电子警察

目录
一、技术原理 (2)
1.视频检测的计算方法 (2)
2.视频检测原理与抓拍控制实现方法 (3)
3.安装方法要求 (4)
4.违法过程描述 (6)
5.违法信息记录 (7)
6.违法图片传输、保存和处理 (7)
二、总体设计 (8)
2.1 前端路口设计 (10)
2.1.1前端系统方案设计 (10)
2.1.2前端系统结构设计 (10)
2.1.3前端系统的功能描述 (11)
2.2 传输线路设计 (14)
2.3 指挥中心设计 (15)
2.3.1 电子警察系统 (15)
2.4各功能模块介绍 (18)
2.4.1数据输入 (18)
2.4.2系统维护 (19)
2.4.3违章统计 (20)
2.4.4数据维护 (21)
2.4.5数据查询 (23)
2.5 电视监控系统 (25)
三、电子警察系统原理图 (27)
四、电子警察系统拓扑图 (28)
一、技术原理
1.视频检测的计算方法
视频电子警察交通违法行为监测系统是一个集图像采集、图像处理和信息管理系统为一体的综合系统。

计算机图像处理主要由图像输入,图像存储和刷新显示,图像输出和计算机接口等几大部分组成,这些部分的总体构成方案及各部分的性能优差直接影响处理系统的质量。

图像处理的目标是代替人去处理和理解图像,因此实时性,灵活性,精确性是对系统的主要要求。

视频检测方法的主要实现方法如下图：
2.视频检测原理与抓拍控制实现方法
视频摄像机电子警察系统利用当前先进的数字图像处理技术，根据离散数学的相关算法对捕获的数字图像信号进行不断的运算执行某些特定的加工和分析，通过计算机处理输出检测结果和完成抓拍记录功能。

安装在路口的CCD彩色视频摄像头获取路口的实时图像，路口的工控机通过图像捕捉卡获取到CCTV Video 标准模拟图像信号并将其转换成数字图像信号。

在视频图像中根据不同的车道预先设定一个或者多个检测范围，这些检测范围之内的像素组成了虚拟的检测区域。

因为实时图像每秒钟有25帧的图像变化，每一帧图像的检测区域之内的像素灰阶值都是有变化的。

当有运动的车辆通过检测区域的时候，检测区域之内的像素灰阶值会产生一个比较明显的动态变化，若灰阶值的差异大于某个设定的门槛值，则表示有车辆从该检测区域经过。

门槛值的大小可以根据不同的路口和路段进行设置，门槛值越低，检测的精度越高，比较小的物体进入检测区域就能触发感应；相反，门槛值越高，检测的精度越低，需要比较大的物体进入检测区域才能触发感应。

每一个进入检测区域的车辆触发感应之后，系统的抓拍控制软件的计数器进行一次的记录，触发的次数就是该车道某个时间段的车辆流量数据。

车辆进入检测区域之后，直到车辆离开检测区域，系统的抓拍控制软件根据这两个时刻的时间记录可以得出一个时间差，再根据设定的检测区域的长度，可以计算出该车辆经过的速度，计算公式：车辆速度=检测区域长度/时间差。

另一方面，安装在路口的信号灯转换器同时接受信号灯的电流信号，并将信号灯的电流信号转换成一个高低电平的输出信号。

安装在路口工控机的控制软件如果检测到信号灯转换器的“红灯”信号，并且检测区域内有车辆通过，系统的抓拍控制软件对运动的车辆进行跟踪检测一段时间，确认车辆的违法行为之后则发出抓拍指令，将车辆的违法过程记录下来。

如果车辆在“红灯”亮时已经超越停车线，并且停止在检测区域之内，由于车辆不再运动，所以检测区域的像素灰阶值不会产生变化，系统会自动判别该车辆不属于“红灯”亮时超越停车线的违
系统的控制软件是24小时全天候实时对交通路口对违法车辆的闯红灯、单行路逆向行驶、超速驾驶、越线行驶、违法掉头等违法行为进行检测和抓拍，所有的动作和任务都是由计算机自动完成，对非“红灯”通过、车辆未超越停车线、车辆“红灯”前超越停车线再停止在检测区域的这些行为都是自动判别。

