高清电子警察解决方案-500万线圈+视频(中性版本).doc
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高清电子警察系统解决方案-线圈+视频检测
高清电子警察
解
决
方
案
—500万线圈检测+视频辅助
目录
1. 系统概述 6
1.1系统设计意义 6
1.2概要介绍 6
1.3设计原则 6
1.4设计依据 7
2. 需求分析 9
2.1行业现状 9
2.2存在问题 9
2.2.1产品类型繁多，稳定性较差 10
2.2.2缺少统一标准，数据难共享 10
2.2.3信息孤岛剧增，形不成合力 10
2.3发展趋势 10
2.3.1高清化 10
2.3.2集成化 11
2.3.3网络化 11
2.3.4智能化 11
3. 整体设计 12
3.1数据采集子系统 13
3.2网络传输子系统 14
3.3中心管理平台 14
4. 详细设计 16
4.1系统原理 16
4.1.1系统工作原理 16
4.1.2线圈检测原理 17
4.1.3视频检测原理 20
4.1.4车牌识别原理 24
4.1.5中心平台原理 26
4.2系统技术指标 26
4.3前端设计 27
4.3.1前端结构示意图 27
4.3.2前端系统功能列表 28
4.3.3前端系统功能详解 29
4.4平台软件系统设计 38
4.4.1系统设计思路 39
4.4.2系统设计亮点 39
4.4.3遵循的标准与接口 42
4.4.4系统总体框架 42
4.4.5系统平台组成 45
4.4.6系统功能 50
4.4.7软件系统关键特色 67
4.5第三方软件及服务器部署 69
4.5.1系统运行环境 69
4.5.2服务器能力 71
5. 系统特点 73
5.1全嵌入式结构、无风扇设计，系统稳定可靠 73
5.2全系列产品自主研发 74
5.3领先的双处理器设计 74
5.4前端设备的智能化 75
5.5强大的ISP处理能力 75
5.6线圈检测与视频检测双重保证，系统运行更加可靠 76
5.7先进的视频检测算法 76
5.8强大的视频分析功能 77
5.9红绿灯信号同步（避免红灯泛黄或无颜色） 77
5.10对光照气候环境良好的适应性 79
5.11准确抓拍无后车牌或者后车牌遮挡的车辆 80
5.12多车道、多车辆同时号牌识别 80
5.13车牌识别速度快 81
5.14车牌识别像素、角度容忍度高 81
5.15车牌识别准确率高 81
5.16图像源头水印加密防篡改 81
5.17双码流摄像机，同步支持抓拍和录像 82
5.18单系统独立运行能力 82
5.19LINUX系统防病毒 83
5.20模块化设计，稳定性和扩展性强 83
5.21多重冗余的数据安全保障技术 83
5.22全系统设备运行状态自动监测 84
5.23采用工业级或军工级器件，超长寿命 84
5.24工业级设计适应室外恶劣环境 84
5.25低功耗，适合太阳能供电 85
5.26安装、维护简单，工作量小 85
5.27系统扩展性好 85
5.28解决方案灵活，最大程度满足客户需求 86
6. 主要设备介绍 87
6.1高清抓拍摄像机 87
6.2高清镜头 88
6.3智能交通终端管理设备 89
6.4LED补光灯 90
6.5智能闪光灯 91
6.6信号检测器 91
6.7车辆检测器 93
7. 配置清单 94
8. 案例介绍（待增加） 96
8.1梧州电子警察项目 96
9. 售后服务承诺 100
9.1三级售后服务体系 101
9.2售后服务机构和人员情况 103
1.系统概述
1.1系统设计意义
在“向科技要警力、向科技要效率”的今天，随着城市机动车数量的不断增长，带来诸多便利的同时，也存在着一些问题，城市道路交通事故频频发生，给城市交通管理造成了一定的难度。
作为智能交通行业的设备供应者，公司要实现的总体目标是：
通过采集、处理、显示及发布交通流参数、事件等动态交通流信息，为城市道路现代化监控系统的建立提供一流的交通信息支持与技术服务。
利用科技手段实现对道路交通进行有力的治理，既能有效的防止此类交通违章行为，减少由此引起的事故，又能对违章的驾驶员起到威慑作用，促进交通秩序良性循环，同时能将部分交警解放下来，在一定程度上缓解警力不足，真正体现向科技要警力的无穷力量。
1.2概要介绍
我公司高清闯红灯自动监测记录系统主要设备由前端信息采集部分，网络传输部分和中心管理部分组成，系统核心设备为嵌入式一体化高清摄像机，该摄像机为我公司自主研发，采用LINUX操作系统，集抓拍、录像、传输于一体，每个车道摄像机都能独立正常工作，结构简单、性能稳定，环境适应性强。
