闯红灯电子警察技术方案.doc

目 录1需求分析22 系统简介33技术可行性分析：331系统结构分析332系统前端设备分析44路口电子警察系统硬件设备设计134.1电子警察硬件需求分析134.2电子警察硬件总体设计144.3与普通电子警察设备的异同154.4电子警察硬件工作流程及工作原理164.5电子警察硬件功能模块设定174.6电子警察硬件可扩充性设计194.7电子警察硬件安全设计194.8电子警察系统安全构建的关键点205. 路口管理软件设计方案205.1电子警察软件需求分析215.2电子警察软件总体设计215.3电子警察软件工作流程245.4电子警察软件可扩充性设计255.5电子警察软件安全设计256路口电子警察系统主要功能和特点266.1电子警察系统的主要功能266.2路口电子警察系统的主要特点及优越性276.3主要技术指标287.防雷系统298. 高速球监控系统错误！未定义书签。9. 光纤网络部分2910主要设备选型2911.中心管理软件37111简介37112中心管理软件特点3812安装电子警察路口方向及车道统计错误！未定义书签。1需求分析在城市交通的众多违章行为中，闯红灯违章行为是造成城市交通秩序混乱、交通堵塞及引发交通事故的重要原因之一。对闯红灯等违章现象进行有效的管理，是加强社会综合治理、全面提高公安交通管理水平、建立长效管理机制的有效举措，也是公安交通管理部门树立文明形象、提高工作透明度、加强社会监督、达到党和群众满意的需要，对于扭转交通管理消耗、疲于应付的被动局面具有不可估量的作用。城市道路交通根据吉林市近年来车流量不断增加、亟待改善交通状况及提高闯红灯违章现象有效管理等的特点与现状，在本系统的设计和设备选型中，我们将充分运用现代智能交通系统的科学理念，采用先进的科学技术，科学地确定主要设备的技术参数和施工规范，合理地选择监控地点，充分利用高科技手段“抓拍”各类闯红灯违章行为同时提供电视监控系统，为城市公安交通管理部门提供强有力的执法依据。通过在吉林市的重要路口设立新型的多功能电子警察系统，实现对公路上监控区域内通行的车辆进行实时监视、抓拍、报警、记录保存车辆通行的信息和车流量数据并进行集中有效的管理，为公安部门打击盗枪和走私机动车犯罪、查缉交通肇事逃逸案件、分析交通状况、加强交通管理提供有效的技术支持。在吉林市建立起一个：监管措施严密并且行之有效，系统运行与管理程序简便，道路成本与运行费用低廉，智能化、人性化的“新型道路交通安全管理体系”。2 系统简介电子警察系统由路口端设备及中心管理两部分组成，其中路口端部分由全景摄像机、特写摄像机、违章自动监测主机、工控机等设备组成；中心管理部分由服务器、管理计算机及中心管理软件组成。电子警察系统的核心: 违章自动监测主机。其采用DSP嵌入式技术，自动采集车辆信息并完成车辆测速、车牌号码自动识别、车流量统计等功能，可以自动监测抓拍闯红灯、逆行等的违章车辆。违章自动监测主机采用以太网接口方式，易于与其它设备接口。系统控制中心管理计算机与各监控点计算机的连接采用星形拓扑结构，每个监控点均可与控制中心直接连接，传输车辆通行数据和监控图像数据。网络互联采用光纤通信方式。整个电子警察系统的设计目标是利用先进的光电、计算机、图像处理、模式识别等技术，对闯红灯的车辆特写图像和全景图像进行连续全天候实时记录，计算机根据所拍摄的闯红灯车辆图像进行车牌自动识别，系统不但具有电子警察功能，同时也提供绿灯卡口功能，可以在绿灯状态下进行测速和流量统计，且在每个路口设置高速球监控系统，对路口车行状态进行实时监控。3技术可行性分析：31系统结构分析电子警察系统（闯红灯违章监测系统）由检测、拍照、识别、测速、数据存储传输及中心管理五大部分组成；其中检测、拍照、识别、测速、数据存储传输设备放置于路口端，中心管理设备及软件放置在指挥中心。