由于闯红灯行为是一种典型的过程行为，因此检测过程分为三步：行为预测、行为跟踪、行为判决，这三个步骤缺一不可。

所以，抓拍系统必须同时检测到信号灯转换器的“红灯”信号和检测到有违法车辆经过的信号，才能发出抓拍指令，缺少其中一个信号则不会进行抓拍记录。

例子一，“红灯”亮时，虽然检测到信号灯转换器的“红灯”信号，但是车辆没有从检测区域经过，控制软件缺少车辆经过的信号，不会发送抓拍信号。

例子二，路口的信号机是“绿灯”信号，则信号灯转换器检测到是“绿灯”信号，虽然检测区域有车辆经过，控制软件缺少“红灯”信号，也不会发送抓拍信号。

如果路口的信号灯为多相位控制，分左转、直行、右转等信号，可以在不同的车道分别设定不同的虚拟的检测区域来对各个车道进行检测，防止对不同车道产生漏拍与误拍等情况，有利于执法的公正性和准确性。

3.安装方法要求
视频摄像机电子警察系统利用当前先进的数字图像处理技术，根据离散数学的相关算法对捕获的数字图像信号进行不断的运算执行某些特定的加工和分析，通过计算机处理输出检测结果和完成抓拍记录功能。

对每个方向用一个摄像机监控全路面情况，（我们定义为全景摄像机），每个车道也要架设一个摄像机（我们定义为特写摄像机），用于当违法发生时，拍摄违法车辆车牌。

视频电子警察违法抓拍系统预先对全景视频画面设置两个虚拟检测区域，检测区域一是位于停车线以内，用于有运动物体运行判断，检测区域二位于斑马线以外，远离停车线方向，设置在斑马线外，用于减小此方向行人等其它物体对于系统判断的影响，如下图：
通过实时图像采集卡获取每帧全景摄像机视频图像（40ms/帧），利用图像处理和图像分析技术，比较两帧之间检测区域二的图像变化，判断是否有物体进入，当有物体进入，而且是处于红灯状态，再判断与第二帧对应时刻的特写摄像机图像中是否存在车牌，如果存在，将触发有物体违法事件，如果不存在，将认为是无关物体影响，这样提高检测的准确度，两帧图像区域变化的比率是可设置的，可以提高或降低检测的灵敏度，如图：
第一帧第二帧
系统通过将实时采集卡采集的视频数据缓存下来，当有违法事件发生时，将从缓存中取出前面时刻的全景摄像机视频图像，再比较检测区域一是否有变化，如果有，而且当时仍然为红灯状态，那么就可以判定此车辆已违法，如果没有，可以判定这个违法触发事件可能是由其它方向或逆行别的车辆触发的，这样就提
高了检测的准确度，如下图：
第一帧第二帧
当判断车辆违法后，将检测区域二比较的第二帧全景图像和检测区域一比较的第二帧全景图像，还有与检测区域二比较的第二帧图像对应时刻的特写摄像机图像，保存下来作为车辆违法的一个原始记录。

一般检测区域设置为3×3米，只有当车速度是(3 * 25 * 3600) / 1000 = 270，也就是当车时速为270公里时，相邻两帧比较的方法才会失效，但是一般违法的车速度达不到此要求。

因此帧间比较可以作到较好的车辆捕捉的效果。

4.违法过程描述
抓拍的违法照片由一组1～4幅真彩色照片组成，能够抓拍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、红灯信号和机动车压在或越过停止线的情况；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、红灯信号和整个车身已经越过停止线的情况；并且至少有一个位置的信息能够清晰辨别号牌号码。

如下图所示：
5.违法信息记录
违法照片的信息包括了停车线、红灯信号、车牌号码、车辆类型、车身颜色、违法日期时间（年、月、日、时、分、秒），违法车道等情况。

违法照片清晰可辨，肉眼可以识别到号牌号码、红灯信号、停车线以及车身颜色等重要违法信息。

违法照片在抓拍记录的时候，系统抓拍控制软件会自动对其进行加密处理，主要提供两种方式：第一种是记录每一张违法照片的原始像素和文件大小，如果照片被修改，则可以将原始记录的像素和修改之后的像素进行对比；第二种是在违法照片生成的时候叠加一个透明的底纹进行软件加密，如果照片被修改，则可以通过检查加密底纹进行判断。

经过加密的违法照片可以进行公告和公证，能够作为法律依据，为执法提供有效性。

记录车辆闯红灯整个违法过程的另外一种行之有效的方法就是采用实时录像的方式，该系统提供了车辆在红灯状态超越停车线之前3秒和之后3秒钟的录像功能，用户可以根据需要对违法录像进行回放和截屏，以提高执法的说服力。

