某违法停车抓拍系统的建设

李弋博

(中远海运科技股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

随着我国经济快速发展,城镇居民的生活水平不断提高，机动车保有量大幅增加，道路正常通行保障的压力越来越大。在此情况下，机动车违法停车现象逐渐成为各大城市面临的突出问题，违法停车行为成为严重影响道路通行能力、破坏城市形象的重要因素之一。不少路段的拥堵问题都是违法停车造成的，当车辆违规占用非机动车道时，非机动车辆不得不占用机动车道，大大影响其他车辆的安全通行，引起交通堵塞，造成交通秩序混乱，给过往的行人和车辆带来很大的安全隐患。

采用传统的人工方式对违法停车行为进行取证，不仅执法效率较低，资源耗费较大，而且很难保证执法人员每天24 h不间断监管，经常存在执法人员在场时秩序井然，执法人员离开后交通混乱的现象，难以起到明显的改善作用，不能长期有效保持治理效果。由此,违法停车行为治理已成为城市交通管理方面的一个难题。

上海市浦东新区是上海市面积最大的区域，区域内的违法停车问题十分突出。为解决该问题，浦东交警支队自2017年开始启用非现场执法设备(违停抓拍)，截至2017年5月,累计记录违法停车事件74 147起。经过近2 a的持续建设，进一步扩大了非现场执法设备的覆盖范围，累计完成建设非现场执法设备6 075套，全面覆盖了浦东新区各条主干道路及部分快速路。通过建设违法停车抓拍系统，实现利用机器视觉代替人工视觉进行目标车辆提取、违法行为自动判断、违法车辆跟踪放大和车牌识别等一系列执法动作。该系统兼具机器的连续工作优势和人工的认知能力，能准确、快速地对机动车违法停车行为进行取证，最大程度地减少人工参与，实现24 h不间断监控，有效治理城市中的违法停车行为，创造良好的城市环境，保证道路交通安全通畅。

1 违法停车自动抓拍系统执法要求

1.1 基本要求

机动车应在规定的地点停放,禁止在人行道上停放[1]。在设有禁停标志和标线的路段，机动车道与非机动车道、人行道之间设有隔离设施的路段和人行横道、施工地段不得停车。此外,在标有黄实线、黄虚线或具有禁止停止标志标牌的区域不得停车。

1.2 违法行为分类

1) 机动车违反规定停放、临时停车且驾驶员拒绝立即驶离，妨碍其他车辆、行人通行的(非黄线违停适用);

2) 机动车违反禁止标线(禁止停车线)指示的(黄实线、黄虚线适用)。

1.3 违法停车抓拍图片构成

违法停车抓拍图片构成见表1。

违法行为抓拍图片应叠加以下信息[2]。

1) 全景图片,包括违法时间、违法地点、车辆停放的方向、违法类型、号牌号码、号牌颜色、设备编号和防伪码信息(见图1)。

图1 全景图片叠加信息

2) 特写图片,包括违法时间、违法地点、车辆停放的方向、违法类型、设备编号和防伪码信息(见图2)。

图2 特写图片叠加信息

3) 合成图片,其中：第一行包括违法时间、违法地点和号牌号码；第二行为违法行为(见图3和图4)。

图3 非黄实线合成图片叠加信息

图4 黄实线合成图片叠加信息

1.4 违法停车行为简要抓拍流程和示例

违法停车行为简要抓拍流程框图见图5,合成图片示例见图6。

图5 简要抓拍流程框图

图6 合成图片示例

2 系统构成

违法停车抓拍系统主要由前端检测子系统、通信子系统和中心管理子系统等3部分组成。

2.1 前端检测子系统

前端检测子系统包含违停抓拍高清摄像机、外场控制主机和机箱内供电系统。

1) 违停抓拍高清摄像机可独立完成违法停车行为检测抓拍，实现以下功能：

(1) 视频采集,对监控范围内的车辆进行实时视频采集；

(2) 智能巡航,同一球型摄像机可在监控范围内的多个禁停区域进行监控；

(3) 违停检测,对监控范围内禁止停车区域出现的车辆进行实时检测，并判定其是否为违法停车车辆；

(4) 车牌识别,对判定为违法停车行为的车辆进行自动目标特写和车牌号码识别；

(5) 违停取证信息获取,包含违法停车车辆的违停过程(图片和录像)，并叠加时间、地点和车牌等信息。

2) 外场控制主机可对违法行为有关的照片、录像和其他信息进行分布式存储和上传。智能控制主机具有缓存补录功能，当前端传输网络发生故障时，先将违法证据保存在本地，当网络通畅之后自动补录到后台，同时主机内置有大容量硬盘，保证违法证据能稳定存储。

