高清智能卡口系统设计方案

高清智能卡口系统设计方案
目录
第一章概述 (3)
第二章系统功能及性能指标 (4)
2.1.系统功能 (4)
2.1.1.车辆捕获功能 (4)
2.1.2.车辆测速功能 (4)
2.1.3.车辆特征和车辆驾驶人面部特征高清晰拍照功能 (4)
2.1.4.车辆牌照自动识别功能 (5)
2.1.5.车身颜色自动识别功能 (6)
2.1.6.车辆型号判别功能 (6)
2.1.7.全景数字录像功能 (6)
2.1.8.记录及图像存储功能 (6)
2.1.9.数据自动上传和历史数据下载功能 (7)
2.1.10.Web方式数据查询浏览功能 (7)
2.1.11.前端设备管理维护功能 (7)
2.1.12.远程自动更新功能 (7)
2.2.性能指标 (8)
第三章系统特点 (10)
3.1.完全嵌入式处理系统 (10)
3.2.车辆数据全天候存储 (10)
3.3.基于TCP/IP的前后端独立网络架构 (11)
3.4.智能工业相机实现高捕获率 (11)
3.5.全天候高清成像， (14)
3.5.1.反馈控制的全天候高清晰成像 (14)
3.5.2.综合技术应用 (15)
3.6.独特的车身颜色识别 (18)
3.7.高牌照识别率 (20)
第四章系统设计方案 (21)
4.1.系统结构 (21)
4.1.1.系统拓扑图 (21)
4.1.2.系统设备布局示意图 (21)
4.1.3.现场布局侧视图 (23)
4.2.工作原理 (24)
4.3.各子系统构造 (25)
4.3.1.车辆检测子系统 (25)
4.3.2.车速测量子系统 (25)
4.3.3.成像与控制子系统 (25)
4.3.4.图像采集与识别处理子系统 (26)
4.3.5.车辆信息存储管理子系统 (26)
4.3.6.配电及安全系统 (26)
4.4.系统主要设备性能规格 (27)
4.4.1.智能工业相机 (27)
4.4.2.智能闪光灯 (28)
4.4.3.智能工业相机终端服务器 (28)
4.5.智能工业相机终端服务器软件主要功能 (29)
4.5.1.车辆通行数据 (29)
4.5.2.日志数据 (29)
4.5.3.请求数据 (29)
4.5.4.设备状态 (29)
4.5.5.控制命令 (30)
4.5.6.参数配置 (30)
4.5.7.自动更新 (30)
4.5.8.权限设置 (30)
4.5.9.自动恢复 (30)
4.6.软件Web界面 (30)
4.7.系统用户接口 (30)
4.7.1.硬件用户接口 (30)
4.7.2.软件用户接口 (31)
第五章系统设备清单 (32)
第一章概述
近年来，随着社会经济的快速发展，机动车数量的迅速增长，公路运输变得越来越繁忙。

交通管理现状和需求的矛盾进一步加剧，与交通相关的刑事和治安案件也逐年上升。

在此情况下，如何利用先进的科技手段，增强公安管理部门对进入道口的机动车和驾驶人的查控力度，为打击各类违法犯罪行为提供科技手段，是公安交通管理部门亟待解决的问题。

为有效遏制车辆超速违章行为，控制、减少道路交通事故，应用道路监控设备结合现代信息网络技术，形成道路监控智能化网络系统，更好地提升道路动态管控和满足治安、刑侦、交通管理新形势的业务需求。

某电子有限公司紧密结合公安业务需求，专门开发了科学、高性能的智能数字高清卡口系统。

采用先进的光电、计算机、图像处理、模式识别、远程数据访问等技术，对监控路段的机动车道、非机动车道进行全天候实时监控并记录相关图像数据。

前端处理系统对所拍摄的图像进行分析，从中自动获取车辆的通过时间、地点、行驶方向、号牌号码、号牌颜色、车身颜色等数据。

并将获取到的信息通过计算机网络传输到卡口系统控制中心的数据库中进行数据存储、查询、比对等处理，当发现肇事逃逸、违规或可疑车辆时，系统会自动向拦截系统及相关人员发出告警信号。