6.违法图片传输、保存和处理
系统检测到有违法行为触发之后，通过视频采集卡将采集到的模拟格式的视频流转换成数字格式的静态图片（JPEG格式）或者数字格式的视频流（MPEG格式），保存在工控机的硬盘里。

各个路口工控机可以通过光纤、ADSL、DDN、ISDN、PSTN、无线发射或CDPD蜂窝网等方式与控制中心的服务器连接，通过文件传输软件将保存在各个工控机的违法照片即时传输到交通指挥控制中心的文件服务
器进行分类保存。

操作员通过处理终端计算机对违法照片进行相关的确认、录入和复核，最后通过报纸、声讯台、互联网、移动电话公司或者相关公告等方式进行违法车辆的违法公告，违法驾驶员可以通过不同的方式查询违法记录情况，也可以直接到交警办证大厅违法处理窗口查询违法情况、打印违法照片和办理处理手续。

二、总体设计
电子警察系统分为前端系统、传输系统和中心（后端）系统三部分，其简介如下：
前端系统：前端系统采用动态视频检测触发技术，负责完成在红灯状态下，抓拍违章闯红灯车辆，并将抓拍的图片和相关的信息（时间、地点、车辆信息、车牌图片等）送回指挥中心的后端系统服务器。

同时可将现场的实时图像传送回中心控制室。

通信传输：传输系统由传输网络组成，负责连接前端系统和后端系统。

这部分负责采集数据，视频以及控制命令的传输。

中心控制：后端系统在收到前端系统采集的基本信息之后，根据不同的需求，对这些信息进行相应的处理，例如：对电子警察前端系统送来的违章车辆图片进行相应的处理；同时对前端的视频进行实时监控并录像，切换处理等。

各部分功能简述
本系统是运用CCD摄像机所采集的视频信号来做为信号源，运用视频处理技术，判断违章车辆，它的科技含量很高，其它一些厂家所用多为视频检测，用两幅图像做比较，当后一幅图与前一幅图所减的差面积较大时，即判断为有违章车，这样得来的判断十分不可靠，因为，当差值较大时，可能是人群、自行车或其它干扰，不一定就是车；当差值小时，也不一定就不是车，因为在夜晚光线较弱时，汽车的面积只能看到前、后的灯，那么这样的违章车，它就抓不到了。

而我们这套系统则不然，它运用了多种算法和实践经验。

拍摄速度快，信息量大，可同时对多方向、多辆车进行捕获。

本系统采用了大量的高新技术，以及多种算法的优化处理，计算机得以充分利用，真正体现了其运算的速和对处理大量数据的优势，做到了真正的智能化。

在正常情况下，本系统可对多个方向的多辆违章车连续捕获，这是其它厂家所没有的，也是他们所做不到的，因为，对图像的处理，其运算量是非常大的，一台机器在连续不断的处理一路信号时，它不可能再去干另外一件事，因为它只有一个CPU，只有当它干完一件事后，再干另外一件事，具体落实到闯红灯监测系统中，就是处理完一个方向的一个违章车辆后，再去处理其它方向的违章车辆，而恰恰在同一时间内，另外一个方向上的闯红灯车辆则无法拍到。

当有多辆车，连续违章时，其它厂家的系统，只能抓住第一辆车，而跟在其后的违章车辆无法抓到，这是由于系统在处理完第一辆车后，再回头看时，跟在其后的车已出视野了，而线圈感应和相机的反应速度，无法与计算机的速度相提并论。

这些都是闯红灯监测系统的难点，我们已经解决了，而其它厂家还尚末涉及。

智能化程度高：
本系统可24小时全天候无人值守，它含有许多自恢复系统，自动检测机器工作是否正常，自动修复，有自启动功能，对于意外断电等，均可自动恢复，并能保证不丢失数据。

它具有免维护性，开机即可自动进入状态，只需定时或不定时存、取装有数据的活动硬盘即可。

后期处理功能强大：
我们还有一套与之匹配的后台处理软件，就是在指挥中心的机器中，装入本套系统，即可将前台已捕获的违章车辆数据进行处理、分类、登录，以便今后查询、处理等，我们除了具有其它一些数据库的常规方式外，还加入了强大的图像处理功能，就好象美国的卫星能看到地面上的人是否长有胡子，其实，它并不是真正能看到胡子，只是经过对卫星发回的图片进行图像处理，找出其相关特征而已，经过我们这套系统的处理，可将不清楚的图片变清楚，还可将一些肉眼无法看到的图像变得清晰可辨，这样，就可以为交警提供更多、更好的证据，便于警察执法。

