交通高清智能卡口系统设计方案

1 交通高清智能卡口系统设计方案 近年来，随着经济的快速发展，机动车持有量迅速增加， 交通管理现状和需求的矛盾进一步加剧， 与车辆相关的刑事和治安案件也逐年上升，特别是盗抢机动车辆案件。在此情况下，如何利用先进的科技手段 提高交通管理水平，抑制交通事故 ，打击、预防涉车案件，镇慑犯罪分子，提高社会治安管理水平是当前公安交通管理部门亟待解决的问题。 针对公安部门的需求以及我国的道路特点，杭州海康威视数技术股份有限公司开发出新一代的高清智能检测系统。系统利用先进的光电、计算机、图像处理、模式识别、远程数据访 问等技术，对监控路段的机动车道、非机动车道进行全天候实时监控并记录相关图像数据。前端处理系统对所拍摄的图像进行分析，从中自动获取车辆的通过时间、地点、行驶方向、号牌号码、号牌颜色、车身颜色等数据。并将获取到的信息通过计算机网络传输到卡口系统控制中心的数据库中进行数据存储、查询、比对等处理，当发现肇事逃逸、违规或可疑车辆时，系统会自动向拦截系统及相关人员发出告警信号。为交通违章查纠、交通事故逃逸、盗抢机动车辆等案件的及时侦破提供重要的信息和证据。系统采用高性能工业摄像机作为前端的信息采集设备，图像分辨率高达 1600 1200 像素，能够在一张照片上清晰的显示车辆的所有细节信息，并具有很高的车牌自动识别率。高清智能监测系统能及时准确地记录经过卡口的目标信息，不但可以随时掌握出入辖区的车辆流量状态，对超速等违章行为进行处罚，还可以准确记录相关数据信息，为公安刑侦提供重要的参考依据。该系统已在全国多个省份的卡口项目中成功应用，并获得了良好的效果！ 2 第 1部分 设计原则 本设计以行业标准作为设计依据，结合现场的具体情况，用最佳设计方案体现最高的性能价格比，是本方案设计的指导思想，也是本方案设计的基本出发点和追求的目标。本设计主要贯彻 “高质量”及“低价格”两条主线来进行设计的。 先进性： 在投资费用许可的情况下，系统采用当今先进的技术和设备，一方面能反映系统所具有的先进水平，另一方面又使系统具有强大的发展潜力，以便该系统在尽可能的时间内与社会发展相适应。 可靠性： 系统的可靠性是指系统抵御外界干扰的能力及受外界干扰时的恢复能力。鉴于本系统的应用性质，其运行可靠性应得到充分保证。 系统最重要的就是可靠性，系统一旦瘫痪的后果将是难以想象的，因此系统必须可靠地、能连续地运行，系统设计时在成本接受的条件下，从系统结构、设备选择、产品供应商的技术服务及 维修响应能力等各方面均应严格要求，使得故障发生的可能性尽可能少。即便是出现故障时，影响面也要尽可能小。 系统具有防盗、耐高温、抗寒、散热排风等基本功能，使用的各类电气接线端子、过载、漏电及断路保护装置、避雷装置等装置，均符合国家有关电气安全标准要求。系统具有因意外事件宕机后自动重启功能。 安全性： 对于一个系统来说，其内外部的安全性也非常重要，应具有密码、多级控制级别、撤设防级别；操作人权限可划分为系统设置、超级用户、值班员等，各种系统控制、报警时间应具有记录及共享功能。 网络环境下系统软硬件平台、信息传输加工和 数据存储共享等应把安全性放在首位，加强整个系统的安全防护体系建设，保障系统网络的安全可靠性，避免遭到恶意攻击和数据被非法提取、使用的现象出现。 可扩展性： 系统设计时应充分考虑今后的发展需要，系统应具有预备容量的扩充与升级换代的可能。 由于技术和需求在不断的发展，对系统功能和建设规模、建设质量的要求也将不断的增多。因此，在系统设计上，系统接口应具备良好的扩展性，当硬件设备升级时，增加的新设备应和原有的设备具有一致性接口，实现硬件设备升级系列化、模块化。