主要依靠人工巡查，未来系统将可以自动记录前端设备的运行状态，自动判断故障，将此类信息上报，减少系统维护人员的数量，降低其工作强度。

2.3.5.环保化

在能源危机日益加剧的当下，如果有效降低能耗，响应国家节能减排政策，从而降低系统运行成本，越来越为工程商、集成商和甲方客户所关注。

未来电子警察系统通过使设备的整体功耗降低，同时采用更加高效低耗的辅助照明技术，带来整体智能交通项目的运行和维护成本更低。

2.3.6.联网化

数据跨区域联网的趋势也来越明显，简单的市际联网已经不能满足需求，结合公安部推出的“六合一”系统，车辆登记信息、车辆通行信息和车辆违章信息最终将走向全国联网，提升整体经济和社会效益。

同时，在这个联网的过程中，也必然对数据格式进行统一，打破现在各地各厂家不规范不统一的数据格式现状。

2.3.7.融合化

快速发展的大数据技术，解决了传统关系数据库对大量数据的快速调用问题，解决了大数据的实时存储和快速计算的问题。

借助大数据技术，对交通数据进行实时存储和快速计算，将为城市建设者提供更有力的交通规划依据，为交通管理者提供更科学的警力配置和交通引导，为治安防控者提供更快速的车辆定位和破案，为公众提供更加合理的出行规划信息，达到实时监测城市交通的运行状况，实时监测城市热点地区的拥堵状况，提前准确预知城市可能出现的交通状况，引导绿色出行的目的。

未来电子警察做为信息采集的前端，必然要与其他设备和其他系统进行联网和数据共享，比如通过与现有交通信号控制系统的通信参与灯控路口绿信比调整和绿波带参数调整，通过与其他设备和系统的大数据对接将分析结果用于交通信息服务（网站、咨询热线、信息亭、诱导屏、交通信息情报板、车辆联网终端等），并通过各种信息服务方式（如屏幕、广播电台、导航设备、手机等）发布，引导公众有序绿色出行。

3.整体设计

本系统采用纯视频检测方式，自动对视频流中运动物体进行实时逐帧检测、锁定、跟踪，根据车辆运动轨迹判断车辆是否违章并进行记录，无需破坏路面、埋设线圈。

系统采用300万CCD高清一体化摄像机为采集主体，单台摄像机覆盖单向2车道，同步支持LED频闪灯进行夜间补光。

设备稳定，结构简单，便于安装维护。

系统整体分为三部分：

前端采集部分、网络传输部分和中心管理部分。

整体框架图如下：

系统整体结构示意图

第2章

3.1.前端采集子系统

数据采集子系统主要由图像采集设备（一体化电警抓拍单元）、辅助光源（补光灯）、网络传输设备（光端机或光纤收发器）等组成，完成红绿灯状态检测、机动车违章行为检测、违章图片抓拍、补光灯控制、违章记录本地储存、相关信息网络上传等任务。

n一体化电警抓拍单元：

系统采用一体化结构，集成300万嵌入式摄像机，内置高性能处理器，集成丰富的智能化算法；内置防雷模块，提高系统可靠性；实现一体化交付，现场安装方便,可靠性更高。

nLED补光灯：

LED频闪灯采用进口封装高亮度LED，内置灯珠全部采用原装进口的美国CREE灯珠，发光效率为普通补光灯的两倍以上，整机防护等级为IP66，能够适应在室外的恶劣环境下长时间无故障作业

n智能终端管理设备：

采用嵌入式高性能处理平台，内置大容量硬盘，支持多路图片和视频接入，集图片、视频存储，管理、网络交换传输等功能于一体；支持多路数网络摄像机、模拟摄像机接入；具有断点续传、图片录像检索、图片合成、黑白名单等功能；内置工业级交换机，光纤传输接口可选；内置双网卡，可实现双网段隔离，提高数据安全性。

n网络传输设备：

由以太网交换机（内置于智能交通终端管理设备中）、光传输设备等设备组成，实现前端卡口子系统到后端中心管理平台之间数据的互联互通。

n信号检测器:

此产品配合智能相机（包括闯红灯一体化摄像机、卡口型电子警察系统一体化摄像机），实现闯红灯违章抓拍和卡口型电子警察系统抓拍，是智能交通抓拍系统中的一个非常重要的独立部件。

在视频检测模式中用于实现红绿灯信号的接入。

3.2.网络传输子系统

网络传输子系统主要包括交换机、光传输设备等，实现前端采集子系统与中心管理子系统之间的数据和图像信息传输。

（1）光纤传输：

如果线路可到达，且施工成本可以承受，推荐建设光纤链路作为前端与中心的数据传输通道，保证数据传输的实时性和可靠性。

光纤组网图

（2）无线接入：

使用3G等无线数据传输方式，不需要架设线路。

推荐通信线路无法到达或者架设线路成本较高，而卡点数据量不大、实时性要求不高时使用。

（3）运营商线路：

使用运营商的专用线路，以ADSL/ISDN等方式接入。

推荐卡点数据量不大，附近有运营商专线时使用。

3.3.中心管理子系统

注：

根据项目具体情况编写，以下仅供参考。

中心管理平台主要实现对电子警察前端路口设备进行远程管理、网络监控、抓拍图像和数据的处理，以及违章车辆的处罚等工作，并充分考虑与其它交通管理软件系统的接口兼容问题。

