基于視頻檢測的高清智能一體化交通電子警察系統

張 玫

（北京電子科技職業學院，北京 100176）

0 引言

隨著市場經濟的飛躍發展，必將造成道路交通的迅速發展。截至2021年9月，全國機動車保有量達3.90億輛左右，其中汽車2.97億輛。機動車給人類的日常生活出行提供了巨大的方便，但同時也造成了堵車、車禍等各種問題。目前，道路交通問題已經受到了人們的高度重視。所以，智能道路交通監測變得更加關鍵了，交通電子警察系統就是智能道路交通監測體系中關鍵的組成部分。

中共中央于2019年9月聯合國務院發布了《交通強國建設綱要》，這次頒發的剛要充分地說明了交通運輸工程在國家發展之路上的地位性以及重要性。其中重要的一點是《交通強國建設綱要》首次將智能交通系統（即ITS）發展過程中的主要內容與新一代基礎設施建設、智能化載運工具、人性化的服務系統等建設結合到一起。對新一代通信和信息技術的應用也進行了充分的考慮[1]。另外，國家公安機關與道路管理機關共同作為運輸交通安全的監督管理與實施的主體，共同擔負著對交通指揮、道路管理工作、對機械運輸汽車、司機和行人等的監督管理，保障道路交通秩序，維護交通運輸安全與通暢，保障社會治安管理工作等重要任務。通過視頻監測系統的高清智能一體化交通電子警察管理系統，能夠協助他們及時動態監測和精確錄入道路機動車輛和人員的信息，高效提高道路安保管理水平，嚴格打壓違規犯罪活動，從而為迅速精準偵辦高速公路交通肇事案件，提供了科學、合理的依據。

1 現狀與需求

智能交通運輸技術是當今交通運輸發展的熱點與前沿領域，是中國現代交通運輸業的主要標志。中國在這方面的發展開始于上世紀90年代中期，現已在開展綜合服務和設備大規模運用示范、水上安全監管信息化建設等方面獲得了很大發展。并且隨著中國交通部《2012-2020年智能交通發展戰略》的實施，我國對軌道交通等基礎設施、智能建設等的支持力度也將逐漸增強。城市智能交通市場需求也將隨之擴張，智能交通監控平臺市場大有發展[2]。智能交通監控的主流發展趨勢是聯網、高清化、智能和集成化。我國早期的交通電子警察系統中普遍采用的技術都是通過地感線圈監測機動車信號，在攝像機的前端實現音頻采集、車牌辨識，而此類技術方法不但成本高昂，且對系統的可維護性也較差。而采用了視頻檢測的高清視頻攝像機以及智能道路監測系統，則能夠減少線圈監測模式的系統實施時，不可避免的需要封道、破路進行施工安裝，以及因此造成的道路結構損傷、后期維修困難等問題，也同時降低了安裝維修的成本。

2 系統方案

系統的基本總體設計方法是：通過一個智能高清攝像頭對高速公路場景實施不中斷的即時錄像收集，對過往機動車實施即時抓拍，在抓拍汽車的時候調節閃爍燈與攝像頭最前端部的曝光參數設定，以保證抓拍出最高品質的場景照片，在攝像頭中對所收集的抓拍圖像經過實時處理解析，切割出機動車目標并對其實施追蹤，對機動車的犯罪實施既可以識別判斷，又可對違章車輛的號牌進行定位和辨識，并存儲了該車的違章的過程、違法的時刻、違章位置、違法行為屬于哪個種類、車牌號碼等信息。將監控數據經過交換機連接到了光纖收發器，通過光纖連接到了道路網內所有的光纖設備，并相應的在監控中心接通光纖收發器，再接通交換機，最后將數據連接到了監控中心上[3]。智能交通中車輛檢測示意圖見圖1。

圖1 智能交通系統中的車輛檢測

3 系統組成

高清電子警務管理系統主要由前端高清捕捉單元、無線數據傳輸管理系統、中央單元和中央數據平臺等幾部分構成，前端高清捕捉單元中包含了高清快速球機、控制主機、安裝桿、機箱、供電、避雷裝置等；無線數據傳輸體系包含通訊設備和無線運營商的接入層等；而中央數據處理系統則包含使用服務器設備、數據處理服務器、交換機、管理端口、管理終端、機架等，見圖2。