为交通违章查纠、交通事故逃逸、盗抢机动车辆等案件的及时侦破提供重要的信息和证据。

系统采用高性能工业摄像机作为前端的信息采集设备，图像分辨率高达1600×1200像素，能够在一张照片上清晰的显示车辆的所有细节信息以及司机的面部特征，并具有很高的车牌自动识别率。

高清智能监测系统能及时准确地记录经过卡口的目标信息，不但可以随时掌握出入辖区的车辆流量状态，对超速等违章行为进行处罚，还可以准确记录相关数据信息，为公安刑侦提供重要的参考依据。

第二章系统功能及性能指标
2.1.系统功能
2.1.1.车辆捕获功能
系统能对所有经过车辆进行捕获，除了能够捕获在车道上正常行驶的车辆外，还具备捕获跨线行驶车辆的功能，并且具有自动选择有效图片（有汽车牌照）、删除垃圾图片的功能。

在正常车速(5km/h～180km/h)范围内的监控区域内规范行驶的车辆图像捕获准确率达99%以上。

系统采用地感线圈检测车辆和测速。

2.1.2.车辆测速功能
系统在进行抓拍的同时测定车辆的行驶速度。

在40～100km/h的测速范围内，测速误差在±6%之内；在100km/h以上测速值时，测速误差在±10%之内。

系统具备分车型分别设置标志限速和执法限速值的功能。

系统在采用地感线圈作为检测车辆的方式时，一个车道上安装有前后两个地感线圈检测车辆，使用某公司自主开发的独立硬件—车辆检测处理器测量通过车辆的行驶速度。

该硬件主要由车检器卡、测速卡等组成，专门用于测量车辆的速度，测速结果送给智能工业相机处理。

2.1.
3.车辆特征和车辆驾驶人面部特征高清晰拍照功能
在车辆通过时，智能工业相机能准确拍摄包含车辆全貌、驾驶室内司乘人员面部特征的图像，并将图像和车辆通行信息传输给智能工业相机终端服务器，并可选择在图像中叠加车辆通行信息（如时间、地点、车速、方向等）。

在环境无雾包括雨雪天情况下，对监控区域内的规范行驶的车辆图像包含车辆牌照等特征，能够看清楚车辆牌照和车辆全貌，图像能分辨车辆类型、车身颜色和所载货物。

系统拍摄的图像可全天候清晰辨别驾驶室内司乘人员面部特征。

每辆车生成一张图片，系统可实时将数据上传至用户应用服务器，本系统在使用室外模式智能工业相机终端服务器时，可暂存不少于30万辆车的信息；在使用室内模式智能工业相机终端服务器时，可暂存不少于120万辆车的信息。

当超出该车辆数时，自动对最前面的数据依次进行循环覆盖，图像格式为1600×1200像素的JPEG/24bit格式。

系统采用某专用的智能工业相机，分辨率高达200万像素，同时具备智能成像和控制补光功能，能够在各种复杂环境（如雨雾、强逆光、弱光照、强光照等）下和夜间拍摄出清晰的图片。

2.1.4.车辆牌照自动识别功能
系统可自动对车辆牌照进行识别，包括车牌号码、车牌颜色的识别。

1.车牌号码自动识别
在实时记录通行车辆图像的同时，还具备对民用车牌、警用车牌、军用车牌、武警车牌的车牌计算机自动识别能力，包括2002式号牌。

所能识别的字符包括:
阿拉伯数字“0～9”十个
英文字母“A～Z”二十六个
省市区汉字简称京、津、晋、冀、蒙、辽、吉、黑、沪、苏、浙、皖、闽、赣、鲁、豫、
鄂、湘、粤、桂、琼、川、贵、云、藏、陕、甘、青、宁、新、渝、港、
澳、台；
04式军用车牌汉字军、空、海、北、沈、兰、济、南、广、成
号牌分类用汉字警、学、使、领、试、境
07式武警车牌字符WJ样式的字母数字
在环境无雾、车牌挂放规范、无污损且不含五小车辆情况下，系统白天车辆号牌识别率≥98%，号牌识别准确率≥95%夜间车辆号牌识别率≥97%，号牌识别准确率≥95%
系统能识别黑、白、蓝、黄、绿五种车牌颜色。

