交通道路高清卡口、电警工程技术发展的新特点

文｜福州新保全电子有限公司 李国民

1 概况

随着计算机技术的不断发展，以及道路交通监控领域中国家系列规范的颁布和实施，“高清监控”愈来愈受到人们的重视和青睐。具有图像清晰、信息量丰富、色彩逼真、视角宽广等重要特征的“高清监控”被运用到实际工程当中，带来了不可低估的经济和社会效益。100万、200万、500万像素的高清摄像机，CCD或者是CMOS的感光材料，全嵌入式、工控式、混合式结构等，都在这样的大背景下竞相登场，呈现出一派“百舸争流”的景象。笔者将通过本文，与读者分享对当下高清卡口、电警工程技术发展新特点的认识。

2 前端采集环节趋于采用全嵌入式、智能化、工业级别的高清抓拍、控制、采集系统

（1）高清抓拍摄像机采用以TI公司的DM6467为核心的嵌入式主板，功耗低；采用无风扇设计，耐75℃高温；内置硬件看门狗电路，能够在系统异常后自动重启、恢复工作。软件方面，高清抓拍摄像机采用专门针对DM6467设计的嵌入式Linux系统，避免遭受网络攻击和病毒侵袭。相对于工控机模式或者是嵌入式的工控机，以上改进显然提高了系统的整体稳定性。

（2）高清抓拍摄像机内部集成高清抓拍系统软件和号牌定位识别软件；植入自动控制模块，将线圈触发、视频触发、雷达触发与启动补光无缝地集成；直接把图像数据上传到远端服务器的数据库中。

（3）前端存储采用嵌入式网络硬盘盒，以固态电子硬盘为存储介质。相对于采用SD卡或者使用工控机而言，此举可使存储的稳定性和可靠性得到大幅的提升。

（4）采集设备防护罩采用特殊设计。护罩的窗口采用透光率达99.5%的特殊光学防尘玻璃（普通玻璃透光率为80%左右），减少了反射干扰，使采集的图像色彩更加扎实、细节更加丰富。另外，护罩还引入了对承受高温、低温、雨淋、盐雾、粉尘等各种气候环境压力的考虑；具有一定的机械强度且达到适应应用环境的防尘、防水密封的要求，长期使用不会有严重锈蚀，符合IP66的防护要求。

3 前端采集设备通过集成多功能应用软件实现更完善的智能化

对多功能应用软件的集成，使得系统在更有广泛性的同时，凭借特殊功能的引入获得了更强的针对性。下面分别对高清卡口、高清电警、后端平台的特殊功能加以介绍。

（1）目前的高清卡口系统，对监控区域内正向、逆向行驶的机动车、非机动车、行人及其他物体的图像捕获，以及车辆品牌识别（如大众、奥迪等）、车身长度识别等捕获功能的扩展，准确率可达99%以上。除了能够捕获所有车道上行驶的车辆外，系统还可以捕获到在车道中线上行驶的车辆，并能保证不受各种异常状况干扰：

◆ 支持逆行抓拍，可抓拍逆行机动车、非机动车，并且将其标示为逆行；

◆ 支持并行抓拍，可抓拍并行（含双向并行）车辆，并识别成两条记录；

◆ 可抗停车干扰，能在路边停车干扰下准确识别运动车辆（不会误将路边停放的车辆作为识别对象）；

◆ 支持抗干扰抓拍，可保证在灯光、阴影、雨天等干扰因素下不误拍。

①高清智能卡口（如图1所示）基本配置如下：

◆ 选用25mm高清镜头时，摄像机与抓拍位置距离16～18m；

◆ 每条车道配置一台摄像机、一个闪光灯；

◆ 频闪灯闪光方向与车辆行驶方向的夹角在45°左右；

◆ 建议在摄像机镜头前安装偏振镜，以消除车辆挡风玻璃反光的不良影响；

◆ 每个方向配置一台高清全景摄像机，采用LED灯补光。

②在不允许安装地感线圈的点位，系统可以采用虚拟线圈抓拍技术：在监视画面合适的位置上设置一个虚拟线圈框；当运动车辆的整个车头进入虚拟线圈时，虚拟线圈触发抓拍，并联动对抓拍图片的车牌定位、号牌识别。

在安装了地感线圈的点位，当地感线圈故障时，摄像机可自动开启虚拟线圈功能进行抓拍。

③当运动车辆正常通过抓拍位置时，系统自动抓拍，并开启频闪灯进行同步补光，保证抓拍效果。

④针对超速、逆行的车辆，系统自动抓拍两张不同位置的照片，用于违章处罚的举证。

⑤每台摄像机的监控范围覆盖一个半车道，大约6m路面宽度，保证能够抓拍到骑线行驶车辆完整的车辆号牌。

⑥由于交通路况等原因，当前后车辆的车距比较近时，往往会出现前面的大型车挡住后面的小型车的情况（尤以市区内部最为常见）。系统在对此种情况予以充分考虑的情况下可保证不漏拍。

⑦除了机动车以外，治安卡口还需要对非机动车、行人及其他物体进行抓拍。通过运用视频检测技术，摄像机能够完成对正行、逆行的非机动车，以及行人和其他物体的抓拍。

图1 高清智能卡口俯视图

（2）目前的高清电警系统同时具有直行车道左、右转抓拍功能，左、右转车道直行抓拍功能，逆向行驶抓拍功能，借逆向车道闯红灯抓拍功能，闯禁左、禁右抓拍功能。

①基本路口电警配置如图2、图3所示。

②系统具有高清智能卡口功能。在任何状态下，当车辆离开第一个线圈（位置见下文）时，系统能够完成对每一辆经过车辆的抓拍（捕获率不低于99%）和对车辆车牌号码、车身颜色的识别，准确地记录并存储车牌和全景影像等信息（每辆车辆都有相对应的一张全景图片和一张车尾特写的合成图片），并在图片上添加车辆经过的时间（年、月、日、时、分、秒，精确到0.1秒）、路口（地点）、方向、车道（左转、直行、右转）等相关信息。

