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电子警察解决方案

一.概  述

十七大把构建社会主义和谐社会摆在更加突出的地位。要构建和谐社会,城市公共交通安全是重中之重,城市公共交通安全是城市经济与社会发展的最根本保障。

城市道路交通安全是城市公共交通安全的重要分支。随着机动车辆大规模普及应用,各种与机动车有关的违法事件开始滋生蔓延。以此衍生的道路交通安全问题日益成 为社会经济发展中的一个重要制约因素。收集、统计和分析道路交通事故,发现大部分交通事故都是因为机动车违章行驶而引起,尤以在交叉路口或路段上机动车闯 红灯造成的事故所占比例最大。建设闯红灯自动记录系统(俗称电子警察),对机动车闯红灯行为进行不间断自动检测和记录,通过立法对机动车闯红灯行为进行处 罚,是遏制机动车闯红灯行为的重要手段,进而改善城市道路交通环境,提升公众出行安全系数。

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1.1 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》

《公路交通安全设施设计技术规范》(JTJ 074-2003

《闯红灯自动记录系统通用技术条件》GA/T496-2009

《民用闭路电视系统工程技术规范》GB50198-94

《安防视频监控系统技术要求》GA/T 367-2001

《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92

《中国电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90.92

《道路交通标志和标线》GB5768

1.2 设计原则

先进性

高清电子警察前端系统采用高清一体化摄像机替代模拟摄像机+工控机模式,是系统先进性最重要的体现。200万像素高清画质同时覆盖2个车道,车辆车牌号码、停止线和红灯状态同时反映在一张照片中,将3张反映闯红灯过程的连续照片合为1张,是我司高清电子警察先进性的突出特点。

实用性

高清电子警察前端系统符合GA/T 496-2009公安部最新标准,能为交警用户准确捕获、抓拍、记录闯红灯行为,将3200万像素的高清照片和1段高清视频相结合,为非现场处罚系统提供准确、清晰的证据,是本系统实用性的重要体现。

可靠性

高清电子警察前端系统广泛采用嵌入式技术,摈弃了工控机模式,无论是前端设备使用寿命,还是抗恶劣环境等方面,可靠性都得到质的飞跃,符合室外电子产品设计的发展方向。

经济性

高清电子警察前端系统可靠性得到提升,因此系统的维护成本显著下降。采用嵌入式一体化高清摄像机取代数码相机,LED低功耗补光灯取代闪光灯,设备使用寿命明显变长,产品更换周期明显缩短,系统经济性显著提高。

安全性

高清电子警察前端系统采集的数据经过加密传输,保障了系统数据的安全性。通过水印技术实现数据防篡改功能,确保数据作为证据的可信性。

易维护性

高清电子警察前端系统所包含的设备数量少,一体化高清摄像机接受软件平台的集中管理,可实现远程升级、维护和自动校时。

二. 高清电子警察优势

2.1  单张高清照片包含闯红灯行为三要素

标清电子警察需要两张照片,一张为全景照片(记录闯红灯过程,看不清车牌),一张为特写照片(仅能看清车牌),违法证据需要连续2-3张全景照片和1张特写照片组成,全景和特写照片分辨率仅为768*576,清晰度约为400-600线;高清电子警察拍摄2-3张连续的高清照片,每张照片均同时包括号牌号码、停止线和红灯信号三要素,单张照片分辨率达到1600*1200,清晰度超过960线,提高违法取证防抵赖性,更有利于违法取证。如下图所示:

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2.2  单像机同时输出高清照片和高清视频

标清电子警察需要一只全景像机输出动态视频来记录机动车闯红灯过程。海康威视高清网络摄像机除了能输出高清照片,还能同时输出一段高清视频(分辨率**),记录机动车闯红灯过程。一方面增强违法照片的说服力,另一方面减少摄像机数量,降低故障点数量。

2.3  闪光灯硬件同步曝光

传统标清电子警察系统摄像机不具备闪光灯同步接口,由第三方外部电路+软件控制来实现摄像机与闪光灯的同步,同步效果不理想,受限度大。高清电子警察系统采用CCD电子快门直接控制闪光灯硬件同步曝光,可达到严格同步。

