智能高清电子警察系统的设计与应用

前言

近年，随着计算机技术、嵌入式技术、智能分析技术的飞速发展，新一代基于纯高清CCD摄像机+高清视频流触发的电子警察系统发展十分迅速。本文将结合当前电子警察的发展趋势，对智能高清电子警察系统的整体架构和原理，对高清化、数字化、网络化系统的优势进行阐述；并对智能抓拍技术和智能检测技术的设计和高清电子警察系统的应用进行分析。希望通过本文的研究，能对未来电子警察系统的发展提供一些有益的参考。

高清电子警察系统的总体设计

本高清电子警察系统的总体框架图1。

图1：系统总体框架图

从图1可以看出，高清电子警察系统总体结构包括三部分：前端路口单元、传输通道和后台处理系统。前端通过控制主机检测红绿灯信号和线圈（视频）触发信号，由高清智能像机连续抓拍车辆闯红灯违章的3张图片，存储到前端存储单元或经光纤网络回传到后端交警指挥中心，再通过后台处理系统对图片进行处理。

前端路口单元

前端路口单元主要由高清摄像机、智能补光灯、全景摄像机、红绿灯信号转换器、车检器、嵌入式控制主机组成。路口每方向配置一台500万像数的智能高清数字摄像机和一只智能频闪补光灯，可抓拍同方向4个车道的闯红灯车辆；每方向还配备一台全景摄像机，通过光端机将模拟视频信号转换成数字信号后经光纤传输到后端DVR存储。每个路口安装一个机箱，内装有嵌入式控制主机、红绿灯信号转换器、车检器、8口网络交换机、光纤收发器。控制主机由主控模块、存储控制模块、通信模块、电源模块及软件系统组成。存储控制模块必须与主控模块配合使用，由主控模块对硬盘存储控制模块进行存储控制操作。通信模块主要连接车检器、红绿灯信号转换板和主控模块，将车检器信号、红绿灯信号传输给主控模块。车检器采用多通道插卡式检测器，每卡连接2车道的4个线圈。

传输通道

传输通道使用光纤收发器进行数据传输，将前端设备生成的数据通过光纤网络回传至交警指挥中心的后台处理系统。

后台处理系统

后台处理系统硬件主要由数据库服务器、磁盘阵列、B/S服务器、光端机、交换机、DVR等组成。

后台处理系统软件主要实现以下功能：违法业务处理（违法图片的筛选、校验及录入和交通违法处罚等）、综合查询、统计分析、违法数据录入管理、违法信息发布等功能。

连续高清照片记录方式的设计

连续抓拍模式的设计思路

非连续拍照的劣势

非连续拍照示意图（图略）

按照公安部《闯红灯自动记录系统通用技术条件》GA-T_496-2009的要求：

闯红灯第一个位置是机动车车身未越过停止线；第二个位置是整个机动车车身已经越过停止线；第三个位置是整个机动车车身已经越过停止线并且在相应红灯相位继续行驶。并且至少有一个位置能清晰辨别车牌号码。

而非连续拍照方式是通过在后端DVR录象回放时，按抓图按扭来实现手工的过程一、过程二和过程三的图片。由于这三章图片均不能清晰辨别车牌号码，所以还必须用高清数码相机抓拍一张特写照片，才可清晰看清楚车牌号码。通过将3张过程图片和1张数码图片人工合成到一张照片上，才能开出罚单，有效执法。

图片合成示意图（图略）

采用3张模拟视频图象+1张数码相机拍的数码图片的主要劣势表现在：

（1）3张模拟视频图片需要后台人工进行操作才能产生，不能够自动生成，增加了工作人员的工作量。

（2）夜间光线效果差的情况下，全景摄像机拍出来的3张闯红灯过程的模拟图片，颜色失真，与用数码像机拍出来的数码图片颜色差别非常大。（因数码像机晚上拍的时候是带闪光的）。作为违章处罚图片时，容易产生纠纷。

（3）由于数码像机是一个车道配置一台，而它的聚焦区域在一个车道上，所以就会出现当违章车辆跨2个车道中间行驶时，拍出来的的特写照片显示的车牌往往不全，只能看到一部份。这样既不便于车牌识别，也不能作为处罚的证据图片。

