1. 背景
近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，機動車數(shù)量的迅速增長，公路運輸變得越來越繁忙。交通管理現(xiàn)狀和需求的矛盾進一步加劇，與交通相關(guān)的刑事和治安案件也逐年上升。在此情況下，如何利用先進的科技手段，提高交通管理水平，抑制交通事故、高效的破獲刑事案件，是公安部門亟待解決的問題。鑒于以上問題，交通監(jiān)控已蓬勃興起，并以較快的速度在發(fā)展，智能卡口監(jiān)控的方案、產(chǎn)品及相應的技術(shù)也日新月異！國內(nèi)知名廠家較多，下面以最具代表性的大華股份智能卡口方案為例介紹目前卡口前端監(jiān)控方案技術(shù)的發(fā)展。
2. 卡口系統(tǒng)
2.1 概述
大華高清公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)（卡口系統(tǒng)，簡稱卡口）主要設(shè)備由嵌入式一體化抓拍攝像機、補光單元、車輛檢測單元、光傳輸設(shè)備等部分組成，系統(tǒng)核心設(shè)備為嵌入式一體化攝像機，該攝像機為我公司自主研發(fā)，采用LINUX操作系統(tǒng)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，集抓拍、錄像、壓縮、傳輸于一體，且內(nèi)置了車輛檢測、車牌號碼識別、車牌顏色識別、車身顏色識別等智能化分析識別功能，前端無需放置工控機，每個車道攝像機都能獨立正常工作，結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，環(huán)境適應性強，它相比于工控機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更能滿足智能交通產(chǎn)品在室外全天候24小時不間斷的工作要求。
2.2 方案總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由前端采集子系統(tǒng)、網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)、中心管理子系統(tǒng)三部分組成，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下：
注：如需使用視頻輔助功能，需配置LED補光燈
前端采集子系統(tǒng)：即卡口系統(tǒng)前端路面部分，對經(jīng)過路口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(jīng)過的時間、車牌號、方向、壓線、逆行據(jù)；并全部匯入網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)，傳輸至中心管理平臺。
網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)：主要實現(xiàn)前端采集部分和指揮中心管理部分的數(shù)據(jù)和圖像信息的傳輸。系統(tǒng)采用標準的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，支持以太網(wǎng)、光纖等多種傳輸方式。
中心管理子系統(tǒng)：中心管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對前端設(shè)備進行遠程管理、網(wǎng)絡的監(jiān)控、抓拍圖像和數(shù)據(jù)的處理、可疑黑名單車輛的布控，圖片和視頻的集中存儲，圖片視頻的關(guān)聯(lián)以及違章車輛的處罰等工作，并充分考慮與其它交通管理軟件系統(tǒng)的接口兼容問題。
圖像的采集和處理是前端子系統(tǒng)的核心任務，在大華智能交通解決方案中，圖像的采集和處理均由攝像機來完成，其采用嵌入式一體化技術(shù)，摒棄了多數(shù)廠家所用的像機+工控機的方案，這樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單、運行更加穩(wěn)定、且利于管理、施工方便，同時也大大降低了工程成本！嵌入式一體化攝像機模式相對于攝像機+工控機或攝像機+嵌入式分析主機模式的具體優(yōu)勢如下表所示：
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比較項 |
嵌入式一體化攝像機 |
攝像機+工控機 |
攝像機+嵌入式分析主機 |
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環(huán)境適應性 |
交通專用相機，適合戶外惡劣環(huán)境全天候工作，工作環(huán)境溫度-30℃ ~ +70℃ |
工控機工作環(huán)境一般要求在-10℃ ~ +55℃ |
相機一般采用普通相機，環(huán)境適應性一般 |
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使用方便性 |
結(jié)構(gòu)緊湊，安裝使用方便 |
體積龐大，結(jié)構(gòu)復雜，維護工作量大 |
結(jié)構(gòu)緊湊，安裝使用方便 |
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功耗 |
功耗較低＜15W |
近百瓦 |
分析主機約20W，相機功耗約15W |
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系統(tǒng)穩(wěn)定性 |
嵌入式LINUX操作系統(tǒng)， 系統(tǒng)穩(wěn)定，無病毒影響 |
Windows 操作系統(tǒng)，容易受病毒影響 |
LINUX操作系統(tǒng)，病毒影響較小 |
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數(shù)據(jù)安全性 |
相機內(nèi)數(shù)據(jù)源頭加密，安全性高 |
工控機中數(shù)據(jù)加密，安全性一般 |
數(shù)據(jù)加密在分析主機中實現(xiàn)，安全性一般 |
2.3 智能交通卡口分類
目前卡口的分類主要根據(jù)檢測方式及監(jiān)控能力上進行分類。
從監(jiān)控能力上，主要從監(jiān)控車道數(shù)量上劃分：一車道用140W像素像機、200W像素像機；兩車道采用200W像素像機（寬屏）；三車道使用500W像素像機、四車道使用800W像素像機（目前僅少數(shù)廠家如大華股份等有此方案）；
從檢測方式上一般分為：線圈檢測模式、視頻檢測模式、雷達檢測模式；在此基礎(chǔ)之上，又衍生出線圈、視頻切換模式及雷達、視頻切換模式，這樣既提升了系統(tǒng)應用方式的靈活性，同時也很大程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。
線圈檢測型卡口前端框架圖：
線圈檢測型卡口的優(yōu)點是成本低、捕獲率高，同時也可以間接提高車牌的識別率，測速較準確；缺點是施工麻煩，且有些場合不能夠進行線圈切割，有些場合路面易損，這都給線圈檢測帶來較大的麻煩。
視頻檢測型前端框架圖：
優(yōu)點是施工簡單、不用破壞路面、實現(xiàn)功能較多（如壓線、占道等交通現(xiàn)象），光污染小，可抓拍摩托車、行人等；缺點則是受天氣影響較大，測速準確率偏低等。
雷達檢測型前端框架圖：
雷達檢測型卡口的優(yōu)點是捕獲率高、測速精確、不用破壞路面；缺點則是成本較高。目前大華股份已推出監(jiān)控多車道雷達方案，大大降低了工程成本。