从系统、整体的范畴考虑，将交通中的各要素综合考虑，做到人、路、车三者的有机结合，充分应用闯红灯记录系统使交通监控真正实现"智能化"，极大地提高交通管理的效率，确保交通安全。
1.3设计原则
1、标准化：
闯红灯系统按照公安部相关标准规范规定的技术要求进行设计，同时，在采用高清摄像技术方面又进行了功能和性能上的扩展。
2、可扩展性和兼容性：
由于用户以后的需求会不断增加，系统建设的规模将随之扩大，在设计上，既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，因此我们采用模块化设计，模块间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。
3、可用性：
我们的方案在充分考虑用户实际情况，针对大多数用户的需要，设计出可满足各种需要的方案，并充分考虑了人为不可抗拒的其他因素造成故障的可能性；抓拍系统采用嵌入式一体化设计，模块化的设计使安装使用非常方便。
4、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。
5、先进性：
充分利用科技进步成果，采用先进设备和软件，使系统具有完备的功能，并且易于升级换代，在保证其先进性的前提下具有较长的生命周期。
6、可靠性：
采取选用高集成设备，采用自动检测、自动报警、自动监控和容错等技术来保证可靠性。
系统具有防病毒，防误操作特性，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。
1.4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.《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》（GA/T832—2009）
6.《机动车号牌图像自动识别技术规范》（GA/T833—2009）
7.《公安交通指挥系统工程建设通用程序和要求》（GA/T651-2006）
8.《公安交通管理外场设备基础施工通用要求》（GA/T652-2006）
9.《公安交通指挥系统工程设计制图规范》（GA/T515-2004）
10.《安全防范工程技术规范》（GB50348—2004）
11.《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）
12.《交通电视监视系统工程验收规范》（GA/T514-2004）
13.《机动车测速仪》（GBT21255-2007）
14.《报警图像信号有线传输装置》（GBJ115-87）
15.《计算机信息系统安全保护等级划分准则》（GB17859-1999）
16.《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）
17.《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-1994）
18.《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）
19.《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-2000）
20.《邮电通信网光纤数据传输系统工程施工及验收暂行技术规范》
21.公安部《城市报警与监控系统建设“3111”试点工程实施方案》
22.公安部《交通管理信息系统建设框架》
23.最新国家和地方标准规范。
2.需求分析
第2章
2.1行业现状
电子警察系统诞生于上世纪九十年代中期国民经济高速发展、汽车保有量快速增加、道路交通建设与管理水平严重滞后的背景之下，旨在通过科技手段的应用提高道路通行能力，目前已成为各级道路交通管理部门科技强警的重要手段。
随着经济的持续发展与科技的不断进步，电子警察系统在产品构成、实现方式、功能应用等方面都有了翻天覆地的变化。
产品构成上，图像采集设备经过了光学胶卷相机、数码相机、模拟视频摄像机+数码相机、标清摄像机、高清网络摄像机等几个发展阶段，目前百万像素以上的高清网络摄像机已成为主流。
实现方式上，地感线圈触发抓拍已经应用多年，目前仍广泛使用，与此同时，部署更简单、功能更强大、技术含量更高的视频分析触发方式发展迅猛，即将成为新的主流。
