基于视频检测的高清智能一体化交通电子警察系统

张 玫

（北京电子科技职业学院，北京 100176）

0 引言

随着市场经济的飞跃发展，必将造成道路交通的迅速发展。截至2021年9月，全国机动车保有量达3.90亿辆左右，其中汽车2.97亿辆。机动车给人类的日常生活出行提供了巨大的方便，但同时也造成了堵车、车祸等各种问题。目前，道路交通问题已经受到了人们的高度重视。所以，智能道路交通监测变得更加关键了，交通电子警察系统就是智能道路交通监测体系中关键的组成部分。

中共中央于2019年9月联合国务院发布了《交通强国建设纲要》，这次颁发的刚要充分地说明了交通运输工程在国家发展之路上的地位性以及重要性。其中重要的一点是《交通强国建设纲要》首次将智能交通系统（即ITS）发展过程中的主要内容与新一代基础设施建设、智能化载运工具、人性化的服务系统等建设结合到一起。对新一代通信和信息技术的应用也进行了充分的考虑[1]。另外，国家公安机关与道路管理机关共同作为运输交通安全的监督管理与实施的主体，共同担负着对交通指挥、道路管理工作、对机械运输汽车、司机和行人等的监督管理，保障道路交通秩序，维护交通运输安全与通畅，保障社会治安管理工作等重要任务。通过视频监测系统的高清智能一体化交通电子警察管理系统，能够协助他们及时动态监测和精确录入道路机动车辆和人员的信息，高效提高道路安保管理水平，严格打压违规犯罪活动，从而为迅速精准侦办高速公路交通肇事案件，提供了科学、合理的依据。

1 现状与需求

智能交通运输技术是当今交通运输发展的热点与前沿领域，是中国现代交通运输业的主要标志。中国在这方面的发展开始于上世纪90年代中期，现已在开展综合服务和设备大规模运用示范、水上安全监管信息化建设等方面获得了很大发展。并且随着中国交通部《2012-2020年智能交通发展战略》的实施，我国对轨道交通等基础设施、智能建设等的支持力度也将逐渐增强。城市智能交通市场需求也将随之扩张，智能交通监控平台市场大有发展[2]。智能交通监控的主流发展趋势是联网、高清化、智能和集成化。我国早期的交通电子警察系统中普遍采用的技术都是通过地感线圈监测机动车信号，在摄像机的前端实现音频采集、车牌辨识，而此类技术方法不但成本高昂，且对系统的可维护性也较差。而采用了视频检测的高清视频摄像机以及智能道路监测系统，则能够减少线圈监测模式的系统实施时，不可避免的需要封道、破路进行施工安装，以及因此造成的道路结构损伤、后期维修困难等问题，也同时降低了安装维修的成本。

2 系统方案

系统的基本总体设计方法是：通过一个智能高清摄像头对高速公路场景实施不中断的即时录像收集，对过往机动车实施即时抓拍，在抓拍汽车的时候调节闪烁灯与摄像头最前端部的曝光参数设定，以保证抓拍出最高品质的场景照片，在摄像头中对所收集的抓拍图像经过实时处理解析，切割出机动车目标并对其实施追踪，对机动车的犯罪实施既可以识别判断，又可对违章车辆的号牌进行定位和辨识，并存储了该车的违章的过程、违法的时刻、违章位置、违法行为属于哪个种类、车牌号码等信息。将监控数据经过交换机连接到了光纤收发器，通过光纤连接到了道路网内所有的光纤设备，并相应的在监控中心接通光纤收发器，再接通交换机，最后将数据连接到了监控中心上[3]。智能交通中车辆检测示意图见图1。

图1 智能交通系统中的车辆检测

3 系统组成

高清电子警务管理系统主要由前端高清捕捉单元、无线数据传输管理系统、中央单元和中央数据平台等几部分构成，前端高清捕捉单元中包含了高清快速球机、控制主机、安装杆、机箱、供电、避雷装置等；无线数据传输体系包含通讯设备和无线运营商的接入层等；而中央数据处理系统则包含使用服务器设备、数据处理服务器、交换机、管理端口、管理终端、机架等，见图2。

