车辆智能监测记录系统技术方案.doc

车辆智能监测记录系统技术方案车辆智能监测记录系统技术方案目录1.1概述31.1.1建设意义31.1.2项目需求分析31.1.3系统目标31.1.4设计原则31.1.5设计依据81.2系统功能及性能指标91.2.1系统功能91.2.2性能指标151.3系统特点161.3.1独立嵌入式模块化系统架构161.3.2相当宽的视场范围带来极高的车辆捕获率171.3.3高清晰度图像分辨率可达140万像素181.3.4高清的图像带来高牌照识别率201.3.5清晰的司乘人员面部图像251.3.6设备自动检测报警271.3.7施工布线简单明了271.4系统结构271.4.1系统拓扑图281.4.2系统设备布局示意图281.4.3现场设备信号连接图301.5工作原理301.6各子系统构造321.6.1车辆检测子系统321.6.2车速测量子系统331.6.3高清图像采集331.6.4曝光控制和辅助光控制381.6.5控制主机391.6.6车辆信息管理系统401.6.7配电及安全系统401.6.8数据传输411.6.9系统远程控制和维护411.6.10中心平台软件421.7技术实现要点分析471.7.1高清晰CCD工业摄像机471.7.2较高的车辆捕获率491.7.3前排司乘人员的面部表现491.7.4准确的车辆定位501.7.5精确的曝光控制501.7.6精准的闪光同步501.7.7车牌识别率的提高511.7.8极少的传输带宽占用511.8 主要设备选型及规格参数521.8.1高清晰工业摄像机521.8.2高清晰镜头531.8.3摄像机防护罩551.1概述1.1.1建设意义近年来，随着社会经济的快速发展，机动车数量的迅速增长，公路运输变得越来越繁忙。交通管理现状和需求的矛盾进一步加剧，与交通相关的刑事和治安案件也逐年上升，特别是违章超速行为较为严重。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、尤其是超速事故的发生，是公安交通管理部门亟待解决的问题。1.1.2项目需求分析我们通过长时间的研究以及仔细分析项目的需求，结合车辆智能监控系统的发展趋势和我们在工程施工中的实践经验，认为，采用高清晰工业摄像机做为图像采集的主要设备以提高图像的分辨率，采用独立摄像机图像采集方式减少传输瓶颈，采用网络图像传输方式减少工程布线难度和工程成本等各种技术手段，不仅可以完全满足本项目招标文件的要求，而且在性能上、功能上均有广泛的提升。1.1.3系统目标全程智能监控系统建设依据道路交通安全管理和公安工作实际需求，以掌握动态道路交通情况，提高惩处超速等严重交通违法行为、追缉交通肇事逃逸、打击盗抢机动车犯罪的能力为目标，将公路沿线监控设施获取的信息集成到已建成的综合性智能交通管理平台，将所有的监控数据纳入统一管理，实现系统的计算机网络化处理、信息共享和综合利用。1.1.4设计原则全面遵循公安部关于“全国公路机动车辆监控信息综合应用系统（查缉布控平台）”的建设指南要求，按照统一标准的道路监控信息数据、非现场违法处罚信息数据的标准和规范，接入到统一的智能交通监控系统管理平台进行统一管理，统一发布，保障信息的共享和综合利用。同时考虑到公安交警部门工作的特殊性，以及治安卡口自身的特点，我们在本系统设计过程中还将严格遵循以下原则：1.1.4.1标准性公路车辆智能检测记录系统是本系统方案的重点，设计中严格按照公安部颁标准公路车辆智能监测记录系统通用技术条件（GA/T 497-2004）规定的技术要求进行设计，不仅各方面都满足部颁标准的技术要求，而且，由于采用高清摄像技术，在系统的整体功能和性能上又有了相当大的扩展，对车辆智能监测记录系统技术实现有革命性的飞跃。 1.1.4.2经济性在整个系统的方案设计过程中，我们始终坚持性能价格比最优的原则。在实用性、先进性和充分满足系统功能要求的基础上，采用成熟先进的系统和技术，尽可能降低用户的投资。我们在设计此方案时从根本上考虑了设备的可靠与稳定，减少用户的维护费用，延长设备的使用寿命。开放的系统也给用户带来许多扩展功能，减少重复的投资。在应用软件的维护方面，对于一般技术问题的维护可以采用远程密码登录方式进行维护，对于简单的软件升级，也可以通过应用程序下载实现。我们将最大限度地提高系统的可操作性，设计良好的操作界面。甚至可以根据用户的特殊要求，设计出具有个性化的操作界面，使数据处理工作简单、方便、快捷且界面友好。业务流程清晰，符合交通管理业务的处理习惯。系统的数据备份自动完成，数据恢复操作方便、安全。1.1.4.3可扩展性由于用户的需求会不断的发展，对系统功能的要求和系统建设的要求也会不断的增多，因此，在系统设计上，我们前瞻性的采用先进的高清摄像技术，不仅能完全满足用户现阶段的要求，同时，其强大的应用潜力也为用户未来对卡口的功能要求提供了接口，使用户将来几乎不需做任何改动就能扩展出更多的功能，如对司乘人员人脸的自动识别、对车辆车标的自动识别、对路面交通事件的及时响应、全程平均车速的测量、全程交通透导等等。