闯红灯违章抓拍系统技术方案.doc
《闯红灯违章抓拍系统技术方案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《闯红灯违章抓拍系统技术方案.doc（40页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
浙江大华闯红灯违章抓拍系统方案设计书
浙江大华闯红灯违章抓拍系统
设
计
方
案
书
浙江大华技术股份有限公司
2010-12
39
浙江大华技术股份有限公司
第一部分概述
1.1前言
近年来，随着社会经济的快速发展，机动车数量的迅速增长，城市道路变得越来越繁忙。
交通管理现状和需求的矛盾进一步加剧，违章交通事故数量也逐年上升。
为了加快城市交通管理系统的信息化、智能化进程，在现有的城建规模上提高城市路网的通行能力，保证车辆的安全行驶，提高管理交通系统的效率和执行力等方面，闯红灯电子警察自动监控系统显得极为重要。
浙江大华技术股份有限公司针对交通管理的实际需求，专门研究开发了科学、实用卡口型电子警察。
该系统集卡口、闯红灯抓拍记录、车流量统计、车牌识别、24小时实时监控等功能于一体，系统功能强大，性价比高。
尤其值得关注的是本系统采用先进的视频触发技术和国际领先的计算机人工智能算法，具有触发率准确性高，速度快的优点，对车辆和车牌的检测不需要添加任何外部触发装置，触发率可达98%以上，对车辆违法闯红灯过程进行全天候记录和录像，并可通过管理信息系统对识别信息进行管理和查询。
1.2系统设计依据
1.《中华人民共和国道路交通安全法》
2.《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》
3.《公路交通安全实施设计技术规范》（JTJ074-2003）
4.《闯红灯自动记录系统通用技术条件》（GA/T496-2009）
5.《公安交通指挥系统工程建设通用程序和要求》（GA/T651-2006）
6.《公安交通管理外场设备基础施工通用要求》（GA/T652-2006）
7.《公安交通指挥系统工程设计制图规范》（GA/T515-2004）
8.《安全防范工程技术规范》（GB50348—2004）
9.《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）
10.《交通电视监视系统工程验收规范》（GA/T514-2004）
11.《环形线圈车辆检测器》（JT/T455-2001）
12.国家和地方相关标准的规定
13.闯红灯自动记录系统验收技术规范
14.道路交通安全违法行为图片取证技术规范
15.机动车号牌图像自动识别规范
1.3系统设计原则
1、功能齐全适用。
以最大限度实现系统功能为宗旨，满足现用标准及规范。
2、性价比好。
遵循突出重点、优化设计、经济适用的原则，在确保重要功能和性能前提下尽量压缩成本，降低开消，所用技术成熟适用，为当前主流技术，所选设备质优价廉，使整个项目预算合理，性价比好。
3、先进性和成熟性。
立足高效稳定的嵌入式设计，使摄像主机的技术含量和先进性达到一流水准，并可保持较长久的生命力。
4、开放式的系统结构。
嵌入式结构产品兼容性和扩展能力更强，系统结构与配置灵活、互连方便；只要进行局部性调整和配置，便能适应后期工程建设的需求。
5、扩展性和易维护性。
遵循标准化、通用化、系列化设计原则，所配置的软硬件产品、接口与布线以及其他设计，均符合有关国际和国内标准，并具有模块化结构特征。
总系统与其他分系统的互连、互通、共享使用灵活；二次开发、功能扩展、更新换代、维修保障有强大的市场支持，不存在潜在困难。
第二部分系统方案设计
2.1系统结构
高清卡口型电子警察系统由路口前端设备、网络传输系统和中心管理系统构成。
系统整体结构如下：
系统结构图
