智能交通产品方案

闯红灯电子警察系统

|

视

频

检

测

一体机模式

版本号：V1.0.20120713

目录

第1章 系统概述 ................................................................................... 7

1.1 系统设计意义........................................................................................................ 7

1.2 概要介绍................................................................................................................ 7

1.3 设计原则................................................................................................................ 8

1.3.1 先进性................................................................................................................ 8

1.3.2 实用性................................................................................................................ 9

1.3.3 可靠性................................................................................................................ 9

1.3.4 稳定性................................................................................................................ 9

1.3.5 可扩展性............................................................................................................ 9

1.4 设计依据................................................................................................................ 9

第2章 需求分析 ................................................................................. 11

2.1 行业现状.............................................................................................................. 11

2.2 存在问题.............................................................................................................. 11

2.2.1 产品类型繁多，稳定性较差.......................................................................... 11

2.2.2 缺少统一标准，数据难共享.......................................................................... 12

2.2.3 信息孤岛剧增，形不成合力.......................................................................... 12

2.3 发展趋势.............................................................................................................. 12

2.3.1 高清化.............................................................................................................. 12

2.3.2 集成化.............................................................................................................. 12

2.3.3 网络化.............................................................................................................. 13

2.3.4 智能化.............................................................................................................. 13

第3章 整体设计 ................................................................................. 14

3.1 前端采集子系统.................................................................................................. 14

3.2 网络传输子系统.................................................................................................. 15

3.3 中心管理子系统.................................................................................................. 16

第4章 详细设计 ................................................................................. 17

4.1 系统原理.............................................................................................................. 17

4.1.1 系统工作原理.................................................................................................. 17

4.1.2 视频检测原理.................................................................................................. 17

4.1.3 车牌识别原理.................................................................................................. 19

4.2 系统技术指标...................................................................................................... 21

4.3 前端设计.............................................................................................................. 22

4.3.1 前端结构示意图.............................................................................................. 22

4.3.2 前端系统功能.................................................................................................. 23

第5章 系统特点 ................................................................................. 32

5.1 全嵌入式结构稳定可靠...................................................................................... 32

5.2 全系列产品自主研发.......................................................................................... 33

5.3 领先的双处理器设计.......................................................................................... 34

5.4 前端设备的智能化.............................................................................................. 34

5.5 强大的ISP处理能力 ........................................................................................... 35

5.6 先进的视频检测算法.......................................................................................... 35

5.7 强大的视频分析功能.......................................................................................... 36

5.8 红绿灯信号同步（避免红灯泛黄或无颜色）.................................................. 36

5.9 对光照气候环境良好的适应性.......................................................................... 38

5.10 准确抓拍无后车牌或者后车牌遮挡的车辆.................................................... 39

5.11 多车道、多车辆同时号牌识别........................................................................ 39

5.12 车牌识别速度快................................................................................................ 39

5.13 车牌识别像素、角度容忍度高........................................................................ 40

5.14 车牌识别准确率高............................................................................................ 40

5.15 摄像机内置水印加密防篡改............................................................................ 40

5.16 双码流摄像机，同步支持抓拍和录像............................................................ 41

5.17 单系统独立运行能力........................................................................................ 41

5.18 LINUX系统防病毒 .............................................................................................. 43

5.19 模块化设计，稳定性和扩展性强.................................................................... 43

5.20 多重冗余的数据安全保障技术........................................................................ 43

5.21 全系统设备运行状态自动监测........................................................................ 43

5.22 采用工业级或军工级器件，超长寿命............................................................ 44

5.23 工业级设计适应室外恶劣环境........................................................................ 44

5.24 低功耗，适合太阳能供电................................................................................ 44

5.25 安装、维护简单，工作量小............................................................................ 45

5.26 系统扩展性好.................................................................................................... 45

5.27 解决方案灵活，最大程度满足客户需求........................................................ 45

第六章 中心管理平台 ........................................................................ 47

6.1 录像回放 .............................................................................................................. 47

6.2 实时图片监控功能 .............................................................................................. 48

6.3 布撤控和黑白名单功能 ...................................................................................... 50

6.4数据比对 ............................................................................................................... 51

6.5历史数据查询 ....................................................................................................... 51

6.6 流量统计 .............................................................................................................. 52

6.7 数据手动校准 ...................................................................................................... 53

6.8远程管理 ............................................................................................................... 54

6.9亮点功能 ............................................................................................................... 55

6.9.1 视图结合 ........................................................................................................... 55

6.9.2多级布控 ............................................................................................................ 55

6.9.3 车牌识别 ........................................................................................................... 57

6.9.4事件检索 ............................................................................................................ 57

6.9.5组合查询 ............................................................................................................ 58

6.9.6灵活联动 ............................................................................................................ 58