1.1.4.4兼容性由于我们系统设计严格遵循国家标准的要求，所有数据格式和接口都是按标准设计上，即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。另外，系统的软硬件均采用模块化设计，模块间的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。 1.1.4.5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，其运行可靠性必须得到绝对的保证，否则将造成巨大的物质损失和极坏的社会影响。另外，由于该系统部分设备在公路野外，环境条件恶劣，如果没有可靠性的保证，将直接影响到系统的使用价值。所以我们在方案设计和产品选型上充分考虑了这一点。在产品选型上，选用一些可靠性、稳定性强，能够适应野外恶劣环境工作的产品，同时采取有效的防雷、接地、稳压等措施。系统选用的工控机、摄像机、镜头等关键设备都采用国内外著名企业的产品，室外机柜也是特别设计的，具有防盗、耐高温、抗寒、排风等特点，使用的电气接线端子、过载、漏电及断路保护装置、避雷装置、熔断器等装置均符合国家有关电气安全标准要求。这些方面的考虑从硬件环境上为本系统的正常运行提供了重要保证。在软件设计上采用了子系统化设计思想，提高软件运行的稳定性，并具有意外事件自动重启功能。鉴于本系统的是建立在计算机技术上，其可靠性的保证应包括系统的安全性，特别在计算机系统安全性受到极大挑战的今天。因此，我们在选取系统软件平台、采取系统安全防护措施、日志管理和设置系统管理权限等方面将做出全面的解决方案。1.1.4.6开放性我们在系统设计上，必须符合有关国际通用标准、协议或规范，国家与部颁标准及规定的要求；要从技术和管理体制上保障信息共享和综合利用，要求系统的操作平台、通讯接口与协议等开放的（标准或公开的），可实现互联互通并支持二次开发或功能调整，与指挥中心的系统互联。并且公开本系统的通讯协议和数据结构，确保与指挥中心的无缝连接。1.1.4.7先进性我们在进行本系统方案的设计时，是本着先进性与适用性相结合的原则的。即在系统总体方案设计时思路超前，在总体规划时采用先进技术。关键设备采用国外及国内的先进设备，以确保满足以后不断发展的需要。考虑到系统的发展和推广价值，它在任何一个细节上的先进性，都将在我们的设计过程中体现，因为它将直接影响到系统的生存寿命。例如，在系统中我们开创性地采用了高清晰工业摄像机、曝光自动控制技术，智能补光技术等，以充分体现智能交通的前沿科技；识别软件采用了国内最先进的神经网络（NN）、人工智能（AI）、模糊逻辑控制等高新科技，能够识别符合“GA36-92”（92式牌照）和02式新牌照标准的民用车牌照和新军车、07式新警车等特殊牌照的汉字、字母、数字、颜色等信息。1.1.4.8易维护性本系统在设计时充分考虑了系统的易维护性，确保系统在使用中出现故障时在最短的时间内恢复运行。各关键设备具备有自动记录运行日志功能，设备的主要运行活动都记录在日志中。系统可以自动分析运行日志，以了解系统的运行状况，为系统维护提供依据。所有硬件均为嵌入式模块化结构，模块设计集成度高，功能强，接口简单，不仅施工容易，维护也方便。控制主机采用硬件看门狗、设备状态监测预报告、远程维护三种措施相结合的方法保证系统的正常运行。做到故障及时告警、系统能够自动恢复、远程维护与管理。系统的运行参数和应用软件可以在管理中心修改和更新。这样，尽量减少了人工干预，实现了快速故障和网络化的维护与管理，保证了系统的易维护性。1.1.4.9实用性在工程设计和实现的过程中，将使用单位的实际需求放在首位，同时考虑系统的先进性和稳定性，选择先进性、实用性强的系列产品，子系统化结构设计，既可满足当前的需要又可为今后系统发展扩展留有较强的余地。系统将具有良好的互联、及升级能力，遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准，遵循开放的原则。提供相关系统设备的技术标准、术语，以及详细的技术资料和操作文档。系统网络结构便于扩充，以适应今后的建设和发展。硬件平台可升级，当需要时可以通过新的计算机设备同原有计算机设备一起工作以提高系统的处理能力，从而保护原有投资。作为公安部门打击犯罪的技术手段和工具，该系统投入使用后的实用业绩将是衡量系统是否成功的首要标准。另外，系统设计必须尽可能满足用户的使用要求，针对不同的操作使用对象设计用户程序，方便操作人员和管理人员的工作；尽可能地尊重用户单位现有的管理模式和经验，使用户的实际运行惯例得以继承，方便使用；新系统要尽可能利用现有的信息资源，并与之形成一个有机整体，减少使用者的工作强度，减少系统的成本。 1.1.4.10易用性系统设计中充分体现智能化、自动化的要求，所有系统功能均不需要人为干预，包括车辆图像抓拍、牌照自动识别、车辆测速、交通信息采集、实时上传、车辆报警、故障报警等完全自动完成。