2.1.1路口前端设备
路口前端设备主要由视频捕获设备（高清摄像机、补光灯）、嵌入式控制主机、网络传输设备（光端机或光纤收发器）等组成，完成红绿灯状态检测、机动车违章行为检测、违章图片抓拍、补光灯控制、违章记录本地储存、相关信息网络上传等任务。
根据实际需求，在被监控路口的每一个方向均安装1套设备，可监控2~3车道的车辆通行情况。
前端组成结构如下图所示：
前端设备结构图
Ø高清抓拍摄像机：
本系统中采用的高清抓拍摄像机为200万像素，分辨率为1600×1200，一台高清摄像机可监控2~3个车道，提供红绿灯检测、车辆检测及视频录像的视频流，同时抓拍高清图片。
ØLED补光灯：
辅助光源采用LED灯，光敏控制模块设计可自动启动，当环境光低于预设亮度，光源自动打开，为摄像机补光，保证夜间的摄像效果。
发光器件为大功率LED，寿命在额定功率下达到30000小时。
Ø嵌入式控制主机：
采用嵌入式高性能处理平台，内置完整的图像处理、识别软件。
摄像机的视频数据流通过交换机输入控制主机，在主机中完成全部的检测、处理分析、和控制抓拍过程。
Ø网络传输设备：
包括交换机、光纤收发器等，承担将前端设备记录的车辆违法信息传输到后端管理中心的任务。
2.1.2网络传输系统
主要承担将前端设备记录的车辆违法信息传输到后端管理中心的任务，同时操作人员在中心平台应用远程管理软件通过该网络可对前端设备进行远程管理、状态监测及设备参数设置。
该传输网络可以采用光纤通讯、电话拨号、数据专线、宽带网络、光纤网络、无线GPRS/CDMA等方式。
如果与视频监视系统共用光端机，可采用数模复用光端机，即在一根单模光纤上传输视频监控系统前端摄像机的视频信号及控制信号，同时提供100M的以太网口用以传输闯红灯电子警察自动监控系统前端设备记录的违法车辆信息。
2.1.3中心管理系统
中心管理子系统主要实现对电子警察前端路口设备进行远程管理、网络监控、抓拍图像和数据的处理，以及违章车辆的处罚等工作，并充分考虑与其它交通管理软件系统的接口兼容问题。
中心系统还可以设立一个WEB数据库服务器，安装ORACEL数据库，收集各个数据服务器上的数据，用户可以通过IE浏览器上网查询，全面统计各数据收集服务器的数据。
中心管理系统结构
管理中心采用一个中心管理服务器连接多个客户端的模式，中间架设了一个代理服务器，用来处理前端设备网络数据，一个代理服务器管辖多台前端设备。
数据库用来记录中心服务器的各类参数和代理服务器的网络和识别信息。
存储阵列用来存储前端设备抓拍的图片及相关数据信息。
2.2系统主要功能
2.2.1视频检测功能
本系统采用纯高清视频检测方式，可以检测2~3个车道。
车辆捕获率98%以上，有效捕获率大于90%。
可精确检测区分红灯、黄灯、绿灯，包括箭头标识等。
2.2.2闯红灯抓拍功能
单台高清摄像机可以完整监控3个车道，图片质量达到国标要求，在红灯信号状态下，有车辆经过时，系统会快速地检测到车辆变化，并通过对这一变化进行分析处理来判断是否有车辆闯红灯，当检测到车辆有闯红灯违章行为时，会立即抓拍反映该车辆违法信息的三张高清图片并对图片进行关联保存。
三幅全景图片，清晰记录车辆未越过停止线、已经越过停止线并且在相应红灯相位继续行驶的情况，清楚反映整个闯红灯过程。
系统采用国际领先的计算机智能跟踪算法技术，对全景中每一辆车都能进行实时跟踪并记录其运动轨迹，并智能判断车辆运行是否违章。
由于采用了车辆跟踪技术，本系统可以准确地抓拍左侧或者右侧混行车道的直行闯红灯行为，而对正常行驶时左拐或者右拐的车辆则不会误抓。
2.2.3闯禁令、违反禁止标线等违法行为抓拍
系统可以通过对视频的智能分析判断车辆右/左转、逆向行驶、压线、跨线、违反禁止线等违法行为，在禁止右/左转的路口可以对右转或者左转车辆进行跟踪判断并且对违法车辆进行抓拍，同时，对逆向行驶和等违法行为进行抓拍记录，系统抓拍三张违法图片，以记录违法的整个过程。