通过前面对闯红灯违章行为过程的描述、野外的工作环境、所需信息及系统先进型的分析，在本系统的路口端采用模块化集中式的组织结构，即路口设备除摄像机、补光设备及防护罩等置于横臂杆上外，其它设备均置于专用的路口机柜内，且每个路口设置一个机柜。如下图所示：32系统前端设备分析1检测部分检测部分首先检测“红灯信号”，这是一个组合逻辑(如有些地区信号为组合排灯，不存在简单红灯而必须根据一组红、黄、绿信号组合来分析信号)。在禁行信号有效后，就开始对闯红灯行为进行监测，由于闯红灯违章行为是一种典型的过程行为，因此检测过程分为三步(1)、行为预测(2)、行为跟踪(3)、行为判决，这三部分缺一不可。在早期的闯红灯监测系统(包括现在的个别城市仍在使用的系统)中，由于忽略了上述三个检测过程，因此造成其处罚的法律依据不充分，从而影响了执法机关的执法严谨性。鉴于此检测部分需与分析控制部分紧密结合，对违章行为进行预处理、分析，判别同时控制拍照系统进行抓拍，以便得到最有效、最充分而必要的法律依据即机动车闯红灯违章的详细记录信息。因此，闯红灯违章监测系统中检测的优劣会直接影响到监测系统的可行性。从理论上讲，检测部分的检测机理及监测方法有许多种，但可作为产品且实用的并不多。下面对一些方案作一详细分析：1)、地面埋设感应线圈(或感应棒)这种方法比较经典，如台湾省、北欧的一些国家多采用此法。该检测方法的缺点是在于地面埋设感应线圈的施工量大，路面变更渠化时亦需重埋线圈，另外高纬度开冻期和低纬度夏季路面以及路面质量不好的地方对线圈的维护工作都是巨大的。2)、视频检测该方法通过对连续视频图像的分析，跟踪违章车辆行为过程，依据闯红灯违章行为的三过程，通过分析控制拍照进行违章车辆抓拍。此种检测方法对检测路口的光线变化较敏感，因此图像的算法优略是影响检测效果好坏的根本。一些成熟产品的检测效果是相当不错的。目前，用视频检测闯红灯违章行为的系统实用性、通用性是最佳的，其性能价格比也较好，因此国内外应用此种检测方法的系统占主流。3)、微波雷达微波雷达通过对闯红灯违章车辆行驶造成的微波多普勒效应实现检测，但由于监测路口的多车道、多车辆的复杂性，尤其对违章行为过程三部分的检测实现较困难，因此实际应用中用微波雷达的很少见。     4)、超声检测主要是利用超声测距原理。超声波传感头在路口这种灰尘极大的恶略环境中起使用寿命非常短也就几周。因此检测方法不实用。     5)、激光检测由于激光为点测量行为，无论是通过多普勒效应还是激光高速测距来实现闯红灯违章车辆的检测。从理论上讲是可行的并且检测精度过程都相当高，但激光检测中的激光束对人体主要是人眼的伤害是其在使用中极为严重的问题。在欧美等国家又用激光测速的交通测速仪器，其性能指标不仅要达到国际Classl安全标准，同时在使用中必须人工操控，以避免多人眼造成伤害。在日本是严格禁止用激光作交通检测设备的，因此激光检测在理论上较好，但目前存在成本过高的问题，使得其使用范围受到限制。在本系统中采用视频的检测方式。2、拍照部分前面已经阐述了需要拍照的内容，下面就拍照设备加以分析。1)、光学相机早期和现在一些英联盟国家照片是通过光学相机成像记录在菲林胶片上，现在仍使用此法的原因多是因为法律上对图像记录形式的要求，而绝大多数国家已承认数字图片作为执法依据，菲林胶片在记录后期处理上有大量的工作要做。2)、通用CCD摄像机通用CCD彩色摄像机是目前闯红灯违章监测系统中作为成像设备的主导，其实用性、稳定性、可靠性及性能价格比等都是较好的。