图2 智能交通系统组成

3.1 前端设备

采用一体化快速球型摄像机作为道路监控系统前端设备，对违法停车等交通事件的智能化自动抓拍录像采用目前最先进的、针对各通行车辆车体进行行为检测的全景视频检测方式，并通过预设定需要检测的违法行为进行自动的判别，减少了人工操作，便于管理和其工作的实时性；对不同的违法行为可以通过近景图像和远景及录像的形式进行违法取证，以确保执法的严谨性；增强非现场执法依据的权威性。还可以通过增加主机并且升级控制软件，大幅度提高系统捕获率、图片可用率等系统技术指标。

3.2 无线传输系统

数据传输管理系统是图像信息和监视信号相互之间的传送通道.通过本管理系统的数据传输线路前端入口装置，与监视中心机房间远程数据信息的传送。

智能端口的管理装置、一体化高清摄像头、全景球机等通过前端交换机，光纤收发器成功的传送到各区中央机房，并连接以太网。

远程无线传输网络系统，是指由设备前端接到监测管理中心的图像、数据和监控信息的传输，以无线网络来实现。路口过往车辆记录、识别后，系统自动把相关信息通过网络传至中心平台，方便中心进行相关数据检索查询。支持精确和模糊查询功能。

在网络堵塞或暂停服务的情形下，自动降级系统，将所有数据都保留到本机上独立操作，在网络修复后，将在本机上存储的数据连续传给后端数据中心，也就是说支持断点续传，也可以通过本地下载方式实现抓拍图片的下载。

3.3 中心数据处理系统

中心数据处理系统硬件由数据服务器和应用服务器，交换机和用户终端组成。软件是交通资源管理软件（数据库和客户端违章处理软件），通过B/S结构模式能工作在用户局域网，系统在信息传送之前对其实行了加密处理，并能够实现与公安部之间的数据交互，还能够直接与交管局的机动车信息库联系，从而获得与违章机动车有关信息，还能够将不同的汽车抓拍系统中所抓拍的照片信息纳入到本体制管理系统中，该软件还能够对闯红灯、超车、逆行等违法行为做出记载与处罚，对各个常用系统图表信息做出管理维护，包括违章位置、号牌类型、机动车种类等，还能够自动过滤非法照片，确定图像的有效期，去除误拍的照片，并且能够将所有资源照片都存入数据库系统中，从而确保所有数据库系统中的照片都为高效的清晰照片，从而方便管理和减少数据库系统工作压力。通过后台管理工作，能够对闯红灯抓拍数据记录以及照片的加载、清除、打印等功能，并且具备了权限设定功能，通过对登陆使用者实行权限设定，并划分管理者与控制使用者，让他们之间分工更加清楚[4]。

4 系统功能

4.1 闯红灯及违章停车自动抓拍

4.1.1 系统功能

高清晰电子警察系列均采用工业级别的高清晰镜头抓拍与网络一体化设备，对发生在路口的各种违法行为进行抓拍。

（1）我国最新行业标准《中华人民共和国公共安全行业标准GA36-2021》中规定的机动车号牌、武警汽车号牌以及军队汽车号牌等，所有违法停放的机动车进行自动监测和抓拍。

（2）每条违法证据由2张合成照片组成，每张合成照片包括违法车辆的近景（车牌照清晰）和全景照片，如果机动车能在一定的（规范规定的）时间内离开原有位置的，系统就会不再抓拍该机动车，并把之前抓拍到的该车辆的图片自动删除。系统抓拍图中会有叠加路段名称、违法时间等内容。

（3）系统能够自动生成违法车辆违停的路段名称、日期和时间（时间能够精确到0.1s）等字符信息，并把这些信息叠加在违法照片上，还有防篡改功能。

（4）每个违停监测点可设置多个监控区域进行自动巡视，系统可自动监测禁停区域内的违法停车车辆，如果禁停区内有多辆违法停车车辆，系统则按顺序抓拍车辆；监测时间可根据不同情况灵活设置。