圖2 智能交通系統組成

3.1 前端設備

采用一體化快速球型攝像機作為道路監控系統前端設備，對違法停車等交通事件的智能化自動抓拍錄像采用目前最先進的、針對各通行車輛車體進行行為檢測的全景視頻檢測方式，并通過預設定需要檢測的違法行為進行自動的判別，減少了人工操作，便于管理和其工作的實時性；對不同的違法行為可以通過近景圖像和遠景及錄像的形式進行違法取證，以確保執法的嚴謹性；增強非現場執法依據的權威性。還可以通過增加主機并且升級控制軟件，大幅度提高系統捕獲率、圖片可用率等系統技術指標。

3.2 無線傳輸系統

數據傳輸管理系統是圖像信息和監視信號相互之間的傳送通道.通過本管理系統的數據傳輸線路前端入口裝置，與監視中心機房間遠程數據信息的傳送。

智能端口的管理裝置、一體化高清攝像頭、全景球機等通過前端交換機，光纖收發器成功的傳送到各區中央機房，并連接以太網。

遠程無線傳輸網絡系統，是指由設備前端接到監測管理中心的圖像、數據和監控信息的傳輸，以無線網絡來實現。路口過往車輛記錄、識別后，系統自動把相關信息通過網絡傳至中心平臺，方便中心進行相關數據檢索查詢。支持精確和模糊查詢功能。

在網絡堵塞或暫停服務的情形下，自動降級系統，將所有數據都保留到本機上獨立操作，在網絡修復后，將在本機上存儲的數據連續傳給后端數據中心，也就是說支持斷點續傳，也可以通過本地下載方式實現抓拍圖片的下載。

3.3 中心數據處理系統

中心數據處理系統硬件由數據服務器和應用服務器，交換機和用戶終端組成。軟件是交通資源管理軟件（數據庫和客戶端違章處理軟件），通過B/S結構模式能工作在用戶局域網，系統在信息傳送之前對其實行了加密處理，并能夠實現與公安部之間的數據交互，還能夠直接與交管局的機動車信息庫聯系，從而獲得與違章機動車有關信息，還能夠將不同的汽車抓拍系統中所抓拍的照片信息納入到本體制管理系統中，該軟件還能夠對闖紅燈、超車、逆行等違法行為做出記載與處罰，對各個常用系統圖表信息做出管理維護，包括違章位置、號牌類型、機動車種類等，還能夠自動過濾非法照片，確定圖像的有效期，去除誤拍的照片，并且能夠將所有資源照片都存入數據庫系統中，從而確保所有數據庫系統中的照片都為高效的清晰照片，從而方便管理和減少數據庫系統工作壓力。通過后臺管理工作，能夠對闖紅燈抓拍數據記錄以及照片的加載、清除、打印等功能，并且具備了權限設定功能，通過對登陸使用者實行權限設定，并劃分管理者與控制使用者，讓他們之間分工更加清楚[4]。

4 系統功能

4.1 闖紅燈及違章停車自動抓拍

4.1.1 系統功能

高清晰電子警察系列均采用工業級別的高清晰鏡頭抓拍與網絡一體化設備，對發生在路口的各種違法行為進行抓拍。

（1）我國最新行業標準《中華人民共和國公共安全行業標準GA36-2021》中規定的機動車號牌、武警汽車號牌以及軍隊汽車號牌等，所有違法停放的機動車進行自動監測和抓拍。

（2）每條違法證據由2張合成照片組成，每張合成照片包括違法車輛的近景（車牌照清晰）和全景照片，如果機動車能在一定的（規范規定的）時間內離開原有位置的，系統就會不再抓拍該機動車，并把之前抓拍到的該車輛的圖片自動刪除。系統抓拍圖中會有疊加路段名稱、違法時間等內容。

（3）系統能夠自動生成違法車輛違停的路段名稱、日期和時間（時間能夠精確到0.1s）等字符信息，并把這些信息疊加在違法照片上，還有防篡改功能。

（4）每個違停監測點可設置多個監控區域進行自動巡視，系統可自動監測禁停區域內的違法停車車輛，如果禁停區內有多輛違法停車車輛，系統則按順序抓拍車輛；監測時間可根據不同情況靈活設置。

