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高清摄像技术在南昌市交通管理中的应用

作者(Author):林毅明(1)朱智钢(1)敖卓森(2)

(1.南昌市公安交管局科研所，南昌;2.深圳桑达电子设备有限公司，深圳)

摘要(Abstract):

随着数字化、高清化和IP网络化的各种摄像技术的不断发展，极大促进了国内智能交通领域各种智能化监测设备的更新换代。高清摄像技术近年来逐渐在南昌市交通管理中进行了广泛的应用和推广，并有效融合到南昌市智能交通总体建设中，起到了良好的作用和效益。

关键词(Keywords):高清摄像交通管理应用

1.引言

为了迎接2011年全国城运会在南昌顺利召开和大力推进南昌市创建全国文明城市工作，创造一个安全畅通有序的交通环境，南昌市各级部门按照"完善规划、加快建设、加强管理、提高素质"的统一部署，启动了多项智能交通工程项目的建设，努力实现城市路网结构进一步合理、交通基础设施进一步完善、交通秩序进一步好转、市民交通安全意识进一步提高的总体目标。

近十年来，在南昌市各项智能交通项目建设中，尤其对交通道路的智能管控和自动监测方面进行了比较多的尝试，也在不断摸索和探讨新方法的推广和新技术的应用，陆续实施了光学电子警察、数码电子警察、视频电子警察、视频治安卡口、高清电子警察、高清治安卡口及高清治安监控等相关项目，总结和积累了一些经验和方法。最近几年来，随着数字化、高清化和IP网络化的各种摄像技术的不断发展，极大促进了国内智能交通领域各种智能化监测设备的更新换代。2007年南昌市公安交管局通过公开招标成功建设了国内第一个大型高清电子警察和高清治安卡口项目，项目总投资1500多万元，高清摄像技术逐渐在南昌市交通管理中进行了广泛的应用和推广，并有效融合到南昌市智能交通总体规划建设中，起到了良好的作用和效益。2.历史和现状

2.1发展历史

1.光学电子警察

1998年，南昌市公安交管局建设了第一批光学相机"电子警察"，一共安装了6套，这也是国内最早期的"电子警察"系统，主要采用单片机作为核心控制单元，胶片式光学相机作为拍摄单元，车辆检测方式采用单个感应线圈式，每个车辆闯红灯违法触发光学相机抓拍一张胶片照片，功能比较单一，每个胶卷拍完后无法继续工作，更换胶卷需要人工借助梯子等登高设备，使用成本较高，2000年之后逐渐被淘汰。

2.视频电子警察和治安卡口

随后几年时间里，南昌市公安交管局一直尝试跟部分电子警察制造企业开展新产品的研发合作，期间陆续建设了一批移动电子警察项目和在重要交通要道设立了一批治安卡口监测设备。从2002年开始视频摄像机作为图像采集设备的"电子警察"系统逐渐占据主流地位，2006年南昌市公安交管局投入900万资金，建设了62套路口(路段)的视频电子警察和视频治安卡口系统，共计安装123个方向，378条车道。治安卡口的全景实时图像通过光端机传输到中心进行存储和查看。该类型产品的优点是稳定性较好、升级换代不受限制，并且能够作为路口的监控录像，缺点是像素较低(最大为768×576)，作为执法证据显得有效性不足，容易受环境、天气的干扰，使用效率不高。

3.单行道数码电子警察

针对南昌市旧城区交通道路较窄、交通因素复杂的特点，南昌市公安交管局在旧城区优化交通组织方式，实施道路交通微循环，规划了多条单行道，并陆续安装了31套数码相机电子警察系统。数码相机类型的"电子警察"系统具有图像证据清晰、图像保存和下载方便等优点，但是由于采用的数码相机几乎都是民用产品，稳定性较差，升级维护困难，应用范围较窄。之后一段时间里，有部分厂商推出"视频+数码"组合方式的"电子警察"系统，能够一定程度克服纯粹视频摄像机拍摄的证据照片分辨率不足的缺点，但是由于数码相机稳定性较差和升级维护困难的制约，该类型产品基本也是一种过渡型产品，不能从根本上解决交通自动监测系统稳定性差的"顽疾"。

