基于物联网的智慧非机动车管理系统设计实现

杨 波，车 辉，邢慧芬，苗碧舟，马春跃

（1.中国移动通信集团山西有限公司太原分公司，山西 太原 030000；2.湖州市织里镇公共事业服务中心，浙江 湖州 313000；3.巢湖学院 信息工程学院，安徽 合肥 238000；4.湖州银行股份有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引 言

在交通管理中，非机动车交通具有违法行为复杂多样、出行数量庞大和违法行为从众性强等特点，因此非机动车的交通违法行为一直是巨大的交通安全隐患和交通管控的痛点、死角，整体治理效果不理想，成为影响道路交通安全的主要因素之一。

2017年8月，公安部等四部委、办联合印发《城市道路交通文明畅通提升行动计划（2017—2020）》，要求充分运用科技手段提升执法效能，推广可查缉多种违法行为的交通技术监控系统，不断扩展非现场执法覆盖面。但传统的交通监控相机主要针对机动车辆进行管理，无法对非机动车进行有效管控。近年来，随着物联网、人工智能等技术的进步，视频分析识别技术得到了快速发展，使高清智能监控相机能够逐步满足更全面、更精细化的交通管理需求，利用非现场执法手段针对非机动车进行管理，尤其是针对非机动车违法行为的管控成为了可能。

1 系统架构

非机动车综合管理系统借助物联网、人工智能和视频分析识别等技术，采集、分析非机动车的多种违法行为，并通过抓拍违法过程图片、车辆车牌信息，完整描述违法发生的全过程，通过后台车牌库进行比对，确认违法者身份，为后续的违法处罚提供证据，从而有效打击非机动车的违法行为，提高城市交通管理水平。智慧非机动车管理系统架构如图1所示。

图1 智慧非机动车管理系统架构

系统共分为物联感知层、基础设施层、数据层和应用层。在物联感知层，系统通过部署车辆识别、人脸识别等设备，实现对非机动车违法信息的采集和识别；在基础设施层，通过在云端部署管理服务器、应用服务器、Web服务器、图片服务器、录像管理服务器和数据库服务器等设备，为终端采集的数据提供集中存储和管理，同时为上层数据层提供基础服务；在数据层系统通过对采集的数据进行处理分析，并将分析的结果推送到综合管理平台，由管理人员对处理的信息进行审核确认，以确定违法信息是否属实，供应用层使用；在应用层，执法人员、管理人员、社区人员和群众通过PC端或APP实现数据的管理、统计、审核、查询。

2 物联网系统设计

当非机动车存在闯红灯、逆行、非机动车占用机动车道等交通违法行为时，系统实现对非机动车车牌的自动抓拍、记录、传输和处理，同时系统还兼具卡口功能，能够实时记录非机动车通行信息。系统前端的高清抓拍单元采用“高性能AI硬件+深度学习算法”架构，通过基于多种式样非机动车车牌识别算法整合成高识别率的非机动车车牌通用识别算法，借助强大的边缘计算能力保证系统能够在单一场景下完成更多违法行为的检测、取证，助力相关部门在重要的交通管理节点进行高效管控。同时系统支持双网架构，中心平台在视频专网或在公安内网，人脸分析比对也在公安内网，因此可满足公安、交警部门的网络安全需要。智慧非机动车管理系统网络拓扑架构如图2所示。

图2 智慧非机动车管理系统网络拓扑架构

系统由前端子系统、传输子系统、后端管理子系统和信息发布子系统等组成。

（1）前端子系统：负责完成前端数据的采集、分析、处理、存储与上传，主要由非机动车一体化电警抓拍单元、反向人脸卡口抓拍单元、补光单元、综合管控一体机等构成。

在灯控路口场景，系统通过信号灯检测器控制非机动车检测单元自动抓拍闯红灯的非机动车。非机动车检测单元采用内置深度学习算法的高清摄像机，实现非机动车违法行为识别、违法过程图片抓拍、车牌信息采集和人脸图像采集，终端服务器可实现前端违法图片、数据及视频的接收、存储、查询和转发，将前端数据上传后端管理子系统中心平台。前端人像采集子系统架构如图3所示。

图3 前端人像采集子系统架构

（2）网络传输子系统：路口交通违法信息与卡口信息全部采用IP方式传输，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裸光纤、光纤收发器组成；中心网络主要由接入层交换机以及核心交换机组成。

（3）后端管理子系统：后端管理子系统主要由中心平台和人脸比对两部分组成。中心平台软件提供业务应用，支持违法查询、违法审核、数据分析和数据监测，由平台软件模块搭载的服务器组成，包括管理服务器、应用服务器、Web服务器、图片服务器、录像管理服务器和数据库服务器等。人脸分析服务器（4U脸谱）集成了感知数据应用服务和微视云，利用深度学习技术实现人脸识别、分析、建模、比对等功能。

