本項目對某市7個轄區共300條車道進行對違章車輛進行監控拍照，并自動把違章車輛的照片記錄下來，作為處罰違章車輛提供充足的證據。通過調用錄像對路口發生的交通事故進行責任判斷，減少由于違章駕駛發生的交通事故。
高識別率、成像清晰、實時可靠的治安卡口系統的建設，可提供滿足系統要求的高效、安全和暢通同時遍布全市的通訊網絡，并完成高效、穩定、強大、易擴展的中央處理系統建設，以保證系統實現集公安（包括指揮部、刑偵、交警、治安等）、環保、交通、規劃等單位的業務需求為一體的系統平臺。實現打擊違法犯罪分子、規范城市交通秩序和為其它應用系統提供交通基礎數據的目的。
充分調研和分析各單位業務需求的基礎上，通過全面、細致、詳盡和科學的系統分析和設計，使系統最終能實現各類用戶的業務需求，同時滿足用戶對系統實時性、綜合性以及安全性等各方面的要求。充分考慮監控點分期建設帶來的系統可擴展性要求。系統設計時遵循可靠性、先進性、標準性、可維護性、經濟性、實用原則、系統安全原則、易操作原則的設計原則。
一、技術方案
雙檢測方式
傳統車輛檢測方式多采用線圈檢測。當線圈出現故障時，出現無法抓拍，導致過車圖片漏拍。本次項目采用線圈檢測為主視頻檢測為輔的檢測方式。高清一體化攝像機支持線圈檢測+視頻檢測方式，線圈正常時，工作在線圈檢測模式下，當線圈檢測出現故障時，高清攝像機自動、迅速地切到視頻檢測模式；當線圈檢測恢復正常后又立即切回線圈檢測模式，最大程度確保連續、完整地記錄所有通行車輛。
前端內置車牌識別
高清嵌入式一體化攝像機，內置高性能DSP芯片，支持內置車牌識別功能。相機內置車牌識別，將傳統模式中后端服務器的車牌識別算法移植到前端相機中。車牌識別算法分散到每個相機中，可大大降低后端服務器的壓力，節省項目成本，同時避免了服務器故障時造成系統整體無法正常使用的問題，提高了系統的可靠性。
水印加密防篡改
攝像機內置水印加密功能，從源頭對數據和圖像進行加密，即使現場下載數也可驗證其真偽，斷絕了數據篡改的可能性。
單車道獨立運行
卡口設備每臺攝像機配置相應的網絡傳輸設備即成一套系統，完全不受相鄰車道攝像機和其它主控制設備的影響，具有單車道獨立運行能力。在網絡傳輸正常的情況下，即使有某個車道的攝像機不能正常工作，也不會導致整個卡口點位全部無法運行，大幅度地降低了系統故障時的漏拍率。
INUX系統防病毒
卡口攝像機及終端管理設備均采用單任務、穩定性非常好的專用嵌入式操作系統Linux。系統穩定可靠，有效防止病毒入侵。
嵌入式結構穩定可靠
目前國內大多數智能卡口系統均采用工控機＋高清網絡攝像機的方式實現圖像的抓拍，這種方式在研發上較為便捷，容易實現，但穩定性較差，體積龐大，使用不便。本項目充分利用視頻圖像監控領域的技術優勢，采用嵌入式結構，主機硬件電路采用高新興公司已在安防領域產品上應用成熟的硬件平臺，并根據卡口抓拍實際應用需要，對硬件電路進行了改進和優化，在元器件選擇上全部采用工業級或軍工級芯片，降低了功耗，保證了系統在惡劣條件下長時間可靠運行。
表1 工控機與嵌入式一體機對比
測速精準，誤差小
系統測速采用微電腦硬件測速裝置，測速精確，誤差小，測速范圍＜100km/h時，誤差不超過-6km/h～0km/h；測速范圍≥100km/h時，誤差不超過-6%～0%。
二、系統架構
卡口系統主要由前端數據采集子系統、網絡傳輸子系統、中心管理子系統等部分組成。前端數據采集子系統采集的數據通過網絡傳輸子系統傳輸到中心管理子系統中，進行數據集中管理、存儲、共享等處理，系統整體結構圖如（圖1）所示。
