电子警察系统解决方案.docx
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电子警察系统解决方案
电子警察系统解决方案
清电子警察系统
第1章系统概述5
1.1系统设计意义5
1.2概要介绍5
1.3设计原则5
1.4设计依据6
第2章需求分析8
2.1行业现状8
2.2存在问题8
2.2.1产品类型繁多，稳定性较差8
2.2.2缺少统一标准，数据难共享9
2.2.3信息孤岛剧增，形不成合力9
2.3发展趋势9
2.3.1高清化9
2.3.2集成化9
2.3.3网络化10
2.3.4智能化10
第3章整体设计11
3.1前端采集子系统11
3.2网络传输子系统12
第4章详细设计13
4.1系统原理13
4.1.1系统工作原理13
4.1.2视频检测原理13
4.1.3车牌识别原理15
4.2系统技术指标17
4.3前端设计18
4.3.1前端结构示意图18
4.3.2前端系统功能18
第5章主要设备介绍25
5.1高清一体化摄像机25
5.2高清镜头28
5.3智能交通终端管理设备29
5.4LED频闪灯30
第1章系统概述
1.1系统设计意义
在“向科技要警力、向科技要效率”的今天，随着城市机动车数量的不断增长，带来诸多便利的同时，也存在着一些问题，城市道路交通事故频频发生，给城市交通管理造成了一定的难度。
作为智能交通行业的系统集成者，我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
高清电子表警察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，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，采用LINUX操作系统，集抓拍、录像、传输于一体，每个车道摄像机都能独立正常工作，结构简单、性能稳定，环境适应性强。
从系统、整体的范畴考虑，将交通中的各要素综合考虑，做到人、路、车三者的有机结合，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：
采取选用高集成设备，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/T496-2009）
5.《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》（GA/T832—2009）
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.最新国家和地方标准规范。
第2章需求分析
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。
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、实现方式、功能应用等方面都有了翻天覆地的变化。
产品构成上，图像采集设备经过了光学胶卷相机、数码相机、模拟视频摄像机+数码相机、标清摄像机、高清网络摄像机等几个发展阶段，目前百万像素以上的高清网络摄像机已成为主流。
实现方式上，地感线圈触发抓拍已经应用多年，目前仍广泛使用，与此同时，部署更简单、功能更强大、技术含量更高的视频分析触发方式发展迅猛，即将成为新的主流。
功能应用上，单一的闯红灯违章抓拍已经无法满足需求，卡口、禁左/禁右、压线、逆行、变道等行为的全方位抓拍记录，乃至流量分析、车道占有率统计、道路拥塞检测等应用也越来越多地被纳入到电子警察系统的功能要求当中。
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产品类型繁多，稳定性较差
电子警察系统是一种系统集成类型的产品，没有固定的产品形态和设备配
置，导致产品运行不稳定的不可预测因素较多。
由于各地用户有不同的使用要
求，很多实现功能都不是标准的做法，也有部分安装使用环境不规则，要求厂
商需要根据各种特定条件进行产品定制，部分厂商按照自己的理解和偏好来进行产品的研发和实施，在实际使用中带来了诸多问题，系统的稳定性较差。
2.2.2缺少统一标准，数据难共享
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。
2.2.3信息孤岛剧增，形不成合力
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
2.3.1高清化
从违法行为取证的合规性、违法行为记录的全面性与完整性、对于路口通行状况细节信息辨认的需求等角度来看，电子警察系统前端设备的高清化都是大势所趋，获取高质量的信息能够为系统后端的各类应用奠定良好的基础。
2.3.2集成化
实现由工业控制计算机作为系统处理核心向嵌入式一体化设备功能集成的方向转变，实现ISP图像处理、视频分析、车牌识别、车身颜色识别、行为检测等关键技术在电子警察系统前端摄像机内的集成，对于简化系统前端结构、
便利施工与维护、减少故障点、提升系统前端整体稳定性与可靠性都具有非常重要的意义。
2.3.3网络化
网络化包含两层含义，一是区域系统的网络化，旨在满足特定区域如某个城市的交通管理需求；二是跨区域联动的网络化，实现省际乃至全国范围内的信息与资源共享，联动应用。
这将随着电子警察系统应用的不断延伸和扩展而演变为现实的需求。
2.3.4智能化