（4）容易漏拍。

图片合成示意图（图略）

连续的好处

连续抓拍的示意图如图3-3（图略）

有以下几个好处：

（1）违章过程一目了然，可避免执法时产生纠纷。

（2）每一张图片都能抓拍到行车方向一个断面上的4条车道的违章车辆的车牌号，使车辆跨道行驶也能拍出整个车牌。

（3）不需要后台人工合成抓图和合成图片，节省人力成本，提高效率。

（4）可避免对闯红灯行为的漏拍。

使用高清摄像机连续拍照的示意图（图略）

连续抓拍示意图（图略）

智能检测方式

地感线圈+视频冗余检测技术的设计思路

本智能高清电警系统，采用了地感线圈触发为主，视频触发为辅的智能触发记录方式。对于本系统，我们采取了地感+视频的冗余检测机制，正常情况下，系统采用地感线圈进行车辆检测，当系统检测到感应线圈出现故障时，将自动切换到视频检测以继续系统的正常监控；而当地感线圈恢复正常，系统将自动切换回到地感线圈检测方式以完成车辆检测。

冗余检测设计框图（图略）

智能冗余检测方式的优势

采用地感线圈检测为主+视频检测为辅的智能备份检测方式，主要是基于地感线圈检测和视频检测这两种检测方式各自的一些缺点，而加以改进设计的。

地感线圈检测的一些缺点是：

（1）安装不方便：安装时需要破开路面，切割线圈，影响了交通，施工成本也增加了。

（2）维护不便捷：由于地感线圈埋在地下，大货车超载情况严重，经常容易压坏线圈。而一旦线圈坏了后，维修很不方便，必须要重新破路切割线圈。而重新切割线圈，必须要对道路进行围闭，要破路。维修时间一般较长。既影响了交通又影响了用户的使用。

视频检测的缺点：

（1）车辆闯红灯的捕获率较低，往往达不到90%的要求；

（2）运算量更大；

（3）夜间对补光要求更高，若光线达不到要求，则检测的可靠性更低。

所以我们在设计的时候，采用了地感线圈检测为主，视频检测方式为辅的冗余检测方式。当地感线圈正常的情况下采用地感触发，当地感线圈出现故障时，自动切换到视频触发的方式。而当地感线圈维修好后又重新切回到地感触发的模式。这种设计方式的优势在：

（1）系统的高可用性

由于采用冗余检测方案，这样可保证即使在线圈出现故障的情况下，系统仍能采用视频检测的方式继续工作。从而可保证系统的高利用率。

（2）闯红灯抓拍率高

由于采用的检测方式以地感线圈检测方式主，而地感线圈的检测精度非常高，不会出现闯红灯车辆漏拍的情况。

高清电子警察系统的应用实现

项目情况介绍

本文研究设计的智能高清电子警察系统，在广州市花都区二期电子警察系统的应用中得到了很好的实现。花都二期的电警系统的建设目标是，在一期电警的基础上新增10主要路口共35个方向109个车道，对闯红灯和逆行的违章车辆进行监控拍照，并自动把违章车辆的照片记录下来，为处罚违章车辆提供充足的证据。同时提供闯红灯违章车辆闯红灯前后5秒的违章录象及由全景摄像机拍摄的35天的连续循环录象查询功能。

系统的应用情况

在花都二期高清电子警察系统的建设过程中，本人作为项目组团队成员之一，先是参与了项目前期的方案设计，在后期实施阶段参与了前端设备的安装督导及后端软件的调试工作。整个项目从2010年12月份开始，由于是和卡口系统改造扩建一起施工的，所以项目工期稍长了一些。本项目经过半年时间的实施，于2011年5月底完工，完工后用户和监理公司人员一起对系统的各项功能及性能指标进行了检测，均达到和超过了设计的要求，顺利通过了用户验收。

结束语

电子警察系统随着近二十年来的建设和发展，功能已越来越强大，技术也越来越成熟。本课题研究设计的智能高清电子警察系统，其技术和功能在花都二期高清电子警察系统的实施过程中得到了很好的实现和检验。系统功能已全部实现。

电子警察系统未来的发展趋势将是由纯高清CCD摄像机+ 高清视频流触发组成的新一代系统，该系统既要有闯红灯、逆行、实线变道、超速等违章抓拍传统电子警察的功能，还要有能实现车牌智能识别、车流量统计、城市出入口布防联动报警等卡口系统的功能。

作者单位：广州金鹏集团有限公司

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