系统应方便兼容更高分辨率的高清晰摄像机，且无需改动软件，仅通 过软件设置即可实现。 规范性： 由于本系统是一个严格的综合性系统，在系统的设计与施工过程中 3 应参考各方面的标准与规范，严格遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。一切应从实际出发，使智能系统具有较高的实用效能。这也是高清监控系统在当今之所以能迅速兴起并发展的关键所在。 易维护性： 系统应在设计时充分考虑其易维护性，以确保系统在使用过程中出现故障时能在最短时间内恢复运行。系统应具备设备日志记录、远程维护与管理、故障及时告警等功能，以方便日常维护。 4 第 2部分 设计依据 中华人民共和国道路交通安全法 中华人民共和国道 路交通安全法实施条例 公路车辆智能监测记录系统通用技术条件 497 公安交通指挥系统工程建设通用程序和要求（ 651 道路交通安全违法行为图像取证技术规范（ 832 公安部关于公安交通指挥中心建设与发展的若干意见 公安部公安计算机信息系统“九五”规划 公安部交通管理信息系统建设框架 公安部、建设部决定 2000 年在全国实施以提高城市交通管理水平为中心的“畅通工程”的要求 国家技术监督局测量、控制和试验室用电气设备的安全要求 国 家技术监督局信息技术设备的安全 中国电气装置安装工程施工及验收规范 5 第 3部分 系统整体描述 统性能指标 项 目 指 标 车 辆 捕 获 率 （ 5km/h 180km/h） 99 ，能准确捕获中线行驶车辆。 牌照识别率 白天车辆号牌识别率 9 8%，号牌识别准确率 9 5%； 夜间车辆号牌识别率 97% ，号牌识别准确率 95%； 车牌颜色：黑、白、蓝、黄、绿。 识别牌照种类 民用车牌（除 5 小车辆），警用车牌， 04 式新军用车牌，07 式武警车牌及 2002 式新车牌。 车身颜色识别准确率 深浅 分类准确率 80% ； 9 种常见颜色车辆的识别率 70% 。 可识别的车身颜色类别 深色、浅色区分； 识别 9 种常见车身颜色。 系统单次处理时间 800 测速误差 车速在 0km/h 100km/h 时，误差不超过 h0km/h； 车速在 100km/h 以上时，误差不超过 0%。 车型判别 2 种 (大、小型 )。 图像分辨率 16001200 图片格式及占用空间 24色，每张约 200 智能工业摄像机终端服务器车辆信息存储容量 大于 120 万 辆车信息。 系统接口 100太网。 供电电压 54V 264V， 4852 系统总功耗（双向四车道） 400W 环境温度 +60 环境湿度 在 +40 时， 95，无凝结 平均无故障连续运行时间10000h 6 统功能概述 系统功能描述表： 功能名称 功能描述 基本业务功能 目标图像捕捉 对经过卡口的所有目标的图像进行捕捉。 汽车号牌识别 从捕获的目标图像中识别出车辆的车牌号码。 车身颜色识别 从捕获的目标图像中 识别出车辆的车身颜色和颜色深浅。 断面车流量 对断面车流量进行统计。 断面车速 对断面车速进行检测。 时间占有率 通过对捕获的信息进行分析统计出时间占有率。 数据查询管理 对数据库中的数据进行实时和远程查询。 设备状态监测 对设备的运行状态进行监测管理 ,保证设备的正常运行。 设备防盗监测 对前端设备运行安全进行监测，以防被盗窃或人为损坏。 通讯状态监测 对系统运行中的通讯状态进行监测，保证数据的正常传输。 远程维护管理 通过 序 ,用户可以远程对应用软件进行在线维护。 事件日志记录 对应用软件运行中发生的各类事件和异常信息记录到日志中。 系统自动校时 前后端设备按照设定的周期自动校时，保证数据的一致性 扩展业务功能 车辆统一布控 对各种被盗抢车辆、交通肇事车辆等黑名单车辆进行联网布控。 