高清晰闯红灯违章抓拍卡口系统方案(视频检测).doc
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1、视频检测式高清晰闯红灯+卡口车辆自动记录系统技术方案浙江捷尚视觉科技有限公司2011年10月目 录一、概 述3二、系统特点42.1设计依据42.2高分辨率图像采集42.3多车道覆盖抓拍52.4纯嵌入式设计52.5视频车辆检测62.6闯红灯行为检测72.7车辆例行记录72.8交通信息采集功能82.9车牌自动识别8三、系统设计方案103.1系统组成103.2系统工作原理143.3系统功能和特点173.4 系统主要技术参数193.5工程设计要点说明203.6中心管理软件22四、施工说明234.1辅助照明系统闪光灯的设计及施工234.2前端系统的设计及施工244.3 路口交通状态及治安监控24五、施工
2、工艺要点说明255.1 路口立杆的安装和避雷255.2 路口机箱及摄像机防护罩的安装265.3视频检测摄像机安装265.4 地下管道埋设275.5 沙井施工275.6 布线施工说明27六、主要设备功能及技术参数286.1视频车辆检测器286.2高清网络摄像机306.3视频检测摄像机316.4摄像机镜头326.5闪光灯336.6防护罩33七、系统配置清单34一、 概 述根据2009年2月公安部发布的闯红灯自动记录系统通用技术条件(GA/T496-2009)的规定,闯红灯自动记录系统的概念定义为:在具有交通信号控制的交叉路口和路段对机动车闯红灯行为不间断自动检测和记录的系统。闯红灯自动记录系统充分
3、运用了现代科技手段、能自动完成公安交通警察的部分职能,是科技强警的重要组成部分。车辆闯红灯行为是一个过程,系统需要对整个违章过程进行记录,以提供有效的法律依据,体现执法的公正性。该系统通过抓拍车辆在违法闯红灯过程中多个位置的图片来记录车辆违法闯红灯的行为和过程。闯红灯自动记录系统不记录机动车在其对应的黄灯相位时越过停车线的行为。 闯红灯自动记录系统能记录机动车闯红灯过程中两至三个位置的信息以反应机动车闯红灯违法过程。第一个位置的信息能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和机动车压在或越过停车线的情况;第二和第三个位置能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个车身已经越过停止线的情况;并且
4、至少有一个位置的信息能够清晰辨别号牌号码。 闯红灯自动记录系统能的图片格式采用JPEG格式,JPEG图片编码符合ISO/IEC 15444:2000的要求。图片数量不超过四张。 车辆自动记录功能,系统不仅可对车辆的闯红灯行为进行记录,为了提供系统的综合利用率,还可以同时完成对每辆通行车辆进行例行记录的功能,每辆车通行时记录的图像数量可灵活选择(如1张、2张)。二、 系统特点2.1设计依据l 中华人民共和国道路交通安全法l 中华人民共和国道路交通安全法实施条例l 公路交通安全设施设计技术规范(JTJ 074-2003)l 闯红灯自动记录系统通用技术条件GA/T496-2009l 公路车辆智能监测
5、记录系统通用技术条件GA/T497-2009l 预防道路交通事故“五整顿三加强”实施意见公通字200433号l 关于进一步加强路面行车秩序整顿工作的通知公交管2004110号l 民用闭路电视系统工程技术规范GB50198-94l 安防视频监控系统技术要求GA/T 367-2001l 中华人民共和国公共安全行业标准GA38-92l 中国电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232-90.92 l 机动车、驾驶员及违法管理等相关数据库规范2004版l 建筑物防雷设计规范GB50057-94l 民用闭路监视电视系统工程技术规范GB50198-94l 工业电视系统工程设计规范GBJ115-87l 电信专