用CCD彩色摄像机，因采用CCTV Video标准模拟信号，信号传输距离长，对设备整合安装都比较方便，但其图像数字化后的实际有效分辨率最大为768×576点(45万像素)，对于高速动态拍摄图像采集后实际有效像素也就40万像素，也就是通过通用彩色CCD摄像机进行违章图像记录，为实现照片部分的图像要求，则应合理地安排组合摄像机，一般对过程描述的全景图像，一个方向设一部摄像机，对特写图像再设一部摄像机，这种组合性价比最优。3)、数码相机前几年有些城市安装使用的闯红灯检测系统，其牌照设备均采用数码相机。由于数码相机的清晰度可达到300万像素，作为图像拍摄设备，有很强的优势。但是，处于闯红灯检测系统的严格工作环境下，一者相机即使进行了相应的改造，仍然无法胜任，再者由于民用产品更新换代速度快，给设备的维护工作带来了极大的不便。因此，过去使用数码相机的闯红灯检测系统目前均处于相当尴尬的境地，一些地方的设备甚至已被弃之不用。4)、高清晰数字摄像机高清晰数字摄像机是近几年发展迅速的一种数字化摄像产品，其图像分辨率可达百万像素以上，但缺点是成本极高，是一般CCD摄像机的20-100倍。将来随着社会普及度的增加以及技术的不断进步，其价格也会不断下降。另外由于数字摄像机的数据传输信号为高速数字信息，限制了传输距离，如果应用到闯红灯检测系统中，必须进行重新整合设计，向小型化、专用化、嵌入式发展，从而会引发该类产品的一次大的变革。在本系统中采用通用CCD摄像机对车辆进行拍照。3、识别部分 相当一部分人认为，利用原有监控摄像机代替识别摄像机，采用软件识别方式实现车辆监控可以大幅度降低项目成本。显然，该想法是不现实、不可行的，原因也是多方面的。首先我们来比较一下硬件识别和软件识别的方式：基于硬件识别的车牌识别系统和基于软件识别的传统车牌识别系统在结构上具有完全不同的两种结构方式，下面是两种结构方式的比较。基于软件识别的传统方式 结构如下图一所示：图一：传统软件识别系统结构图基于硬件识别的车牌识别方式一般结构如下图二所示：图二：硬件车牌识别系统结构图由上面两幅图所示来看，两种识别系统的最大的区别在于识别核心在系统中的位置，软件识别的传统方式位于管理软件内，而硬件识别的识别核心位于前端，这两种方式导致了以下的明显的区别，这些区别也正是硬件识别方式相对于传统方式的优势所在：l 系统稳定性强采用软件方式识别车牌号码的传统结构显然占用CPU资源和内存，特别是同时识别多路车道车牌号码，因计算机大量的运算极易造成死机、系统不稳定甚至系统崩溃等情况的发生。而采用了嵌入式硬件结构形式产品，基于国际上先进的DSP数字处理芯片作为识别运算平台，非常适宜于户外全天侯运行，具有极高的系统稳定性和环境适应性。l 识别速度快，准确率高软件识别的车牌识别系统，在系统工作时，容易受到其它程序和计算机系统本身稳定性的干扰，影响车牌识别速度和识别率。而硬件识别系统设计，采用了专用的DSP处理芯片作为运算核心，独立于计算机系统，避免了软件识别时其它程序运行占内存等的干扰，提高了运算速度，并且不受计算机系统稳定性的干扰，因而很大程度上提高了车牌的识别速度和识别准确率。l 汉字识别能力强其它软件识别方式对汉字的识别能力都较差，硬件识别因其计算能力强及采用了优化的识别算法，使其对汉字的识别能力非常强，提高了车辆牌照的整牌识别率。l 系统适应性强，易于集成软件识别的传统方式中由于识别核心在管理软件中实现，从而对识别核心的任何改动或者改进都必须对整个管理软件进行调试、检查，工作量大、繁琐且极易造成系统故障甚至崩溃。而硬件识别的方式，其识别核心位于前端，使识别与管理相分离，这使得其能更灵活地运用于各类车辆管理系统，无需对管理软件进行大的改动即可灵活地加入或去除车牌识别功能。