电子警察系统的智能化体现在系统前端功能和系统后台应用两个方面，前者要求电子警察系统除了实现单一的闯红灯抓拍功能以外，还要能实现卡口、禁左、禁右、压线、变道、逆行等行为的全面记录，同时具备车牌识别、车身颜色识别、视频分析等综合智能化功能；后者要求电子警察系统不仅仅是一个违章处罚系统，更要逐步向交通诱导管理的方向演进，以智能化的应用切实提升道路交通管理水平，为方便公众出行服务。
第3章整体设计
该系统米用米取视频检测方式，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。
采用200万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；同步支持闪光灯和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
3.1前端米集子系统
数据采集子系统主要由图像采集设备（高清摄像机）、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。
高清抓拍摄像主机：
本系统采用200万像素高清抓拍摄像主机，分辨率高达1600X1200。
单台高清摄像机可覆盖2个车道，提供红绿灯检测、车辆检测及高清录像的视频流。
LED补光灯：
辅助光源采用LED灯，光敏控制模块设计可自动启动，当环境光低于预设亮度，光源自动打开，为摄像机补光，保证夜间的摄像效果。
发光器件为大功率LED寿命在额定功率下达到30000小时。
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，可接收来至高清摄像机的JPEG流、H.264视频流，并进行图片、录像的前端存储。
支持140万、200万、500万高清监控摄像机的接入，具有图片断点续传、图片录像检索等功能。
网络传输设备：
包括交换机、光纤收发器等，承担将前端设备记录的车辆违法信息传输到后端管理中心的任务。
3.2网络传输子系统
主要承担将前端设备记录的车辆违法信息传输到后端管理中心的任务，同时操作人员在中心平台应用远程管理软件通过该网络可对前端设备进行远程管理、状态监测及设备参数设置。
该传输网络可以采用数据专线、宽带网络、光纤网络、无线GPRS/CDM等方式。
如果与视频监视系统共用光端机，可采用数模复用光端机，即在一根单模光纤上传输视频监控系统前端摄像机的视频信号及控制信号，同时提供100M的以太网口用以传输系统前端设备记录的违法车辆信息。
第4章详细设计
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、车辆检测单元、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，具有集抓拍、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，如有违章车辆进行抓拍、车牌识别、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视频检测原理
4.1.2.1车辆检测原理
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，如是没有到达，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。
车牌识别过程包括图像采集、预处理、车牌定位、字符分割、字符识别、结果输出等一系列算法运算，其运行流程如下图所示：
车牌号码：
湘AQ2191车牌颜色：
蓝色
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，就可以识别出输入的字符图像。
结果输出：
将车牌识别的结果以文本格式输出。
4.2系统技术指标
1
检测方式
视频检测（前端识别可选）
2
覆盖范围
200万2车道（含）以下
3
摄像主机
逐行扫描CCD,解析度
1600X1200（200万）
4
图片像素
1600X1200JPEG
5
录像分辨率及帧率
200万：
1600*12001-12.5
帧可调
6
摄像机存储容量
SD卡可选
7
违章捕获率
>90%
8
记录有效率
>80%
9
号牌识别率
全天〉90%
10
闯红灯违章图片
3张/车
11
记录内容
多张车辆图片、车牌号码、车牌颜色、时间、地点、车道、行驶方向、红绿灯状态等
12
平均无故障连续
工作时间
3,0000小时以上（MTBF）
13
工作温度
-20°C〜+70C
14
工作相对湿度
20%-95%（非凝结）
4.3前端设计
431前端结构示意图
前端结构示意图
4.3.2前端系统功能
系统功能列表:
功能名称
功能概述
车辆捕获功
能
对进入场景的车辆进行捕获抓拍；
视频检测功能
采用视频检测技术，自动检测抓拍到机动车违反交通安全法行为的连续照片，同时具有卡口功能对所有过往车辆进行图像记录；
闯红灯记录功能
系统对闯红灯的违法车辆记录三张不同位置的高清全景图像以显示违法过程；
卡口记录功能
在绿灯、黄灯状态时，对通过每个车道的所有车辆进行检测、抓拍、记录、保存和识别；
信号灯相位
同步功能
与路口红绿灯信号进行同步，确保抓拍到的图片中红绿灯颜色显示准确，避免红灯泛黄或无颜色；
智能补光功能
通过摄像机控制LED频闪灯为视频检测与录像补光，控制闪光灯为图片抓拍补光；
号牌自动识别功能
根据捕获的目标照片，自动完成车牌号码识别和车牌颜色识别；
车身颜色识别功能
从捕获的目标图像中识别出车辆
的车身颜色和颜色深浅；
数据存储功
能
系统米集的车辆图片、违章数据、高清录像等数据支持前端存储和中心集中存储；
图片合成与防篡改功能