1.1.4.11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。1.1.4.12可行性系统设计、选材、选型符合国家和地方政府的法规政策，与用户及上级管理部门的管理制度相适应，与用户在经济能力方面的实际情况相吻合。1.1.4.13安全性系统具有防病毒，防误操作特性，具有口令保护调试功能，安装有防火墙，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。1.1.5设计依据公路车辆智能监测记录系统通用技术条件GA/T497-2004公安交通指挥系统工程建设通用程序和要求GA/T651-2006公安交通管理外场设备基础施工通用要求GA/T652-2006城市公安指挥中心技术系统设备配置建议GA099-1996； 公安移动通讯网警用自动级规范GA176-1998；民用闭路电视监控系统工程技术规范GB50198-84；安全防范工程费用概预算编制方法GA/T70-1994；计算机软件开发规范（GB856688）电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范（GB5016892）电业安全工业规程（DL40891）建筑物防雷投计规范GB50057-94计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范GA26720安全防范系统验收规则GA308-2001电气装置安装工程施工及验收规范GBJ2329092工业计算机监控系统抗干扰技术规范CECS81-96工业计算机监控系统抗干扰技术规范CECS81-96工业与民用电力装置的接地设计规范GBJ65-831.2系统功能及性能指标1.2.1系统功能1.2.1.1车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，由于采用嵌入式高清摄像系统，拍摄下来的特写照片分辨率可达1360*1024像素，可以在拍摄点处水平方向覆盖480CM的视场，把跨车道线行驶的车辆也包含在捕获范围内，完全改变了过去卡口系统中为了车牌识别而多增加一台辅助像机来抓拍跨车道行驶车辆的架构。在正常车速(5km/h140km/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，其中车辆通行数据库符合公安部部标GA/T497-2004公路车辆智能监测系统通用技术标准中的数据库标准。由于我们采用高清摄像系统，拍摄下来的车辆的图片分辨率可达1360*1024像素（140万），图像质量相当清晰，不仅可以清晰的分辨车辆的牌照，车牌像素比以往的高一倍，而且可以清晰地看清司乘人员的面部特征；夜间由于采用了多种曝光技术和补光技术，车辆的大灯强光被有效地抑制住，完全不影响车牌的自动识别。如图所示我们采用高清摄像机所拍摄下来的车辆图像。白天图像晚上图像1.2.1.2车辆测速功能系统在进行拍照的同时，能准确地测量车辆的行驶速度，对于超速车辆，其抓拍捕获的记录的有效率超过90%。抓拍车速超过160km/h，在4080km/h的测速范围内，测出的速度值与实际速度值的误差在6%之内；在120km/h以上测速值时，测出的速度值与实际速度值的误差在10%之内。同时系统具备分地点、分车型设置限速值的功能，并且可以远程设置，不需要工作人员在卡点设置。系统在一个车道上安装有三个地感线圈检测车辆，当车辆先后经过这三个地感线圈时，使用我们公司自主开发的嵌入式结构硬件测量装置就可以测量出通行车辆的行驶速度和车辆长度。该硬件主要由一个嵌入式单片机组成，专门用于测量车辆的速度和车辆长度，与其他部分无关，因此，有利于提高测量数据的精度。测量的数据直接传输到高清摄像机里，与图像数据编码后通过网络传输给系统主控机处理。1.2.1.3车辆拍照及数据存储功能在车辆通过时，系统能准确拍摄车辆前部特写图像一张,并将图像存储到磁盘相应目录下,车辆通过的信息写入相关数据库,并在特写图像中标明车辆通行数据,如时间、地点、车速、方向等。由于采用嵌入式高清摄像系统，特写图像的分辨率可达1360*1024像素，在保证车牌在图像中水平方向大小为150个像素的情况下，高清摄像机在抓拍点的视场范围大约为450CM*340CM，不仅很好包含整个车道（车道标准宽度是375CM），而且可清楚地看清司乘人员的面部特征，这对以前传统采用普通监控摄像机作为采集图像设备的卡口系统来讲是一个本质上的技术飞跃。在环境无雾包括雨雪天情况下,对监控区域内的行驶的特写车辆图像包含车辆牌照、车头全部、司乘人员、车标等头部所有特征，均能够清楚辨识，对于肇事逃逸案件以及车辆犯罪案件的侦破提供了更加清晰的图像证据。车辆特写图像能清楚地分辨车辆类型、车标、司乘人员、车体颜色和所载货物。系统能存储120万辆车。当超出120万辆车时，自动对最前面的图片数据依次进行覆盖，整个系统始终保留至少120万辆车的图像，并采用通用的JPEG2000标准压缩图像，图像分辨率为1360102424真彩，达140万像素，并有时间、速度、地点和方向信息。