4.高清电子警察和治安卡口

2007年南昌市公安交管局通过公开招标成功建设了国内第一个大型高清电子警察和高清治安卡口项目，项目总投资1500多万元，总共建设79个路口/路段(高清电警:59个路口，高清卡口:20个路段)，195个方向，357条车道。基于高清摄像技术的智能道路监测系统的推出，有效地解决了其它类型"电子警察"系统存在的大多数缺陷，逐渐成为当前的主流产品。

5.未来应用

为了迎接2011年全国城运会即将投入建设的南昌市公安交管局信息化智能交通指挥系统升级改造项目总造价约6000万元，包含了11个智能化子系统，相关图像采集部分将全部采用高清摄像技术，为日后的各种信息采集和图像处理打下良好的基础，符合当前的技术发展趋势。2.2系统介绍

南昌市交管局现有的高清电子警察和高清治安卡口系统全部采用高清摄像机拍摄方式。电子警察系统全部采用300万和500万像素的高清摄像机，除了实现闯红灯、逆行、变线抓拍之外，还对正常通行车辆进行逐车抓拍记录，作为交通事故回放、治安刑事案件侦查的重要辅助手段。治安卡口系统全部采用130万和200万像素的高清摄像机，实现对通行机动车进行无遗漏监测记录和抓拍机动车超速驾驶行为，每张抓拍图片要求清晰分辨机动车号牌号码和车型特征，还要求能够分辨车辆前排人员面部特征，作为交通事故分析、治安刑事案件侦查的重要采集证据手段。

中心管理系统设立在交管局指挥中心机房，主要由小型机服务器、存储阵列、WEB服务器、三层交换机、两层交换机、防火墙及其他网络设备组成，各个下属大队设立分控中心服务器，用于接收和存储各辖区范围内的违法数据。治安卡口前端全部数据自动传输到中心服务器进行保存，保存时间不低于30天×24小时;电子警察违法照片实时传送到分控中心，其它通行数据在前端保存，保存时间不低于7天×24小时。违法车辆数据自动分类存放，并通过号牌识别之后进行自动入库，由录入人员复核之后进入公安部统一执法平台进行处罚。

整套系统总体拓扑图如图1-1所示。

图2-1系统总体拓扑图

该系统主要运用高清摄像机技术作为重要取证手段，加上电子控制、车辆检测、网络通讯、数据库管理等技术手段，组成一套智能化的道路监测系统。前端系统采用线圈检测方式，高清摄像机抓拍，部分路段需要采用视频检测方式实现。

机动车在其对应的绿灯或黄灯相位时越过停车线，闯红灯自动记录系统不应记录。

闯红灯自动记录系统应记录机动车闯红灯过程中两至三个位置的信息以反映机动车闯红灯违法过程。

第一个位置的信息应能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号、机动车车身未越过停止线的情况;

第二和第三个位置的信息应能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个机动车车身已经越过停止线并且在相应红灯相位继续行驶的情况;

并且至少有一个位置的信息能够清晰辨别号牌号码。

各个位置间应保持适宜的距离以反映机动车闯红灯违法过程，不得出现因间距太大影响对违法机动车进行认定的情形。

闯红灯违法过程抓拍图片如图2-2

图2-2闯红灯违法过程图治安卡口通行车辆抓拍图片如图2-3图2-3治安卡口通行抓拍图2.3系统特点和建设经验

系统实施过程中，遇到了很多未曾遇到的新问题和新挑战，经过多方摸索、测试形成几轮，并逐一投入现场使用验证，并取得了比较圆满的运行效果。很多技术问题和解决方法在现在看来都已经是普遍使用，但是在当时实施过程中往往都是摸着石头过河，一边总结一边提高。下面总结几点经验如下:

1、路口采用光纤连接各个高清摄像机

考虑每个路口几个抓拍方向的高清摄像机需要通过以太网进行集中式管理，最远一个抓拍方向与主控机箱的相连肯定会超过100米，众所周知网络线超过100米之后将会导致网络信号严重衰减或者受到电磁干扰信号不稳定。所以，主控机箱和高清摄像机之间最好采用光缆进行连接，有效避免信号干扰，以保持通讯线路的稳定。另一方面，从线缆成本上来考虑，超五类防水的室外网线约2.5-3元每米，100米成本约250-300元。相比而言，光缆的市面价格约0.6元/米，尾纤15元/根，尾纤盒25元/个，熔接20元/芯，100米成本不超过180元，远比铺设网络线的成本低。