车辆轨迹显示 可以为 统提供接口，通过图形化的方式显示车辆运行的路径。 跟车关联性分析 对相邻数据进行挖掘，获得破案线索 套牌车辆检测 对选定区域选定时间段内车牌信息进行重复比对 7 第 4部分 系统详细设计 统前端点位清单 针对用户方需求，本次建设的前端点位如下表所示 ： 端系统布局图 该系统共计建设 1 套卡口系统，采用视频触发模式。 视频触发布局图 统构成 统结构图 8 系统结构图 场布局示意图 现场布局侧视图 在本系统中 每台高清抓拍单元覆盖 1 个车道 ，保证视场范围的全覆盖。 9 件设备配置 每个车道配置 1 台智能高清摄像机作为抓拍摄像机，每台摄像机配置一台补光灯。 图像捕获、自动识别等功能都在摄像机内完成，摄像机通过交换机与终端服务器相连，将捕获的图片和识别结果发到终端服务器。 每个卡点配置一台终端服务器，负责从摄像机处接收数 据，并将数据通过网络传送到指挥中心，同时可保存数据在本地。 每个卡点配置一个落地机柜，放置上述的终端服务器以及交换机、光纤收发器等网络通讯设备。 信传输系统 通信传输系统的主要功能是：实现把采集到的车辆信息，包括车辆图片、经过的时间、车型、车辆牌照、车型、速度、行驶方向、是否超速违章等信息发送中心服务器同时也能够将中心的控制信号传输至前端。以太网光纤收发器配合单模光纤在前端系统与中心系统之间构建传输网络，可以通过路边的接线井进行布线，在没有接线井时，采用地下铺设管道或架空的方式。传输至卡口分中 心的图片及数据信息全部上传至监控专网，为各个子系统提供数据源。 心管理系统 后端的硬件构架主要是由应用服务器、 务器、数据服务器、磁盘阵列、客户端及本地网络设备等部分组成。 应用服务器： 接收来自前端数据采集部分的数据并对其数据进行处理，处理后的信息和图片保存到数据库服务器内保存。 务器： 响应用户远程请求，提供用户在线数据查询、在线数据统计、远程维护管理等远程服务功能。 数据服务器 ：提供数据库管理软件的安装平台，控制对数据库管理系统数据访问权限、为数据查询、统计及运算等数据操作提供内 存空间，并和其他数据库服务器共同承担因数据操作带来的工作压力，实现负荷均衡和性能上的优化。 磁盘阵列 ：将多个高性能大容量组织成阵列的方式，以某种优良的数据存储技术来存储海量数据，并对海量数据实现优化管理，以达到数据扩容的功能和提 10 供最优的数据服务性能。 客户端： 监控人员通过客户端对数据进行查询、整理、处罚等等操作。 统软件简介 时监控 当用户进行了布控设置后，每一条新加入数据库的车辆信息都要与布控信息进行比较，当车牌识别信息与系统布控车牌比对一致时，系统以声音（外接音箱）和信息高亮显示的方式来提 醒值班人员，并在报警界面上显示车牌号码、通行时间、车道位置、车辆大图和布控车辆图片对比、布控民警信息等报警信息，提示处理，同时报警信息保存到数据库中。 据查询 1、 车辆信息 1) “号牌号码”需要选择省名汉字和手工输入字符串，支持全部匹配和部分匹配。 2) “车身颜色”分为白色、灰银、黑色、红色、蓝色、黄色、绿色、棕色、粉色和无色等 10 种。 3) “车身颜色深浅”分深色和浅色。 4) “号牌颜色”分为蓝色、黄色、白色和黑色等 4 种。 2、 时间条件 一年内任一时间段内（按照年月日时分来分段选择）。可选择某一时间段，也可单选某一分钟 查询。可不选择日期（年月日），只选择某一时间段（时分）查询每一天的特定时间段的车辆信息，如：导出 3 月 20 日至 3 月 30 日的 0 时至5 时的车辆信息。 监测信息 1) “监测点名称”对应前端的终端服务器。 2) “车道名称”对应前端的摄像机。