对识别核心的改进也仅需将识别内核换装成高版本的系统，而无需对管理软件作任何改动，管理软件只需根据传输协议接收硬件的识别结果即可(注意，不管识别核心如何改变，传输协议是不变的)。l 环境适应性强由图二中可看到，比较图一，在系统中软件识别的传统结构中，不能对辅助光源控制，也就是说当环境变化时系统会因为光线、天气等问题影响系统性能，尤其是识别率。而硬件识别的产品设计多了一个辅助光源，且该光源受识别核心控制，针对识别效果，自动加载、变化或者关掉辅助光源，实现智能化，更增大了对环境的适应性。可以说，正是这种嵌入式的硬件结构设计提高了识别产品对环境的适应性，使得其能完成适应各种恶劣的室外、野外环境，而这一点在智能交通中是极其重要的，因为交通本来就是在室外进行的活动。在车牌识别开发过程中，科研专家比较软件识别传统方式的结构，发现其具有一些无法克服的缺点(对环境的适应性差，独立性差，应用范围窄等)，最后才决定采取嵌入式硬件结构设计。在采取这种结构方式中，由于硬件平台的运行速度、运行内存空间的限制，必须对识别算法采取大幅度改进。故而，可以说，基于软件识别的传统结构是研发人员曾试图走过的而最后丢弃的一种结构方案，如果没有优秀的识别算法和软硬件集成设计能力，在目前的DSP硬件平台上无法完成这种具有优势的嵌入式硬件结构设计。4、测速部分 在本项目中，我们采用的视频速度检测方式。视频速度检测方式通过视频检测的方式进行车牌的识别和测速，其基本原理是：当目标车辆刚进入车道特写摄像机的视频范围，识别算法首先对车牌进行定位判别，同时启动内部定时器 ，然后对车牌进行切分并且识别。识别算法同时跟踪车牌行进轨迹，当车牌行进出车道特写摄像机的视频范围后，进行定时器中断，这样得出了车牌也就是车辆在视频范围内的行进时间，根据现场摄像机的架设高度及倾角，根据数学公式进行计算即可得出车辆速度，这也就是视频测速的原理，其检测精度和现有的雷达检测方式精度基本相同，同为适用车速范围0到220公里/小时，测速精度为±5%。此视频检测技术已经通过公安部技术科的认证，并已报请国家专利。由上图可以注意到，图片底部所包含的信息中所包含的“速度：33Km/h”就是采用视频测速的方式得出的车辆速度值。（关于图片底部包含的信息说明，在后文中有详细的介绍）5、数据存储传输部分由于闯红灯违章监测系统中的违章信息有大量需要处理的图片数据，因此每个违章事件的存储信息数据量可达80K字节，所以目前用硬盘作为本地数据的暂存是首选。但如此大量的数据对于将数据转存入后端进行处理（即转储）这一过程就突显为瓶颈问题，以下就对几种可能的转储传输方案进行论证。1)、现场换硬盘早期产品多以此法由人工到闯红灯监测现场将存有数据硬盘用一空盘换下，并带回中心集中处理。此方案再换盘时要开关机，硬盘容易受机械性冲击造成损坏。2)、现场网络取数据此方法也要人员到监测现场取数据，而与上述方法不同的是，工作人员用笔记本型便携机通过网线与闯红灯监测系统上提供网络接口连接经网络协议下载违章数据，这种取数据的方案在没有有线远距离数传的条件下应为最佳方案(注：由于数据量较大建议采用100M网络)3)、窄带网络有线远距离数据传输窄带有线远距离传输一般是指用电话线传输。这里要特别指出的是话传数据中虽然ISDN(数传速率可达100Kbitss)快于PSTN(数传速率为33.6K bitss)，但ISDN属非工业级数传标准，因此ISDN数传设备的稳定性和使用环境指标均无法满足闯红灯监测系统的要求，这个问题在有些城市的使用中已被证实。因此窄带有线远距离数据传输应采用ISDN话路加工业线Modem，当然也可以用专线，不过专用话线作数传不如用下属的光纤传输。另外在数传连接上应采用上端主叫巡拨方式，下端被动唤醒上传数据，上下端无需线路上的点S对应关系。