談LINUX操作系統的高清智能化電子警察系統方案

　　近年來，隨著社會經濟的快速發展，城市規模越來越大，機動車保有量也急速增加。與此同時，帶給交通管理的問題也越來越多，鑒于此，電子警察得到了飛速很快，在全國各大中型城市得到大規模應用，對各地公安管理部門在治安和交通管理方面起到了積極作用。比如，對機動車違停、逆行、闖禁令、違規掉頭、不系安全帶等交通違法、違規行為進行實時抓拍。然而，傳統標清電子警察因其像素有限，已不能滿足日益復雜的道路情況需求，高清替代標清已成為必然趨勢。基于此，我們采用LINUX操作系統的高清智能化電子警察系統方案。

　　一、系統概述

　　本系統主要設備由前端信息采集部分、網絡傳輸部分和中心管理部分組成，系統核心設備為嵌入式一體化高清攝像機，該攝像機由盛視科技自主研發，采用LINUX操作系統，集抓拍、錄像、傳輸于一體，每個車道攝像機都能獨立正常工作，結構簡單、性能穩定，環境適應性強。從系統、整體的范疇考慮，將交通中的各要素綜合考慮，做到人、路、車三者的有機結合，充分應用闖紅燈記錄系統使交通監控真正實現“智能化”，極大地提高交通管理的效率，確保交通安全。

　　二、系統結構及功能

　　該系統采用采取線圈檢測方式（視頻檢測輔助），全天候穩定的對過往車輛進行檢測，結合紅綠燈狀態進行卡口數據的記錄和違章數據的取證，采用200萬CCD高清一體化攝像機為采集主體，200萬單臺攝像機覆蓋單向2車道；同步支持閃光燈進行夜間補光，每個路口采用1080P攝像機作為全景攝像監控（部分路段需要2個高清球作為全景監控）。設備穩定，結構簡單，便于安裝維護。

　　1、系統架構

　　整個電子警察系統主要由前端采集子系統、網絡傳輸子系統和中心管理子系統三部分組成。

　　本系統的組成分以下幾個部分：市中心機房系統、電子警察系統前端設備。系統各部分配置主要包括管理服務器、轉發服務器、網絡存儲等設備，市中心機房系統是系統的管理核心。

　　（1）管理服務器：包括超速車、旅行時間計算，黃標車、違章車、假牌車、違規車輛查詢處理、黑名單計算、布控信息登記、預警信息處理、預警信息發布等。

　　（2）轉發服務器：承接所有前端系統設備的識別數據、車牌識別子系統圖片、流量數據等業務數據的接入，并將各類數據分別上報給管理服務器；另一方面，轉發服務器承接管理服務器關于報警、布控、黑名單更新、遠程參數配置、視頻、圖片、車輛信息查等數據，并下發給前端電子警察系統設備。

　　（3）網絡存儲：存儲所有車輛抓拍圖片、識別比對結果等重要數據。抓拍圖片與識別比對結果等重要數據均存儲在車牌識別系統專用的網絡存儲；車牌識別子系統業務數據的存儲服務、查詢，存儲所有的車輛數據和綜合業務數據，并承擔除超速、旅行時間、套牌車計算等之外的所有實時計算和綜合業務的數據庫請求。

　　2、系統功能

　　（1）前端采集系統功能。電子警察系統具備機動車、非機車目標捕獲功能、記錄功能、號牌識別功能、顏色識別功能、通信傳輸功能、系統設備管理功能、系統安全管理功能、系統運行狀態監測功能、通信狀態監測功能、遠程維護管理功能等。

　　（2）車輛捕獲功能。系統除了能夠捕獲違法闖紅燈的車輛外，還能捕獲在車道上正常行駛的車輛（卡口功能），能捕獲記錄車輛闖紅燈過程中三個不同位置的信息以反映機動車闖紅燈違法全過程。

　　（3）闖紅燈記錄功能。系統對闖紅燈的違法車輛記錄三張不同位置的高清全景圖像以顯示違法過程。第一幅圖片中清晰辨別闖紅燈時間、紅燈信號、車輛類型、車牌號碼、車身顏色、車身未越過停止線的情況；第二幅清晰辨別闖紅燈時間、紅燈信號、車輛類型、車身顏色、車牌號碼和整個車輛已越過停止線的情況；第三幅能夠清晰辨別闖紅燈時間、車輛類型、車身顏色、車輛越過相鄰方向的道路中心延長線并且在相應紅燈相位繼續行駛的情況。三張圖片中車輛位置保持適宜的距離反映車輛闖紅燈的過程。全景圖像存貯的圖像編碼符合ISO/IEC15444：2000的要求，壓縮因子小于70。系統記錄的車輛信息除車輛圖像信息外，還記錄車輛的通行文本信息，如時間、地點、紅燈點亮時間、車速、限速、車牌號碼、號牌顏色、車道、違章代碼等。車輛通行信息寫入關聯數據庫，并將相關信息疊加到圖片上。

