人脸取证电子警察系统的设计与实现

陈章斌

(福州外语外贸学院通识教育学院， 福建　福州　350202)



人脸取证电子警察系统的设计与实现

陈章斌

(福州外语外贸学院通识教育学院， 福建福州350202)

[摘要]本文从前端系统、传输系统及后端管理系统来阐述人脸取证电子警察系统的设计及实现.该系统可以使交通违章与事故减少，改善交通秩序.

[关键词]人脸取证；电子警察；闯红灯

1人脸取证电子警察系统组成

人脸取证电子警察系统由前端子系统、网络传输子系统以及后端管理平台子系统三大部分组成.如图1所示.该系统可以实现对各路口机动车闯红灯、逆行、压线、违法变道、不按行进方向驶入导向车道等交通违法行为进行前端自动抓拍记录、网络传输和后端平台处理，完成对机动车交通违法行为的处理.

图1　人脸取证电子警察系统结构

1.1前端子系统

1.1.1前端子系统组成

前端子系统负责完成前端数据采集、分析、处理、存储与上传，主要由电子警察抓拍摄像机、卡口抓拍摄像机、补光灯、信号灯检测器、处理服务器等构成.

图2　前端子系统安装实施图

电子警察抓拍摄像机：电子警察抓拍摄像机采用高清晰逐行扫描CCD，具有清晰度高、照度低、帧率高、色彩还原度好等特点，可实现图像采集、成像控制、车辆检测、车牌识别、违章检测，可支持SD卡前端存储.它广泛应用于交通路口通行车辆与超速车辆监控、闯红灯记录，能有效遏制车辆的超速行驶、逆向行驶、闯红灯等违章行为，并能为治安案件的侦破提供有力的线索，成为现代交通管理的高效助手.

卡口抓拍摄像机：采用高清晰逐行扫描CCD，具有清晰度高、照度低、帧率高、色彩还原度好等特点，可支持SD卡前端存储，实现驾驶人面部特征采集的功能.

数据处理服务器：主要用于前端摄像机数据处理，完成违法车辆正背向图片匹配、合成功能，支持前端数据暂存和数据上传.

补光灯：主要用于环境补光，有效提高夜间图像显示效果和标识、标线的显示效果.

闪光灯：主要用于卡口抓拍摄像机抓拍补光，辅助摄像机捕获到驾驶人员的面部信息.

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电子警察抓拍摄像机.抓拍摄像机根据反馈的情况做相应处理.

1.1.2人脸取证电子警察系统工作流程

交通违法行为包括：闯红灯、逆行、违法变道、压线、不按导向车道行驶等.下面以闯红灯为例来阐述整个系统工作流程的设计，其余违法行为工作流程类似.

系统对通行车辆进行实时监控抓拍，每条闯红灯违法记录由3张图片构成，能够清晰展示机动车未到达停止线、越过停止线、越过停止线后继续向前位移的完整过程.违法过程的图片位移保持适宜的距离，以清晰反映机动车闯红灯违法过程.抓拍图片符合《GA/T496-2014闯红灯自动记录系统通用技术条件》和《GA/T832-2014道路交通安全违法行为图像取证技术规范》中的相关要求.

(a)能反映机动车未到达停止线的图片，并能清晰辨别车辆类型、交通信号灯红灯、停止线.

(b) 能反映机动车已越过停止线的图片，并能清晰辨别车辆类型、号牌号码、交通信号灯红灯、停止线.

(c) 能反映机动车与(b)中的图片机动车向前位移的图片，并能清晰辨别车辆类型、交通信号灯红灯、停止线.

系统可以实现对单方向各车道闯红灯车辆的监测、图像抓拍等功能.每一违法记录拍摄连续3张反映闯红灯过程的图片，其中第一个位置的图片反映机动车未到达停止线的情况，并能清晰辨别车辆类型、交通信号灯红灯、停止线；第二个位置的图片反映机动车已越过停止线的情况，并能清晰辨别车辆类型、车牌号码、交通信号灯红灯、停止线；第三个位置的图片反映机动车越过停止线继续前行的情况，并能清晰辨别车辆类型、交通信号灯红灯、停止线.