这样可最大限度地提高传输效率，降低线路租用费用，提高整个系统的安全性。     4)、宽带有线远距离数据传输宽带有线传输包括如光纤连通DSL等。用光纤进行数据传输在性能上和安全性上是最优的，只是造价高，用DSL高速数据专线也可行，但也需支付较高的线路租用费用。5)、无线网络数传无线网络数传有微波点对点通讯、无线电话网等。在城市中非可视情况下微波通讯困难很大，无线电话网等需较高的费用。6）光纤网络传输光纤网络传输以其传输实时、抗干扰能力强、传输设备成熟稳定性强等特点，一直是城市交通中首选的传输方式。近年来，光纤传输造价也在不断降低，使得光纤传输方式采用更具优势。     综上所述，在一个地区只安装少量闯红灯监测设备或进行有线传输有困难时应采用现场网络取数据。安装数量较多时应采用PSDN电话线数据传输，如果有条件尽量采用光纤传输，无论采用何种方式，为便于设备的通用性和软件的稳定性，建议采用TCPIP网络协议。在本系统中采用光纤网络传输方式6、分析控制部分分析控制部分实现对检测部分采集的数据进行运算处理，分析违章过程，压缩记录数据，实施网络数据传输等。目前此部分几乎都用工控机实现硬件构成。操作系统由Free BSDLinuxWince Dos及Windows系统。其中像Free BSDLinuxWince为可构成稳定、健壮的多任务嵌入式系统，是闯红灯、超速等违章监测系统的发展主流。7、违章监测系统的后端处理违章监测系统的后端管理系统是一个极为庞大复杂的综合系统，这里仅就一些与上端(即路口)设备密切相关的内容作一简单描述。为了进一步减轻人员的工作强度，这部分工作也逐步在提高其自动化处理能力，如在系统中增加车牌号码自动识别等。但一定要注意的是车牌号码识别，它只能作为辅助工具，不能完全代替人工做结论性工作。8、电子警察系统的发展历程机动车闯红灯自动监测系统自1996年诞生以来，给城市道路交通管理领域带来了很大的影响。首先，它推动了现代化科学技术在该领域内的应用。其次，为城市道路交通违法行为监测与管理提供了切实可行的手段。“电子警察”目前已遍布全国近100个城市，总数有数千套之多，且种类繁多，在法律依据、功能，稳定性等方面都有长足的发展。综合交管部门的使用需求及技术可行性分析可归为如下几点：1、进一步丰富违章监测系统中违章信息在法律上的充分必要依据：2、提高系统稳定性，降低维护量，这一点无论对使用部门还是对生产厂商都是非常关键的；3、降低成本；4、小型化、专用化、标准化；5、网络化。因此我们采用的闯红灯违章监测系统是从科学，实用的角度出发，实事求是，为我国用科技手段提高城市交通现代化管理水平做出贡献。综上所述：在吉林市建立以视频检测方式运行且具有车牌识别功能的电子警察系统在技术上已经相当成熟，经过大量的实际应用，可以肯定地说在技术上是完全可行的、先进的。4路口电子警察系统硬件设备设计4.1电子警察硬件需求分析路口电子警察系统主要实现闯红灯自动抓拍取证功能，对路口闯红灯违法的机动车进行抓拍记录。本次建设中根据每个路口监测点的方向和车道数不同，配置相应的设备。抓拍后的数据通过光纤通讯网络传输至指挥中心进行管理和处理。路口电子警察系统主要由全景摄像机、特写摄像机、违章自动检测主机、工控机、机箱和路口杆件等设备组成。根据招标文件需求，实现如下功能及指标要求：l 红灯点亮数秒后（可设定）自动抓拍闯红灯违法车辆图片。所拍图片可清晰辨别红灯信号、停车线、违法时间、违法地点、违法类型、红灯时间、车辆类型、车牌号码、车牌颜色等内容；l 实别涵盖所有牌照种类：包括02式个性化牌照（GA36.1-2001）、现用92式牌照（GA36-92）、新式军车牌照、外交使馆牌照、警车牌照、武警车牌照以及摩托车牌照等等，并可识别出牌照颜色包括蓝、白、黑、黄四种颜色。