項目概況

　　各類違章行為是造成當(dāng)今社會交通事故的主要隱患之一。隨著社會機(jī)動車保有量與日俱增，道路供給與交通需求之間的矛盾也日益尖銳。作為“科技強(qiáng)警”的重要手段之一，電子警察系統(tǒng)在制止交通違章、規(guī)范車輛行駛等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。以往建設(shè)的電子警察系統(tǒng)不同程度地存在下述問題：

　　采用標(biāo)清設(shè)備，抓拍像素低，誤拍率高，夜間補(bǔ)光效果差，在實(shí)際使用中處罰率低。

　　采用線圈檢測技術(shù)，不僅需要破路施工、影響交通，而且線圈檢測技術(shù)本身對于環(huán)境的適應(yīng)性較差，線圈容易因高低溫、車輛碾壓路面等因素而損壞，同時線圈能夠檢測的違章行為較為單一，難以全面反映路口存在的安全隱患。

　　由于線圈檢測這類傳統(tǒng)手段難以捕獲復(fù)雜違章行為，往往需要借助普通安防攝像機(jī)由人工遠(yuǎn)程操作實(shí)時監(jiān)控的方式來發(fā)現(xiàn)并記錄，技術(shù)含量低、人力資源消耗大，與“科技強(qiáng)警”的理念導(dǎo)向相去甚遠(yuǎn)。

　　本項目中將引入當(dāng)前最先進(jìn)的交通視頻智能識別技術(shù)，對現(xiàn)有的電子警察系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級換代，提升信息化技術(shù)應(yīng)用水平，最大程度上解放警力。

　　項目需求

　　通過建立視頻型電子警察系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對城市主干道路口通行的車輛進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視、抓拍、報警、記錄保存車輛通行的信息和車流量數(shù)據(jù)并進(jìn)行集中有效的管理，為公安部門打擊違法、盜搶和查緝交通肇事逃逸案件、分析交通狀況、加強(qiáng)交通管理提供有效的技術(shù)支持。

　　要求全面采用視頻智能識別技術(shù)，通過對視頻信號的采集、處理、分析，智能化地識別出信號燈狀態(tài)、車輛號牌、車輛違章行為等信息，避免采用線圈檢測這類易損壞、對路口交通影響大、施工難度大的方式，同時最大程度地減少人為的干預(yù)，系統(tǒng)獨(dú)立工作，并自動給出用戶所需的數(shù)據(jù)資料。

　　系統(tǒng)設(shè)計原則和理念

　　先進(jìn)性：前端采用嵌入式一體化高清攝像機(jī)，內(nèi)置視頻智能識別算法，替代傳統(tǒng)的攝像機(jī)+工控機(jī)模式。 500萬像素高清畫質(zhì)可同時覆蓋3個車道，信號燈狀態(tài)、車輛違章狀態(tài)、車牌號碼等要素同時反映在一張照片中，并且可將違章過程的連續(xù)照片合成為一張圖片。同時系統(tǒng)對于室外惡劣氣候環(huán)境的適應(yīng)性，還是系統(tǒng)的使用壽命、穩(wěn)定性可靠性等方面，都有了質(zhì)的飛躍。

　　實(shí)用性：系統(tǒng)在滿足GA/T 496-2009公安部最新標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)確捕獲闖紅燈違章行為的基礎(chǔ)上，更能準(zhǔn)確捕獲逆行、壓線、違法變道、不按車道行駛等違章行為，為交通管理部門用戶提供更有價值的路面交通信息，使交通管理手段和措施更具針對性。

　　經(jīng)濟(jì)性：采用嵌入式一體化技術(shù)，同時選用低功耗的補(bǔ)光設(shè)備，系統(tǒng)的可靠性得到極大地提升，系統(tǒng)的維護(hù)成本顯著下降，同時系統(tǒng)的使用壽命大大增加，系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性顯著提高。

　　安全性：前端攝像機(jī)內(nèi)置水印加密算法，在數(shù)據(jù)源頭進(jìn)行加密，杜絕了數(shù)據(jù)被篡改的可能，確保數(shù)據(jù)作為證據(jù)的可信性。通過這樣的加密手段，保障了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

　　易維護(hù)性：采用嵌入式一體化技術(shù)，一方面系統(tǒng)所包含的設(shè)備數(shù)量減少，故障點(diǎn)更少，并降低了施工安裝的工作量，一方面系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性大大提高，可避免大量的現(xiàn)場維護(hù)工作。同時，嵌入式一體化前端設(shè)備接入后端軟件平臺集中統(tǒng)一管理，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級、維護(hù)和自動校時，系統(tǒng)總體的維護(hù)簡單方便。

　　系統(tǒng)架構(gòu)

　　系統(tǒng)采用嵌入式一體化架構(gòu)，內(nèi)置視頻智能識別算法，替代傳統(tǒng)的攝像機(jī)+工控機(jī)模式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，只需要配合必要的補(bǔ)光設(shè)備，即可完整地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。相對于攝像機(jī)+工控機(jī)或攝像機(jī)+嵌入式分析主機(jī)的模式，嵌入式一體化攝像機(jī)模式的優(yōu)勢是顯著的。