圖1 系統整體結構圖
前端采集子系統
前端數據采集子系統對經過的所有車輛進行抓拍，獲得車輛圖像，并自動實時地識別車牌字符，記錄下車輛經過的時間、地點、車牌號、行駛方向等數據，并全部匯入網絡傳輸子系統，傳輸至中心管理平臺。該部分系統由200萬高清攝像機、LED燈/閃光燈、線圈、車輛檢測器、SD存儲卡/終端管理設備、以太網交換機、光傳輸設備等組成。
嵌入式一體化攝像機和補光設備采用同桿安裝的方案，該方案對司乘人員面部圖像的抓拍起到更好的效果。安裝示意圖如下圖所示：
圖2 線圈卡口同桿安裝示意圖
網絡傳輸子系統
網絡傳輸子系統主要包括交換機、光傳輸設備等，實現前端采集子系統與中心管理子系統之間的數據和圖像信息傳輸。建設光纖鏈路作為前端與中心的數據傳輸通道，保證數據傳輸的實時性和可靠性。本次項目將全部采用光纖傳輸方式。
圖3 光纖組網圖
中心管理子系統
中心管理子系統主要由設備接入、數據存儲、集中管理和用戶應用四大塊組成。主要實現前端數據的接收與存儲、前端設備的管理、數據的應用等功能。在中心系統中可以查看各設備實時上傳的圖片信息，實現對路面的實時圖片監控。通過客戶端可以完成設備參數的設置，實現遠程升級和系統維護。
根據用戶需要，系統提供黑名單功能，實時將前端上傳的圖片與黑名單庫比對，發現布控車輛后通過軟件界面、聲音、短信等方式報警；系統可按車牌、地點、車道、時間等信息，進行單條件查詢、組合查詢和模糊查詢等；系統可按日、周、月、年等時間段，統計不同點位、不同設備的車輛信息，并以報表、曲線圖、柱狀圖等各種直觀的方式顯示出來。
中心管理平臺組成如（圖4）所示，模塊組成包括：1、業務管理服務器(CMS)；2、流媒體轉發服務器(MTS)；3、流媒體集中存儲服務器(SS)；4、設備管理服務器(DMS)；數據庫服務器；5、圖片服務器(PTS)；6、Web服務器。根據實際的情況，部分服務模塊可以安裝在通一臺服務器中。
圖4 中心管理平臺
三、系統功能
高清圖片抓拍
系統對車輛的前后拍捕獲主要采用感應線圈式檢測器，當感應線圈出現故障時會自動切換到視頻檢測方式來捕獲通行車輛。系統除了能夠捕獲在車道上正常行駛的車輛外，當監控區域為同向相臨的2個（含2個）以上車道時，可捕獲車輛騎、壓分道線行駛的情況。
系統利用電磁感應的原理檢測車輛，當車輛經過檢測線圈時，自動捕獲一張經過車輛的高清圖像，可看清車型、車況、車身顏色、車牌和司乘人員面貌，捕獲率超過99%(車速范圍在0-140km/h)；無煙霧情況下，白天能清晰識別車輛牌照及整個車身的特征情況，晚上能克服車輛迎頭拍攝的前大燈眩光問題，夜間車輛牌照及整個車身特征同樣清晰。
高清嵌入式一體化攝像機，圖像抓拍功能不受雨、雪、霧等天氣、環境光和相臨車道通行車輛的影響。在環境無霧包括雨雪天氣下，監控區域內規范行駛的車輛被記錄的圖片能清晰看清車輛前部所有特征、車內駕駛員、副駕駛位置情況，還能看清車輛類型、顏色和所載貨物等。
在環境照度比較低的情況下（例如夜晚），系統自動開啟閃光燈進行補光，以增強圖片亮度，保證圖片足夠清晰。在強光照射下（例如晴天正午），系統會自動調整攝像機的成像模式，抑制強光影響，保證圖片曝光正常，成像清晰。在逆光情況下，系統也會自動調節拍攝主體的亮度，其寬動態功能可保證車牌依然很清晰。這樣，在各種環境和氣候條件下，攝像機都可以拍攝到清晰的圖片，非常有利于人工辨認和機器識別牌照信息。圖像以JPEG格式存儲于前端設備，并同時上傳至中心進行存儲。抓拍效果圖如（圖5）所示。