2.系统识别的车牌类型部分示例：
2.1.5.车身颜色自动识别功能
系统可自动对车身颜色进行识别，可供用户根据车身颜色来查询通行车辆。

系统可区分出车辆为深色车辆还是浅色车辆；并识别出9种常见车身颜色，9种颜色包括：白色、银色、灰色（含灰与银灰）、黑色、红色（含红与暗红）、蓝色（含蓝和青）、黄色（含金黄和黄）、绿色（含绿和暗绿）、褐色（含浅褐和褐），10种颜色以外的颜色（含花色车辆）属于其它颜色。

深浅分类准确率不小于80％；9种常见车身颜色识别准确率不小于70％。

2.1.6.车辆型号判别功能
系统采用车牌颜色和视频检测技术结合的方法对车辆进行分型。

对于民用车来说，蓝颜色车牌表示的是小型车辆，而黄颜色车牌表示的是大型车辆。

因此，我们首先利用车牌颜色判断车辆类型，对于无法根据车牌颜色判别车型或者无法判断车牌颜色的情况，我们就利用图像分析技术来辅助区分车辆的类型。

2.1.7.全景数字录像功能
系统可采用高分辨率网络数字摄像机提供不低于768×576@30fps的高清晰全景录像，用于监控全方向车辆状况。

系统也可根据用户需要提供针对模拟摄像机（如高速球机）的监控视频数字硬盘录像，可以方便用户全方位根据需要查看该监控点附件的情况。

2.1.8.记录及图像存储功能
系统自动抓拍车辆图像，并记录车辆通过的信息，包括时间、地点、号牌、车型、前排司乘人员面部特征等，图像以JPEG格式实时存储在智能工业相机终端服务器中。

系统可存储不小于30万辆车的记录及图像信息。

2.1.9.数据自动上传和历史数据下载功能
智能工业相机终端服务器除自动实时存储车辆通行记录和图像外，同时可根据用户对数据上传的设置将用户需要的车辆通行数据（包括记录和图像）通过TCP/IP网络协议自动上传至用户应用服务器。

智能工业相机终端服务器能提供可根据用户设置将车辆通行信息自动上传，例如可上传违章超速车辆的信息和图片，而非违章车辆仅上传基本信息，非违章车辆的图片保存于智能工业相机终端服务器中。

智能工业相机终端服务器提供对历史车辆通行数据进行下载的接口，用户应用服务器可以通过该接口实现对智能工业相机终端服务器中数据的下载。

2.1.10.Web方式数据查询浏览功能
智能工业相机终端服务器具有通过Web方式对存储的历史数据进行查询浏览的功能，用户可通过Web方式查询浏览车辆历史数据，同时可查询每个车道的车流量情况。

2.1.11.前端设备管理维护功能
智能工业相机终端服务器预留时间校正接口、参数的设置接口和运行情况的诊断和检测、恢复接口，同时负责管理所有与之联系的智能工业相机。

所有设置均可通过Web方式进行，也可通过后端用户应用服务器上安装的专用工具软件进行。

用户应用服务器可通过智能工业相机终端服务器实时查看前端设备的运行状态。

前端设备在检测到系统故障时，进行自动恢复，同时实时报告给用户应用服务器，便于快速恢复。

2.1.12.远程自动更新功能
系统可通过智能工业相机终端服务器对所有与之联系的智能工业相机的软件进行远程自动更新；系统也可对智能工业相机终端服务器自身的软件进行远程更新，便于系统软件的升级和维护。

2.2.性能指标
第三章系统特点
3.1.完全嵌入式处理系统
传统的模拟系统中，工控机和图像采集卡方式由于受系统底板的带宽，处理器性能，内存容量等种种硬件方面的限制，最多只能实时处理4路视频信号。

传统的高清系统，采用的是数字摄像机的方式，即系统在车辆经过时将摄像机拍的图片发送给工控机等处理系统进行识别处理和存储等操作，这样在车道数多于1个车道时，对传输和处理系统的要求非常高，以至于很难达到系统的设计处理能力要求。