6、用房屋设计规范YD5003-922.2高分辨率图像采集普通模拟摄像机所提供的图像最高分辨率为D1(704*576)格式,只有约40万像素,本系统采用高分辨率数字摄像机(工业数字摄像机),实现高清晰度图像的采集,系统采集的车辆图像,分辨率高达500万象素(2592 x 1944),大大提高了图像的分辨率。高清摄像机可提供非常清晰的路口全景照片,该图片分辨率高、可以反映车辆违法的所有要素(闯红灯时间、号牌号码、车辆类型、红灯信号(含箭头灯)停车线等);为执法处罚提供无可争辩的证据。2.3多车道覆盖抓拍常规采用视频摄像机的闯红灯系统中,受摄像机成像能力限制(普通摄像机只有40万像素),每台摄像机只能
7、覆盖一个车道,本系统采用了200万和500万像素分辨率的高清晰工业摄像机,每台摄像机可以同时覆盖3个车道,大大节省了摄像机的个数。高清摄像机拍摄区域示意图多车道抓拍的图像再进行车牌识别时,由于无法区分是那个车道,往往会造成识别的结果与经过的车辆对不上号,本系统通过对不同车道的车辆信息进行分别触发的方式成功地解决了这一问题,摄像机在接收到不同的触发信号后会自动区分相应的车道,并按照车道将图像自动切分开,供车牌识别模块进行识别。2.4纯嵌入式设计系统前端完全抛弃了工控机,只有车辆检测模块(视频车辆检测器)和高清摄像机,所有抓拍的图像会自动上传到数据中心,中心识别服务器可对通行车辆记录进行集中识别,
8、我国的东北、西北地区(新疆、内蒙、黑龙江)冬季气温可达-40摄氏度,户外的维护极为不便,对系统的稳定性要求极高,本系统采用嵌入式设计,减少了中间环节,能够有效保证系统的稳定。系统使用的高清摄像机不仅可以完成高清图像的成像、抓拍等功能,还集成了JPEG编码、FTP上传等功能,摄像机采用TI高性能DSP芯片,由于设备本身内置了“看门狗”等硬件电路,相当于有人在前端进行24小时不间断值守,有效的保证了系统长期、稳定、连续运行,而传统的工控机方式受软件稳定性、温度适应性等的影响极易出现死机等现象,需要专门的人员进行维护。2.5视频车辆检测系统采用视频检测(虚拟线圈)技术对车辆进行检测,虚拟线圈是基于视
9、频分析、运动检测、目标检测的一种技术,其原理是通过对在摄像机提供的实时视频流上设置检测区域,当车辆经过设定的区域时,该区域的背景、纹理会发生明显变化,分析系统通过对变化量的大小进行量化,当量化值和方向达到设定的条件时即认为有车通过。技术特点: 先进的特征检测处理算法,有效的消除了阴影、车灯、光线及恶劣天气的影响。 背景自动学习、补偿算法能够有效的克服相机抖动造成背景变化产生的影响。 行驶方向判定算法与可调的灵敏度相结合,对不按设定方向行驶的车辆进行有效的过滤,有效的保证了车辆检测的准确性。 多车道多目标同时检测,高检测精度。 车辆进入、离开、存在多种状态检测。与地感线圈相比其技术优势 地感线圈
10、的安装和维护都必须封闭车道、破坏路面,不仅影响路面的使用寿命,并且增加了施工的复杂度。而虚拟线圈检测方式只要将摄像机安装在路侧立杆上即可,线圈的位置通过软件可任意设定,安装和维修时无须关闭车道操作相对简单。 地感线圈的检测功能单一,缺乏灵活性,而虚拟线圈检测系统灵活性要大于地感线圈,当路面行驶规则、位置发生改变都要重新破坏路面埋设地感线圈,而虚拟线圈检测区域可根据需要随意划分、使用方式灵活,能够满足不断变化的数据采集要求,并且支持多车道同时检测。 地感线圈的感应度极易衰减、失效,当路面积雪达到20cm以上时(相当于将车辆的底盘抬高)车检器的灵敏度将大大降低,加之潮湿的气候和长期的碾压会使路面发
11、生型变使线圈严重受损,影响线圈的检测准确度,并且线圈的使用年限从而大打折扣,大范围的维护管理费用又成了新的问题,而采用虚拟线圈检测的系统则不存在上述的问题。2.6闯红灯行为检测系统通过视频车辆检测器对车辆的通行状态进行检测,当车辆分别处于闯红灯过程中的压线、越线、越线行驶3个状态时,自动控制高清摄像机抓拍3张违法车辆图片,同时叠加相关信息,每张图片都可清晰地反映出车辆闯红灯时间、号牌号码、车辆类型、红灯信号(含箭头灯)、停车线等情况2.7车辆例行记录系统不仅对车辆的闯红灯违章行为进行抓拍,还提供对通行车辆进行例行抓拍的功能,当有车辆通过时,系统自动对车辆进入检测区域、离开检测区域2种状态进行记