系统采用专业为卡口应用研发的高清工业标准摄像机，具有自动触发采集图像、车辆速度编码、可控曝光和控制补光功能，图像的采集完全不需要后端处理器的参于，能够在各种复杂环境（如：雨雾、强逆光、弱光照、强光照等）下拍摄出清晰的图片。图像质量清晰可辨，夜间图像具有强光抑制功能。由于图像的分辨率很高，是普通像机采集图像分辨率的六倍，视场宽，清晰度高，在特写图像看得更清楚。为了突出前排司乘人员的面部图像，需要将光线射入驾驶室，必要时需要增加辅助闪光灯。同时，由于采用嵌入式高清工业摄像机，使得通过车标自动识别车辆的品牌成为可能，为将来车辆的智能识别技术提供了很好的原始图像，未来只需升级车辆识别软件就可以进行车标的自动识别，无需进行硬件的改动和升级。1.2.1.4车辆识别功能对于每辆拍摄的车辆照片，系统可以进行全自动的识别功能，车辆识别包括车牌识别、车辆类型识别、车身颜色识别，并留有未来升级识别功能的空间，如车标识别、人脸识别等。（1）牌照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:1)“09”十个阿拉伯数字;2)“AZ”二十六个英文字母;3)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);4)军用车牌汉字(军、空、海、北、沈、兰、济、南、广、成);5)号牌分类用汉字(警、学、领、试、农、挂、拖、境) ;6)武警车牌字符(WJ消、边、水、电、林、通、金)；7）07式新武警车牌字符；在环境无雾、车牌挂放规范和无缺损且不含五小车辆的条件下,系统白天车牌识别率不小于98%，号牌识别准确率不小于95%；晚上车牌识别率应不小于98%，号牌识别准确率不小于90%。（2）车型和颜色识别系统能根据牌照颜色区分大、小两种车型，并能识别黑、白、蓝、黄四种车牌颜色；能根据车长区分车辆的类型；能根据视频检测技术在图像中区分车类型。系统能够分辨出大型和小型车辆。系统采用车牌颜色和测量的车辆长度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，如果是白、黑牌等特种车辆，或者无法判断车牌颜色的情况，我们就利用线圈检测器测量车辆长度来辅助区分车辆的类型，。1.2.1.5实时报警功能实时报警分为三种，一是超速报警，二是布控车辆报警，三是交通事件报警，它们都依赖系统实时采集处理的基础数据。超速报警系统可以根据路段情况及大、小车型设置超速限值。当通过车辆的速度超过限值时，能远程报警或现场报警。布控车辆报警系统可以设置布控缉查车辆号牌，当系统识别出来的车辆号牌结果符合条件时，能远程报警或现场报警。交通事件报警系统可以实时监测监控点的路面交通情况，当道路上发生交通事故、堵车、违章停车、违章逆行等异常交通事件时，系统自动上传事件信息并报警。如异常/违章停车检测、报警；超高/低速检测、报警；逆行车辆检测、报警；交通堵塞检测、报警；交通事故检测、报警；烟雾/火灾检测、报警；对比度检测、报警；行人/抛撒物检测、报警；事故冲击波检测、报警等。1.2.1.6信息上传和下载功能路口监控机能提供超速车辆等信息的自动上传，上传内容包括违章超速车辆的信息和图片，非违章车辆的基本信息，非违章车辆的图片保存于路口主机中，如报警信息储存于路口机则应包括盗抢车辆、可疑车辆、特定车辆等信息的自动下载功能。本系统能通过网络实现远程数据访问和远程系统维护功能。传输模块支持ActiveX数据交换控件。路口控制机能提供对数据进行查询和访问的接口，控制中心可以通过接口实现对前端存储数据的访问。1.2.1.7路口控制机的管理功能路口控制系统能提供路口机时间校正接口，路口部分参数的设置接口，路口机运行情况的诊断和检测、远程恢复，如布控和可疑车辆信息不为自动下载，则由该模块在监控控制中心中实现自动发布。1.2.1.8车流量统计功能能够按车道进行流量统计，按行驶方向进行流量统计、车速统计，可以统计断面/车道流量、流率（每小时每车道车辆数）、平均速度、车型（可分为五类车型）、时间/空间占有率、车头时距、服务水平（可分为六级）、密度（单位长度上的车辆数）、空间平均速度（单位长度上的车辆平均速度），并以报表形式输出。1.2.1.9车辆逆行检测功能在每条车道上，我们设计了三个环形检测线圈。因此，我们可以通过判断车辆经过线圈的次序来判断车辆行驶的方向。如果出现线圈触发顺序为反向，则可以判断有车辆逆行，则系统会抓拍车辆图像，并作特别标识，向中心报警，提示工作人员处理。1.2.2性能指标项目指标车辆捕获率（5160km/h）99，无论是行驶在车道中还是跨车道骑线行驶的车辆，均能准确捕获驾驶人员脸相捕获率90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，武警车牌及2002式新车牌，07式武警车牌，摩托车、农用车。号牌识别白天车辆号牌识别率大于98%，号牌识别准确率应不小于95%；夜间车辆号牌识别率大于97%，号牌识别准确率大于90%。