4.1.2 系统特点

系统特点：①高清、高速，抗干扰能力强，抓拍效率高；②大范围、多方向自动无间断监测，工作效率高；③违停时间可根据实际情况灵活设置；④对同一辆违法车辆，不重复抓拍；⑤采用无线传输，免去布线麻烦，便于违法监测点的灵活移动；⑥有成熟的配套管理软件，实现违法停车数据流程化精细管理；⑦系统从技术、设备、后台管理模式完全实战化，稳定可靠；⑧系统具备断电恢复功能，而且系统可远程诊断、远程恢复；⑨系统支持手动/自动抓拍模式的切换。

4.2 卡口及测速功能

4.2.1 系统功能

高清晰的交通电子警察管理系统除了可以在红灯阶段对闯红灯的违法情况予以录入，还具有卡口控制功能，即可在非红灯阶段对正常通过的机动车予以逐一录入，同时可以通过高清晰录像镜头实现高清晰摄像，从而建立了市中心内最大密度的网格化管理卡口布局形式，以达到对市中心内嫌疑机动车的有效布控，而系统录下的流量数据信息更能为城市中的交通运输管理机关带来最原创的流量管理数据信息，为日后政策法规的出台与调整带来了第一手的资源。系统可以完成抓拍闯红灯、高压线、不按机动车道驾驶、逆行、超车与违规停放等道路交通违法的功用，还可以具备卡口功能与机动车号牌自动识别功用；还可以通过互联网实现数据传输，为后端实现录像监控的功能；可实现车流量、平均速度等功用，并远程对各车站实现各种功能调整和控制参数，对各站点数据实现保护。还可将所抓拍的图片和数据信息，在市交警支队指挥中心实现记录、存贮及管理工作。

4.2.2 系统特点及应用

该系统为智能一体机，设备集视频检测与识别于一体，可应用在无人值守的路口、单行线、禁行、限时道路、限车型车道、主辅路进出口、紧急停车带、公交专用道等。系统可实现视频、线圈和雷达三种触发模式，实现道路交通信息采集、违法车辆抓拍、速度测定等功能。

4.3 城市道路交通管控

4.3.1 主要功能

通过设置综合交通车辆违章监控与超速布控管理系统，实现了对在高速公路监控范围内行驶的机动车辆，进行现场监控、抓拍、警示、记录，存储机动车辆的信息内容与车流量等数据信息并实现集成高效的管控力量，为中国公安严厉打击盗抢与走私等汽车犯罪行为、查缉交通肇事逃逸犯罪行为、分析高速公路交通状况、强化运输管理与管控力量提供了高效的技术支持[5]。此系统的建设还可全面增强我国大都市内治安交通运输的高速公路监管力量，有效抑制机动车辆的非法犯罪活动。该系统工程的建立对于完善城市道路管制，合理规划组织交通流，有效减少大中城市堵车，完善道路交通环境，增强城市交通力量，降低交通事故，增强路面交通运输参与者的现代化路面交通运输意识等方面有着非常重大的意义。

4.3.2 适用范围

适用范围有：①车牌尾号限行检测；②车辆违法过程录像（自动、手动）（应急车道、公交车道、自行车道、单行线、导流带、压实线，违法停车、违章掉头等）；③临时布控车辆检测；④黑名单车辆检测；⑤超速检测；⑥突发事件现场图像实时回传；⑦突发事件现场照明、录像；⑧车辆位置查询。

4.3.3 技术指标

技术指标：①云台：水平方向360°无限位旋转，垂直方向转动范围-87～93°；②有效捕获率：达到99%以上；③有效识别率：白天识别率达到96%以上，夜间识别率达到90%以上；④图片记录模式：2～5张可调；⑤录像记录模式：10～999秒可调；⑥测速精度：±1km/h；⑦车牌颜色：黑、白、蓝、黄、绿；⑧牌照种类：民用车牌，警用车牌，军用车牌，武警车牌等；⑨平均无故障时间：≥30000h。

5 结论

高清交通电子警察系统的应用对提高号牌识别正确率，改善图像质量，解决驾驶员面部特征识别等问题都会有非常好的效果。

道路监控二合一系统除了可以视频监控外还可以实现违法停车自动抓拍等其他功能，使整个市区形成网格化的监控形态，为改善交通秩序、打击肇事逃逸及涉车违法犯罪活动做出重要贡献，取得极其显著的社会效益。