各条车道的监控是独立完成的。如交通灯由红转绿时，两辆车同时通过，触发抓拍；系统将生成两条记录。其全景照片可能为同一帧，但特写照片为各自车尾的照片。

③系统支持闯红灯抓拍。在地感线圈模式下，一般每个车道安装两个线圈，第一个线圈安装在停车线以内，第二个线圈安装在停车线以外，两个线圈中心相距2m左右；在视频检测模式下，在监控画面每个车道停车线前后的相应位置上，各设置一个虚拟线圈，用于对车辆的检测。当前车道处于红灯状态时，若系统检测到有车辆经过，即对该车辆进行连续抓拍：当车辆进入第一个线圈时，抓拍第一张照片；当汽车离开第一个线圈时，抓拍第二张；当汽车离开第二个线圈时，抓拍第三张。整个过程在红灯状态下完成才认为是闯红灯行为。而后摄像机对三张照片进行合成，并发送到数据库中，作为违章记录。

图2 电警路口俯视图

图片可清晰地记录违法车辆的车型、车身的彩色特征、车辆牌照及信号灯色，并显示车辆经过时的时间（年、月、日、时、分、秒，精确到0.1秒）、路口（地点）、方向、车道（左拐、直行、右拐）、红灯时间（精确到0.1秒）等相关信息。

④系统采用车辆跟踪技术分析车辆的行驶轨迹，因此同时具有直行车道左、右转抓拍功能，左、右转车道直行抓拍功能，逆向行驶抓拍功能，借逆向车道闯红灯抓拍功能和闯禁左、禁右抓拍功能。

⑤系统支持对过往车辆进行动态实时监控。摄像机可在输出高清抓拍图片的同时输出 720P、H.264、2～4Mbps高清实时视频（非25帧），用于高清监控。

⑥前端抓拍摄像机具有网管功能，能够把工作状态及故障情况，如摄像机实时视频功能是否异常、抓拍功能是否异常、闪光信号是否异常、前端存储功能是否异常等发送到网管平台。维护人员可通过查询网管平台的报表，掌握设备的运行状态（可查询的系统状态项目如表1所示）。

图3 电警系统图

表1 系统状态项目表

系统在检测到线圈或红灯信号异常时，自动切换到视频检测模式，并且实时通知网管平台。

⑦系统中的所有设备、设备通信接口均引入防雷设计，立杆及基础符合防雷设计标准要求。

系统弱电部分引入了防雷设计后，在静电放电、浪涌、电源短时中断等电磁干扰下，摄像机通信接口可能出现性能指标的暂时降低，但不会出现电气故障；系统内已贮存的图像、数据不会丢失。摄像机通信接口防雷设计如图4所示。

图4 摄像机通信接口防雷设计示意图

系统供电线路中加入空气开关、电源防雷器和稳压电源，以避免路口电源的不稳和干扰导致设备工作异常。摄像机电源的大地线和护罩外壳大地相连。若有雷击等干扰时，干扰电流将通过护罩外壳大地导到立杆上，最终导入大地。

为了保障系统正常运行，还需要引入立杆防雷设计（如图5所示）。

图5 立杆防雷设计示意图

（3）后端平台技术特点如下：

◆ 包括卡口平台、内网视频监控平台、专网视频监控平台、网管平台、实战平台，实战平台可以调用卡口平台、视频监控平台数据，以支持业务应用；

◆ 支持视频监控基本功能，调用录像不需要经过前端网络摄像机；

◆ 卡口平台具有各种数据检索功能、布控功能，以及可疑车辆自动挖掘功能；

◆ 能够支持电子地图；

◆ 具有录像智能视频分析功能；

◆ 支持电视墙、大屏拼接应用；

◆ 具有设备权限、用户权限管理功能；

◆ 拥有丰富、实用的信息共享数据库，可将智能识别所得的车牌号、车型、颜色、时间、经过路段统一归档，形成数据库文件，供实战平台、交通管理处罚平台以及公安（交警）、治安、刑警监控平台共享使用。

4 结束语

近年来，道路交通“高清卡口和电警监控工程”随着计算机、光电一体化以及自动化技术的发展而得到了长足发展。但是，进步是突出的，问题也是显而易见的；就实际工程效果来看，笔者认为目前有三个问题需要提起重视。

第一，城市“电警监控工程”中开发商常常力推“全能卡口”，即既有“红绿灯抓拍”又兼有卡口测速、车牌识别、夜间人脸识别功能等。但实际上，以上各项技术集成在前端的抓拍设备里，很可能导致总计算资源不足，造成出现漏拍、识别率低、测速不达标等问题。笔者认为，电警监控工程还是应该以实现专项电警功能为目标，不宜兼做其他卡口的功能。

第二，城市电警系统夜间抓拍的图像普遍偏暗，这主要是因为城市路口不像其他道路卡口那样配有大功率、高亮度的卤素灯（主要是出于对城市中光污染问题的考虑），而是代以LED灯——而以光通量论，后者远不如前者。

第三，目前高清抓拍摄像机多采用CCD感光材料。在实际工程中，采用这种材料的摄像机抓拍的图像会出现纵向光条纹，尤其是在强光下比较突出。这种现象在新设备中不太明显，在设备使用约一年后出现的概率大幅提高，直接影响成像效果。

交通道路监控系统的设计者和建设方应从系统设计和设备选型上着手，尽量避免此类问题的出现，确保投资得到有效的保护。