号牌颜色：黑、白、蓝、黄识别时间 200ms测速精度车速在4080km/h时，误差6；车速在120km/h以上时，误差10；车型识别2种(大、小型)图像分辨率1360x1024x24真彩摄像机水平分辨率1000线图片格式JPEG/24bit 彩色图片记录模式特写图片1幅控制主机图片存储容量120万幅 、120万辆车信息控制主机图像接入处理能力可同时接入30路以上高清摄像机的图像流信号，并不发生丢帧现象供电电压交流154V264V,频率:48HZ52HZ。辅助照明灯功耗16W（1盏）环境温度-20 +70环境湿度20 95平均无故障连续运行时间MTBF10000小时频闪灯寿命500万次设计防护等级IP54 可防盗接地电阻 41.3系统特点1.3.1独立嵌入式模块化系统架构通常，传统的车辆智能检测记录系统图像抓拍是由工控机、图像采集卡和摄像机来完成的，早期的系统由于工控机总线的带宽、处理器性能、内存容量等种种硬件方面的限制，最多只能同时处理4路视频信号，当车流量较大的情况下，很容易发生延时采图的现象。我们设计的系统采用高清晰像机卡口系统，其主要的特点是图像清晰分辨率高和图像独立采集。图像独立采集是讲车辆触发抓拍图像不由工控机参于，高清晰像机接收到触发信号后，自动采集一帧高清图像，完全不占用工控机的带宽和处理能力，而且，高清摄像机在没有触发采图信号时传输线上没有图像流数据输出，又不占用传输线带宽，因此工控机可同时接入处理30个以上高清摄像机图像信息的能力，同时，工控机中不需要插任何图像板卡，不仅最大限度提高了系统的处理能力，而且系统结构又比前期应用系统建设时更加简化，前端设备和接线更少了。白天车辆图像车牌图像1.3.2相当宽的视场范围带来极高的车辆捕获率一般情况下，公路每个方向两个车道，由于车道过宽和车辆不按道行驶，早期卡口系统中每个车道安装一台牌照特写摄像机（普通摄像机）的做法造成车辆漏检的情况比较严重。之后的卡口系统是在两个车道中间再安装一台辅助摄像机来捕获跨车道行驶的车辆图像，这样一个方向有三台摄像机用于牌照识别，三台摄像机的视场必须重叠至少一个车牌的宽度。这样安排摄像机的原因就是普通摄像机的分辨率较小，只有768*576像素。从车牌自动识别的准确率来看，需要车牌在图像中水平方向大约有120-180个像素是，识别准确率是最好的，这样的话，普通像机的视场范围只能在2.5米左右。而我们采用高清晰工业摄像机，其图像分辨率可达1360*1024像素，在保证车牌识别准确率的条件下，视场范围可达4.4米以上，完全超过了一个车道的宽度，相邻两个车道的视场有较大的重叠（大于65CM），不会漏掉任何一辆车的车牌。图示跨中道行驶车辆，可看出车牌仍在图像视场范围内。1.3.3高清晰度图像分辨率可达140万像素普通的车辆检测记录系统一般是采用普通监控标准的摄像机，其所拍摄的一帧图像的分辨率最大只有768*576，而且像机的扫描系统是隔行扫描的，实际由图像采集卡采集下来的图像大小最大只有768*288像素，垂直方向上丢失了一半的像素信息。而我们采用高清晰CCD工业摄像机，其拍摄的图像分辨率可达1360*1024像素，并且扫描系统是逐行扫描，实际的采集的图像的大小是真实的1360*1024像素。不仅可以清楚的看清车辆的牌照，而且由于无任何方向的像素丢失，车牌的像素信息量大，识别率也比普通像机的高很多；同时，视场范围也增大了很多，可以直接在图像中看清车辆中驾驶人员的脸。由于我们采用高清摄像系统，最让人关心的是当车流量较大时，图像的传输会不会由于传输带宽的限制造成丢帧的现象，影响到整体应用的性能。我们是这样解决这个矛盾的。高清摄像机平时是没有图像输出的，也就是说CCD没有扫描过程，当车辆到来时,摄像机立即拍摄一幅图像来，这样，就可以在本车道没有车辆经过时，不占用传输带宽，让有车的车道摄像机进行传输。在极端情况下，各条道路均有很大的车流时，摄像机同时拍摄图像并传输的可能性增大，争用的传输的情况出现，这时，摄像机内部多达四幅图像的帧就起作用，当其它摄像机正在传输图像时，可以把图像暂存在摄像帧存中，在传输线空闲时再传输。另外我们还采用千兆的网络来传输图像，传输一幅图像只需33毫秒，一条千兆的网络可同时传输多达30台像机的连续图像数据。车辆图像司乘人员图像1.3.4高清的图像带来高牌照识别率我们知道，经过近十年的应用，汽车牌照识别技术已经相当成熟，在图像质量好的情况下识别率的水平基本上都能达到90%以上，从软件算法上要想使识别率再提高一个水平的空间已经很少了，同时由于图像分辨率的影响及实际现场情况的影响，识别率总会有一些波动。普通像机采集的图像由于分辨率最大只能是768*288像素，按正常车牌水平方向占图像的五分之一计算，车牌所占像素是153*24像素，我们可以看到车牌在垂直方向丢了一半的像素。而用高清逐行扫描工业摄像机所拍摄的图像分辨率为1360*1024像素，按同样的车牌宽度比较，其车牌所占像素为153*48像素，可以看出在垂直方向上没有像素的丢失，细节表现很好，信息量是普通像机拍摄图像的一倍，因此，车牌识别率会比一般用普通像机的系统高一个数量级。