本系统使用了三洋HD4000电子警察专用版高清智能工业摄像机和某最新研发的智能工业摄像机终端服务器。

每个车道配置一台200万像素智能工业摄像机，负责车辆图片捕获工作，并将图片通过以太网发送给智能工业摄像机终端服务器。

由服务器完成测速、牌照和车身颜色的自动识别等工作。

智能工业摄像机终端服务器采用嵌入式linux专用系统，负责车辆通行信息的接收存储和上传，同时用户可通过智能工业摄像机终端服务器查看管理所有前端设备，每台智能工业摄像机终端服务器可以同时连接多达4台智能工业摄像机。

3.2.车辆数据全天候存储
本系统采用一台智能工业相机终端服务器连接多台智能工业相机的配置方案，终端服务器可对智能工业相机的数据进行接收存储和上传，同时可对所有前端设备进行管理维护。

终端服务器可以放置在室外抱杆机柜内，也可放置在室内。

因此，与其他高清系统相比，本系统有多种优势：
1.系统在与用户应用服务器网络联接不畅的情况下，智能工业相机终端服务器
可以暂存车辆通行数据，这样保证了所有车辆通行信息不会因为网络状况不
好而丢失。

2.系统采用4个独立网口的终端服务器，前端设备和后端设备可以分别处于不
同的网络中，提高了系统可用的网络带宽，增强了数据的安全可靠性。

3.本系统设计方案使得采用集中封闭管理和配置成为可能，使前端设备的数量
和复杂性大大降低，易于安装，结构简洁，减少了用户的施工和维护成本。

3.3.基于TCP/IP的前后端独立网络架构
本系统终端服务器与智能工业相机之间、终端服务器与用户应用服务器之间的数据通讯均采用TCP/IP协议，且采用两个独立的网络结构，即终端服务器与智能工业相机之间的网络和终端服务器与用户应用服务器之间的网络相互独立。

系统的通讯数据在发送前进行了数据的加密打包，这样系统在保证易于扩展性的同时，也确保了数据的安全性。

3.4.智能工业相机实现高捕获率
1.采用模拟摄像机的系统摄像机视场布置方式
通常，公路每个方向两个车道，由于车道过宽和车辆不按道行驶，每个车道安装一台牌照特写摄像机的做法造成车辆漏检或者识别率不高的情况比较严重。

为了在保证牌照识别率的情况下同时解决车辆漏拍问题，需要在每一个车道加装一台特写摄像机，我们叫做辅助摄像机。

这样，一个车道需要两台摄像机用于牌照识别，两台相邻摄像机的视场范围相互有些重叠，重叠的宽度大于一个牌照的宽度。

这样的布置虽然从理论上解决了车辆漏拍的问题，但造成系统的摄像机数量成倍增加，系统结构复杂。

行车道行车道
图3.1 采用模拟摄像机的系统视场范围示意图
2. 采用高清智能工业相机的系统相机视场布置方式
在本系统中每个车道只需要采用1台200万像素的高清智能工业相机即可覆盖整个车道，保证视场范围的全覆盖。

抓拍摄像机1抓拍摄像机图3.2 采用高清智能工业相机的系统视场范围示意图
3.5.全天候高清成像，
3.5.1.反馈控制的全天候高清晰成像
整个成像系统是一个由智能工业相机、智能闪光灯和成像控制软件组成的精密系统，它们之间的有序配合和反馈控制使得白天和晚上抓拍的车辆图像清晰度高，确保车身、车牌和车辆前排司乘人员面部特征都清晰可辨。

图3.3 普通模拟摄像机拍摄的图像效果（无法看到车身和前排司乘人员面部特征）
3.5.2.综合技术应用
系统综合了车辆前挡风玻璃对光线的反射特性、贴膜情况、环境光线照射情况，采用了特殊的镜头、专门的成像控制策略和补光方式，同时安排了合理的设备布设方式，使得系统全天候对各类车型都能有效解决前挡风玻璃反光和强光直射等问题，确
保车身、车牌和车辆前排司乘人员面部特征都清晰可辨。

图3.5 智能工业相机拍摄的图像效果一
图3.6 智能工业相机拍摄的图像效果二
3.6.独特的车身颜色识别
本系统可自动对车身颜色的深浅和9种常见车身颜色进行识别，为公安稽查和刑侦案件侦破提供了科技新手段。