圖5 200萬相機晚上抓拍效果圖
平臺系統具有前拍、后拍實時顯示與查詢功能。經過線圈的每一輛車，觸發到線圈邊沿瞬間，線圈上升沿感應電流觸發前拍攝像機抓拍；車輛離開線邊沿圈瞬間，線圈下升沿感應電流觸發后拍攝像機進行抓拍。由于同時通過一個線圈車輛幾乎唯一，所以只要捕獲率能夠保證，前后排的比對就有保證。
速度測定功能
為在高清智能卡口管理系統中，在每條需要監測的車道上沿行車方向埋設兩個線圈，線圈之間的間距是固定的，對于經過的車輛，可以取得四個時刻，分別是車輛進入兩個線圈和離開兩個線圈的時刻。計算車輛通過兩線圈所需的時間，配合兩線圈的間距，即可求得平均車速，如圖所示。
圖6 高清卡口測速示意圖
令T1為車輛檢測器探測到移動物體進入線圈A的時刻，T2為車輛檢測器探測到移動物體進入線圈B的時刻；線圈的間距為w，車輛進入線圈A和線圈B的時間差為T=T2-T1 ，設車速為v，則由此計算得出的車速v為：
根據以上算法計算出來的車輛速度，與系統設置的限速值相比較，再考慮誤差范圍的存在，即可辨別車輛是否存在超速行駛的行為,另外通過車輛觸發線圈的順序可以判斷車輛行駛的方向從而判斷車輛是否逆向行駛。
聯網布控/撤控功能
布控分兩級：第一級為實時攔截車輛布控。當布控車輛出現，立即彈出車輛圖像窗口，并進行聲音報警，需要填寫“處理結果”，并可選通過手機短信/彩信模塊通知相應的責任人，同時發送至各相應卡口LED顯示屏上。第二級為偵控車輛布控。當布控車輛出現時，通過手機短信/彩信模塊通知相應的責任人。
系統在下達布控/撤控指令時，注明布控/撤控的原因、布控/撤控的責任人及布控有效時限，當布控時間超過有效時限時，系統執行自動撤控動作。能提供“模糊布控”功能，即允許對車輛號牌號碼信息不全的車輛也能布控，對行駛軌跡異常的車輛，比如短時間穿越兩個距離較遠卡口的可疑套牌車，對無號牌或故意遮擋號牌車輛夜間行駛等可疑行為進行布控。
車輛布控數據庫包括車輛號牌，號牌顏色、車輛顏色、布控類別、布控單位，布控人，布控原因，布控有效期等字段。
車輛查詢功能
根據時間和空間軌跡組合，查詢符合條件的車輛行駛記錄。支持按時間點和時間段查詢，時間可精確到秒級；支持按車輛牌號、標簽關聯查詢；支持查詢信息保存，對于任意設定的查詢信息，自定義存儲、標注等操作，供事后快速調用。
用戶管理功能
系統對不同的用戶分配不同的操作權限，通過區分用戶的操作權限來提供給用戶不同的功能和操作空間。用戶管理功能可實現新增、刪除用戶，對用戶信息的修改等操作。用戶信息包括用戶名，密碼及備注信息3部分。
安全管理流程如下圖所示
圖7 用戶管理流程
短信/彩信通知功能
系統能夠對遠程智能車輛監測記錄系統的運行狀態進行監視，直接在“通知手機號碼”中輸入要通知人的手機號。通過設置將黑名單車輛的車牌號碼發送到距黑名單車輛最近的執勤人員手機或警務通上.還可以將設備的運行狀態通知到相關人員手機上。將抓拍下來的圖片進行車牌識別后，比對黑名單數據庫。如果發現是嫌疑車輛，將圖片數據傳給彩信平臺，由彩信平臺將信息發送至終端。
其他功能
系統同時具備以下功能。
<12>•嫌疑車輛報警功能：嫌疑匹配的主要功能是對所有車牌號碼進行字符匹配，在數據庫內快速尋找嫌疑庫內車輛，也可在嫌疑庫內快速尋找自定義的車牌；