4.详细设计

4.1.系统原理

4.1.1.系统工作原理

系统中主要设备由嵌入式一体化高清摄像机、补光单元、网络传输和中心管理等部分组成，系统核心设备为嵌入式一体化高清摄像机，该摄像机为我公司自主研发，具有完全自主知识产权，集抓拍、控制、识别、录像、压缩、传输于一体。

具有先进的视频检测功能，可以对视频图像进行逐帧识别，同时自动匹配对应车道，对过往车辆进行轨迹跟踪并做行为判断，如有违章车辆即进行抓拍、车牌识别、录像、存储，处理结果上传到后台。

同时系统兼顾卡口功能，即绿灯正常行驶的车辆，系统也可以进行记录。

系统原理图

4.1.2.视频检测车辆原理

采用基于运动检测的车辆检测方法，其核心原理是通过学习建立道路背景模型，将当前帧图像与背景模型进行背景差分得到运动前景像素点，然后对这些运动前景像素进行处理得到车辆信息。

该方法效果的优劣依赖于背景建模算法的性能。

其流程图如下所示：

车辆检测流程图

整个检测过程分为以下几个步骤：

1、由高清摄像抓拍主机获取实时的视频流。

2、利用背景差分算法检测运动前景。

首先通过初始多帧视频图像的自学习建立一个背景模型，然后对当前帧图像与背景模型进行差分运算，消除背景的影响，从而获取运动目标的前景区域。

3、根据背景差分运算中运动目标检测的结果，有选择性地更新背景模型，并保存背景模型。

4、过滤噪声，并获取准确的车辆位置。

5、运用时空信息、匹配和预测等算法，对车辆进行准确的跟踪，得到车辆对象的运动轨迹，并保存车辆对象的轨迹信息。

6、判断车辆是否到达触发线位置，如果没有到达，则进行下一帧的检测，如果到达则发出触发信号。

车辆的抓拍触发综合运用了车牌检测算法和车辆检测算法，如下图：

车辆抓拍触发原理示意图

系统首先采用车牌检测算法，在车辆到达触发线的时刻，若系统检测到图像中存在车牌，则触发抓拍，并进行车牌识别；对于无后车牌或后车牌遮挡的车辆，系统无法检测到车牌，此时将启用车辆检测算法，若运动对象与系统内建的车辆模型相匹配，则触发抓拍，并记录为无牌车辆。

4.1.3.红绿灯信号检测原理

1、视频检测红绿灯信号

视频分析算法对于红绿灯的检测综合运用了亮度比较算法与灰度比较算法，在场景中红绿灯所在位置划定检测区域，并对该区域的亮度与灰度的变化进行实时地检测与判断，从而获知当前的红绿灯状态。

2、信号检测器检测红绿灯信号

本方案中可选配信号检测器来对红绿灯信号进行检测，以便在某些不利于进行视频检测的场合，用来确保对红绿灯信号判断的准确性。

信号检测器内置红绿灯检测电路，将被检测车道的红绿灯信号引入到信号检测器，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。

信号检测器收集红灯的信息，当有车辆在红灯期间驶过检测线，则通过RS485接口向摄相机发送抓拍指令，获取相应违章图片。

4.1.4.车牌识别原理

车牌识别是基于图像分割和图像识别理论，对含有车辆号牌的图像进行分析处理，从而确定牌照在图像中的位置，并进一步提取和识别出文本字符。

识别的具体步骤分为车牌定位、车牌提取、字符识别。

在自然环境中，相机首先对采集到的视频图像进行大范围相关搜索，找到符合汽车牌照特征的若干区域作为候选区，然后对这些侯选区域做进一步分析、评判，最后选定一个最佳的区域作为牌照区域，并将其从图象中分割出来。

完成牌照区域的定位后，再将牌照区域分割成单个字符，然后进行识别，车牌识别算法采用基于模板匹配算法，首先将分割后的字符二值化,并将其尺寸大小缩放为字符数据库中模板的大小，然后与所有的模板进行匹配，最后选最佳匹配作为结果，通过这种多次比对的方式极大了提高了车牌识别的准确率。

运行流程如下图所示：

车牌识别原理示意图

图像采集：

通过高清摄像抓拍主机对卡口过车或车辆违章行为进行实时、不间断记录、采集。

预处理：

图片质量是影响车辆识别率高低的关键因素，因此，需要对高清摄像抓拍主机采集到的原始图像进行噪声过滤、自动白平衡、自动曝光以及伽马校正、边缘增强、对比度调整等处理。

车牌定位：

车牌定位的准确与否直接决定后面的字符分割和识别效果，是影响整个车牌识别率的重要因素。

其核心是纹理特征分析定位算法，在经过图像预处理之后的灰度图像上进行行列扫描，通过行扫描确定在列方向上含有车牌线段的候选区域，确定该区域的起始行坐标和高度，然后对该区域进行列扫描确定其列坐标和宽度，由此确定一个车牌区域。

通过这样的算法可以对图像中的所有车牌实现定位。

字符分割：

在图像中定位出车牌区域后，通过灰度化、灰度拉伸、二值化、边缘化等处理，进一步精确定位字符区域，然后根据字符尺寸特征提出动态模板法进行字符分割，并将字符大小进行归一化处理。

字符识别：

对分割后的字符进行缩放、特征提取，获得特定字符的表达形式，然后通过分类判别函数和分类规则，与字符数据库模板中的标准字符表达形式进行匹配判别，就可以识别出