車牌識別技術在智能交通中的應用

■ 張建雄

車牌識別系統為智能交通管理提供了高效、適用的手段，也提高了對車輛和交通狀況的管理力度，加強了交通的規范化管理。

車牌號碼是全世界唯一對車輛身份識別的標記，它的特殊性和重要性決定了車牌識別系統成為城市職能交通管理系統中不可或缺的重要組成部分。車牌識別系統為智能交通管理提供了高效、適用的手段，也提高了對車輛和交通狀況的管理力度，加強了交通的規范化管理。

車牌識別概述

目前市場中車牌識別系統的主要功能

1、車輛牌照的自動識別，信息包括完整的牌照信息、顏色、字符、漢字、數字等；

2、車速的自動檢測；

3、違法黑牌車的識別報警；

4、車輛識別信息與車管所信息的聯動控制；

5、車輛行駛方向判斷監測。

目前市場中車牌識別系統主要應用范圍

1、交通路口的智能化交通管理；

2、交通信息的自動采集；

3、警方及其它執法機關設立的臨時稽查站，對來往車輛實施稽查，優先識別待查車輛；

4、路橋、隧道等卡口的自動收費系統；

5、現代住宅小區、停車場、重要機關單位的車輛出入口管理；

6、道路治安卡口抓拍識別，車流量監測。

車牌識別系統關鍵性能參數

識別率

車牌識別系統是否實用，最重要的指標是識別率。國際公認的識別率指標要求是24小時全天候車牌正確識別率85%-95%算是合格產品。識別率的統計分為以下三種方式：

A、自然流量識別率=識別車牌號的總數/實際通過的車輛總數；

B、可識別車頻率=人工正確讀取的車牌號總數/實際通過的車輛總數；

C、全牌識別準確率=全牌識別的車牌總數/人工識別讀取的車牌號總數。

識別速度

識別速度決定了車牌識別系統是否能夠滿足實時實際應用的要求。一個識別率很高的系統，如果需要幾秒鐘，甚至幾分鐘才能識別出結果，那么該系統就不能滿足實際應用的需要、也是無實用意義的設備。國際交通技術提出的識別速度是1S以內，越快越好。目前市場的車牌識別系統在實際應用中識別率平均速度為200毫秒；好的車牌識別系統已經提高到了10毫秒的快速識別功能，實際應用識別速度能夠達到平均40毫秒。

速度測定功能

在10km/h-150km/h的速度范圍內選取5個測試點進行試驗。受試驗系統測得的車輛速度與非接觸式汽車運動分析儀測得的速度進行對比，當車速在40km/h≤V車＜120km/h的速度范圍內，測速誤差在±6%之內；當車速V車≥120km/h時，測速誤差在±10%之內。

實車動態識別

在天氣晴朗無霧，號牌無遮擋、無無損的條件下測試，白天測試時的環境光照度不低于200lux，晚上測試時的環境光照度應不低于100lux；實驗時，車速應該在20km/h-150km/h的范圍，白天車牌識別率不小于90%，號牌識別率不小于85%；夜晚車牌識別率不小于85%，號牌識別率不小于75%。

識別技術的現實原理和實現方式

車輛牌照的識別是基于圖像分割和圖像識別理論，對含有車輛號牌的圖像進行分析處理，從而確定牌照在圖像中的位置，并進一步提取和 識別出文本字符。

識別步驟一般為：車牌定位、車牌提取、字符識別；三個步驟的識別工作相輔相成，各自的效率都較高，整體的識別率才會提高。識別速度的快慢取決于字符識別，字符的識別目前的主要應用技術為比對識別樣本庫，即將所有的字符建立樣本庫，字符提取后通過比對樣本庫，實現對字符的正確判斷、識別。

車牌識別系統實現的方式主要有兩種：一種是靜態圖像圖片的識別，另外一種是動態視頻流的實時識別（車牌識別系統采用的為該項識別方式）。動態視頻流的識別技術適應性較強，識別速度快，實現了對視頻的每一幀圖像進行識別，增加識別比對次數，提高識別率和識別速度。

車牌識別系統的傳輸

車牌識別系統可以通過有線通信方式和無線通信方式來進行傳輸。傳輸模式為標準網絡拓撲結構和TCP/IP協議，在物理網絡連通后，即可將連接在網絡上的所有工作站定義成最多3個網絡級別，每個網絡級分兩層結構，即車道現場識別工作站（底層）與服務器工作站（上層），底層與上層之間的通信寬帶要求不低于128K，各網絡級之間的通信貸款要求不低于2M。（網絡拓撲圖見圖1）

圖1

在項目中的應用

車牌識別監控系統是與中心聯網運行為一體，以市交通監控中心為核心，形成分布式網絡系統。即在各交警中隊、交警大隊設立分控中心，在交警支隊設置總控中心；采取“現場-分控-總控”三重網絡管理面模式。識別系統在現場各點可以進行獨立的識別抓拍工作，并且將識別抓拍到的數據利用交換機，和光纜網絡傳輸到三個分控中心，之后經過分控中心與總中心的通信網絡連接，監控中心對抓拍到的車牌信息進行核實和確認，從中濾除掉誤抓或者抓拍不合要求的車牌，將正確的車牌發送給相關的違章查處管理部門，去做相應的處罰和管理；并且系統通過監控中心交換機將違章車輛信息傳輸給市交警支隊（或交警局）。

中心聯網系統的任務是中心管理系統與各個車道應用管理系統進行實時數據交互，實現整個網絡系統的遠程管理和維護。為了保證車牌識別系統的準確性，本次項目系統集成滿足以下功能：