2.2.4车辆测速
该系统可通过标定摄像机的垂直高度和与车道的水平位置，标定摄像机的视野中的远端距离及近段距离，在平直的车道上系统通过纯视频实现视频测速。
测速精度符合国家相关规定。
2.2.5卡口功能
系统具有卡口功能，即在绿灯、黄灯状态时，对通过每个车道的所有车辆进行检测、抓拍、记录、保存和识别。
2.2.6号码识别功能
系统具备对民用、警用、军用、武警等汽车号牌计算机自动识别能力，白天车辆号牌识别率大于95%，夜间车辆号牌识别率大于90%。
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:
“0～9”十个阿拉伯数字;
“A～Z”二十六个英文字母;
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）;
2004新军用车牌汉字（军、空、海、北、沈、兰、济、南、广、成）;
号牌分类用汉字（警、学、领、试、农、挂、拖、境）;
武警车牌字符；
车型和颜色识别
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，能自动识别黑、蓝、黄、白四种车牌底色。
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，就利用图像分析技术来辅助区分车辆的类型。
系统识别的车牌类型部分示例：
2.2.7数据传输与保存功能
本系统支持多种方式的数据传输。
可通过网络自动上传违法数据、车辆通过信息（时间、地点、车牌号码等）、设备监测数据、流量统计数据等上传到中心管理系统；也可在中心通过网络下载操控前端设备。
如因网络中断或其它故障，信息备份存储于前端设备中，前端自带大容量存储，待故障恢复后自动上传。
同时系统前端也可以直接将数据存储于外扩USB移动存储设备，方便取盘。
2.2.8远端设备管理与监测功能
系统可以可随时修改设备参数，采用网络通讯技术，使管理人员能在远程设置、管理设备，及时修正不同外部环境造成的偏差，极大的提高了工作效率。
系统可通过远程管理软件方便地调整前端设备参数。
系统可通过远程软件监控设备的工作状态，如设备内部温度，硬盘工作状态等，并进行故障诊断和定位。
系统支持远程升级功能、远程设备重启功能。
2.2.9违章记录图片防篡改模块
闯红灯电子警察系统对各类路口违章和交通事件进行抓拍后，为了保证记录的准确性和真实性，按照国家标准GA/T496-2009的最新要求，加入了防篡改功能。
本系统通过图片加水印的方法来实现图片放篡改功能。
前端摄像机抓拍图片后，对原图加水印（水印在图片上不显示），图片通过网络传输到中心管理服务器，中心管理软件自动对每一张图片进行水印验证，在图片查询中列出正常图片、被篡改图片等信息。
我们也提供单独的验证工具软件，可以前端单独拷贝出来的图片进行手动验证。
2.2.10双码流高清录像功能
本系统中采用的高清抓拍摄像机是大华自主研发的高性能室外专用摄像机，支持双码流，系统在保证抓拍的同时能实现24小时高清视频录像功能，向下支持低于该分辨率的CIF分辨率录像。
同时基于视频分析也可以实现平时标清录像，在有车辆和人经过时高清录像的功能。
可以在白天、夜间有辅助光源情况下实现清晰录像；可自动记录车辆违法的日期、时间、地点、所在车道、违法类型等信息；录像中能清晰地反映违法车辆的颜色，车辆类型，运动轨迹；并提供录像查询、录像下载等功能。
该功能与图像抓拍功能同时实现，准确清晰地记录闯红灯车辆的违法过程。
2.2.11报警功能
前端摄像主机能实时响应外部报警输入（200ms以内），根据用户预先定义的联动设置进行正确处理，报警输入可以来自连接的各种外设。
另外，针对超速及被盗抢车辆和交通肇事逃逸车辆能实时布控报警。