（4）信息发布系统：由前端采集子系统将违法数据和违法合成图上传至后端业务平台，通过平台的信息发布组件配置发布节目，下发到信息发布播放盒，再由信息发布播放盒投放到户外LED信息发布屏。

3 智慧非机动车综合管理系统设计

智慧非机动车综合管理系统以社区为单位进行登记上牌，为群众提供切实便利。系统不但实现了对电动车辆信息、车主信息、保险信息、违法信息、电警抓拍等基础信息的全面掌握，为全面车辆管理提供数据支撑，也便于实现发放电动车牌照和行驶证，为路面管控提供便捷。同时系统增加相关数据接口，实现与电子警察、移动警务、治安部门防盗登记等平台的数据对接。

3.1 智慧非机动车综合管理平台设计

智慧非机动车综合管理平台是智慧交通大数据平台的一个业务组件。智慧交通大数据平台基于AI Cloud统一软件架构，面向边缘域的智能应用平台，侧重于感知数据汇聚、存储、处理和智能应用。平台利用AI和视频能力，致力于提升交通违法管理的效率，强化交通违法管理手段；聚集交通违法业务，针对各违法业务流程，进行精细化设计，实现业务功能闭环。非机动车综合管理平台可提供非机动车违法管控业务应用，支持违法查询、违法审核、违法复审、违法统计分析、数据监测、撤屏、过车查询、车辆档案查询等功能。智慧非机动车综合管理平台如图4所示。

图4 智慧非机动车管理平台

（1）系统管理模块：非机动车管理平台作为智慧交通大数据平台的一个子模块，由大数据平台实现统一登录、统一入口、统一展现，实现用户和权限的统一管理分配，功能包括用户管理、部门管理、权限管理、角色管理和区域管理，实现对人员、部门等授权、认证的管理。

（2）登记受理模块：模块具有非机动车登记、信息查询、车辆修改、车辆删除、车辆过户等功能，同时还具有统计功能，包括车主统计、非机动车统计，以实现数据的统计分析。

（3）违法信息管理模块：模块具有违法记录审核、处理、撤销、查询、统计等功能，系统与电警平台对接，及时接收电警平台推送的非机动车违法信息，包括文本和照片。当违法次数超过规定次数时，系统会发送短信提醒。

（4）统计分析模块：模块对非机动车违法数据按违法地点、人员、违法类型、区域、车牌、企业等多个维度进行统计分析，便于对违法类型和数据进行统计，同时还具有展示违法变化趋势、违法排行榜等功能。

（5）系统对接：系统建设完成后，可与省、地市车管网、掌上应用等相关便民服务平台建立链接或实现数据共享，以方便各交通管理部门查询电动车相关数据。

3.2 移动APP设计

非机动车移动APP是智慧交通APP的子模块，可通过该模块实现电动车登记上牌功能、随手拍违法功能。社区工作人员可用APP登记车辆基本信息、车主信息、保险信息；民警和普通群众均可通过APP的“随手拍违法”功能上传非机动车的违法信息，包括改装、闯红灯、逆向行驶、超高超宽行驶、违停等行为。APP上传的违法信息由管理人员在系统后台审核通过后保存备查。

3.3 系统实现

在应用中，系统通过前端车辆识别系统、人脸抓拍系统和信息发布系统实现非机动车违法信息的采集、识别和信息发布。同时通过智慧非机动车管理平台实现车辆信息的登记、管理和统计分析。平台支持对非机动车违法数据按违法地点、人员、违法类型、区域、车牌、企业等多个维度进行统计分析，以对违法类型和数据进行统计，供交通执法部门参考。

平台支持对非机动车违法数据进行实时监测，并通过图表直观展示。数据监测界面可展示非机动车本月/本年违法次数、违法路口排行TOP5及违法次数、非机动车本月/本年违法率变化趋势、非机动车违法率本月/本年排行榜、区域本月/本年违法数量、违法类型本月/本年TOP5、人员/车辆违法数量TOP5。为交警的专项整治行动、精准勤务等提供数据可视化支撑。违法统计分析界面如图5所示。

图5 违法统计分析界面

4 结 语

由于缺乏有效管控，非机动车违法导致的事故数量逐年增长，加强对非机动车的依法管理是预防和减少交通事故的具体措施之一。受制于警力不足的现状，目前针对交通管理广泛采用基于交通技术监控相机为主的非现场执法手段，但传统的交通摄像机针对非机动车无法进行有效管控。随着信息与通信技术（ICT）的快速发展，使应用科学技术手段对非机动车违法行为进行有效管控成为了可能。文章对智慧非机动车管理系统的系统架构、前端物联网系统和后端智慧非机动车综合管理平台进行了设计并实现。智慧非机动车管理系统借助物联网和人工智能等技术，辅助非机动车交通违法管控，不仅能够有效遏制非机动车交通违法行为，还能减少现场违法查处警力的投入，减轻警务工作压力，具有较高的推广应用价值。