2、选择合理的补光方式

由于本系统建设要充分考虑电子警察和治安卡口系统的综合利用，电子警察系统除了实现闯红灯、逆行、变线抓拍之外，还对正常通行车辆进行逐车抓拍记录。针对这种应用情况，在电子警察系统中采用15W的LED车道灯进行常规补光，在发生闯红灯行为时启动大功率LED闪光灯进行连续闪光的方式进行补光。治安卡口系统除了实现对通行机动车进行无遗漏监测记录和抓拍机动车超速驾驶行为，每张抓拍图片要求清晰分辨机动车号牌号码和车型特征，还要求能够分辨车辆前排人员面部特征。针对这种应用情况，在治安卡口系统中采用微闪式的闪光灯进行补光，使得光线有效穿透机动车前挡风玻璃的镜面反光，能够清晰捕获到前排驾驶员的脸部特征。

3、选择合理的线圈布置方式

南昌市旧城区由于受到路面宽度所限，许多道路中间都没有设立隔离栏，一般的左拐弯机动车都会压到中间的黄线，如果采取一般的线圈布置方式，停止线前一个，停止线后一个，往往会受到左拐弯车辆压到停止线外线圈的干扰信号影响，导致每个红灯信号周期都会造成一次误触发抓拍。为了解决该问题，又能够做到符合公安部行业标准，最后考虑将两个线圈都布置在停止线之内，采取压第二个线圈抓拍第一张照片，离开第一个线圈时抓拍第二张照片，车辆离开第二个线圈时抓拍第三张照片，保证了整个违法过程符合公安部行业标准GA/T496-2009的技术要求。

4、选择合理的无线校时方式

电子警察系统和治安卡口系统都要求24h计时误差应不超过3s，因此，系统的自动校时也是一项非常重要的指标。考虑到有线网络校时需要受到线路的影响，无法做到时刻畅通，因此，采用通过中央人民广播电台的报时信号自动校对主机时间的解决方案，无需任何网络资源和运行成本，并保证校时的准确性。

5、LED信号灯"不眨眼"的解决办法

现有的信号灯基本都是LED灯管，采用AC220V供电，频率50Hz，正常人的肉眼是无法分辨出来信号灯的"眨眼"瞬间。高清摄像机一般都是直流供电，帧率在每秒10帧-15帧之间，由于两者工作频率不一致，往往在抓拍的图片看不到"红灯"信号，因此，需要在信号灯电路里面加装一个电容让信号灯不眨眼，保证每个快门打开都能够抓拍到"红灯"信号。

6、数据传输的安全性考虑

由于南昌市的非现场执法处罚都是下方给各个辖区大队，为了保证传输过程中数据的安全性和提高执法可信度，需要对违法数据进行预先加密技术处理。通过在原始数据中嵌入秘密信息(一般采用水印)来证实该数据的所有权或有效性。被嵌入的水印可以经历一些不被破坏源数据使用价值或商用价值的操作而能保存下来。当利用检测设备检测出水印被破坏，则说明被保护的原始数据被修改。

7、充分发挥电子警察的综合性能

电子警察系统除了实现闯红灯、逆行、变线抓拍之外，还对正常通行车辆进行逐车抓拍记录，作为交通事故回放、治安刑事案件侦查的重要辅助手段，极大发挥了电子警察系统的综合作用，这几年为南昌市的一些重案、大案的侦破提供了很多重要线索。

8、分辨前排驾驶员脸部特征

治安卡口系统除了实现对通行机动车进行无遗漏监测记录和抓拍机动车超速驾驶行为，每张抓拍图片要求清晰分辨机动车号牌号码和车型特征，还要求能够分辨车辆前排人员面部特征，作为交通事故分析、治安刑事案件侦查的重要采集证据手段。

9、独创前后排抓拍道路卡口

考虑到南昌市路面的遮挡、涂改车牌的违法现象比较严重，特别很多病车、残车偷偷上路也造成很多安全隐患。特地在几个重要路段设立了前后排自动抓拍比对的治安卡口系统，有力打击了各种遮挡、涂改车牌的机动车违法行为。