2.4 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
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功能名稱 |
功能概述 |
線圈檢測模式 |
雷達檢測模式 |
視頻檢測模式 |
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車輛捕獲功能 |
對進入場景的車輛進行捕獲抓拍； |
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高清圖像記錄功能 |
準確拍攝包含車輛正面全部細節(jié)信息的高清圖像； |
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速度測定功能 |
對進入場景的車輛進行測速，并區(qū)分超速判別處理； |
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壓、騎線抓拍功能 |
對行使在兩車道之間，壓、騎車道線的車輛進行抓拍記錄； |
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逆行抓拍功能 |
對違法逆行車輛進行判別抓拍； |
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全天候高清成像 |
有效解決雨、雪、霧天以及反光和強光直射等問題，全天候高清成像； |
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智能補光功能 |
通過攝像機控制LED補光燈或同步閃光燈進行補光，提高捕獲率，看清前排人臉特征； |
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號牌自動識別功能 |
根據(jù)捕獲的目標照片，自動完成車牌號碼識別和車牌顏色識別； |
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車身顏色識別功能 |
從捕獲的目標圖像中識別出車輛的車身顏色和顏色深淺； |
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高清錄像功能 |
實現(xiàn)24小時高清視頻錄像功能，視頻編碼格式支持主流的H.264； |
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數(shù)據(jù)存儲功能 |
系統(tǒng)采集的車輛圖片、違章數(shù)據(jù)、高清錄像等數(shù)據(jù)支持前端存儲和中心集中存儲； |
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圖片防篡改功能 |
所有圖片都經(jīng)過水印加密處理，可檢測是否被篡改過； |
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數(shù)據(jù)傳輸功能 |
通過FTP或TCP/IP等多種方式將車輛圖片等數(shù)據(jù)信息上傳到后端中心管理系統(tǒng) |
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斷點續(xù)傳功能 |
當前端網(wǎng)絡從故障恢復正常之后，可以直接從故障點續(xù)傳數(shù)據(jù)； |
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遠程系統(tǒng)管理維護功能 |
故障自動檢測、權(quán)限管理功能、日志記錄、自動校時、遠程維護及參數(shù)的設(shè)置等； |
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2.5 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標
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項目 |
指標 |
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車輛捕獲率 |
全天車輛捕獲率≥99%（0km/h～180km/h，線圈模式） 全天車輛捕獲率≥98%（20km/h～250km/h，雷達模式） 全天車輛捕獲率≥97%（0km/h～180km/h，視頻模式） |
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牌照識別率 |
車輛號牌識別率≥97%； 全天候號牌識別準確率≥95%； 車牌顏色：黑、白、藍、黃、綠。 |
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識別牌照種類 |
民用車牌（除5小車輛），警用車牌，04式新軍用車牌，07式武警車牌及2002式新車牌。 |
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圖片抓拍 |
正常過車抓拍1張圖片，超速車輛抓拍2張圖片。 |
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測速精度 |
符合GB21255-2007機動車測速儀標準（＜100km/h時，誤差不超過-6km/h～0km/h，≥100km/h時，誤差不超過-6%～0%） |
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工作溫度 |
-30℃～70℃ |
3 智能交通卡口發(fā)展方向
產(chǎn)品的發(fā)展方向總是和應用需求及技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)密不可分，以下幾個方面是智能卡口的主要發(fā)展方向。
可擴展性兼可容性
由于用戶以后的需求會不斷發(fā)展，系統(tǒng)建設(shè)的數(shù)量將隨之擴大，在設(shè)計上，即要在功能上推陳出新，又要兼容舊的系統(tǒng)，以保護用戶的投資，因此我們采用模塊化設(shè)計，模塊間數(shù)據(jù)傳輸均采用標準的傳輸協(xié)議，任何一個模塊的升級短期內(nèi)都不會影響到其它模塊的正常應用。
易用性
智能卡口系統(tǒng)采用嵌入式一體化攝像機，安裝使用非常方便。用戶只需簡單的接線，并按相應的調(diào)試程序進行安裝調(diào)試就可達到最佳的應用效果。所有實時監(jiān)控、牌照識別、實時上傳等工作，均為完全智能控制，不用單獨設(shè)置。
合理性
嚴格以系統(tǒng)工程學及其它先進理論指導設(shè)計，使系統(tǒng)的各部分合理配置，有機融合并盡可能的發(fā)揮設(shè)備潛力和軟件功能，最大限度地提高性能價格比。
先進性
充分利用科技進步成果，采用先進設(shè)備和軟件，使系統(tǒng)具有完備的功能，并且易于升級換代，在保證其先進性的前提下具有較長的生命周期。
可行性
系統(tǒng)設(shè)計、選材、選型符合國家和地方政府的法規(guī)政策，與用戶及上級管理部門的管理制度相適應，與用戶在經(jīng)濟能力方面的實際情況相吻合。
可靠性
采取選用高集成設(shè)備，采用自動檢測、自動報警、自動監(jiān)控和容錯等技術(shù)來保證可靠性。
安全性
系統(tǒng)具有防病毒，防誤操作特性，有較強的抗干擾、抗靜電能力，同時提供數(shù)據(jù)備份、恢復措施。系統(tǒng)還將提供用戶等級權(quán)限保護，有效排除人為因素的干擾。
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