　　前端存儲設(shè)備同樣采用嵌入式高性能處理平臺，內(nèi)置大容量硬盤，可接收來自高清攝像機(jī)的JPEG圖片流、H.264視頻流，實(shí)現(xiàn)圖片、錄像的前端存儲。斷點(diǎn)續(xù)傳功能是部署前端存儲設(shè)備重中之重的考慮，其可以完美應(yīng)對前端設(shè)備與后端中心平臺數(shù)據(jù)傳輸鏈路故障，在鏈路恢復(fù)第一時間將網(wǎng)絡(luò)中斷期間的數(shù)據(jù)自動上傳至后端中心平臺，避免數(shù)據(jù)丟失。

　　同一路口的前端設(shè)備通過交換機(jī)匯聚為路口局域網(wǎng)，根據(jù)電子警察業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量偏大、數(shù)據(jù)可靠性要求高等特點(diǎn)，首選光纖網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸載體，在路口配置光纖收發(fā)器，通過光纖網(wǎng)絡(luò)將前端數(shù)據(jù)傳輸至后端中心平臺。同時，在一些有線網(wǎng)絡(luò)鏈路難以到達(dá)的點(diǎn)位，也可選擇GPRS/CDMA、3G等無線傳輸方式，作為有線傳輸方式的有效補(bǔ)充。

　　嵌入式一體化高清攝像機(jī)為系統(tǒng)的核心，除了具備傳統(tǒng)攝像機(jī)所具備的視頻采集功能，還可通過內(nèi)置的視頻智能識別算法，實(shí)現(xiàn)對視頻流數(shù)據(jù)的智能分析，識別出用戶所關(guān)心的各類信息，如信號燈狀態(tài)、車輛號牌、車輛違章行為等，并且這些信息能夠按照預(yù)先設(shè)定的格式或規(guī)范，方便地組織在一起，精確地呈現(xiàn)給系統(tǒng)的使用者。視頻智能識別技術(shù)的應(yīng)用大大提升了系統(tǒng)集成度，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)部署、設(shè)備聯(lián)調(diào)的難度。[nextpage]

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

　　嵌入式一體化攝像機(jī)是整個前端系統(tǒng)的核心，而視頻智能識別算法則是嵌入式一體化攝像機(jī)的核心所在。嵌入式一體化高清攝像機(jī)，集抓拍、控制、識別、錄像、壓縮、傳輸于一體。具有先進(jìn)的視頻檢測功能，可以對視頻圖像進(jìn)行逐幀識別，同時自動匹配對應(yīng)車道，對過往車輛進(jìn)行軌跡跟蹤并做行為判斷，如有違章車輛即進(jìn)行抓拍、車牌識別、錄像、存儲，處理結(jié)果上傳到后臺。

　　前端系統(tǒng)從功能邏輯上可分為檢測單元和控制單元，檢測單元主要承擔(dān)視頻信息相關(guān)要素的分析判斷，控制單元則根據(jù)檢測單元分析判斷結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)和記錄，以及數(shù)據(jù)的處理。檢測單元和控制單元在邏輯上分開，物理上集成于嵌入式一體化攝像機(jī)內(nèi)。

　　檢測單元集中體現(xiàn)了本方案的技術(shù)先進(jìn)性，車輛檢測算法實(shí)現(xiàn)了基于視頻流的車輛檢測，輔以車牌識別算法，同時輸出車牌號碼識別結(jié)果，紅綠燈信號檢測算法基于視頻流實(shí)時識別紅綠燈狀態(tài)，提供闖紅燈違章行為判定的前提依據(jù)，車輛(違章)行為檢測算法則根據(jù)連續(xù)的車輛檢測結(jié)果判定出車輛是否違章。

　　控制單元根據(jù)檢測單元分析判斷的結(jié)果，觸發(fā)攝像機(jī)抓拍并同步觸發(fā)補(bǔ)光設(shè)備，清晰、完整記錄場景內(nèi)所有相關(guān)信息，這些信息通過控制單元的傳輸模塊進(jìn)行輸出，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺管理系統(tǒng)。

　　后臺管理系統(tǒng)依托管理和應(yīng)用軟件，一方面實(shí)現(xiàn)設(shè)備、用戶、數(shù)據(jù)的集中管理和控制，一方面通過用戶界面呈現(xiàn)如車輛查詢、車輛布控、違章查詢、報警、處罰等各類相關(guān)應(yīng)用。

　　視頻識別紅綠信號燈

　　視頻識別紅綠信號燈：直接通過對視頻信號進(jìn)行智能化分析，識別出紅綠信號燈狀態(tài)，摒棄了物理信號連接判斷的方式，無需使用信號燈控制系統(tǒng)的接口，避免了路口大范圍、長距離破路施工、走線連接，減少了故障點(diǎn)和工程施工工作量。