在电子警察杆件上增加车辆正向卡口抓拍摄像机，来实现驾驶人面部特征记录功能.车辆分别通过卡口抓拍单元和电子警察抓拍单元后，对应的正向卡口图片和闯红灯违法合成图片都汇聚到路口处理服务器上.主机通过图片对应的车道方向属性和车牌识别结果，把同一车辆的闯红灯图片、正向卡口图片和卡口人脸特写图片做匹配合成，可自动实现电子警察3+1合成图片、卡口1+1合成图片的关联、匹配、合成工作.最终输出的违法图片可直观地看到违法行为驾驶人的面部特征.

图3　人脸取证工作流程

图4　违章合成图

1.2网络传输子系统

主要负责完成数据、图片、视频的传输与交换.建设视频专网，其中路口局域网主要由点到点光纤、光纤收发器、接入交换机组成；中心网络主要由汇聚交换机以及核心交换机组成.

(1)路口网络.路口网络主要用于汇聚前端各种网络设备，包括光线收发器发射机、小型交换机等.

(2)传输线路.传输线路建议采用独立光纤(单模单纤)传输，连接路口局域网和中心网络，传输带宽不小于100 M.

(3)中心网络.中心网络采用“汇聚—核心”的网络架构.中心机房的光纤收发器接收机全部汇聚到中心的汇聚交换机上，数据再由汇聚交换机传输到核心交换机上.

1.3后端管理子系统

后端管理子系统负责实现对辖区内路口相关数据的汇聚、处理、存储、应用、管理与共享，主要由中心管理平台和存储系统组成.

1.3.1存储系统

前端返回中心的数据包括车辆号牌等动态数据、车辆图片和车辆视频.根据交通违章数据存储的要求，各类数据应根据数据类型、特点及重要性进行区别存储，且数据保存时间长、数据量大，以保证后期的可复查性及案情的协查调用.由于前端的数据量大，故该设计采用集中存储的方式，即IPSAN.

不同信息所需的存储空间也不相同.计算方式如下表述.

车辆号牌等动态数据容量计算.每辆车辆的号牌等动态数据信息为每条0.9 KB，按单车道日均2 000 辆流量估算，每条车道每月的数据信息容量计算公式为：

2 000条×0.9 KB/条×1车道×30天/1 024/1 024

=0.052 GB

车辆图片容量计算.车辆图片信息采用JPEG 编码格式，高清摄像机输出照片文件平均大小为600 KB，闯红灯人脸取证照片大小约为3 MB，机动车平均违法率按1﹪估算.每条车道每个月的图片信息容量计算公式如下：

卡口抓拍摄像机：

2 000 辆×0.6 MB×1车道×30天/1 024

=35.16 GB

电子警察抓拍摄像机：

2 000 辆×(0.6 MB×99﹪+3 MB×1﹪)×1车道×30天/1 024=36.56 GB

车辆视频容量计算.以8 M码流、25 fps为例，每台摄像机每个月存储容量计算公式如下：

1台×8 Mb/s×3 600 s/h×24 h×30 d/8/1 024/1 024=2.47 TB

1.3.2中心管理平台

中心管理平台能够实现对路口设备、数据通讯管理和数据处理，主要功能包括设备管理、数据处理和用户管理.

设备管理主要实现前端、后端各设备的接入管理，对所接入的设备进行监控，保证整个系统运行的稳定性.

数据处理主要实现系统各环节资源的管理控制，数据、图片和各类视频的抓拍采集、实时浏览、存储、回看和转发等操作.完成对抓拍形成的图像数据以及识别出的车号数据的管理，包括增加、修改、删除及各类查询等.对于不能识别以及识别错误的车号，可由人工增加和修改.它主要完成闯红灯违法车辆以及黑名单中车辆信息的传输、增加、修改、删除、更新等.完成各类数据的综合查询和统计工作，包括车号数据查询统计、黑名单数据查询统计、车号与黑名单的数据对比查询、统计、分析等.