当通过车辆与用户事先输入的被盗抢车辆或交通肇事逃逸等车辆的牌照号码及车型等信息特征相符合时，系统在可以立即以声光进行报警，提醒值班人员有可疑车辆通过；同时系统将报警信息传输到监控中心，与110或122系统结合进行抓逃。
报警信息中包括车牌号码、车速、车型、车辆通过时间、车辆图片等。
具备与交警或公安数据中心进行数据交换功能，并可实时将报警车辆的有关信息上传。
2.2.12抓拍摄像机WEB设置功能
前端摄像主机支持WEB管理功能，用户可根据需要登录摄像机，进行参数等相关设置。
同时用户可以通过WEB预览视频、手动录像等功能。
2.2.13流量统计功能
系统可根据需要，按时段、车型、路口、方向进行查询，并进行流量统计（包括流量图、流量表、流量曲线图），具备出具日报表、周报表、月报表、年报表等功能。
2.3系统特点
2.3.1高性能控制主机
系统控制主机自主研发，采用嵌入式一体化设计，结构紧凑，性能稳定。
CPU选用高速多通道DSP，为设备提供了一个非常稳定可靠和高性能的核心处理保障。
设备具有极高的处理能力，能对车辆行进过程中所有图像都进行识别和分析处理，不依赖单张图片，有效提高设备对复杂环境的适应能力。
2.3.2高性能抓拍摄像机
抓拍摄像机选用自主研发200万像素高清摄像机，该摄像机充分利用大华公司在视频图像监控领域的技术优势，选用高性能DSP,摄像机硬件电路采用大华公司已在安防领域产品上应用成熟的硬件平台，结合传统摄像机和网络视频的技术，集音视频数据采集、传输与一体，性能稳定，图像清晰。
支持双码流，拍摄同时，提供高清视频检测及录像视频流，无需外加全景及视频检测摄像机。
支持POE网络供电与12VDC供电，支持无线网络应用，语音对讲，数字水印等功能。
在电子警察系统应用中，最多可以拍摄3个车道，能清晰记录红绿灯信号、车辆信息及车辆违章过程。
2.3.3优越的检测、识别技术
本系统采用国际最先进的计算机视觉技术，有效克服了传统的电子警察系统具有外部触发（如地感线圈）施工成本高、识别率低、识别速度慢等多种弊端。
设备内嵌的识别软件包含了视频采集、图像预处理、车牌检测、车牌切分、字符识别、跟踪和比对、行为动态分析、图像压缩、数据传输等模块。
系统识别速度快，可靠性高，特别是独特的车牌跟踪和比对技术可以将帧间有效信息充分利用起来，从而大大提高系统的识别精度。
2.3.4环境的强适应性
本系统可以适应复杂的气候及光照条件，如阴天、雨天仍可以保证很高的检测率和识别率。
尤为突出的是，夜间的识别率也非常高。
在不同的环境下抓拍的车辆图片能清晰识别车牌号码、车牌颜色、车辆外形及整个车身的外部颜色等特征情况，以及红灯状态和停车线等信息。
2.3.5流量变化的高适应性
系统适应高速流量，当车速在120Km/h至180Km/h，单车流量为30辆/分钟时，仍可保证高识别率，因此可以广泛应用于高速公路路段上的车辆监控。
2.3.6接口丰富
本系统提供丰富的用户硬件接口，一类为有线方式连接口，包括串口和以太网接口，用户可以直接通过这两种接口取得当前识别结果数据；二类为无线方式连接，即设备提供扩展口，可以支持CDMA/GPRS或3G无线模块，以利于用户在无法直接使用有线连接的场合下也能够方便地使用该设备，而无需另外单独增加一条数据连接。
2.3.7安装、维护方便
工程安装方便，由于设备是对视频图像进行逐帧处理，而无需外界信号触发，不用埋设地感线圈来建立外界触发源，避免破坏路面，也无需外接红绿灯检信号，布线方便，节约项目投资及减少维护成本。
为适应移动安装，本系统采用顶装方式。
可以方便借用现场已有的龙门架、F杆等进行顶部安装。
2.3.8支持多用户连接
本系统可以提供多用户连接。
当服务器与设备建立连接之后，设备将识别结果实时地发送给服务器端；也可以通过服务器发送命令请求，而设备会根据所接收到的命令给出相应的回应。