功能应用上，单一的闯红灯违章抓拍已经无法满足需求，卡口、禁左/禁右、压线、逆行、变道等行为的全方位抓拍记录，乃至流量分析、车道占有率统计、违章停车检测、道路拥塞检测等应用也越来越多地被纳入到电子警察系统的功能要求当中。
2.2存在问题
电子警察系统在发展变化的过程中，也不可避免地产生了一系列与技术、系统规划部署密切相关的问题，这些问题不仅影响了电子警察系统效能的发挥，对交管部门道路交通管理水平的提升也形成了较大的制约，需要我们引起关注并跟踪解决。
2.2.1产品类型繁多，稳定性较差
电子警察系统是一种系统集成类型的产品，没有固定的产品形态和设备配置，导致产品运行不稳定的不可预测因素较多。
由于各地用户有不同的使用要求，很多实现功能都不是标准的做法，也有部分安装使用环境不规则，要求厂商需要根据各种特定条件进行产品定制，部分厂商按照自己的理解和偏好来进行产品的研发和实施，在实际使用中带来了诸多问题，系统的稳定性较差。
2.2.2缺少统一标准，数据难共享
由于行业标准的定义未做明确要求，不同厂商研发的电子警察系统的控制单元和摄像单元都不尽相同，各家的数据接口、证据格式和管理软件更是五花八门，无法达到统一，资源难以实现共享，给用户带来诸多不便。
2.2.3信息孤岛剧增，形不成合力
一方面由于技术水平、规划部署方面的原因，电子警察系统本身处于孤立，未能与公安、交警部门相关业务系统实现有效的对接与资源整合，另一方面各地公安信息化建设发展水平存在差异，电子警察系统也难以实现跨地区的联网，系统的使用上也相对地封闭与孤立，难以发挥整体作用和综合效益。
2.3发展趋势
2.3.1高清化
从违法行为取证的合规性、违法行为记录的全面性与完整性、对于路口通行状况细节信息辨认的需求等角度来看，电子警察系统前端设备的高清化是大势所趋，获取高质量的信息能够为系统后端的各类应用奠定良好的基础。
2.3.2集成化
实现由工业控制计算机作为系统处理核心向嵌入式一体化设备功能集成的方向转变，实现ISP图像处理、视频分析、车牌识别、车身颜色识别、行为检测等关键技术在电子警察系统前端摄像机内的集成，对于简化系统前端结构、便利施工与维护、减少故障点、提升系统前端整体稳定性与可靠性都具有非常重要的意义。
2.3.3网络化
网络化包含两层含义，一是区域系统的网络化，旨在满足特定区域如某个城市的交通管理需求；二是跨区域联动的网络化，实现省际乃至全国范围内的信息与资源共享，联动应用。
这将随着电子警察系统应用的不断延伸和扩展而演变为现实的需求。
2.3.4智能化
电子警察系统的智能化体现在系统前端功能和系统后台应用两个方面，前者要求电子警察系统除了实现单一的闯红灯抓拍功能以外，还要能实现卡口、禁左、禁右、压线、变道、逆行等行为的全面记录，同时具备车牌识别、车身颜色识别、视频分析等综合智能化功能；后者要求电子警察系统不仅仅是一个违章处罚系统，更要逐步向交通诱导管理的方向演进，以智能化的应用切实提升道路交通管理水平，为方便公众出行服务。
3.整体设计
该系统采用线圈检测模式为主、视频检测模式为辅的方式。
当线圈链路工作异常时，系统自动切换至视频检测模式。
系统采用500万CCD高清一体化摄像机为采集主体，单台摄像机可覆盖单向3车道；同步支持闪光灯和LED频闪灯进行夜间补光。
在线圈检测模式时，系统通过信号检测器判断红绿灯状态，通过地感线圈来检测是否有车辆通行。
当处于红灯状态且有车辆经过时，车辆检测器触发高清智能摄像机来对违章车辆进行抓拍。
设备稳定可靠，捕获率、识别率高。
在视频检测模式时，系统自动对视频流中运动物体进行实时逐帧检测、锁定、跟踪，根据车辆运动轨迹判断车辆是否违章并进行记录，无需破坏路面、埋设线圈。
设备稳定，结构简单，便于安装维护。
系统主要由前端数据采集子系统、网络传输子系统和中心管理平台构成。
系统整体结构如下：
系统整体结构示意图
第3章
3.1数据采集子系统
数据采集子系统主要由图像采集设备（高清摄像机）、车辆及红绿灯信号检测设备、辅助光源（补光灯）、智能交通终端设备、智能终端管理设备、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。
n高清抓拍摄像主机：
本系统采用500万像素高清抓拍摄像主机，分辨率高达2448×2048。
单台高清摄像机可覆盖3个车道，提供红绿灯检测、车辆检测及高清录像的视频流。
nLED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。