实践中，用高清像机所拍摄的图像的车牌识别率普遍大于95%。这就是为什么需要采用高清像机来提高车牌识别率水平的原因之一。车辆图像车牌图像另外，高清图像的视场大，分辨率高，图像中的信息量大，使未来车标的自动识别、司乘人员的人脸自动识别、车型的自动识别成为可能。车辆图像人脸图像车牌图像1.3.5清晰的司乘人员面部图像为了满足公安在车辆犯罪侦破过程中的需要，将司乘人员的面部清晰的表现出来，在本方案中我们采用高清摄像机和侧面闪光灯来达到设计目的。一、由于普通像机分辨率不高，视场不够大，在近景和全景图像中均不能很好的表现司乘人员的面部。采用高清摄像机，使图像的分辨率达到1360*1024像素，近景视场可达4.4米*3.4米，全景也可以看清车辆前排司乘人员，给公安部门可以提供很好的参考图像。二、由于车辆的驾驶室光线都比较暗，特别是在晚上，要想使司乘人员的面部有较好的照度，必须有光线直射驾驶室。我们采用侧面追加闪光灯补光，同时，利用高清像机高达12位的采样率，使图像灰度细节足够表现司乘人员面部层次。车辆图像人脸图像车牌图像摩托车图像摩托车人脸图像摩托车牌照1.3.6设备自动检测报警具有卓越的系统自动监控功能，硬盘、板卡等部件故障可以自动报警，自动软件恢复或提示值班人员，保证系统在出现意外情 况时实现最大限度的可用性，同时快速恢复。通讯故障可以在上位软件醒目地显示前端设备断网。前端设备机箱具有报警功能，当机箱遇到破坏，机箱门被意外打开时，前端机箱及指挥中心软件可以自动报警。1.3.7施工布线简单明了由于我们采用的高清工业摄像机是通过网线进行传输图像数据的，并且，触发采集图像由工业摄像机自行完成，所有高清工业摄像将图像传回工控机时，只需通过交换机汇集到一根网线上传输即可，而且工控机不需要有其它控制信号线到前端设备，大大节约了施工难度和施工成本。1.4系统结构在系统中，我们采用网线传输的高清工业摄像机。 室外杆挂式机箱到控制主机之间的高清图像数据传输采用网线直连。 1.4.1系统拓扑图1.4.2系统设备布局示意图在本方案设计中，设备的主要配置原则如下：1、一个车道配一只高清特写摄像机、一个闪光灯，一个辅助常明灯；2、在两侧一个方向增加一个辅助闪光灯配合补光达到夜晚也能看清司乘人员人脸（若车道中间有绿化带，绿化带一个方向也安装一个辅助闪光灯）；2、每一个建设点配一台控制主机，一台网络交换机，一光纤收发器。1.4.2.2双向四车道现场设备布置1.4.2.7安装侧视图1.4.3现场设备信号连接图图中以单方向两车道为例示意系统设备信号连接，另一个方向与此图类似。1.5工作原理高清晰车辆智能检测记录系统从功能上而言可以分为七个功能模块，分别为车辆检测模块、车速测量模块、图像抓拍模块、图像处理识别模块、信息管理模块、数据通信模块、监控录像模块，下图描绘了这八个模块及数据在这八个模块之间的流向，由此，我们可以得知系统的大致工作流程如下：1、车辆检测模块检测到车辆通过信息，将输出信号传输给车速测量模块，由车辆测量模块计算车速，并将触发信号和速度信息送给图像抓拍模块；2、图像抓拍模块收到触发信号后立即进行图像的采集抓拍工作，并将图像数据和传输来的速度信息一起打包编码车速测量模块计算出车辆行驶速度，通过网线传输给主控机；3、主控机图像处理识别模块收到传前端传输来的图像数据后，解码出车速信息，并自动识别车辆的牌照；同时根据图像质量情况和识别出车牌的图像质量情况通过网线发送控制数据给前端图像抓拍模块（高清工业摄像机），使拍摄到的图像质量最佳；主控机将车辆图像、识别结果都保存在本地，并通过传输模块上传至公安监控中心系统中。4、信息管理模块接收图片、牌照、车速、工作状态、交通事件等信息，并进行查询、分析、存储等工作。5、通信模块将信息管理模块存储的信息通过适当手段传输到指定物理或虚拟的位置。6、监控录像模块将前端卡口点传来的视频数据流信息实时记录保存下来，以备回放查看。1.6各子系统构造1.6.1车辆检测子系统在道路车辆智能检测记录系统中，要求车辆的捕获达99%以上，因此本系统采用地感线圈检测车辆。线圈车辆检测系统由地感线圈、线圈检测器、车速检测器组成。在工程实施中，我们在每个车道埋设三个线圈。 地感线圈是基于涡流传感器的工作原理，线圈中由车辆检测器提供一直产生着频率稳定的交变电磁场，当车辆经过线圈时，交变的电磁场会在车辆的金属底盘中产生涡流，而涡流电磁场又会反过来影响线圈中频率，车辆检测器就是根据线圈中变化的震荡频率也判断车辆经过信息，并给出开关量信号。由于需要进行线圈测速，为了保证速度测量的误差，车辆检测器的检测器响应时间必须小于5ms，因此我们采用进口车辆检测器，大大地提高了测速和抓拍的准确度，并且专门为测车速和抓拍图像设计了光隔离器件输出，消除了普遍使用的继电器输出延时510ms的问题，使得测速更精确，抓图更快。普通车辆检测器的响应时间一般在20ms-40ms左右，不能用于测速的应用场合。线圈的施工工艺也是非常重要的，它会直接影响触发的可靠性，下图为线圈施工示意图。