l 对违法过程进行抓拍的记录要求：拍摄三张全景，一张车牌特写共四张有效图片；三张全景图片信息能反映车辆闯红灯违法过程，能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个车身通过路口的情况。l 在白天和夜间都能清晰辨别红灯信息；l 整个系统可在绿灯时间实行卡口运行方式，包括对车辆的测速、黑名单车辆稽查等等功能，开可以对整个路口的车流量进行流量统计并生成报表。l 可实现路口最多4方向12车道的闯红灯违法抓拍；l 抓拍到的图片可传输到指挥中心，也可接受指挥中心指令，进行实时数据传输和历史数据传输的设置；l 记录图片采用JPEG格式存盘，主机配备不低于80G的硬盘，可以保存至少三十天的车辆记录，并保存路口48小时以上实时监控数据；l 可对抓拍软件进行参数设置，包括视频抓拍参数、车道数目、车道属性、保存图像的大小、数据保留天数等参数的设置；l 要求主机连续24小时不间断工作，并且程序能够自动运行。一旦断电停机，来电后路口主机能自动复位运行执行程序，确保系统的长期有效运行；l 具备自动车牌识别功能，可实时识别牌照的汉字、数字、英文字母，牌照平均识别速度<150ms，白天识别车辆牌照的识别率大于97%，夜间车牌识别率大于95%。l 主机捕获率：白天大于98，夜间大于96。4.2电子警察硬件总体设计电子警察系统的前端硬件全部采用模块化、嵌入式设计，保证各个模块独立运行，互不干扰，任何模块出现故障都不会影响其他模块的正常运行，更不能影响这个系统的正常运行。同时系统采用防雷击措施，主机具有防盗报警功能。该系统的核心:违章自动监测设备采用嵌入式技术，自动监测抓拍闯红灯的违章车辆，并识别车牌号码、车牌颜色、车流量等信息。还可在绿灯时间实行卡口运行方式，包括对车辆的测速、黑名单车辆稽查等等功能，开可以对整个路口的车流量进行流量统计并生成报表。违章自动监测设备采用基于IP的网络接口或其它数据接口方式（RS232、RS485、USB等），易于与其它设备接口。指挥中心与各个车道违章自动监测点的连接采用星形拓扑结构的通信网络。整个系统的设计目标是利用先进的光电、计算机、图像处理、模式识别等技术，对监控路面过往的每一辆机动车的特征图像和全景图像进行连续全天候实时记录，计算机根据所拍摄的图像进行车牌自动识别并对嫌疑车自动报警。4.3与普通电子警察设备的异同由于我们在违章车辆视频监测部分采用的是硬件方案,与传统的软件监测方案有很大的区别:首先:处于本系统核心地位的视频监测主机采用DSP数字信号处理器,DSP本身就是为数字信号处理(包括图像处理)而专门设计的运算平台，其特点如下：1.我们采用的美国德州仪器公司生产的DSP芯片采用改进的哈佛结构（Havard structure）。其主要特点是程序和数据具有独立的存储空间，有着各自独立的程序总线和数据总线，由于可以同时对数据和程序进行寻址，大大地提高了数据处理能力，非常适合于实时的数字信号处理。TI公司的DSP芯片结构是基本哈佛结构的改进类型,2.其指令系统是流水线操作,可以同时运算8条指令,而普通的计算机是不能做到这一点的,而且计算机上的图像处理的速度受制于操作系统的性能。3.采用专用的硬件乘法器,而在一般的计算机上，实际上还是由加法和移位来实现的,而图像处理需要大量的乘法运算。4.特殊的DSP指令。DSP芯片的另一个重要特征是有一套专门为数字信号处理而设计的指令系统。而这也是目前计算机不具备的。