12、录抓拍,为了避免卡口功能抓拍的图像与闯红灯功能记录的图像混在一起,本系统对这两类图像进行分别存储,大大提高了前端设备的综合利用率。2.8交通信息采集功能系统不仅通过虚拟线圈对车辆进行检测,并同时完成车辆个数、平均速度、车道占有率、车辆密度等信息的统计工作。系统支持可按路口、时间、方向、车道编号等条件进行分类统计的功能,并且可以生成导出按年、月、日统计的流量图、流量表、流量曲线的报表和打印输出。2.9车牌自动识别在号牌识别过程中,较好的图片质量和正确定位是正确识别号牌的关键。号牌定位的任务是确定图片中有无车辆号牌以及车辆号牌的数量和位置,但号牌定位比较复杂,车辆在图像中的位置具有不确定性,影响其
13、准确性的原因主要有以下几种: 车头位置不确定; 号牌在车辆上的悬挂位置不确定; 车辆上可能印有其它与车牌相似的号码,悬挂其它号牌或多个号牌。本系统利用号牌的特定纹理信息并采用多尺度分析进行号牌的定位,定位后的号牌经过号牌分割、倾斜矫正、字符定位与分割,然后采用多帧识别技术再进行字符和汉字的识别。车牌定位倾斜矫正字符分割与定位字符和汉字的识别首先根据字符的序号,将汉字、字母和数字区分开来,然后对不同类别字符采用不同的子系统识别。这些子系统又都融合了若干简单识别器,对待识字符进行联合识别。三、 系统设计方案系统采用500万和200万像素高清摄像机与CCD摄像机相结合工作的模式对违法闯红灯车辆进行自
14、动记录,彩色CCD摄像机对违法车辆进行行为检测,当车辆分别处于闯红灯过程中的压线、越线、越线行驶3个状态时,视频车辆检测器自动控制高清摄像机抓拍3张违法车辆图片,同时叠加相关信息,每张图片都可清晰地反映出车辆闯红灯时间、号牌号码、车辆类型、红灯信号(含箭头灯)、停车线等情况。本系统主要优点体现在: 检测方式简单、稳定可靠:采用捷尚视觉科技自主研发的视频虚拟线圈检测技术,支持所有路段,特别在不允许割地或路面破损严重的路段,其优势更加明显;在红灯状态有车辆通过时即判定为车辆闯红灯;针对简单的移动电子警察应用还可以增加视频信号灯检测方式。 抓怕方式性能优越:高清摄像机可提供非常清晰的路口全景照片,该
15、图片分辨率高、可以反映车辆违法的所有要素(闯红灯时间、号牌号码、车辆类型、红灯信号(含箭头灯)停车线等);为执法处罚提供无可争辩的证据。 综合利用率高:系统不仅对车辆的闯红灯违章行为进行抓拍,还提供对通行车辆进行例行抓拍的功能,当有车辆通过时,系统自动对车辆进入检测区域、离开检测区域2种状态进行记录抓拍,大大提高了前端设备的综合利用率。3.1系统组成系统由3个单元组成,分别为前端路口单元、网络传输单元、中心管理单元。3.1.1 系统拓扑图下图为系统网络拓扑图。系统网络拓扑图1) 本系统可以直接通过公安网路由接入到(公安交警)数据中心;也可以先经过其他网络运营商的传输网络、局端机房,再到(公安交
16、警)数据中心。2) 前端光传输设备安装于前端设备箱;中心的传输设备安装在局端机房或(公安交警)数据中心。3.1.2 前端路口抓拍单元该单元主要完成红绿灯检测、违法闯红灯车辆的检测、图片抓拍,图片处理、存储、传输等任务。在被监控路口的每一个方向均安装1套,每个方向的设备相互独立,高清摄像机通过网络交换机相连接。单向前端路口抓拍单元结构图单个4向路口网络示意图3.1.3 网络传输单元图片的获取有两种方式:一是通过网络将图片传送至指定的数据中心,传输网络可以是光纤、ADSL或其他有线/无线网络。二是利用人工现场将图片下载到存储介质中带回数据中心,如笔记本电脑现场下载、换取活动硬盘、大容量U盘等方式均