6.9.7图片合成 ............................................................................................................ 59

6.9.8 非现场执法 ....................................................................................................... 60

6.9.9 数据库分类设计和管理 ................................................................................... 60

6.10 中心管理子系统的主要技术参数 .................................................................... 61

6. 10.1 图片服务器 ................................................................................... 61

6.10.2数据库服务器 .................................................................................................. 62

6.10.3后台服务器 ...................................................................................................... 62

6.10.4网络交换机 ...................................................................................................... 62

第七章 主要设备介绍 ...................................................................... 64

7.1高清一体化摄像机 ............................................................................................... 64

7.2镜头 ....................................................................................................................... 66

7.3智能交通终端管理设备 ....................................................................................... 67

7.4 LED频闪灯 ............................................................................................................ 68

7.5 红灯信号检测器（可选设备） .......................................................................... 69

第八章 工程施工 ................................................................................. 70

8.1工程施工过程概况 ............................................................................................... 70

8.1.1 现场勘测 ........................................................................................................... 70

8.1.2 工程设计 ........................................................................................................... 71

8.1.3 基础施工 ........................................................................................................... 71

8.1.4 现场设备的安装与调试 ................................................................................... 71

8.1.5 工程验收 ........................................................................................................... 71

8.2 工程施工准备 ...................................................................................................... 72

8.2.1 系统的工程施工应满足下列条件 ................................................................... 72

8.2.2 系统的工程施工前应对路口有关情况进行检查，符合下列条件方可施工 73

8.2.3 施工前应对下列情况进行调查 ....................................................................... 73

8.2.4 施工前应对系统使用的材料、部件和设备按下列要求进行检查 ............... 73

8.2.5 施工中，应做好隐蔽工程的随工验收，并做好记录 ................................... 73

8.2.6 施工机械与测试设备 ....................................................................................... 73

8.3 土建及安装工程施工 .......................................................................................... 74

8.3.1 定义 74

8.3.2 一般施工设计原则 ........................................................................................... 75

8.3.2 交通控制管道 ................................................................................................... 75

8.3.3 交通井 ............................................................................................................... 77

8.3.4 地锚 79

8.4 安装工程施工 ...................................................................................................... 80

8.4.1 电线、电缆的敷设 ........................................................................................... 80

8.4.2 电子、电器设备的安装 ................................................................................... 81

第九章 配置清单 .............................................. 错误！未定义书签。

第1章 系统概述

1.1 系统设计意义

随着我国国民经济的持续快速增长，人民生活水平逐年提高，城市机动车辆保有量及道路交通流量大幅增加，使城市交通日益拥挤。在城市交通的关键点——道路交叉口，由于汇聚了多个方向的交通流量，加上等待红灯的时间损失、机非混行等因素，成为城市路网中交通拥堵发生的重点地段。而车辆闯红灯等违法现象，更是加剧了路口的拥堵，并成为引发道路交通事故的主要诱因之一。单纯依靠人为管理，浪费人力资源，效果也不明显。因此向科技要警力，向管理要效益成为各个城市公安交通管理部门进行违法自动检测系统建设的动力。

“闯红灯电子警察系统”的使用，实现了对城市道路全天候、大范围的管理要求，同时，为交警执法提供了清晰的图像证据，提高了管理水平，减少了因交通事故造成的人员伤亡和财产损失，间接的创造了巨大的经济价值。该系统的社会效益非常明显，它所形成强大的威慑力、促使广大驾驶员不敢随意违法，从而既保障了交通安全，减轻了民警的劳动强度，又解放了大量的警力用于处置突发事件。

1.2 概要介绍

公司研制生产的高清摄像机闯红灯电子警察系统集成了最新图像抓拍与识别技术，可对路口机动车辆闯红灯行为进行准确检测，并输出违章车辆违章过程的全景和车牌特写图片以及车辆违章的有关信息。本系统通过采用国际领先的车辆视频跟踪算法，实现了准确的视频触发，且将光照影响，行人、自行车、树木阴影等各种干扰因素的影响最大程度地降低，违章抓拍率可达90%以上。

1.3 设计原则

闯红灯电子警察的设计坚持“技术上先进性，使用上实用性，经济上合理性”的原则。系统在具有先进性、实用性、规范性、可靠性、开放性的同时，具有良好的升级、扩展能力。

1.3.1 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“国内领先，国际先进”的总体水平，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。