n智能闪光灯：
对违章车辆进行捕获时，同步触发闪光灯进行补光，确保图片质量。
n车辆检测器：
配合地感线圈对通行车辆进行检测，并提供触发信号给信号检测器。
n信号检测器：
对红绿灯状态进行判断，并结合车检器信号对摄像主机提供抓拍触发信号；当线圈链路工作异常时，触发相机切换至视频检测模式，确保系统继续有效运行。
n智能交通终端管理设备：
采用嵌入式高性能处理平台，内置大容量硬盘，可接收来至高清摄像机的JPEG流、H.264视频流，并进行图片、录像的前端存储。
支持140万、200万、500万高清监控摄像机的接入，具有图片断点续传、图片录像检索等功能。
内置工业级交换机。
n网络传输设备：
包括光纤收发器等，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。
3.2网络传输子系统
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100/1000M的以太网口用以传输系统前端设备记录的违法车辆信息。
3.3中心管理平台
中心管理平台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。
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。
4.详细设计
第4章
4.1系统原理
4.1.1系统工作原理
系统中主要设备由嵌入式一体化高清摄像机、补光单元、车辆检测单元、网络传输、智能终端管理设备、智能交通终端管理设备及中心管理等部分组成，系统核心设备为嵌入式一体化高清摄像机，该摄像机为我公司自主研发，具有完全自主知识产权，集抓拍、录像、压缩、传输于一体；除正常线圈检测方式外，系统还具有先进的视频检测功能，可以对视频图像进行逐帧识别，同时自动匹配对应车道，对过往车辆进行轨迹跟踪并做行为判断，如有违章车辆进行抓拍、车牌识别、录像、存储，处理结果上传到后台。
同时系统兼顾卡口功能，即绿灯正常行驶的车辆，系统也可以进行记录。
系统原理图
系统开通工作时，高清摄像机会对来自信号检测器的485信号实时进行检测，当线圈正常时，高清摄像机检测到485信息正常，系统工作在线圈检测模式，视频检测模式作为“独立”的系统处于“待命”状态。
当车检器或线圈的链路发生故障时，相机在1分钟内无法检测到来自信号检测器的信号或检测到信号检测器的信号不正常，则默认判断为线圈模式发生故障，并立即自动切换到视频检测模式；待车检器或线圈链路修复后，相机重新检测到了来自于信号检测器的信号，则又自动恢复到线圈检测模式。
整个过程全部由相机自动处理，无需人为干预，真正做到了检测机制智能化。
4.1.2线圈检测原理
4.1.2.1车辆检测原理
当车辆（金属物体）经过埋设在路面的地感线圈时，将导致地感线圈电感值减小。
电感值的变化，使得车辆检测器的LC振荡电路的振荡频率变化。
通过公式，可以看出，在车辆检测器中，值是一定的，来自线圈的值是随着有车辆（金属物体）经过而变化的，则值变化，因此有，式中为无车辆（金属物体）经过时线圈的电感量，为有车辆（金属物体）经过时线圈的电感量，车检器通过精确检测振荡电路的频率变化可以准确判断是否有车辆经过。
地感线圈检测具有检测稳定可靠、检测速度准确等特点，配合高性能车辆检测器，可以在1ms内检测到线圈中任一线圈发生的0.01%的电感量变化，能够准确地捕获车速在5～180公里/小时的车辆，捕获率达99%以上，并且可以准确地检测到经过线圈的摩托车、轿车、卡车、工程车等各种车辆。
地感线圈检测技术具有如下优势：
1）抗干扰能力强，有效地解决了相邻车道之间的干扰，极大减少了误抓现象；
2）车辆检测器响应时间更短，运算速度更快，检测精度更高；
3）车辆检测器采用宽温器件，受环境影响小，具有更高的工作稳定性
线圈检测系统工作流程图如下：
车辆通过地感线圈时，车辆检测器检测到车辆通过的信号，并根据两线圈间距和通过的时间差计算出车辆速度，并将抓拍信号发送给摄像机，从而触发摄像机进行抓拍，摄像机将抓拍到的图片通过网络传输至中心服务器。
图2.1、系统原理示意图
①车辆触发B线圈时，系统记录下当前的时刻TB；
②当车辆触发线圈A时，系统记录下当前的时刻TA，同时计算车辆的速度，其中DB为B线圈与A线圈之间的距离；
③车辆检测器给出触发信号，触发高清摄像机进行图像捕捉；
④同时，高清摄像机给出触发信号同步闪光灯补光；