1.6.2车速测量子系统前端的车速检测系统由我公司自主开发的专用单片机组成。它独立于其他系统，专门用于测量车辆行驶速度、给出车辆的触发信号、输出车辆的速度值、分析地感线圈和车辆检测器的工作情况、自动切换触发方式等。单片机接收车辆检测器输出的信号，计算车辆经过三个线圈之间路程的时间，然后再根据各线圈之间的距离，计算出车辆行驶速度和车辆长度。最后，通过数据接口速度测量结果传送到工业摄像机中。采用独立的硬件测量有利用提高测量精度，简化工控机的工作流程。1.6.3高清图像采集系统图像采集是整个系统工作的基础，图像质量的好坏、可靠的抓拍是决定图像有效和车牌识别率直接因素，因此，本系统中我们设计采用专门为车辆捕获应用的高清晰工业摄像机以达到系统设计的目的。为了更可靠地达到图像采集抓拍的目的，我们专门设计了高清晰工业摄像机，我们在每个车道上安装一个专业高清晰工业摄像机拍摄经过车道的车辆,使用高清晰工业像机使所拍摄的车辆图像不仅能清晰的分辨汽车牌照,而且能更清晰的分辨司乘人员的面部特征。我们知道，普通的监控摄像机输出的视频信号数字化后的分辨率只有768*288像素（一场图像），而车牌识别技术特性需要车牌水平方向在车头特写图像中占据120-180个像素，大约占图像水平方向1/5-1/6的大小左右，这样才能保证系统有较高的车牌识别率。如图所示。这时，普通像机在监控点的视场水平只有220CM264CM的范围，而一个车道标准宽度是375CM，所以必须增加辅助像机来弥补普通像机视场的不足。同时，普通像机由于扫描系统是采用PAL制式的标准，隔行扫描造成采集的一场图像在垂直方向丢失一半的像素。而我们采用高清工业摄像机，其采集图像的分辨率可达1360*1024像素，在保证车辆牌照在图像中具有水平120-180像素的最佳识别大小的条件下（车牌占图像水平方向1/8到1/11的大小），在拍摄点的视场水平方向可达480CM之多，完全可以覆盖整个车道，并与邻近车道可交叉至少一个车牌的视场，无需再用辅助像机来弥补视场。如图。同时，我们选用的高清像机扫描系统是逐行扫描，图像没有任何变形，车牌部分像素比普通像机拍摄的要高一倍，信息量大了，识别的准确率也高了很多。下图所示是采用高清像机拍摄的道路上车辆的图像，图中可以清楚地看清车辆的牌照，而且没有变形！下图所示单方向两车道高清像机视场示意图，图中可以清楚的看到车道高清摄像机的视场范围，在保证车牌自动识别所需车牌像素大小的条件下，可以覆盖一个多的车道范围。两个车道高清摄像机的视场可以重叠至少一个车牌的宽度（44CM）,这样，无论车辆行驶的位置如何，这两个车道高清摄像机必定会至少拍摄到一幅包含完整车牌的车辆照片。下图所示为一个车道的高清像机所拍到的骑线行驶车辆的图像。还有一点必须说明的是我们采用的高清工业摄像机是专业为卡口应用开发的高清像机，它可以工作在两种触发模式下，一，在外触发模式下，摄像机按照设置的帧频和曝光时间，连续采集图像并传输到工控机。当接收到抓拍触发信号时，摄像机传感器立即清除当前内容，然后开始曝光，输出图像信号。清除延时时间，约为4.2ms。二，在单次触发模式下，摄像机一直处于清除状态，没有图像输出，一旦接收到抓拍触发信号，立即曝光，然后输出图像信号，单次触发的优点是可以快速响应抓拍触发（没有清除延时时间），但是一次只能抓拍一帧图像。在实际中，我们采用第二种触发模式，这样完全避免了用普通监控摄像机采图时有可能要延时20ms的情况，拍图更迅速，完全没有车速过快而产生的拍不到车牌的现象。另外，像机的图像灰度为12位编码，细节表现更加细致，与普通摄像机8位的灰度编码有了个质的改善。1.6.4曝光控制和辅助光控制在本方案中，采用我们专业用于卡口抓拍系统的高清晰工业摄像机可通过通讯接口由工控机软件控制摄像机的曝光参数，软件会及时根据所拍摄下来的高清图片，通过数字图像处理的算法，计算出当前光线条件下所需调节的快门速度和增益等曝光参数，并通过通讯口发指令给高清摄像机，高清摄像机收到指令后便调节曝光参数，使在全天候任何天气条件下，都可以得到曝光合适的图片来，以保证最大限度的提高图片的有效性和车牌自动识别的准确率。在夜间，我们采用泛光灯方式来为夜间的图像获取补光。值得一题的是闪光灯的触发信号也是由摄像机给出的，当摄像机收到拍摄触发信号时，立即开始采图，并按CCD时序输出闪光灯触发信号，闪光发光的时刻非常精准，不存在用普通像机用闪光灯补光时的同步问题。为了在夜间能清楚的看清前排司乘人员的面部，需要有光线直射入车辆驾驶室，因此，我们设计在灯离抓拍线圈5到6米处上安装一只闪光灯，距离地面两米五到三米高，无论哪个车道的车辆经过，闪光灯光源均会迅速闪光，给驾驶室补光，以便可以识别司乘人员面部，另外，为了减少触发时的闪光对司机心理产生的影响,我们每个车道还安装一只金卤灯进行补光。1.6.5控制主机前端高清摄像机抓拍到车辆的图片后，主动向主控机输入图像数据，图像数据中已经打包编码了车辆的速度信息，主控机收到图像数据后经解码转换成标准的图像数据，并由软件系统进行处理，如分析曝光、牌照自动识别等。