<12>•車輛號牌識別：系統采用國內領先的圖像識別算法，對通過的所有車輛進行車輛號碼識別、號牌顏色識別、車身顏色及車型等自動識別；
<12>•實時報警功能：實時報警主要分為三種，一是超速報警，二是布控車輛報警，三是被盜搶車輛報警。并可對不同的報警類型設置個性化的報警聲音，以更快的響應報警事件；
<12>•統計分析功能：具備出具日報表、周報表、月報表、年報表等功能；
<12>•白名單管理功能：具備白名單管理功能；
<12>•實時顯示功能：支持實時抓拍圖片的顯示；
<12>•報警點設置功能：支持對報警終端設備的設置。設置將報警內容指定到具體的報警設備或報警職守點；
<12>•日志查詢功能：具備記錄主要設備、網絡狀態日志和主要運行軟件的工作日志，并能進行分類查詢和統計；
<12>•系統維護功能：系統能通過網絡實現遠程數據訪問和遠程系統維護功能，具備故障自動檢測功能。
四、系統性能
車輛圖像捕獲率
在車輛通過時（含按車道正常行駛和壓車道分道線行駛兩種狀況），卡口號牌系統應能準確拍攝其圖像,并在圖像中標明疊加車輛信息。在監控區域內對0km/h～140km/h行駛的車輛圖像捕獲率應≥99%；在監控區域內對140km/h～240km/h行駛的車輛圖像捕獲率應≥95%。
號牌識別率
車輛車頭圖像的號牌識別率≥95%，號牌識別準確率（全天）≥93%，對車輛車尾圖像的號牌識別率≥90%，號牌后5位字符的識別準確率（全天）≥85%。針對摩托車號牌，識別準確率達到70%。
車頭車尾同步抓拍率
當治安卡口每經過一臺車輛時，同一條記錄同時記錄同一臺車輛的車頭圖像和車尾圖像的準確率，同步抓拍率≥99%。當單車道增加攝像機時，系統支持同步抓拍。
測速誤差
當車輛行駛速度在30 km/h≤v<120 km/h的速度范圍內，測速誤差在士5%以內；當車輛行駛速度在120 km/h≤v≤240 km/h的速度范圍內，測速誤差在士8%以內。
數據存儲時間
卡口系統過車圖片等信息存儲時間至少≥1年。
原有卡口系統融合設計
對于原有卡口系統接入本期新建卡口平臺。
五、結語
高清智能卡口項目完成后，實現了40個卡口點,300多條車道的過車圖片抓、遠程報警、圖像、聲音等信息的傳輸監控，由監控中心進行集中監控管理，提高了卡口系統運行安全性，降低了維護成本。采用光纖傳輸技術，保證了高清圖象質量和傳輸質量。根據網絡帶寬靈活選擇碼流格式，達到高清集中存儲，同時后端低碼流網絡傳輸。使得前端大量攝像機產生海量的視頻、存儲、報警以及管理數據能在有限的網絡資源上，確保傳輸的穩定運行。
本項目的建設管理中心，對高清前端卡口集中管理，并以此為基礎可融合當地的視頻監控系統、警用綜合系統、警用GIS系統、大情報系統，將各個信息孤島的數據信息與上級管理部門實現互聯互通的有機整合，進一步提高監控的范圍和力度，提高整個監控管理的效率和效果。通過建設該智能交通系統，在高起點的信息化規劃基礎上，充分利用信息化建設手段，實現城市交通管理信息的互聯互通，進一步提高城市交通管理的水平。
上線后，系統運行良好,通過對卡口設備集中式管理，大大提高了公安人員的工作效率，降低了維護設備的人力成本，使人力資源得到優化。真正實現了“一點布控、全網響應”。智能卡口系統為辦案人員提供了對車輛實時布控、準時報警、及時出警的技術平臺。有力打擊各種套牌車、盜搶車輛犯罪。依法制裁各類犯罪份子，為市民提供了安全保障。
（本文作者現任職于廣東高新興通信股份有限公司）