2.4  前端照片合成叠加预处理

GA/T 496-2009 4.3.2节要求,一次闯红灯行为所产生的3张照片记录要求合成为1张图片。海康威视电子警察业务处理机将完成这该功能,将高清网络摄像机抓拍的3张200万像素高清照片合成处理为1张图片,并完成时间、地点、方向和车道等信息叠加。图片合成后,不出现原始图片遗漏、错位等问题。现场合成示意图如下所示:

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2.5  全嵌入式工业设计

高清网络摄像机、车辆检测器、信号灯检测器和电子警察业务处理机全部采用嵌入式工业级设计,适宜于路口恶劣工作环境。

采用ARM+DPS硬件架构,无风扇、低功耗设计,操作系统选用嵌入式Linux。尤其是电子警察业务处理取代传统工控机插图像采集卡方式,它解决了工控机易死机,抗病毒能力差,功耗高,高温运行不稳定等关键问题。

工业设计,金属机身,散热良好,确保在炎热夏季依然能正常工作。

设计时每款前端产品均具有看门狗功能,设备运行中自检发现异常,将自动重启,使设备恢复到正常工作状态,无需人工干预。

2.6  多级缓存手段确保数据不丢失

电子警察业务处理机和高清网络摄像机均支持SD卡,当前端与中心之间网络故障时,数据优先缓存在业务处理机的SD卡内,待故障恢复后,数据再补传到中心;若电子警察业务处理机故障,则数据缓存在高清网络摄像机的SD卡内,待故障恢复后,数据再补传到电子警察业务处理机,进行相关图片预处理。

不采用硬盘作为前端存储介质,硬盘在高温环境下工作极不稳定,所造成麻烦将产生很大维护费用。

2.7  多种传输途径确保数据传输可靠性

电子警察业务处理机可选配CDMA或3G通信模块,当有线网络发生故障时,可通过CDMA或3G来完成数据传输,移动通信作为有线传输的冗余手段。提升系统传输可靠性,有线网络正常时,关闭移动通信功能,节约通信资费。

通过水印技术来验证照片在传输过程中是否被篡改,确保违法证据的合法性。

三.系统总体设计

3.1  系统组成结构图

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如右图所示,高清电子警察系统总体结构包括3部分:前端路口、传输通道和后台处理系统。

路口单元

每方向一套电子警察业务处理系统,包含:1只200万像素高清摄像机、1台车辆检测器、1台信号灯检测器、1台电子警察业务处理机、1台网络交换机、1个室外电子警察专用机柜,及其它配套辅材。若该方向有3-4个车道,则按照2只200万像素高清摄像机。

多个方向的电子警察业务处理系统通过路口局域网互联至一个总出口(如上图路口示意部分左上角),安装1台光纤收发器,通过独立光纤汇聚到监控中心。

传输通道

所有路口的电子警察系统全部采用独立光纤进行数据传输,同时,也可选配CDMA、3G等无线传输方式为光纤传输提供冗余通信线路。

监控中心

监控中心部署电子警察软件平台(含服务器)、操作终端、打印机等。软件平台集中管理全网电子警察前端设备,操作终端用于违法人工处理,打印机用于打印违法罚单。

3.2  逻辑功能分布图

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路口单元

路口单元完成闯红灯行为的检测并及时抓拍,对获取的信息进行预处理,分为图像采集单元和前端处理单元两大部分。

图像采集单元

图片抓拍:利用一体化高清网络摄像机连续抓拍三张闯红灯高清图片组成一份违法记录,抓拍间隔精确到0.1秒,每张图片(分辨率1600×1200)均包含清晰可辨的车辆信息、车牌信息、车辆行驶行为和红绿灯信号状态。

脉冲闪光灯同步:

视频捕获:利用一体化高清网络摄像机拍摄闯红灯过程的动态视频,视频清晰度满足人工对车辆颜色、类型的认定,能完整呈现机动车闯红灯整个过程的运动轨迹,用于判断违法类型。