（1） 识别技术先进，识别率高

在核心的车牌识别技术上，采用计算机图像处理和模式识别技术，快速车牌定位分割，多帧图像实时融合，识别结果的可信度判别，车牌识别率≥96%。

（2）有效去除车灯眩光、太阳强光和逆光的干扰。

车灯眩光、太阳强光和逆光是影响车牌识别，降低记录和识别有效率的主要问题，且一般摄像机自身难以解决和处理。本系统采用了独有的摄像机控制设备和技术，通过对计算机的自适应控制，白天自动提高摄像机快门、降低摄像机图像亮度，提高清晰度，夜晚自动提高摄像机灵敏度，再加上与视频图像的同步闪光灯，从而解决了车灯眩光、太阳强光和逆光对车牌的干扰，使系统能够在全天候条件下都能正常工作。

（3） 识别车牌种类多，具有自适应学习升级能力。

采用了独创的识别技术，对于车辆的前、后牌均能有效地识别，并对模糊、倾斜的车牌进行有效矫正，对车牌中不能正确识别的汉字具有自学习能力，能很快适应环境变化。系统具备对民用、警用、军用、武警、个性化车牌等号牌的自动识别能力。

1.3.2 实用性

系统支持标准的JPEG图像压缩功能，充分满足用户实际需求，人机界面友好，易于使用、管理、维护。系统设计、选材、选型符合国家和地方政府的法规政策和行业技术标准。

1.3.3 可靠性

我公司闯红灯电子警察系统全部选用高稳定性的嵌入式设备，利用自动检测、自动报警、自动监控和容错等技术，强化防病毒、防误操作，并提供数据备份、恢复措施。可全自动操作，即使是毫无计算机经验人员，只需打开电源，即可实现无人值守，自动监控。

1.3.4 稳定性

我公司闯红灯电子警察系统对温度、湿度、电压、防雷以及空间电磁场等环境条件的变化有良好的适应能力，保证设备7*24小时不间断运行。

1.3.5 可扩展性

我公司闯红灯电子警察系统采用模块化设计，技术平台和接口协议符合国家、行业的相关标准，具有良好的互联，互操作能力，支持现有信息系统、指挥中心联网接入，便于功能和规模的扩展。

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/T 670-2006）

12. 《交通电视监视系统工程验收规范》（GA/T 514-2004）

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。

第2章 需求分析

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、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都是大势所趋，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。

第3章 整体设计

本系统采用纯视频检测方式，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。系统采用200万CCD高清一体化摄像机为采集主体，单台摄像机覆盖单向2车道；采用500万CCD高清一体化摄像机为采集主体，单台摄像机覆盖单向3车道；同步支持LED频闪灯进行夜间补光。设备稳定，结构简单，便于安装维护。

系统整体分为三部分：前端采集部分、网络传输部分和中心管理部分。整体框架图如下：

系统整体结构示意图

3.1 前端采集子系统

数据采集子系统主要由图像采集设备（高清摄像机）、辅助光源（补光灯）、

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。

高清抓拍摄像主机：本系统采用200万或500万像素高清抓拍摄像

主机，图片分辨率高达2448×2112（含OSD信息）。单台高清摄像

机可覆盖2或3个车道，提供红绿灯检测、车辆检测及高清录像的

视频流。

补光灯：辅助光源包括LED频闪灯补光。

LED频闪灯为视频与图片抓拍补光，其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。

LED频闪灯补光方式安装调试简单，节约成本，同时不会对驾驶员

造成太大的干扰，也不会带来光污染。

智能终端管理设备：采用嵌入式高性能处理平台，内置大容量硬盘，

可接收来自高清摄像机的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。

网络传输设备：包括交换机、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100M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 中心管理子系统

中心管理子系统主要由设备接入、数据存储、集中管理和用户应用四大块组成。主要实现前端数据的接收与存储、前端设备的管理、数据的应用等功能。

从系统的可用性和可扩展性上考虑，整个系统采用C/S和B/S相结合的模式。C/S模式可以提供友善的用户界面和方便的设备管理功能，B/S增强了系统的可部署性和可用性。结合两种模式的优点可以将整个系统的可用性提升到一个新的高度。数据库服务器为功能强大的ORACLE 11G数据库，提高数据的可操作性。

在中心系统中可以查看各设备实时上传的图片信息，实现对路面的实时图片监控。通过客户端可以完成设备参数的设置，实现远程升级和系统维护。

第4章 详细设计

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、网络传输和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、控制、识别、录像、压缩、传输于一体。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，如有违章车辆即进行抓拍、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

4.1.2 视频检测原理

4.1.2.1 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。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，如果没有到达，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。

4.1.2.2 红绿灯检测原理

1 视频检测红绿灯信号

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。

1、 信号检测器检测红绿灯信号（选配）

本方案中可选配信号检测器来对红绿灯信号进行检测，以便在某些不利于进行视频检测的场合，用来确保对红绿灯信号判断的准确性。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。

信号检测器收集红灯的信息，当有车辆在红灯期间驶过检测线，则通过RS485接口向摄相机发送抓拍指令，获取相应违章图片。

4.1.3 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：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zkfm.html