⑤高清像机捕捉到车辆图像，并生成图像储存在主机或智能终端管理设备中。
⑥系统对车辆图像进行处理，识别出车辆的信息，通过网络上传至控制中心服务器中。
4.1.2.2红绿灯信号检测原理
本方案中红绿灯信号检测由信号检测器来完成。
信号检测器是智能交通闯红灯系统的前端设备，放置在室外，它向后端的图像抓拍系统传输闯红灯抓拍触发信号，并可提供闪光灯信号的分路控制；实现全方位、无盲点监测十字路口的交通情况。
信号检测器内置红绿灯检测电路，将被检测车道的红绿灯信号引入到信号检测器，220V的红绿灯交流信号被转换为低电压，通过光耦器件送至内部的数字逻辑门电路，从而完成红绿灯信号的检测。
信号检测器收集车检器及红灯的信息，当有车辆在红灯期间驶过线圈，则通过RS485接口向摄相机发送抓拍指令，同时接收摄像机发出的闪光灯触发信号再转发给各车道相应的闪光灯进行补光。
4.1.3视频检测原理
4.1.3.1车辆检测原理
采用基于运动检测的车辆检测方法，其核心原理是通过学习建立道路背景模型，将当前帧图像与背景模型进行背景差分得到运动前景像素点，然后对这些运动前景像素进行处理得到车辆信息。
该方法效果的优劣依赖于背景建模算法的性能。
其流程图如下所示：
车辆检测流程图
整个检测过程分为以下几个步骤：
1、由高清摄像抓拍主机获取实时的视频流。
2、利用背景差分算法检测运动前景。
首先通过初始多帧视频图像的自学习建立一个背景模型，然后对当前帧图像与背景模型进行差分运算，消除背景的影响，从而获取运动目标的前景区域。
3、根据背景差分运算中运动目标检测的结果，有选择性地更新背景模型，并保存背景模型。
4、过滤噪声，并获取准确的车辆位置。
5、运用时空信息、匹配和预测等算法，对车辆进行准确的跟踪，得到车辆对象的运动轨迹，并保存车辆对象的轨迹信息。
6、判断车辆是否到达触发线位置，如是没有到达，则进行下一帧的检测，如果到达则发出触发信号。
车辆的抓拍触发综合运用了车牌检测算法和车辆检测算法，如下图：
车辆抓拍触发原理示意图
系统首先采用车牌检测算法，在车辆到达触发线的时刻，若系统检测到图像中存在车牌，则触发抓拍，并进行车牌识别；对于无后车牌或后车牌遮挡的车辆，系统无法检测到车牌，此时将启用车辆检测算法，若运动对象与系统内建的车辆模型相匹配，则触发抓拍，并记录为无牌车辆。
以下为车辆闯红灯过程检测示意图：
车辆未越过停止线
车辆已经越过停止线
车辆在相应红灯相位继续行驶
4.1.3.2红绿灯信号检测原理
视频分析算法对于红绿灯的检测综合运用了亮度比较算法与灰度比较算法，在场景中红绿灯所在位置划定检测区域，并对该区域的亮度与灰度的变化进行实时地检测与判断，从而获知当前的红绿灯状态。
4.1.4车牌识别原理
车牌识别是基于图像分割和图像识别理论，对含有车辆号牌的图像进行分析处理，从而确定牌照在图像中的位置，并进一步提取和识别出文本字符。
车牌识别过程包括图像采集、预处理、车牌定位、字符分割、字符识别、结果输出等一系列算法运算，其运行流程如下图所示：
车牌识别原理示意图
图像采集：
通过高清摄像抓拍主机对卡口过车或车辆违章行为进行实时、不间断记录、采集。
预处理：
图片质量是影响车辆识别率高低的关键因素，因此，需要对高清摄像抓拍主机采集到的原始图像进行噪声过滤、自动白平衡、自动曝光以及伽马校正、边缘增强、对比度调整等处理。
车牌定位：
车牌定位的准确与否直接决定后面的字符分割和识别效果，是影响整个车牌识别率的重要因素。
其核心是纹理特征分析定位算法，在经过图像预处理之后的灰度图像上进行行列扫描，通过行扫描确定在列方向上含有车牌线段的候选区域，确定该区域的起始行坐标和高度，然后对该区域进行列扫描确定其列坐标和宽度，由此确定一个车牌区域。
通过这样的算法可以对图像中的所有车牌实现定位。
字符分割：
在图像中定位出车牌区域后，通过灰度化、灰度拉伸、二值化、边缘化等处理，进一步精确定位字符区域，然后根据字符尺寸特征提出动态模板法进行字符分割，并将字符大小进行归一化处理。
字符识别：
对分割后的字符进行缩放、特征提取，获得特定字符的表达形式，然后通过分类判别函数和分类规则，与字符数据库模板中的标准字符表达形式进行匹配判别，就可以识别出输入的字符图像。
结果输出：
将车牌识别的结果以文本格式输出。
4.1.5中心平台原理
中心平台是建立在公安视频信息专网系统协议层之上，可以作为各级公安交通指挥系统的统
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