本系统最大支持 50 个车道。 3) “监测方向”包括上行、下行。 3、 布控信息 1) “报警类型”包括数据库中定义的各种布控事件类型。 2) “布控单位”显示布控单位列表。 3) “处理单位”显示报警信息处理单位列表。 11 车关联性分析 针对刑侦时犯罪团伙车辆经常结队出来活动的特点，对犯罪嫌疑车辆进行信息查询时 ，分析其相邻车辆号牌，挖掘出有关联的车辆，为破案提供线索。 牌分析 选择几个 监测 点，对选定时间段内的过车信息进行比对，若检索出相同的车辆信息，则通过 表格显示 ，提请人工确认后写入布控车辆数据表内。 典管理 维护系统所需要的数据字典。要求用户可以方便的对诸如车身颜色、号牌类型、号牌颜色、监测方向等交通参数进行定义。根据数据字典类型和字典的值进行新增、修改、删除，查询等操作。 警管理 对不同的报警类型设置个性化的报警声音，可以更快的响应报警事件。 备管理 设备状态查 询使得用户可以方便查看所有设备（终端服务器和摄像机）的状态，系统提供清晰明了的界面显示方式显示设备的连接状态。 设备维护包括前端摄像机和终端服务器的增删改等维护操作，通过封装的通讯动态库和前端设备通讯。 动布控管理 布控设置是指用户通过 界面对数据库中相关表项进行设置。软件提供布控输入的操作界面，布控数据可以通过客户端直接添加到服务器数据库，用户可以对布控库进行修改、删除、增加和模糊查询，其中可以单一手动布控和批量导入（ 并且可以和其他相关系统的数据库中的布控信息表定期更 新同增减，保持信息的一致性。 量布控管理 由于逐条布控比较繁琐，如果需要布控的数据平时有记录的 档，可以将规定格式的 控信息文件导入到数据库中的布控信息表中，可以大大节约时间提高效率。 户管理 根据角色，增加用户。选择一个角色，增加一个相对于这个角色的用户，可 12 以进行新增，修改，删除操作。 色管理 维护角色信息，赋予角色不同的功能。对角色进行新增，修改，删除操作。 息导出 系统数据存储时间有限，有时候业务需要的数据可以先导出，然后慢慢分 析。分为车辆数据导出和车辆图片导出两部分。 车辆数据导出根据选择的导出条件，将数据库中相关信息导出，保存为件。 车辆图片导出根据选择的导出条件，将车辆图片导出到存储设备中。 统功能 辆捕获功能 系统能对所有经过车辆进行捕获，除了能够捕获在车道上正常行驶的车辆外，还具备捕获跨线行驶车辆的功能，并且具有自动选择有效图片（有汽车牌照）、删除垃圾图片的功能。在正常车速 (5km/h 180km/h)范围内的监控区域内规范行驶的车辆图像捕获准确率达 99%以上。系统采用地感线圈检测车辆和测速。 辆测速功能 系统在进行抓拍的同时测定车辆的行驶速度。当机动车速度小于 100km/路实测误差应不超过 h； 当机动车速度大于或等于 100km/路实测误差应不超过 0%。系统具备分车型分别设置标志限速和执法限速值的功能。 辆特征高清晰拍照功能 在车辆通过时，智能工业摄像机能准确拍摄包含车辆全貌的图像，并将图像和车辆通行信息传输给智能工业摄像机终端服务器，并可选择在图像中叠加车辆通行信息（如时间、地点、车速、方向等）。 在环境无雾包括雨雪天情况下，对 监控区域内的规范行驶的车辆图像包含车辆牌照等特征，能够看清楚车辆牌照和车辆全貌，图像能分辨车辆类型、车身颜色和所载货物。 每辆车生成一张图片，系统可实时将数据上传至用户应用服务器， 按每部车 13 辆至少存贮特征图像和全景图像各一张计算，其磁盘应具备不少于 120 万辆车的图像存贮能力。 当超出该车辆数时，自动对最前面的数据依次进行循环覆盖，图像格式为 16001200 像素的 4式。 