17、可;本方案采用第一种方式。网络传输部分主要包括网络交换机、远程传输设备及线路等。该部分主要完成将前端获得的车辆违法信息传输到交警数据中心的任务,同时操作人员在交警数据中心应用远程管理软件通过该网络可对前端控制设备进行远程管理及设备参数设置。联网数据传输时,如果遇到网络故障导致传输失败,系统具备断点续传功能。3.1.4 数据中心管理单元该单元的组成包括计算机硬件和操作软件两部分: 计算机硬件:此部分包括数据库服务器、计算机工作站、网络设备、打印设备以及电源设备等。 操作软件:后台管理系统软件采用基于网络的程序设计。由服务端程序集中处理和管理数据,在客户端则实现用户的各种应用需求如查询、统计、处罚
18、等工作。这种结构体系也可实现多用户、多任务的操作,从而大大提高工作效率并进行有效的数据管理,为了适应不同的用户需求,操作软件分为C/S和B/S两个版本:l C/S版本:即客户端/服务器模式。服务端程序安装运行在服务器上,终端用户则需要在工作站上安装客户端软件。该版本的主要优点在于运行速度较快。l B/S版本:即浏览器/服务器模式。客户端程序和服务端程序都安装运行在服务器上。终端用户只需要通过浏览器就可以实现各种应用需求,该版本的优点对于终端用户而言不需要在工作站上安装任何软件。对于开发人员而言方便维护,节省程序部署时间,可以快速响应用户需求。 在数据库系统方面:系统可支持主流的数据库系统。如S
19、ql-server 2000、Sql-server 2005、Oracle等。示意图如下:数据中心拓扑图3.2系统工作原理3.2.1 系统工作流程具体工作流程:在红灯状态下由检测器检测是否有机动车辆闯红灯,当检测到有车辆通过时检测器将触发高清相机进行抓拍,高清相机结合红灯信号进行判断,是闯红灯抓拍还是例行抓拍,并按照各自的协议分别进行抓拍、存储,如果是闯红灯抓拍,高清相机会在车辆进入、离开检测区域、继续行驶的状态各拍一张图片,如果是例行抓拍则像机会在车辆进入、离开检测区域时各拍一张图像,然后通过网络传回至远端的数据中心的计算机服务器,如果网络不通,像机会将图像缓存到内置的SD卡中,等网络连通时
20、再上传到中心;也可通过人工利用存储介质到现场下载图片并带回数据中心的服务器,最后运用后台管理软件由各个计算机工作站完成图片的数据录入、存储、公告、处罚以及查询等工作。参见下面的流程图。3.2.2 检测单元工作原理该单元包括视频车辆监测器和CCD摄像机。本方案的车辆检测线圈采用虚拟线圈防逆行的方式设置。如图所示。当车辆在红灯状态由左向右通过虚拟线圈时,系统将进行拍照;如果是由右向左方向触发该组线圈,系统将不予拍照。系统采用虚拟线圈技术对车辆进行检测,虚拟线圈是基于视频分析、运动检测、目标检测的一种技术,其原理是通过对在摄像机提供的实时视频流上设置检测区域,当车辆经过设定的区域时,该区域的背景、纹
21、理会发生明显变化,分析系统通过对变化量的大小进行量化,当量化值和方向达到设定的条件时即认为有车通过。3.2.3 闯红灯车辆捕获过程当车辆检测器检测到某车道在红灯状态下有车辆通过时,车辆监测器发出触发信号到高清网络摄像机;高清摄像机对违法车辆进行抓拍。下图反映的是车辆通过线圈的过程,视频车辆检测器自动控制摄像机抓拍机动车辆越线前、压线、越线后的三个位置的过程图片:车辆闯红灯过程示意图违章照片的信息包括了停车线、红灯信号、车牌号码、车辆类型、车身颜色、红灯开始时间、闯红灯时间、红灯结束时间、违章日期时间(年、月、日、时、分、秒),违章车道等情况。违章照片被系统记录的同时,系统抓拍控制软件会自动对其
22、进行加密处理。经过加密的违章照片可以进行公告和公证,可作为执法的法律依据。在夜间光照不足时,系统自动测光并启动闪光灯控制线路,在高清摄相机拍照时、由高清摄相机控制闪光灯进行同步补光,同样可以获得车牌号码清晰的图片。由于系统采用高清摄相机,其具有拍照范围广、成像细腻等特点,因此单台摄像机可以监视多条车道,在实际系统应用中我公司建议采用300万像素的摄像机监视2车道、500万像素的摄像机监视3车道。3.2.4 车辆例行抓拍过程当车辆检测器检测到某车道在绿灯状态下有车辆通过时,车辆检测器发出触发信号到高清网络摄像机;高清摄像机以卡口模式对车辆进行抓拍,下图反映的是车辆通过线圈的过程,视频车辆检测器自
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