该系统的快速查询、快速浏览等功能，还可配上触摸屏，只用一个手指即
可完成对违章车辆的事故回放，并可制成违章通知单，打印通知书或通过网络发送给违章单位或个人。

报表打印，可为您打出所需时间段的所有违章车辆，或多次违章车辆，方便了您的统计工作，为领导决策，提供大量、充分的依据，这样，您可以加强在某一时间段，对某些车辆或路口的管理，减少违章的发生，提高道路的通行能力，保证畅通。

系统具有很强的拓展力：
该系统可以和测车流量、测超速系统、测车超重系统等结合，形成综合信息管理平台。

这样，除了提高我们产品的科技含量和竞争力外，也为用户提供了多种选择和多种组合的机会，如：您可以在一套系统中选装闯红灯监测系统和测车流量系统，在白天测车流量，在夜晚抓拍闯红灯车辆，这样一机多用，即可节省经费提高利用率，也可节约大量现场安装费用。

2.1 前端路口设计
2.1.1前端系统方案设计
前端系统通过动态视频检测触发技术对城市道路交通数据进行采集。

这些数据包括：车辆牌照信息（通过的路口、通过路口的时间、通过路口的方向或车道）、车辆的号牌图片、车辆的全景图片等。

在前端系统解决方案中，每一个方向配置一台全景摄像机，用于拍摄路口全景图，每个监控车道配置一台特写摄像机，用于拍摄汽车尾部牌照。

2.1.2前端系统结构设计
前端系统的工作原理是：信号控制系统接收路口红绿灯信号，在红灯状态下，利用动态视频检测技术，对闯红灯的车辆进行抓拍和车牌识别，系统抓拍违章车辆的车牌图片（一幅）和该方向的全景图片（两幅连续车辆闯红灯的过程图片）并记录下相关信息（违章时间、地点、行驶方向、闯过停车线的红灯时刻等）；所有信息和数据可通过传输系统，定时或立即传回指挥中心后端系统的服务器。

下图为十字路口电子警察系统前端系统安装示意简图：
2.1.3前端系统的功能描述
1)利用动态视频检测触发技术，在红灯状态下，完成对闯红灯车辆的抓拍和车
牌识别，准确地记录并存储违章车辆的违章时间、地点、行驶方向、红灯时间长度、闯过停车线的红灯时刻、违章车牌图片和全景图片等信息；
2)采用视频技术实时监视城市路口交通情况，对视频图象进行数字录像，并采
用光纤通信技术将上述信号传回指挥中心。

3)采用视频检测技术，对各路口的车流量进行检测。

4)整个系统可在-20℃-70℃工作环境中，全天候24小时运行，并有良好的符合
相应国家标准的防雷、防尘、防潮措施。

5)抓拍的车辆违章图片为一幅车辆牌照近景图和两幅连续的车辆违章的全景
图，抓拍的车辆违章图片能清晰、完整的记录下违章车辆的车型、车身颜色、牌照号码；
6)中心对抓拍的违章车的车牌识别，识别的号牌自动生成违章号牌库，供违章
处理操作员进一步确认和处理；
7)选用工业级彩色摄像机，清晰度高、照度低、稳定性好；摄像机的抓拍能适
应不同的天气和光线环境影响，使系统能全天候的工作。