3) 机箱内的供电系统主要为设备运行提供稳定的供电环境，抑制外电波动。

2.2 通信子系统

违法停车自动抓拍系统上传的数据主要是与车辆违法停车过程有关的图片、录像和其他信息。通信子系统根据所选通信方式的不同主要分为光纤传输(点对点)和无线传输2种。

1) 光纤传输采用点对点连接实现，通信传输设备按照“一收一发”成对配置，经光路传输接入分支交换机，接入分支交换机与中心的节点交换机相连，实现前端检测数据的中心接入(见图7)。

图7 光纤传输方式系统构成示意

2) 无线传输方式采用4G无线收发机替代光端机，通过网络运营商提供的专属通信链路接入运营商通信网络;执法数据通过运营商网络传输，在特定设备接入机房之后经专网网关传输给中心管理系统(见图8)。另外，早期违法停车抓拍系统曾采用人工取盘的方式进行数据导入，目前该方式已淘汰。

图8 无线方式系统构成示意

2.3 中心管理子系统

中心管理子系统主要由节点交换设备、服务器、存储设备、终端设备、公安网内的短信发送网关和违法数据上传平台等组成,可实现对前端违法停车抓拍系统的管理，实时接收违法记录和违法合成图片，存储违法行为数据,同时能对违法录像进行中心存储，并对违法图片和违法录像进行关联管理，选择相应的违法图片之后直接查看违法时间点前后的全过程录像。

1) 短信发送网关可对接机动车及驾驶员管理库，获取驾驶员的基本信息(包含联系方式)，并通过短信的方式将违法信息发送给驾驶员。

2) 违法数据上传平台能将违法记录统一上传至违法审核平台审核，并能对违法图片进行预处理，包括图片压缩和合成等。

3 系统在建设过程中的发展

通过总结浦东新区违法停车抓拍系统项目建设的经验，可发现系统在建设过程中有以下几方面的发展变化。

3.1 前端高清摄像机升级

随着监控系统日益普及，高清摄像机各项参数的要求在设备成本无显著增加的前提下有明显的提升。特别是传感器尺寸作为与摄像机成像质量有关的重要参数，已由1/2.8 in(1 in=2.54 cm)提高至1/1.9 in，在像素量不变的情况下增大感光面积，提高光子捕捉能力和摄像机在弱光条件下的成像质量。与2016年应用的违法停车抓拍系统相比，2018年应用的违法停车抓拍系统的最低照度要求已从0.03 lx (彩色)和0.01 lx(黑白)提升至0.001 lx(彩色)和0.000 1 lx(黑白)，极大地提高了违法停车抓拍系统在夜间(尤其是在环境光照不足条件下)的车辆抓拍能力。此外，随着人工智能分析和深度学习理论在车牌识别算法中应用，高清摄像机内车牌识别模块的车牌识别成功率在标准卡口条件下已接近99%，系统的执法能力和执法效率都有明显提高。

3.2 传输编码改进和无线传输应用

2018年违法停车抓拍系统建设项目明确提出“支持H.265编码标准同时为兼容旧有设备，支持H.264及MJPEG”的技术要求。与H.264编码标准相比,H.265编码标准是一种更加高效的编码标准，采用更大宏块、更灵活的划块机制和更精确的预测等一系列技术有效提高编码压缩性能,同时能在提供同样的视频质量的条件下将数据带宽减少50%[3]。H.265编码标准的应用有利于更高清晰度、更高分辨率视频监控系统的部署。通过系统较高的压缩率，可显著降低存储成本和传输带宽。这些特点使得在不改变原中心网络带宽的条件下传输更多的违停抓拍系统前端点位执法数据至中心监控平台，尤其是视频数据传输能力相比H.264编码标准有明显的提高。在新建的违法停车抓拍系统中应用H.265编码标准，能为前端视频实时传输、通过中心平台对前端视频进行实时分析和在突发事件发生时进行前端视频展示等诸多扩展功能的实现提供可能。同时，H.265编码标准的应用有利于基于移动执法终端的大数据应用功能的实现。