目标类别
红
灰色
60≤H<120300≤H<360 0≤H<60240≤H<300
120≤H<240
白灰黑
银灰
其他
黄绿
褐蓝深蓝
图3.7 颜色识别树状结构
图3.8 颜色归类直方图示例
图3.9 黑色车身颜色识别
图3.10 蓝色车身颜色识别
3.7.高牌照识别率
系统采用的牌照识别技术在大量的实际工程应用中识别率一直处于国内领先水
平，系统保证了全天候成像清晰度，为车辆牌照的高识别率提供了前提条件。

系统采用的牌照识别技术广泛应用于治安卡口、高速公路收费站、海关卡口、智能停车场出入口等领域，具有大量的工程实践经验，牌照识别可靠性、稳定性和一致性高，为系统的自动稽查布控提供了强有力的保障。

系统采用的牌照识别技术具有完全自主知识产权，同时采用模块化开发技术，可以针对用户需求快速进行针对不同牌照类型的识别软件定制开发。

第四章系统设计方案
4.1.系统结构
4.1.1.系统拓扑图
图4.1 系统拓扑图
4.1.2.系统设备布局示意图
1.主要设备配置原则
每个车道配置一个HD4000高清摄像机作为抓拍摄像机、一台LED闪光灯、一组线圈。

每个方向车道配置一台HD2500全景摄像机供抓拍路段面情况。

（可选）
摄像机与终端服务器相连，将捕获的图片和识别结果发到终端服务器，由终
端服务器完成测速、自动识别等功能
每个卡点配置一台终端服务器，负责从摄像机处接收数据，并将数据通过网络传送到指挥中心，同时可保存数据在本地。

需测速的卡点配置一台车
辆检测处理器，接收线圈信号，并将触发信号发给抓拍摄像机。

每个卡点配置一台UPS不间断电源。

每个卡点配置一个落地机柜，放置上述的终端服务器、车辆检测处理器、UPS不间断电源，以及交换机、光纤收发器、光端机等网络通讯设备
2.现场布局俯视图
以双向8车道现场布局为例。

图4.2 现场布局俯视图
4.1.3.现场布局侧视图
图4.3 现场布局侧视图
4.2.工作原理
图4.4智能数字高清卡口系统数据流向示意图
整个系统分为10个模块，上图描绘了这10个模块及数据在这10个模块之间的流向。

系统的工作流程如下：
1.车辆检测模块检测到车辆通过时，输出触发信号给抓拍与识别模块；
2.车速测量模块负责测量车辆的行驶速度，并将测速结果反馈给结果装配与通
信模块；
3.抓拍与识别模块输出信号给成像与控制模块，由成像与控制模块对补光模块
进行控制，然后由抓拍与识别模块进行图像采集、识别车辆牌照、识别车身
颜色，并将识别结果反馈给结果装配与通信模块；
4.结果装配与通信模块负责将抓拍的图像、识别结果等数据进行装配打包，然
后上传给车辆信息与设备管理模块；
5.车辆信息与设备管理模块将接收到的车辆信息进行分析、判断、存储，然后
将需要上传的数据发给通信与远程维护模块；
6.通信与远程维护模块将待上传的数据传输给用户应用系统；
7.成像与控制模块在根据抓拍与识别模块的指令进行控制的同时，也将当前成
像部件的状态反馈给抓拍与识别模块，以便抓拍与识别模块修正其控制指令；
8.结果装配与通信模块同时负责获取前端设备的状态，并将状态上传给车辆信
息与设备管理模块；
9.通信与远程维护模块同时负责获取前端设备的状态，并将状态上传给用户应
用系统；用户应用系统亦可通过该模块对前端设备的软件进行远程自动更新；
10.监测与恢复模块定时同抓拍与识别模块进行通信，监测设备的运行状况，在
设备故障时尝试进行自动恢复；
11.启动引导与监测恢复模块定时同车辆信息与设备管理模块进行通信，监测设
备的运行状态，在设备故障时尝试进行自动恢复；同时负责启动引导系统，
使设备恢复正常工作。