本设备可以提供多个不同的连接。
并且每个连接可以设置不同的过滤条件（不同连接可以配置接收不同类型的数据信息），以使得不同的服务器端取得相应的识别信息结果。
第三部分系统性能及主要设备技术指标
3.1系统性能指标
Ø检测方式：
纯高清视频检测；
Ø捕获率：
≥98%；
Ø整体车牌识别正确率：
白天≥95%，晚上≥90%；
Ø允许车速：
0～180Km/H；
Ø图像分辨率：
1600*1200；
Ø图片格式：
JPEG；
Ø图片文件大小：
小于300K；
Ø闯红灯记录模式：
三张高清全景合成；
Ø录像功能：
支持高清录像；
Ø摄像机分辨率：
200万像素，CCD；
Ø单套系统监控车道数：
2~3车道；
Ø工作温度：
-30度～70度；
Ø工作湿度：
≤95%。
3.2主要设备参数
3.2.1嵌入式控制主机性能指标
型号：
DH-ECU-S
CPU性能
高性能嵌入式平台，专用DSP处理芯片
车辆捕获率
捕获率98%以上
车牌识别
系统具备对民用、警用、军用、武警等汽车号牌计算机自动识别能力
单车牌识别时间
＜200ms
识别正确率
白天≥95%，夜间≥90%
闯红灯记录有效率
＞90%
适应车速范围
0~180km/h
输出大图的图像格式
1600*1200（200万像素格式）以及用户自定义的尺寸
输出信息
时间、路口、方向、车道、车辆大图、车牌号码和车牌颜色等
视频输入
10M/100M网络接口
网络接口
10M/100M网络接口
控制接口
1个串口，对设备进行状态监控及调试
外部输入接口
3个智能接口，用于连接外部触发信号、雷达、测速仪和车检器等智能设备
工作环境温度
-30℃—+70℃
工作湿度
＜95%
平均无故障时间
MTBF≥30000小时
电源
AC220V/50Hz±10%
功耗
＜15W
全天候工作
满足7×24小时工业环境全天候连续工作要求
3.2.2高清抓拍摄像机的性能指标
型号
参数
DH-ITC202-CEB3A-M
系统资源
同时支持:
实时网络监视,本地录像,和远程操作
用户接口
WEB、DSS、PSS等远程操作界面
系统状态
SD卡状态信息,码流统计,日志记录,软件版本,在线用户.
图像传感器
1/1.8英寸CCD
视频制式
支持PAL，NTSC可选
像素数
1600（H）*1200（V）
日夜功能
支持
自动光圈
DC驱动
镜头特性
可选
镜头接口
CS，镜头可选
照度
0.1Lux/F1.2
信噪比
大于50dB
增益控制
自动
白平衡
自动
电子快门
自动/手动，1/50~1/100000
视频压缩标准
H.264/MPEG4/JPEG
视频分辨率
UXGA（1600*1200）/D1/HD1/CIF/QCIF/VGA/QVGA
视频帧率
12fps（1600*1200）
视频码率
32k~8Mbps码率可调，也可自定义
视频接口
1路BNC模拟视频输出
音频压缩标准
G.711/PCM/AMR
音频码率
64kbps/32kbps/10.2kbps
音频输入
1路，3.5mmJACKMICIN
音频输出
1路，3.5mmJACKSPEAKOUT
报警接口
1路输入，1路输出（开关量）
有线网络
1路10/100M以太网，RJ45接口
网络协议
标准HTTP,TCP/IP,ICMP.RTSP,RTP,UDP,RTCP,SMTP,FTP,DHCP,DNS,DDNS,PPPOE
心跳机制
支持
本地存储
SD卡，支持热插拔
RS485接口
1路，支持透明通道连接，支持多种云台协议
红外接收
支持
PoE供电
支持
供电
电源适配器供电模式DC12V；默认支持PoE供电
功耗
<5W
工作环境
工作温度-10℃~+50℃，工作湿度10%~90%
外形尺寸
139.1mm*69mm*58mm
整机重量
650g
安装方式
支持多种安装方式（护罩、支架选配）