　　通過不同顏色空間的特征提取，使用先進(jìn)的視頻智能識別算法識別出紅綠燈，并利用視頻穩(wěn)定算法解決紅綠燈晃動的影響，在復(fù)雜的情況達(dá)到較高識別率。

　　視頻識別車輛號牌

　　視頻識別車輛號牌：對于視頻流中出現(xiàn)的車輛目標(biāo)，通過智能化視頻分析算法，直接給出車輛號牌分析結(jié)果，結(jié)果信息可自動疊加于抓拍的圖片上，同時可實(shí)時上傳至后端平臺軟件供集中查詢、調(diào)用。

　　圖像采集：通過高清攝像抓拍主機(jī)對通行車輛進(jìn)行實(shí)時、不間斷記錄、采集。

　　預(yù)處理：噪聲過濾、自動白平衡、自動曝光以及伽馬校正、邊緣增強(qiáng)、對比度調(diào)整等。

　　車牌定位：在經(jīng)過圖像預(yù)處理之后的灰度圖像上進(jìn)行行列掃描，確定車牌區(qū)域。

　　字符分割：在圖像中定位出車牌區(qū)域后，通過灰度化、二值化等處理，精確定位字符區(qū)域，然后根據(jù)字符尺寸特征進(jìn)行字符分割。

　　字符識別：對分割后的字符進(jìn)行縮放、特征提取，與字符數(shù)據(jù)庫模板中的標(biāo)準(zhǔn)字符表達(dá)形式進(jìn)行匹配判別。

　　結(jié)果輸出：將車牌識別的結(jié)果以文本格式輸出。

　　視頻識別違章行為

　　視頻識別違章行為：通過攝像機(jī)內(nèi)置的視頻智能識別算法，能夠從視頻流中分離車輛目標(biāo)，并自動跟蹤車輛軌跡，分析判斷出車輛是否違章，路口典型的違章行為如闖紅燈、壓線、違法變道、不按車道行駛等都能夠自動捕獲，無需人工干預(yù)。

　　采用基于運(yùn)動檢測的車輛檢測算法，具體分為以下步驟：

　　由高清攝像抓拍主機(jī)獲取實(shí)時的視頻流。

　　利用背景差分算法檢測運(yùn)動前景。

　　更新并保存背景模型。

　　過濾噪聲，并獲取準(zhǔn)確的車輛位置。

　　運(yùn)用時空信息、匹配和預(yù)測等算法，對車輛進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤，獲取并保存車輛對象的軌跡信息。

　　判斷車輛是否到達(dá)觸發(fā)線位置，如果沒有到達(dá)，則進(jìn)行下一幀的檢測，如果到達(dá)則發(fā)出觸發(fā)信號。

　　維護(hù)和培訓(xùn)計劃

　　采用視頻智能識別技術(shù)的電子警察系統(tǒng)是集計算機(jī)技術(shù)、視頻分析技術(shù)、通信技術(shù)與檢測控制技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，而且整個系統(tǒng)設(shè)備安裝地點(diǎn)分散，工作環(huán)境惡劣，因此要保證該系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行，必須由經(jīng)過培訓(xùn)的專門技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)的日常維護(hù)。

　　設(shè)備維護(hù)人員的基本要求：電子類大專以上學(xué)歷，能夠熟練使用計算機(jī)，有一定的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。

　　維護(hù)人員培訓(xùn)規(guī)劃：在工程合同簽訂后，甲方(業(yè)主)單位應(yīng)選派1-2名技術(shù)人員接受乙方安排的系統(tǒng)理論培訓(xùn)，理論培訓(xùn)結(jié)束后，受訓(xùn)人員要參與至少兩套現(xiàn)場設(shè)備的安裝調(diào)試，以便對系統(tǒng)的工作流程有感性認(rèn)識。經(jīng)過理論培訓(xùn)和實(shí)際參與安裝之后，受訓(xùn)人員應(yīng)能很好地勝任設(shè)備的日常維護(hù)工作。

　　結(jié)語

　　該項目最大特色在于嵌入式一體化架構(gòu)與視頻智能識別技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備安裝、施工、調(diào)試、維護(hù)方便;總體技術(shù)含量高，視頻智能識別技術(shù)與電子警察相關(guān)應(yīng)用完美融合，真正體現(xiàn)了“科技強(qiáng)警”的理念。

　　誠然，視頻智能識別技術(shù)的應(yīng)用并不局限于本文范圍，其在人臉識別、行為分析、交通事件檢測等諸多需求方面已有廣泛的應(yīng)用。視頻智能識別技術(shù)賦予系統(tǒng)“思考”的能力，從而使系統(tǒng)的使用者能夠?qū)Ｗ⒂谏蠈討?yīng)用，即為用戶創(chuàng)造了更大的價值。用戶的需求始終在變，視頻智能識別技術(shù)本身也還有完善的空間，未來仍值得我們認(rèn)真探尋。