我们的牌照识别软件可以识别符合“GA36-92”（92式牌照） 和“GA36.1-2001”（02式新牌照）标准的民用车牌照和军车、警车等特殊牌照的汉字、字母、数字、颜色等信息。软件能识别的字符如下：1)“09”十个阿拉伯数字;2)“AZ”二十六个英文字母;3)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);4)军用车牌汉字(军、空、海、北、沈、兰、济、南、广、成);5)号牌分类用汉字(警、学、领、试、农、挂、拖、境) ;6)武警车牌字符(WJ消、边、水、电、林、通、金)；7）07款新武警车牌颜色：蓝、白、黑、黄；车辆的高捕获率、图像的高清晰度、车牌的高分辨率，配合合我们的高牌照识别率，大大提高了本系统的实用价值。1.6.6车辆信息管理系统车辆信息处理系统由控制主机、车辆信息处理软件组成。它负责对实时车辆信息，进行进一步的判断、存储、传输等工作。超速及布控车辆的判断都由控制主机完成。同时，控制主机上还可以供用户查询、浏览车辆信息历史数据。如果需要联网运行，控制主机负责将车辆信息实时传输到指挥中心。1.6.7配电及安全系统配电及安全系统由稳压电源、UPS、过载保护装置、漏电保护装置、防雷装置、接地装置组成。卡口系统采用220V交流电源，所有的设备供电都经过了用电安全装置（稳压、UPS、过载、漏电），保证用电及设备的安全。各类设备都能单独控制供电，维护方便。摄像机防护罩、立柱、机柜等室外设备设计都充分考虑到了防水、防尘需要。在立柱上还安装有避雷装置，防止雷电破坏。系统可以运行于无人值守状态下，在系统掉电后可以自引导进入工作状态。如图所示电气配电及防雷电气示意图1.6.8数据传输按照我们方案的特点，在设备之间的数据传采用以下设计：高清摄像机到室外杆挂式机箱用网线进行传输；室外杆挂式机箱到室内控制主机之间的距离小于100米时，高清图像数据传输采用网线直连。 1.6.9系统远程控制和维护我们在控制主机中安装有远程控制软件和校时软件的客户端程序，操作人员可在控制中心设置路口部分参数，可远程查看、诊断和检测路口机运行情况，可远程及时恢复路口主机的正常运行，可布控和可疑车辆信息不为自动下载，由该操作人员在监控控制中心中实现自动发布。路口校时客户端程序可实时接受服务器的时间校正。1.6.10中心平台软件 图表查询、统计功能智能卡口车辆信息查询窗口为用户提供了查询所有经过智能卡口的车辆信息的功能。通过该窗口，可以查询经过各智能卡口的车辆信息。系统将根据识别的车牌，自动判别是否为本地车，信息查询的条件可以任意组合，也可以根据用户的需要增加查询条件。用户可以组合多种条件对违法车辆信息进行查询，可以将车辆记录信息按用户选择条件进行统计。用户可以设置的查询条件如下。 可以选择统计类型，也就是统计的时间间隔（周期），统计时间间隔可以是年、月、周、日； 可以选择生成多个数据项目，对应多个不同查询条件的查询结果； 可以选择统计的年份； 可以选择车辆报警的类型，包括超速、嫌疑等； 可以选择查询的时间段； 可以选择要查询的地点； 可以选择要查询的车型； 可以选择要查询的车辆的速度范围； 可以设定要查询车辆牌照中包含的信息。图表统计用于对图表查询结果进行以多种图形统计方式的显示。 图表统计的显示方式包括折线图、柱状图、统计报表等方式显示； 对于重要的查询结果可以实现导入导出功能，避免多次执行相同的查询。智能卡口车辆信息查询统计的窗口参见下图：图 智能卡口车辆信息查询的窗口图 统计表图 柱状图图 折线图 违章信息查询违章查询对所有违章（法）车辆（包括嫌疑、超速等车辆）记录查询并打印。 可设置数据库的查询条件； 可以设置报警类型（所有车辆、嫌疑车辆或超速车辆）、时间段限制（起始年月日时分秒和终止年月日时分秒）、牌照匹配（匹配方式包括包含和等于）、路口号单选以及车型（小型车、大型车）单选等查询过滤条件； 在查询结果列表框中，逐条详细列出每条记录的记录编号、路口号、车辆牌照、类型、通过卡口时间、报警类型以及车速等信息；图 违章车辆信息查询窗口 嫌疑犯匹配功能嫌疑匹配的主要功能是对所有车牌号码进行字符匹配，在数据库内快速寻找嫌疑库内车辆，也可在嫌疑库内快速寻找自定义的车牌。 可自动调入嫌疑库，并列表显示； 可以通过设定起始时间和结束时间来设定查询范围； 可设置连续匹配的字符数，增加匹配成功数量； 可人工输入车牌号，在嫌疑库中查询是否有该车牌。 流量统计功能查控系统能够对监控范围内的机动车进行有效管理，能够提供珍贵的交通流量数据，为交通管理，交通规划提供数据源。能按大小型车进行分类查询统计。能按照周报、月报等进行打印输出。 嫌疑车辆报警功能可以设置超速限值，当通过车辆的速度超过限值时，能现场报警和远程报警。可以设置布控缉查车辆号牌，当系统识别出来的车辆号牌结果符合条件时，能现场报警和远程报警。 联网布控功能卡口机除了记录每一辆过往车辆外，最重要的功能是治安联网实时布控。卡口主机内有专门的数据库，用于存储盗抢，肇事车辆数据，俗称嫌疑库。嫌疑车辆数据库同时保存于卡口机及指挥中心数据管理系统，各子系统的嫌疑车