用户管理主要实现拥有不同配置权限的管理员、用户对系统资源进行配置，包括设备参数、图像、视频存储方式与路径、用户权限、报警设置以及系统设置等.用户能够根据业务单元和使用者的实际需要对系统参数进行配置，实现更加便捷、高效的用户操作.

2人脸取证电子警察系统的应用测试分析

本系统的开发基于嵌入式技术，软件设计基于嵌入式Linux操作系统.服务器端与客户端的测试均可在Window系统平台环境下进行.其中，系统主要硬件采用高清视频电警一体机.此硬件内置自主知识产权的交通类车辆检测、识别、违章检测算法，集“图像采集(包括人脸抓拍)+车辆检测+车牌识别+违章判断”众多功能于一体，实现了“图像传感器+ISP+DSP”方案的技术.系统在抓拍单元中集成了内置的小灯，充分利用车辆号牌定向反射的特性，提升了系统夜间车辆跟踪的有效率.在工程施工方面，简化了施工和维护，用户只需将一体机架设在路面上方，接入红绿灯检测信号、进行一次调试与配置即可实现图像采集、车辆检测与抓拍、车牌识别、违章判断等功能.用电警一体机采集到的驾驶员面部信息效果如下(一般为违法3+1和卡口1+1共6张合成，图片采用JPEG格式存储，6张合成图片约占用3 MB).

图5　驾驶人面部特征采集效果

系统运行分析显示系统能够准确捕获、记录车辆通行信息(车辆正面图片)，且支持11种车身颜色识别(白、红、粉、绿、蓝、青、黄、棕、黑、紫等)、7种车型识别(大货车、小货车、客车、中型客车、面包车、轿车、SUV-MVP)和90种车标识别的功能.对200 km/h以内通过车辆的捕获率不小于95﹪，记录的车辆信息除包含图像信息外，还包括完整的时间(精确到秒)、地点、方向、车牌号码等文本信息.在图片上叠加文本信息，相关信息存入到关联数据库.对于160 km/h以内的闯红灯车辆捕获率不小于90﹪，捕获有效率不小于80﹪.对于不按规定车道行驶、压线、逆行、不按应行进方向驶入导向车道等的违规检测捕获率和捕获有效率都不小于80﹪.支持全天录像和违法片段录像，采用H.264技术或MJPEG编码，进行每秒25帧的配合600万像素高清摄像机录制视频.

人脸取证电子警察系统的实现使交通违章减少，交通事故减少，可以改善治安和交通秩序.

3结语

随着城市的飞速发展，城市汽车保有量不断增加.电子警察系统日益成为智能交通系统中重要的一部分.传统的电子警察系统逐渐无法满足智能交通系统的需求.人脸取证电子警察系统的出现，将违法取证关联到人，可以遏制驾驶分买卖，提高机动车驾驶员的自觉性，增强安全意识，大大减少因闯红灯、压线行驶、逆向行驶、不按车道行驶等违法行为，而且可以为交通肇事逃逸和涉车案件等提供线索和证据.

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(责任编辑穆刚)

Design and implementation of the electronic police system for face forensics

CHEN Zhangbin

(General Education College, Fuzhou College of Foreign Studies and Trade, Fuzhou Fujian 350202, China)

Abstract：In this paper, the design and implementation of the electronic police system of face forensics are described from the front end system, transmission system and the back-end management system.The system can reduce traffic accidents and improve traffic order.

Key words：face forensics; electronic police; running red lights

[中图分类号]TP391.41

[文献标志码]A

[文章编号]1673-8004(2016)02-0136-04

[作者简介]陈章斌(1979—)，女，福建福州人，讲师，工程硕士，主要从事计算机网络及网页开发与制作方面的研究.

[收稿日期]2015-06-05