在2016年建设的违法停车抓拍系统中，部分区域由于通信光缆资源的限制，无法采用光纤传输的方式通信，而是采用单点设备独立运行、定期(每2 d)人工取盘进行违法数据录入的方式。实践结果表明，该方式除了具有人工成本高、时效性差和设备运行状态无法实时掌握等问题之外，还会限制系统扩展和丰富应用场景的可能性。由于H.265编码标准的应用能进一步降低数据传输量的需求，借由已全面覆盖的无线4G网络，新建违法停车抓拍系统前端点位可实现无法新建或增加光缆资源区域的违法抓拍数据实时上传，在节约人工成本和提高执法效率的同时，能解决原有离线系统使用过程中遇到的维护难问题。

3.3 中心数据存储方式改变

自违法停车抓拍系统建设以来，浦东新区已建成6 075套违法停车抓拍设备，如何存储数量庞大的执法数据和实时视频成为一个棘手的问题。早期建设的违法停车抓拍系统仅对违法抓拍图片和违法过程拼接视频(约45 s)进行存储，每条违法行为记录对应的数据量约为15 MB，在执法点位较少时，通过中心的服务器与磁盘阵列进行统一存储尚能应对。随着执法点位的不断增加，以及执法数据构成和执法数据要求的变化，数据存储需求激增。按2018年新建违法停车抓拍系统的要求,违法停车抓拍系统应存储24 h实时视频，存储时长不少于30 d。按此要求，以1 080P视频、4 Mbits/s码流计算，每路每天约为42 GB视频数据，30 d合计约有1 260 GB视频数据，已建成执法设备点位每天将产生近250 TB视频数据。如此大的数据量采用原有的中心集中存储显然难以实现。因此,在项目建设过程中对数据存储采用分布式存储方案，仅对产生的违法数据(每条有2张合成图、1段4 min违法视频，合计约50 MB数据)进行实时上传，将24 h实时视频存储在设备点位本地主机内。设备前端主机内置3 T硬盘，可储存约60 d的实时视频，当中心有查阅视频的需求时，通过文件传输协议(File Transfer Protocol,FTP)远程访问前端主机，选择所需时段的视频进行查阅和下载。这种存储方式既能满足违法停车抓拍系统应用的集成化和多功能化的发展要求，又能减轻中心存储系统的存储负担。

4 结 语

经过近几年持续不断的建设和发展，违法停车抓拍系统在设备产品、工程建设、中心管理、系统维护和区域覆盖等方面都已较为成熟，在实际执法过程中显示出显著效果，各重点区域的违法停车现象得到极大的遏制。在停车违法事件减少之后，如何充分利用现有的资源进一步挖掘已建系统的潜力、丰富其应用场景将是未来发展的主要方向。

1) 利用违法停车抓拍系统的车辆视频检测、车辆视频跟踪等多种视频智能技术对车辆进行复合型检测，实现交通流量统计和交通参数采集功能，实时将路段内的行车数量和拥堵情况反馈给中心平台，经中心平台处理整合之后在周边区域发布诱导信息，减少拥堵路段的车辆数量，平衡交通流量，缩短拥堵时间，提高道路的整体通行效率。

2) 通过已建违法停车抓拍系统对覆盖区域内的合法路侧停车位占用情况进行检测，统计路侧空余停车位数量。经大数据汇聚平台对前端抓拍系统统计的数据进行整合处理之后可准确获得区域内可用停车位数量和分布的准确信息。同时，利用区域停车诱导系统及行车导航软件，实时将车辆目的地区域可用停车位信息发布给车辆驾驶员[4]，可有效缩短寻找停车位的时间、提升停车的便利性,降低违法停车行为发生的可能性，实现违法停车行为治理的疏堵结合。

3) 覆盖城区主要街道的违法停车抓拍系统将是城市治安监控系统的有效补充。违法停车抓拍系统可通过车牌识别和车辆捕捉功能协助执法部门对有逾期未检验、逾期未报废、假牌套牌、违法达到一定数量和涉嫌盗抢车等违法行为的重点车辆进行实时跟踪、报警,并提供车辆位置信息，为执法人员提供指引。同时，由于违法停车抓拍系统能全天24 h对场景实时视频进行存储，使得其能提供覆盖区域内各类交通、治安事件清晰完整的视频记录，为各类事件的处理提供依据。

随着技术的不断发展，尤其是5G通信技术的应用和普及，违法停车抓拍系统会更加多功能化，利用同一设备完成多个场景应用，对违法停车抓拍系统采集的各类数据进行有效整合和分发，会是未来的发展方向。