系统采用 海康威视 专用的智能工业摄像机，分辨率高达 200 万像素，同时具备智能成像和控制补光功能，能够在各种复杂环境（如雨雾、 强逆光、弱光照、强光照等）下和夜间拍摄出清晰的图片。 辆牌照自动识别功能 系统可自动对车辆牌照进行识别，包括车牌号码、车牌颜色的识别。 1. 车牌号码自动识别 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 : 阿拉伯数字 “0 9” 十个 英文字母 “A Z” 二十六个 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； 04 式军用车牌汉字 军、空、海、北、沈、兰、济、南、广、成 号牌分类用汉字 警、学、使、领、试、境 07 式武警车牌字符 式的字母数字 在环境无雾、车牌挂放规范、无污损且不含五小车辆情况下，系统白天车牌识别率应不小于 98%，号牌识别准确率不小于 95%；晚上车牌识别率不小于97%，号牌识别准确率不小于 95%。 2. 车牌颜色自动识别 系统能识别黑、白、蓝、黄四种车牌颜色。 身颜色自动识别功能 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，灰 (银 )，黄、粉、红、绿、蓝、棕、黑 。 14 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。 辆型号判别功能 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。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，我们就利用图像分析技术来辅助区 分车辆的类型。 景数字录像功能 系统采用高分辨率网络数字摄像机提供高清晰全景录像，用于监控全方向车辆状况。 录及图像存储功能 系统自动抓拍车辆图像，并记录车辆通过的信息，包括时间、地点、号牌、车型、前排司乘人员面部特征等，图像以 式实时存储在智能工业摄像机终端服务器中。系统可存储不小于 120 万辆车的记录及图像信息。 据自动上传和历史数据下载功能 智能工业摄像机终端服务器除自动实时存储车辆通行记录和图像外，同时可根据用户对数据上传的设置将用户需要的车辆通行数据（包括 记录和图像）通过P 网络协议自动上传至用户应用服务器。 智能工业摄像机终端服务器能提供可根据用户设置将车辆通行信息自动上传，例如可上传违章超速车辆的信息和图片，而非违章车辆仅上传基本信息，非违章车辆的图片保存于智能工业摄像机终端服务器中。 智能工业摄像机终端服务器提供对历史车辆通行数据进行下载的接口，用户应用服务器可以通过该接口实现对智能工业摄像机终端服务器中数据的下载。 式数据查询浏览功能 智能工业摄像机终端服务器具有通过 式对存储的历史数据进行查询浏览的功能，用户可通 过 式查询浏览车辆历史数据，同时可查询每个车道的车流量情况。 端设备管理维护功能 智能工业摄像机终端服务器预留时间校正接口、参数的设置接口和运行情况的诊断和检测、恢复接口，同时负责管理所有与之联系的智能工业摄像机。 15 所有设置均可通过 式进行，也可通过后端用户应用服务器上安装的专用工具软件进行。 用户应用服务器可通过智能工业摄像机终端服务器实时查看前端设备的运行状态。前端设备在检测到系统故障时，进行自动恢复，同时实时报告给用户应用服务器，便于快速恢复。 程自动更新功能 系统可通过智能工业摄像机终端服务器对所有与之联系的智能工业摄像机的软件进行远程自动更新；系统也可对智能工业摄像机终端服务器自身的软件进行远程更新，便于系统软件的升级和维护。 统特点 全嵌入式处理系统 本系统使用了 海康威视 最新研发的完全嵌入式处理系统，包括智能工业摄像机和智能工业摄像机终端服务器。