　　車輛圖像捕獲時不受雨、雪、霧等天氣、環境光的影響。在環境無霧包括雨雪天氣下，所抓拍記錄的闖紅燈違法車輛圖像能分辨紅燈狀態、停車線位置、車輛類型、車輛顏色、車牌號碼、號牌顏色等主要信息。

　　在環境照度比較低的情況下（例如夜晚），系統自動開啟補光設備進行補光，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，其逆光補償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。

　　（4）卡口功能。系統具有卡口功能，即在綠燈、黃燈狀態時，對通過每個車道的所有車輛進行檢測、抓拍、記錄、保存和識別，以減少重復投資。

　　（5）速度測定功能。通過鋪設的地感線圈間距以及車輛經過時間的前后來測量速度，采用高精度響應時間短的車輛檢測器，測量速度精確，誤差小，在車輛觸發的同時，有效的速度值立即傳輸到圖像采集單元，并疊加到圖片的OSD數據信息中進行上傳或本地存儲。

　　（6）號牌自動識別功能。系統采用國內領先的圖像識別算法，對所有通過車輛進行車牌號碼識別、號牌顏色識別、車身顏色及車型等自動識別。識別方式可選擇前端識別也可選擇后端識別。

　　（7）車身顏色識別功能。系統可自動對車身深淺和顏色進行識別，可供用戶根據車身顏色來查詢通行車輛，為公安稽查和刑偵案件偵破提供了科技新手段。系統可自動區分出車輛為深色車輛還是淺色車輛；并識別出9種常見車身顏色，9種顏色包括：白、黑、紅、黃、灰、藍、綠、粉、棕。深淺分類準確率不小于80％；9種常見車身顏色識別準確率不小于70％。

　　（8）高清錄像功能。高清全景攝像機能實現24小時高清視頻錄像功能，分辨率可達1600×1200。可以在白天或夜間有輔助光源的情況下實現監控和清晰錄像；視頻編碼格式支持主流的H.264；錄像中能清晰地反映車輛的顏色、車輛類型、運動軌跡；中心并提供錄像查詢、錄像下載等功能。

　　（9）數據存儲功能。系統采集的車輛圖片、違章數據、高清錄像等數據支持前端存儲和中心集中存儲。前端存儲設備包括抓拍攝像機內置的SD卡和終端管理設備內置的大容量硬盤，系統在前端即可實現數據的備份存儲功能。中心存儲是將數據保存在位于后端中心的集中存儲系統，如大容量磁盤陣列等，后端存儲系統分為圖片存儲和高清錄像存儲兩個部分，圖片存儲采用網絡集中存儲，高清球機的錄像采用專用網絡硬盤錄像機進行存儲。

　　（10）圖片合成和防篡改功能。系統從前端攝像機的DSP上對圖片加水印，也就是從數據的源頭加密，防止在傳輸、存儲、處理等過程中被人為修改，斷絕了數據篡改的可能性。系統通過圖片加水印的方法來實現圖片防篡改功能。抓拍主機抓拍圖片時會對原圖加水印（水印在圖片上不顯示），圖片通過網絡傳輸到中心管理服務器，中心管理軟件自動對每一張圖片進行水印驗證，在圖片查詢中列出正常圖片、被篡改圖片等信息。也可通過單獨的驗證工具軟件，對前端單獨拷貝出來的圖片進行手動驗證。

　　（11）斷點續傳功能。

　　·系統支持多種方式的數據傳輸：可通過FTP或TCP/IP方式將違法數據、車輛通過信息（時間、地點、車牌號碼等）、設備監測數據等上傳到中心管理系統；也可在中心通過網絡調用或下載操控前端設備存儲的數據。

　　·系統支持數據的斷點續傳：如因網絡中斷或其它故障，無法將數據由前端上傳至中心，可暫時將數據存儲在前端，待網絡恢復后前端存儲設備會自動上傳網絡中斷期間的數據。

　　三、前端系統

　　1、前端布置

　　線圈檢測方式在主干道上，兩車道設置1個200萬一體化高清攝像機做為車輛抓拍作用；每個方向兩車道安裝1個閃光燈，閃光燈與攝像機的水平安裝距離3米，攝像機、閃光燈安裝在同一桿上，安裝高度6米；每個路口設置1臺200萬像素的1080P的高清網絡球機作為全景攝像點（部分路段需要2個高清球作為全景監控）；攝像機檢測區域距離攝像機23米。