3.2.3LED补光灯的性能指标
Ø型号：
DH-LEDFS75；
Ø外壳材质：
防水外壳；
Ø控制方式：
辅助控制板控制；
Ø照射距离：
65米；
Ø额定功率：
≤60W（LED灯亮时）；
Ø平均无故障时间：
MTBF≥30000小时；
Ø闪光灯防护等级：
IP65；
Ø工作温度：
-30℃—+70℃；
Ø相对湿度：
＜95%；
Ø供电方式：
AC220V/50Hz±10%；
Ø净重：
5Kg。
第四部分安装方式
根据应用方式的不同，现场工程施工方式可以分为两种：
一种是摄像机覆盖三车道的施工方式，另外一种是摄像机覆盖两车道的施工方式。
4.1覆盖三车道现场施工方式
监控三车道现场安装示意图
现场安装示意图说明：
Ø单向三车道及三车道以下可以采用一套设备。
Ø高清抓拍摄像机和LED补光灯固定在L杆上，距离地面高度约6米。
Ø摄像机安装在车道正中央对应的L杆上方，LED补光灯装在摄像机的左边或者右边。
Ø停车线到L杆沿车道的距离应该在18-22米，具体根据实际情况调整。
Ø嵌入式控制主机及传输设备安装在L杆侧面的机柜内。
4.2覆盖两车道现场施工方式
监控两车道现场安装示意图
现场安装示意图说明：
Ø单向四车道可以采用两套设备。
Ø高清抓拍摄像机和LED补光灯固定在L杆上，距离地面高度约6米。
Ø摄像机安装在两车道正中央对应的L杆上方，LED补光灯装在摄像机左边或者右边。
Ø停车线到L杆沿车道的距离应该在18-22米，具体根据实际情况调整。
Ø嵌入式控制主机及传输设备安装在L杆侧面的机柜内。
第五部分系统平台设计
为进一步完善社会治安防控体系，充分发挥图像监控系统和车牌识别系统的作用，提升公安一线打击违法犯罪的能力和战斗力，我们推出“DSS-C管理系统”解决方案。
5.1系统架构
5.1.1设计思想
Ø模块化设计
实现应用系统、逻辑管理、标准接入、物理资源的分离。
分离有利于建立软件整体模型，加快软件的并行开发进度；细分后的子系统可靠性将大大增强；测试成本、维护成本也将降低；更重要的是细分后的子系统可专注于各自的领域，目标明确。
Ø标准接口
标准是平台整合的基础。
主要体现在统一编码的强制标准性、应用开放接口及中间逻辑层的强制标准。
此外标准还涉及制度和规章。
标准为建立全省的统一调度平台提供了可能。
Ø强化物理层
根据设计的需要追加相应的设备投入，保证系统的应用强度。
Ø强化平台管理
重点是建立全网统一、分级管理的权限管理、流控和调度系统。
建立协调交互支撑系统。
Ø强化应用
系统将建立统一的、标准的、开放的调用接口，供各应用系统调用，同时将建立预案视频监控支撑系统和警视联动系统等应用。
5.1.2硬件实现结构
5.1.3软件实现结构
系统平台采用面向服务的体系结构，是将各种不同异构平台上的业务子系统的不同功能部件（称为服务）通过标准的通讯协议、接口和规范整合在一起。
根据系统的需求、功能要求和安全管理要求，结合公安相关应用，软件平台采用分层结构模块化设计。
其分层结构如下图所示：
（1）设备接入层：
主要负责与外场设备、分局中心系统进行数据交互；完成采集图片/数据的入库存储、数据协议转换、数据预处理及控制信息发送功能；
（2）转发存储层：
主要负责业务数据以及图片文件的存储和管理，负责实时视频图像的转发和历史图像的存储，数据库软件采用ORACLE,采用RAID5磁盘阵列作为存储介质，采用负载均衡的策略将转发、存储、比对、查询任务分配到多台服务器上。
（3）中间件层：
是支撑业务应用中间件服务层，主要负责数据检索引擎、数据共享服务和GIS访问等功能；
（4）业务应用层：
是基于中间件层之上进行的各种业务处理、运算和管理服务层，包括实时监控、录像追踪、违章审核、布控报警、信息导入、GIS应用、查询统计、流量分析、车辆轨迹、全网协查、警情案情、系统对时等业务处理功能，同时提供丰富的系统配置管理功能；
升级会员 