8)在夜间，LED补光灯作为抓拍的辅助光源，使夜间抓拍的车牌号码清晰。

9)在有通讯的条件下，采用软硬件结合方式，能自动监控系统的正常工作。

同
时采用定时报告和紧急报告两种方式，向远端指挥中心报告情况，使中心值班人员更方便、有效地监控系统正常运行。

10)统维护、系统软件配制、应用软件安装应简单，易于操作，操作界面友好，
数据处理工作简单、快捷。

业务流程清晰，符合交通管理业务的处理习惯。

系统数据备份及数据恢复快速简单。

系统具有在支队就可以对前面系统进行远程诊断和系统维护的功能。

11)路口设备有单套系统储蓄200万张相片的能力。

12)连续抓拍间隔≤300毫秒。

13)有违章处理操作员对抓拍的规章图片确认的功能，该功能应操作简单，方便
实用。

14)闯红灯捕获率、车牌识别率、记录有效率为白天90%以上，夜间80%以上。

平均无故障时间不小于10000小时。

15)指挥中心应拥有的其他设备：
数据服务器1台，客户端1台
16)各种权限的查询工作基于BS体系。

17)数据库采用SQL Server数据库，操作系统采用Windows 2000 server。

18)系统后台服务器应能接受所有路口设备同时上传图像数据的要求，留有可扩
展的余地。

具体使用功能
（1）工作条件
在白天或夜晚光照度≦0.7ux情况下，系统工作正常时，本系统可以同
时捕获两个方向的闯红灯车辆，在后台可读取违章车辆号牌。

对于遇特殊情况（如白天阳光直射、夜晚无尾灯或车尾部有大灯直射车牌、或有物体遮挡等），车辆号牌有可能难以看清。

（2）智能识别
车辆正常行驶下，本系统可区分左、右转弯或直行车辆，将左转及直行违章车辆记录在案，而排除正常右转弯的车辆。

（3）连续捕获能力
在车辆正常行驶下，可对多辆车连续捕获。

（4）车辆图片
可以实时记录整个违章过程，提供三张图片，一张为红灯车辆未过停车线、一张为红灯期间车辆已过停车线，第三张为车辆特写，可看清车辆号牌。

（5）车辆信息
管理大量违章车辆信息，包括车牌号码﹑车型﹑日期﹑违章时间﹑违章地点﹑红灯持续时间及红灯亮后闯红灯时间。

（6）图处理像
可对图像任意部分进行放大、缩小等并具有强大的图像增强功能。

（7）数据查询
可按车牌号码﹑违章时间﹑违章地点等查询违章车辆，并浏览、修改、删除违章车辆信息，进行事故回放。

（8）处罚信息
打印违章处罚通知单，本通知单可通过网络或信函方式直接通知违章个人及单位。

（9）通讯功能
可采取活动硬盘、电话线、光缆、无线等多种方式进行数据的存取和传送。

系统组成如下图所示：
系统主要优势
1. 产品的先进性 闯红灯产品是我们警用项目，起点较高，采用目标识别及跟踪等成熟计术，它可以将行人、自行车、右转弯车辆等有效去除，是一套可以抓捕真正闯红灯违章车辆的系统。

2. 产品化
该产品适应性强，可靠性高，断电、漏电保护，系统自动恢复等，结合路口实际情况，并经过多年的实践，现在的已经是一个较成熟的产品，可在野外全天候24小时正常工作。

2.2 传输线路设计
考虑到南岳各路口的环境，现场点位到中心指挥室宜采用光缆传输。

这部分按照标书要求由交警大队提供。

现场信号分三种：
1) 图像视频信号
2) 485信息采集信号
3) 网络信号
所有信号均有光端机传回指挥中心。

需选用的光端机有：
1）视频光端机 2）数据光端机
前端设备 系统交换 服务器 彩色打印机
前端摄像机
光纤或电话线
3）光纤收发器
也可以采用一台复合传输的光端机在一对光纤上同时传输以上信号。

线缆敷设应符合下列要求：
●电缆的弯曲半径应大于电缆直径的15倍。

●AC电源线与信号线、控制线分开敷设。

●采取防潮、防腐蚀、防鼠等措施。

室外线缆穿管地埋敷设
2.3 指挥中心设计
2.3.1 电子警察系统
服务器软件组成
中心服务器综合处理前端系统送回的数据，形成直观的、直接可用的资料。

中心服务器从功能上划分为若干子系统，见如下框图：
各个子系统功能如下：
●电子警察数据接收子系统
该子系统接收前端系统送回的闯红灯违章车辆图片（共三幅，一幅号牌图片，两幅连续的全景图片）、车辆号牌、违章时间、违章地点等等。

该系统与违章车辆数据库连接。

在该子系统中，提供对数据接收状态的监控，用户可查看当前所有实时发送回来的数据，各个抓拍单元的数据发送情况以及定期的数据接收日志报告，便于分析系统运行状况，及时发现问题。

●车辆查询子系统
该系统提供界面让用户选择查询条件，用户可以按号牌、时间、地点等多种条件查询车辆，查询结果显示车牌号码、车辆类型、违章地点、通过时间等信息，并显示相应的车辆图片。

●违章管理子系统
违章抓拍图像将保自动存在信息数据库中，同时保存数据将包含以下信息：车牌号码，车身颜色，拍摄时间，拍摄地点，行驶方向。

根据需要，还可在保存数据中包括下列信息（通过数据库查询得到）：车主姓名、家庭住址、车辆厂牌型号、车身颜色、车辆状态等信息。

所保存数据将作为处罚依据信息保存在工控。