数据缓存:借助网络将抓拍的图片和捕获的视频发送给前端处理单元。可安装高速SD卡,在网络通信故障时缓存高清图片和动态视频。选配8GB容量SD卡,可缓存约4万张违法照片,合1万份违法记录。

前端处理单元

车辆检测、车辆测速:利用车检器实时检测过往车辆,车辆捕获率大于99%,包括车辆通行、车速、是否逆行等,并将检测结果发送给业务处理机。支持双线圈检测技术,根据车辆压过线圈的顺序来判断车辆逆行,逆行检测率大于99%。根据车辆压过线圈的时间差来计算车辆平均时速,测速精度为±1%。

信号灯检测:利用信号灯检测器实时检测红灯信号,将红灯维持状态、红灯切换至绿灯脉冲信号、绿灯切换至红灯脉冲信号,发送给业务处理机。单台交通信号灯检测器支持3路或6路信号检测路数,将模拟输入的220V电平信号转换为数字信号,保证采样信号周期的完整度和匹配度。支持多相位红灯信号接入与处理。

抓拍触发:业务处理机接收来自车检器和信号灯检测器的信号,在红灯状态同时检测到车辆,即证明闯红灯行为。业务处理机将给一体化高清网络摄像机1个抓拍触发信号。

数据预处理:业务处理机接收来自一体化高清网络摄像机抓拍的3张照片和1段视频。业务处理机按照国家标准将3张照片合成一张照片,并将时间、地点、方向、车道等信息叠加至图片上。

数据存储:业务处理机将处理完毕的数据上传至后台处理单元。业务处理机可安装高速SD卡,在网络通信故障时缓存数据,网络恢复以后,数据自动接续上传。

传输网络

传输网络负责将路口单元预处理后的数据传输至后台处理单元,可以是有线传输方式(比如:独立光纤、运营商专网专线等),也可以是无线传输方式(比如:CDMA 1X或3G)。

后台处理单元

后台处理单元主要完成以下功能:

数据通信、数据处理和数据存储:从前端业务处理机获取图片和数据,将图片保存在磁盘阵列中,将数据保存在数据库服务器中。

车牌识别、数据接口和打印罚单:对每一张违法图片进行车牌识别,识别结果由人工复核,确定为违法行为后,信息送至非现场处罚系统并打印生成罚单。

Web查询、信息发布:利用应用服务器为公安内部工作人员或驾驶人员提供Web查询服务,并支持将违法车辆记录信息发布到网站上。包括按车型、号牌、车速、日期、时间等参数进行检索。

状态监控:中心平台能自动监测前端设备运行状态,并以图形化方式直观展示设备当前工作状态,对异常现象进行报警。

车流量统计:中心平台提供车流量统计功能,以柱状图方式显示所查车道在指定时间段内通行车辆流量,支持数据导出Excel或打印。

网络校时:中心平台能对系统中服务器和前端卡口设备进行集中校时,包括手动校时和定时自动校时。

3.3  系统主要性能指标

抓拍关键要素

红灯信号、停止线、机动车外观、号牌、颜色和闯红灯过程。

违法记录组成

3张200万照片+1段动态视频。第1张为机动车压在停止线上,第2、3张为机动车已越过停止线。照片合成在前端电子警察业务处理机完成。

车速捕获范围

实测5~200KM/h范围内均可捕获车辆,闯红灯机动车捕获率达到99%。

图像采集响应速度:≤1ms。

最小抓拍间隔:70ms。

图片压缩方式JPEG。

分辨率1600*1200。

视频压缩方式

H.264。仅记录闯红灯过程的视频,分辨率为200万像素;全程记录视频,分辨率为4CIF。

图像存储容量

≥120万份记录。前端插8GB容量SD卡可缓存1万份记录。

动态视频存储容量:按每点30天设计。

补光灯寿命:≥500万次。

工作温度、工作湿度

无加热、散热装置时,-10℃~+60℃。

10%~95%

 

 

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