每个车道配置一台 200 万像素智能工业摄像机，负责车辆图片捕获、牌照和车身颜色的自动识别等工作，并将处理结果通过以太网发送给智能工业摄像机终端服务器。 智能工业摄像机终端服务器采用嵌入式 用系统 ，负责车辆通行信息的接收存储和上传，同时用户可通过智能工业摄像机终端服务器查看管理所有前端设备，每台智能工业摄像机终端服务器可以同时连接多达 10 台智能工业摄像机，极大的提高了系统处理性能。同时，完全嵌入式系统设计的使用也使得系统的结构大大简化。 辆数据全天候存储 本系统采用一台智能工业摄像机终端服务器连接多台智能工业摄像机的配置方案，终端服务器可对智能工业摄像机的数据进行接收存储和上传，同时可对所有前端设备进行管理维护。终端服务器可以放置在室外抱杆机柜内，也可放置在室内。 因此，与其他高清系统相 比，本系统有多种优势： 系统在与用户应用服务器网络联接不畅的情况下，智能工业摄像机终端服务器可以暂存车辆通行数据，这样保证了所有车辆通行信息不会因为 16 网络状况不好而丢失。 系统采用 4 个独立网口的终端服务器，前端设备和后端设备可以分别处于不同的网络中，提高了系统可用的网络带宽，增强了数据的安全可靠性。 本系统设计方案使得采用集中封闭管理和配置成为可能，使前端设备的数量和复杂性大大降低，易于安装，结构简洁，减少了用户的施工和维护成本。 于 P 的 前 后 端独立网络 架 构 本系统终端服务器与智能工业摄像 机之间、终端服务器与用户应用服务器之间的数据通讯均采用 P 协议，且采用两个独立的网络结构，即终端服务器与智能工业摄像机之间的网络和终端服务器与用户应用服务器之间的网络相互独立。 系统的通讯数据在发送前进行了数据的加密打包，这样系统在保证易于扩展性的同时，也确保了数据的安全性。 能工业摄像机实现高捕获率 采用高清智能工业摄像机的系统摄像机视场布置方式 在本系统中每 一 个车道需要采用 1 台 200 万像素的高清智能工业摄像机即可覆盖整个车道，保证视场范围的全覆盖。 特的车身颜色识别 本系统可自动对车身颜色的深浅和 9 种常见车身颜色进行识别，为公安稽查和刑侦案件侦破提供了科技新手段。 牌照识别率 系统采用的牌照识别技术在大量的实际工程应用中识别率一直处于国内领先水平，系统保证了全天候成像清晰度，为车辆牌照的高识别率提供了前提条件。 系统采用的牌照识别技术广泛应用于治安卡口、高速公路收费站、海关卡口、 17 智能停车场出入口等领域，具有大量的工程实践经验，牌照识别可靠性、稳定性和一致性高，为系统的自动稽查布控提供了强有力的保障。 系统采用的牌照识别技术具有完全自主知识产权，同时采用模 块化开发技术，可以针对用户需求快速进行针对不同牌照类型的识别软件定制开发。 18 第 5部分 主要设备介绍 口抓拍单元 号 项 目 性能规格 1 传感器类型 1/行扫描 有效像素 1600(水平） 1200 （垂直） 3 镜头接口 C/CS 快门 1/25 秒 至 1/30,000 秒 5 最低照度 30 自动光圈 动 7 自动增益 自动 /手动 8 白平衡 自动 /手动 9 视频参数 饱和度，亮度，对比 度，色调通过客户端或者 10 视频压缩标准 1 压缩输出码率 32 K 4M，自定义（上限 16M，单位： 12 图片 格式 3 最大图像尺寸 16001200 14 帧率 25 帧 (1600*1200) 15 持 ,更方便用户调节参数 16 本地存储功能 支持 7 心跳机制 支持 18 密码保护 支持 19 抓图 支持 图功能，补光灯同步，支持：视频触发、外部 I/O 触发、网络触发、 发 20 闪光灯同步 3