图2-4前后排自动比对卡口图片3.项目效益

南昌市高清电子警察和高清治安卡口系统的建成，对于提高南昌市交通管理水平发挥了重要作用，产生了较好的社会效益和经济效益。该系统有效遏制了路面违法行为的发生，显著降低了各种路面交通违法率，使交通事故发生率大幅下降，并在侦破交通肇事逃逸和治安刑事案件方面发挥了积极的作用。据统计，2008年南昌市共发生交通事故580起(不含轻微事故)同比2007年下降18.65%，死于车祸的人数达到252人，同比2007年下降3.45%,受伤人数547人同比2007年下降29.60%,造成直接经济损失95万余元，同比2007年下降38.90%。通过一段时间的运行，2008年共抓获有效的机动车辆违法宗。安装该系统的路口或路段，机动车辆违法率普遍下降。

在辅助处理交通事故方面，由于有高清图像作为分析依据，使得交通事故的处置变得简单、高效。投入运行之后，每年通过该系统提供的证据进行合理处置的交通事故达到100多起，由于证据确凿当事人能够很快配合和接受民警的处置方案。在辅助侦破治安刑事案件方面，由于有高清图像作为分析依据，特别是跟机动车相关的案件，该系统的建成往往能够为案件的侦破提供有效、可靠的线索，逐渐成为了南昌市刑警、治安同行的重要侦查手段。

例如:南昌市青山湖区北京东路肿瘤医院路段，往年由于车辆超速现象严重，交通秩序较为混乱，交通事故时有发生，2007年发生在该路段死亡事故六起，逃逸事故一起。通过该路段设置高清卡口设备一套之后，2008年7日3日发生了一起导致当事人死亡而肇事驾驶员恶性逃逸事故，辖区事故处理民警很快通过该套设备抓拍的照片予以破获违法车辆。在案件审理过程中，肇事车主企图使用替罪羊蒙混过关，并逃避处罚的伎俩。执法民警通过卡口设备提供的驾驶员正面图片，认定了驾驶员的面部特征，给事故责任认定提供了可靠的依据。

例如:2008年8日29日8时29分青云谱大队接到事故报案赶赴事故现场，经现场初步勘察，发现事发现场有一摊血迹，周围散落有一些汽车外壳碎片，初步分析是摩托车的碎片。血迹西侧的中心绿化带里面有一辆人力三轮车，当事三轮车车主倒在一边，车主送往医院不治身亡。经过现场调看高清卡口的照片，初步判断是摩托车肇事撞翻了三轮车之后逃逸。由于卡口抓拍的前部照片能够清晰看到当事人双方的脸部特征，经过办案民警的走访和排查，于9月9日将肇事逃逸的摩托车驾驶员捉拿归案。

通过几年来的使用，高清摄像的交通智能监测系统得到了南昌市社会公众的普遍认同，市民发生各种案件或者乘车丢失重要物品第一时间经常都想到到交管局报案，通过调看路面图像来追查线索。特别是在一些特殊路段、学校路段、厂区门口及限速路段，由于容易受到违法车辆对人身和财产的威胁，经常能听到人们的强烈呼吁，要求交通管理部门安装高清像素的监测系统。4.结论

一个性能先进的智能化摄像机相当于一副火眼金睛，成像质量的好坏将直接影响到后面的数字分析和智能处理的效果。随着数字化、高清化和IP网络化的各种摄像技术的不断发展，基于高清摄像技术的智能监测系统近年来逐渐在南昌市交通管理中得到了广泛的应用和推广，并有效融合到南昌市智能交通总体建设中，起到了良好的作用和效益。随着摄像机技术的不断更新发展和道路监测需求的不断提高，智能交通领域的摄像技术将会向着高清化、数字化、网络化、智能化、多功能化的方向发展。基于高清摄像技术进行后期图像处理、技术分析、综合利用的各种智能控制主机，也将由基于DSP、ARM技术的嵌入式主机取代传统的工控机主机，加上嵌入视频检测、号牌识别、事件分析等技术，产品结构也将向一体化、小型化、节能化的方向发展。两者的紧密结合和同步发展，将极大促进高清摄像技术的深入应用和推广。

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