1、監控中心能夠直觀明了地顯示和監控各個現場車道，并且對經過車輛的捕獲率和動態識別率都會滿足使用要求。

2、監控中心管理系統與各個車道應用管理系統能夠進行點對點實時數據交互，能夠對各個車道進行點對點以及分布式實時數據查詢。

3、監控中心能夠實時或分時段可靠地接受或存儲所有車道數據，并且備傳輸容錯功能。

4、監控中心能夠接收、顯示、存儲、分發和處理各個車道實時報警信息。

5、監控中心能夠遠程管理和維護各車道，包括設置協調軟軟件運行參數，查看運行狀態和異常信息。

6、黑名單車輛數據庫在整個系統中的自動更新。

7、各個現場車道系統既能夠獨立實現現場應用管理功能，又能實現中心網絡化管理要求。

8、具備人工查詢、統計、打印、數據導入導出功能，查詢需滿足指揮人員的要求，按時間、地點、車牌等任意查詢，并且統計處任意時段、任意地點的車流量；準確統計公路交通車輛流動情況，為合理調配警力、提高車輛管理水平提供科學依據。

9、系統穩定、可靠；可支持24小時連續工作能力。

10、接入網采用鋪設光纜傳輸，各工作站網絡連接到主干光纜后傳輸到與之對應的大隊或者中隊機房內，之后利用現有的大隊（或中隊）與市局的網絡傳輸到市監控中心。

系統結構

邏輯結構

圖2：系統邏輯結構圖

車牌識別系統由三大子系統的各功能模塊構成，車輛檢測及觸發模塊、同步補光模塊、圖像抓拍及同步控制模塊構成了前端圖像采集子系統；前端數據交換模塊與中心數據交換模塊構成了整個通信網絡傳輸子系統；車牌圖像識別模塊與中心數據處理模塊則構成了中心數據處理子系統。（系統的邏輯結構如圖2所示）

1、車輛檢測及觸發模塊

采用成熟的地感線圈技術，車輛感應線圈計數準確、運行可靠，在智能交通系統中得到了廣泛的應用。本系統的地感線圈沿車輛行駛方向敷設在道路中央，車輛檢測及觸發模塊一旦監測到有車輛通過，立即發送觸發信號通知車輛抓拍模塊進行抓拍。

2、圖像抓拍及同步控制模塊

接收到觸發信號后，立即發送同步控制信號給同步補光模塊，并實時抓拍通過車輛的圖像，為系統中號牌識別提供圖像信息。其相關的信息將包括通過地點、時間、車牌圖像等，并將這些信息傳送到系統后續模塊中進行相關處理。

對中國 2008-2017 年的 GDPL、LGAS、LENERGY進行平穩性檢驗，利用AIC最小化的原則確定出滯后期，檢驗結果如下表5所示：

3、同步補光模塊

本系統采用數字式車牌識別系統專用LED頻閃補光模塊，能自動根據環境光照情況自動控制啟動或關閉，并根據圖像抓拍及同步控制模塊發送的同步信號調整適應，在環境光線不足的情況下取得質量最佳的圖像。

4、前端數據交換模塊

圖3：系統物理連接標示圖

前端數據交換模塊采用工業交換機，負責以100Mbit/s的速率接入圖像抓拍及同步控制模塊實時發送的高清圖像，完成實時匯聚功能，并以100Mbit/s的數據傳輸速率從光線網絡將各模塊的數據上傳至中心數據交換模塊。

5、中心數據交換模塊

單個中心數據交換模塊通過靈活配備千兆SFP光線模塊，在千兆光纖網絡中匯聚4個前端圖像采集子系統數據，并具備實時將前端的圖像數據發送給對應車牌圖像識別模塊的功能。

6、車牌圖像識別模塊

該模塊具備實時識別通過車輛號牌信息的功能。接收到圖像抓拍及同步控制模塊提供的圖像后，經過智能搜索圖中汽車的牌照的位置并進行識別后，將識別出的號牌結果傳入到中心數據處理模塊。識別時將不受圖像中車輛牌照安裝位置的限制。

7、中心數據處理模塊

多個具備不同應用功能的中心數據處理模塊構成中央系統，完成海量數據的通訊接收、存儲、實時運算、實時預警處理及發布、以及其他綜合業務的功能。

物理結構

車牌識別系統各子系統根據其各自負責的功能差異，分別由不同的主要設備構成。前端圖像采集子系統由安裝在前端的數字攝像機、車輛檢測器及LED頻閃補光燈構成，其實時采集的圖像數據通過通信網絡傳輸子系統的前置工業交換機傳回。（系統物理結構圖如圖3所示）

通過圖3可以看出，現場視頻監控系統，抓拍到車輛拍照后傳輸到二級分控中心，經各交警中隊、交警大隊分控中心將車牌識別系統實時處理后，上傳給監控中心數據處理系統。分控中心和交警支隊數據處理中心構成實際的中心數據處理子系統，包含車牌識別器陣列、通信服務器、計算服務器、圖片服務器以及應用服務器等主要系統設備，實現對所有建設路段車輛的動態與靜態相結合的監控管理。

綜上，如果給城市的所有道路出入口、分支路口、匝道口以及較長路段的中間路段建設車牌識別系統，即可實現對車輛的視頻鎖定跟蹤，只要在系統中輸入需要調查的車牌號碼，可檢索到該車在單位時間內通過所有道路的視頻圖像和抓拍圖片，為加強車輛管理、道路交通管理、交通肇事逃逸、刑偵追逃、套牌違法、超速違章、打擊犯罪等提供智能交通上的技術支持，保障道路通暢、人民出行安全，為和諧交通、和諧社會建設而服務。