支持将三张违章数据进行合成的功能，所有图片都经过水印加密处理，可检测是否被篡改过；
断点续传功能
当前端网络从故障恢复正常之后，可以直接从故障点续传数据；
远程系统官
理维护功能
故障自动检测、权限管理功能、日志记录、主动校时、远程维护及参数的设置等；
4.321车辆捕获功能
系统除了能够捕获违法闯红灯的车辆外，还能捕获在车道上正常行驶的车辆（卡口功能），能捕获记录车辆闯红灯过程中三个不同位置的信息以反映机动车闯红灯违法全过程。
4.3.2.2视频检测功能
系统采用视频检测技术，可以检测1~2个车道，车辆捕获率全天96%以上。
能自动检测抓拍到机动车违反交通安全法行为的连续照片，违章照片能清晰地反映“红灯、停车线、车型、车牌、时间、地点”等违法车辆的基本情况，同时具有卡口功能对所有过往车辆进行图像记录。
视频检测可实现如下功能：
视频检测红绿灯状态，无需接红绿灯控制信号。
视频检测车辆，无需埋设线圈。
实时智能识别车辆牌照
4.3.2.3闯红灯记录功能
系统采用国际领先的计算机智能跟踪算法技术，对图像中每一辆车都能进行实时跟踪并记录其运动轨迹，并结合红绿灯状态智能判断车辆运行是否闯红灯违章。
当判定车辆有闯红灯违章时，记录车辆闯红灯过程中三个位置的信息以反映机动车闯红灯违法过程。
第一幅图片中清晰辨别闯红灯时间、红灯信号、车辆类型、车牌号码、车身颜色、车身未越过停止线的情况；第二幅清晰辨别闯红灯时间、红灯信号、车辆类型、车身颜色、车牌号码和整个车辆已越过停止线的情况；第三幅能够清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、车身颜色、车辆越过相邻方向的道路中心延长线并且在相应红灯相位继续行驶的情况。
三张图片中车辆位置保持适宜的距离反映车辆闯红灯的过程。
4.3.2.4卡口记录功能
系统兼顾卡口功能，当车辆在其对应的绿灯或黄灯相位时越过停车线，系统会根据运动状态轨迹跟踪的情况，拍摄一张图片对过往车辆进行记录。
图片能清晰的清晰辨别红绿灯信号、车辆类型、车牌号码、车身颜色等信息。
卡口功能拍摄效果图如下：
卡口效果图
4.325信号灯相位同步功能
摄像机能够与路口红绿灯信号进行同步，确保抓拍到的图片中红绿灯颜色显示准确，避免红灯泛黄或无颜色，进而避免引起处罚争议。
4.326智能补光功能
为了更好的提高夜间模式的检测率，在夜间情况，LED补光灯路口进行补光，依据车牌反光原理加大了视频检测的准确性，解决了行人、自行车、大型车辆干扰问题。
同时LED补光灯与相机同步，在相机捕获图像时，LED灯补光强度增强，而且对人眼不造成影响。
4.327号牌自动识别功能
系统具备对民用、警用、军用、武警等汽车号牌计算机自动识别能力，白
天车辆号牌识别率大于95%夜间车辆号牌识别率大于90%
在实时记录通行车辆图像的同时，还具备对民用车牌、警用车牌、军用车
牌、武警车牌的车牌计算机自动识别能力，包括2002式号牌。
所能识别的字符
包括：
“0〜9”十个阿拉伯数字
“A〜Z”二十六个英文字母；
省市区汉字简称（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、港、澳、台）；
2004新军用车牌汉字（军、空、海、北、沈、兰、济、南、广、成）；
号牌分类用汉字（警、学、领、试、农、挂、拖、境）；
武警车牌字符；
系统采用车牌颜色和视频检测技术结合的方法对车辆进行分型，能自动识别黑、蓝、黄、白四种车牌底色。
对于民用车来说，蓝颜色车牌表示的是小型车辆，而黄颜色车牌表示的是大型车辆。
因此，我们首先利用车牌颜色判断车辆类型，对于无法根据车牌颜色判别车型或者无法判断车牌颜色的情况，就利用图像分析技术来辅助区分车辆的类型。
系统识别的车牌类型部分示例:
IW&XN301"品i'
4.328车身颜色识别功能
系统可自动对车身深浅和颜色进行识别，可供用户根据车身颜色来查询通行车辆,为公安稽查和刑侦案件侦破提供了科技新手段。
系统可自动区分出车辆为深色车辆还是浅色车辆；并识别出9种常见车身颜色，9种颜色包括：
白、黑、红、黄、灰、蓝、绿、粉、棕。
深浅分类准确率不小于80%;9种常见车身颜
色识别准确率不小于70％4.3.2.9数据存储功能
系统采集的车辆图片、违章数据、高清录像等数据支持前端存储和中心集中存储。
前端存储设备包括抓拍摄像机内置的SD卡和终端管理设备内置的大容量硬盘，系统在前端即可实现数据的备份存储功能。
中心存储是将数据保存在位于后端中心的集中存储系统，如大容量磁盘阵列等。
4.3.2.10图片合成与防篡改功能
系统支持将三张违章数据进行合成的功能，使得图片存储上传和处罚更加方便，系统从前端摄像机的DSP上对图片加水印，也就是从数据的源头加密，防止在传输、存储、处理等过程中被人为修改，断绝了数据篡改的可能性。
系统通过图片加水印的方法来实现图片防篡改功能。
抓拍主机抓拍图片时会对原图加水印（水印在图片上不显示），图片通过网络传输到中心管理服务器，中心管理软件自动对每一张图片进行水印验证，在图片查询中列出正常图片、被篡改图片等信息。
也可通过单独的验证工具软件，对前端单独拷贝出来的图片进行手动验证。
4.3.2.11断点续传功能
系统支持多种方式的数据传输：
可通过FTP或TCP/IP方式将违法数据、车辆通过信息（时间、地点、车牌号码等）、设备监测数据等上传到中心管理系统；也可在中心通过网络调用或下载操控前端设备存储的数据。
系统支持数据的断点续传：
如因网络中断
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