　　2、前端系統結構

　　3、前端設備配置

　　前端系統主要功能包括圖像采集、車輛抓拍等，設備配置主要有一體化高清攝像機、地感線圈、信號檢測器、閃光燈、交換機、智能終端管理設備、光傳輸設備等。

　　（1）一體化高清攝像機。

　　一體化高清攝像機主要用來抓拍車輛后景高清圖片。攝像機抓拍到的車輛后景圖片清晰度很高，通過配套的圖像識別軟件可以檢測出車輛的牌照。攝像機內置視頻檢測車輛以及車輛違章功能。

　　（2）地感線圈和信號檢測器。

　　地感線圈主要是配合電子警察系統工作，即當車輛經過時觸發地感，地感線圈通過車輛檢測器向檢測系統發出觸發信號，高清攝像機接收到信號后，便立即對該車輛啟動抓拍識別流程；在紅燈其間同時檢測信號控制信息，與車輛檢測器相結合，捕獲記錄車輛闖紅燈過程中三個不同位置的信息以反映機動車闖紅燈違法全過程。

　　（3）補光設備。

　　為適應夜間照度不足時的車輛捕捉抓拍，前端系統的所有車輛攝像機加裝補光燈。補光燈可有效地對車輛牌照進行照明及補光，增加圖像識別可用性。對于前端監控點，補光設備的類型和安裝方式應根據現場環境的具體情況而定，在不影響駕駛員的駕駛的前提下，保證車牌的識別率及違法三要素停車線、車身、停車線違法抓拍圖片的成功率。

　　（4）智能終端管理設備。

　　智能終端管理設備功能：智能終端管理設備具有根據攝像機違法抓拍圖片進行合成，進行電子警察功能，并對抓拍圖片與車輛信息進行前端存儲，與后臺服務器通訊功能。

　　（5）全景攝像機。

　　為了對路口的情況了如指掌，對每個路口設置一臺高清1080P的200萬像素的一體化球機（部分路段需要2個高清球作為全景監控），對路口全實時監視和錄像。

　　四、線圈系統

　　1、工作原理

　　其工作原理具體如下：

　　（1）當信號檢測器檢測到紅燈信號并有車輛離開線圈A時，系統觸發抓拍第一張圖片同時進行車輛號牌的識別，如為卡口型電警則將此圖片作為卡口抓拍圖片并記錄。

　　（2）當信號檢測器檢測到紅燈信號并有車輛離開線圈B時，系統觸發抓拍第二張圖片。

　　（3）當信號檢測器檢測到紅燈信號并有車輛離開線圈C時，系統觸發抓拍第三張圖片。

　　（4）系統將此停車線前后的三張不同位置圖片作為闖紅燈車輛的違法依據上傳至中心平臺，且可根據需要做合成處理；

　　2、工作流程

　　線圈檢測切換視頻檢測是通過先進的視頻識別算法，實現對車輛進行跟蹤、分析和識別，從而實現在線圈故障時，自動切換到視頻觸發，當線圈修復后，再自動恢復到線圈觸發模式。線圈檢測時攝像機會一直自動地在檢測車檢器輸出的信號包，當線圈出現故障時，車檢器就不會再發出信號，如果在一段時間內如3分鐘（時間可定義）都沒有收到車檢器發出的這個信號時（類似于檢測設備的心跳存在機制），攝像機就會做出自動切換到視頻檢測狀態，切換時間非常短，以秒計。

　　五、網絡傳輸系統

　　傳輸系統就是圖像信號及控制信號的傳輸通路。本系統的傳輸線路前端路口設備至監控中心機房之間遠程數據的傳輸。

　　1、本地傳輸系統

　　智能終端管理設備、一體化高清攝像機、全景球機經過前端交換機，光纖收發器的傳輸到各區中心機房，接入以太網。

　　2、遠程傳輸系統

　　遠程傳輸系統是指從前端接入監控中心的圖像、數據與控制信號的傳輸，通過以太專網來實現。為保證前端資源傳輸，每個前端監控點到中心機房的接入帶寬不低于10M，按照監控點的地理轄區來劃分，8個監控點以下的派出所到中心機房的帶寬不少于100M，8個監控點以上的派出所及所有縣（市）局、分局、其他監控中心到中心機房的帶寬不少于1000M。

　　六、存儲設計

　　后端存儲系統分為圖片存儲和高清錄像存儲兩個部分，圖片存儲采用網絡集中存儲，高清球機的錄像采用專用網絡硬盤錄像機進行存儲。

　　（1）前端圖片存儲：每個前端電子警察路口均配置一臺盛視智能終端服務器，內置1T硬盤。

　　（2）全景圖像后端存儲，所有的前端高清全景球機的錄像全部采用盛視高清網絡硬盤錄像進行存儲，每臺1080P網絡高清球機采用8M碼流錄像。錄像保存時間30以上。

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