4.1.2 系統特點

系統特點：①高清、高速，抗干擾能力強，抓拍效率高；②大范圍、多方向自動無間斷監測，工作效率高；③違停時間可根據實際情況靈活設置；④對同一輛違法車輛，不重復抓拍；⑤采用無線傳輸，免去布線麻煩，便于違法監測點的靈活移動；⑥有成熟的配套管理軟件，實現違法停車數據流程化精細管理；⑦系統從技術、設備、后臺管理模式完全實戰化，穩定可靠；⑧系統具備斷電恢復功能，而且系統可遠程診斷、遠程恢復；⑨系統支持手動/自動抓拍模式的切換。

4.2 卡口及測速功能

4.2.1 系統功能

高清晰的交通電子警察管理系統除了可以在紅燈階段對闖紅燈的違法情況予以錄入，還具有卡口控制功能，即可在非紅燈階段對正常通過的機動車予以逐一錄入，同時可以通過高清晰錄像鏡頭實現高清晰攝像，從而建立了市中心內最大密度的網格化管理卡口布局形式，以達到對市中心內嫌疑機動車的有效布控，而系統錄下的流量數據信息更能為城市中的交通運輸管理機關帶來最原創的流量管理數據信息，為日后政策法規的出臺與調整帶來了第一手的資源。系統可以完成抓拍闖紅燈、高壓線、不按機動車道駕駛、逆行、超車與違規停放等道路交通違法的功用，還可以具備卡口功能與機動車號牌自動識別功用；還可以通過互聯網實現數據傳輸，為后端實現錄像監控的功能；可實現車流量、平均速度等功用，并遠程對各車站實現各種功能調整和控制參數，對各站點數據實現保護。還可將所抓拍的圖片和數據信息，在市交警支隊指揮中心實現記錄、存貯及管理工作。

4.2.2 系統特點及應用

該系統為智能一體機，設備集視頻檢測與識別于一體，可應用在無人值守的路口、單行線、禁行、限時道路、限車型車道、主輔路進出口、緊急停車帶、公交專用道等。系統可實現視頻、線圈和雷達三種觸發模式，實現道路交通信息采集、違法車輛抓拍、速度測定等功能。

4.3 城市道路交通管控

4.3.1 主要功能

通過設置綜合交通車輛違章監控與超速布控管理系統，實現了對在高速公路監控范圍內行駛的機動車輛，進行現場監控、抓拍、警示、記錄，存儲機動車輛的信息內容與車流量等數據信息并實現集成高效的管控力量，為中國公安嚴厲打擊盜搶與走私等汽車犯罪行為、查緝交通肇事逃逸犯罪行為、分析高速公路交通狀況、強化運輸管理與管控力量提供了高效的技術支持[5]。此系統的建設還可全面增強我國大都市內治安交通運輸的高速公路監管力量，有效抑制機動車輛的非法犯罪活動。該系統工程的建立對于完善城市道路管制，合理規劃組織交通流，有效減少大中城市堵車，完善道路交通環境，增強城市交通力量，降低交通事故，增強路面交通運輸參與者的現代化路面交通運輸意識等方面有著非常重大的意義。

4.3.2 適用范圍

適用范圍有：①車牌尾號限行檢測；②車輛違法過程錄像（自動、手動）（應急車道、公交車道、自行車道、單行線、導流帶、壓實線，違法停車、違章掉頭等）；③臨時布控車輛檢測；④黑名單車輛檢測；⑤超速檢測；⑥突發事件現場圖像實時回傳；⑦突發事件現場照明、錄像；⑧車輛位置查詢。

4.3.3 技術指標

技術指標：①云臺：水平方向360°無限位旋轉，垂直方向轉動范圍-87～93°；②有效捕獲率：達到99%以上；③有效識別率：白天識別率達到96%以上，夜間識別率達到90%以上；④圖片記錄模式：2～5張可調；⑤錄像記錄模式：10～999秒可調；⑥測速精度：±1km/h；⑦車牌顏色：黑、白、藍、黃、綠；⑧牌照種類：民用車牌，警用車牌，軍用車牌，武警車牌等；⑨平均無故障時間：≥30000h。

5 結論

高清交通電子警察系統的應用對提高號牌識別正確率，改善圖像質量，解決駕駛員面部特征識別等問題都會有非常好的效果。

道路監控二合一系統除了可以視頻監控外還可以實現違法停車自動抓拍等其他功能，使整個市區形成網格化的監控形態，為改善交通秩序、打擊肇事逃逸及涉車違法犯罪活動做出重要貢獻，取得極其顯著的社會效益。