4.3.各子系统构造
4.3.1.车辆检测子系统
本系统采用地感线圈加车辆检测处理器检测车辆。

配置车辆检测处理器负责给出车辆到达和离开的信号。

4.3.2.车速测量子系统
本系统采用地感线圈加车辆检测处理器对车辆的行驶速度进行测量。

采用地感线圈方式测速时，需要配置车辆检测处理器负责对车辆行驶速度进行测量，一台车辆检测处理器可对12个车道的车辆行驶速度进行测量，测速结果通过RS485总线接口发送给智能工业相机。

4.3.3.成像与控制子系统
成像与控制子系统功能主要由智能工业相机，智能补光灯负责完成。

成像清晰是牌照识别的技术关键。

本系统采用某专用智能工业相机，整个图像成像控制系统是一个由智能工业相机、智能补光灯、成像控制软件组成的精密系统，它们之间的精确配合使得白天和晚上抓拍的车牌图像都更利于车牌识别。

无论是环境照度比较低的情况下（例如夜晚），还是在强光照射下（例如晴天正午），系统均会自动调整智能工业相机的成像模式，使用软硬件结合的方法控制图像的曝光，保证车牌成像清晰度，非常有利于人工辨认和机器自动识别车辆牌照信息。

智能补光灯由智能工业相机控制，在环境照度不足的情况下，智能工业相机执行精确的控制指令控制智能补光灯补光，这样保证了在全天候环境下本系统都能拍摄到
包含清晰牌照图像的理想图片。

4.3.4.图像采集与识别处理子系统
图像采集与识别处理子系统主要由智能工业相机、某牌照识别软件等部分组成。

智能工业相机检测到车辆通过时，实时捕获全分辨率（1920×1080像素）的图像供牌照识别软件处理，并将处理后的牌照识别结果连同压缩图片一起通过以太网上传给智能工业相机终端服务器。

4.3.
5.车辆信息存储管理子系统
车辆信息存储管理系统由智能工业相机终端服务器、车辆信息存储管理软件、数据上传软件、设备管理软件等组成。

它负责对智能工业相机发送的车辆信息进行接收、判断、存储和数据上传等工作，同时管理所有与其连接的智能工业相机。

4.3.6.配电及安全系统
配电及安全系统由稳压电源、UPS、过载保护装置、漏电保护装置、防雷装置、接地装置等组成。

系统采用220V交流电源，所有的设备供电都经过了用电安全装置（稳压、UPS、过载、漏电），保证用电及设备的安全。

各类设备都能单独控制供电，维护方便。

智能工业相机防护罩、机柜等室外设备设计都充分考虑到了防水、防尘的需要。

系统可以运行于无人值守状态下，在系统掉电重新启动后可以自动引导进入工作状态。

4.4.系统主要设备性能规格
4.4.1.智能工业相机
图像传感器1/1.8寸 COLOR CCD
有效像素1600（H）×1200（V）
像素尺寸 4.4μm×4.4μm
信号输出8Bit，JPEG
信噪比48dB
最低照度0.1Lux
扫描方式逐行扫描
积分模式帧积分
工作模式连续采集模式抓拍模式快速抓拍模式监控模式选拍模式编程参数帧频1~15fps编程可控
曝光时间可编程设置，0.15ms~999.37ms
增益0.00~22dB可调
AGC AGC或者AGC连动曝光时间，调节范围可编程
抓拍延时编程可控（调节精度1μs）
曝光延时编程可控（调节精度1μs）
抓拍模式：“抓拍延时＋曝光延时”可编程设定的最小时间为5040μs 快速抓拍模式：“抓拍延时+曝光延时”可编程设定的最小时间为2μs 白平衡自动/手动
触发方式外部上升沿触发，串口触发
补光同步频闪灯信号（RS485），闪光灯信号（光耦、RS485）
电源DC 12V，1A
功耗< 3.6W
测速精度1μs
接口标准RJ45
光学接口CS接口
外形尺寸/重量 62mm（H）×72mm（W）×115mm（L）/220g
温度条件工作温度：−25°C ~ 60°C 存储温度：−40°C ~ 70°C
湿度条件20%~ 80%。