通过以上论述我们可以看出采用DSP硬件实现车牌抓拍识别的优势，我们通过使用硬件方式的高速硬件平台，配合我们在机动车视频监测技术方面高速算法，可以做到连续监测抓拍的时间间隔<0.02秒，对于PAL制式的摄像机来说就是可以完全捕获和处理其所有数据,这也是其它电子警察系统难以实现的。由于我们采用硬件的视频检测和抓拍识别方式，所以不会增加工控机的负担，从而也就为系统的可扩充提供了有力的保障，每个路口端工控机可扩展到监测12个车道。由于采用硬件检测方式，系统的稳定性也大大增强，不会由于操作系统的缺陷而导致整个系统不稳定。其次:违章自动监测设备的数据传输采用基于网络的接口设计，使得违章自动监测主机更加符合目前的网络化需求，更易于与其他设备的连接，并对增加系统的高效性和可维护性起了很大作用。4.4电子警察硬件工作流程及工作原理路口端电子警察系统的结构图如下所示： 其中核心部分“违章自动监测主机”在硬件上由红绿灯适配、DSP识别、多串口、数据汇集、温控等模块组成，在软件上由车辆特征快速提取算法（包括车牌、车灯、车辆轮廓三种方式）、车辆特征快速匹配算法、光学畸变校正算法、速度测定算法以及图像压缩算法等组成。其结构框图见下图。4.5电子警察硬件功能模块设定路口电子警察设备采用模块化、嵌入式设计，由全景摄像机、特写摄像机、补光系统、违章自动监测主机、工控机等组成，其中违章自动监测主机由红绿灯适配模块、DSP识别控制模块、多串口模块、ARM通信模块、电源模块等组成，系统的设备连接图如下图所示：1补光系统路口电子警察系统采用专用的调光、控光模块，针对天气和时间变化的需要，可以快速调节摄像头的光圈、快门等参数，保证抓拍图像的视觉效果。对于清晨、正午、傍晚、夜晚、夕照、车辆大灯、阳光直射、多云、以及雨、雪等天气状态下，自动调节各种参数，避免了普通电子警察系统在天气、光线等变化时，车辆图片肉眼不能辨别其车辆特征的情况下对车辆图像抓拍和车牌识别的影响。补光系统还能够自动控制LED补光设备的开启和关闭。2红绿灯适配模块 实现电子警察系统与路口红绿灯状态适配功能，当红绿灯状态转变时，给识别控制模块提供信号。3识别控制模块 识别控制模块是违章自动监测主机的核心模块，负责实现视频触发、车牌号码自动识别、视频测速、图片抓拍等功能。以数字信号处理芯片作为算法运行的硬件平台，所有算法固化在硬件之中，可以脱离计算机独立运行，集成了所必须的硬件和软件，不再需辅助的设备即可完成其功能。在硬件上，集成了光学成像控制、数字信号处理器、存储器（数据和程序存储器）等；在软件上，集成了车辆特征提取、车辆特征匹配、光学畸变校正、速度测算、图像压缩算法等算法。其从根本上解决现有测速技术的不足之处，实现单一摄像设备的视频测速系统及其方法，能够在不需要附加其他检测设备前提下，准确地测量单一车辆的速度，车辆唯一性100，测速误差小于5，测速范围0220公里每小时。4ARM通信模块ARM通信模块是专为识别控制模块开发的通信模块，采用嵌入式操作系统，保证不死机，可以同时接收四路高速串口数据，并将其转换成网络数据，并具有64M高速缓存功能，可缓存1000条车辆违章信息（包括图片），使得即使在工控机出现故障复位时系统不会丢失数据，流量信息100万条以上，保证在通讯线路故障或监测点工控机故障时，保证24小时数据不丢失。5多串口模块 多串口模块采用高速串口，可达到920K的串口通信速率，同时处理四路串口信息，是专为识别控制模块开发的专用多串口通信模块。6温控模块 实时监测调整机柜温度，保证系统在30°C-+70°C温度范围内的正常运行，提高了系统的野外工作环境适应性。4.6电子警察硬件可扩充性设计由于系统采用了模块化的结构设计，并且前端设备采用基于网络接口的违章自动检测设备，使得系统的可扩充性得到保障。只要增加前端设备及相应模块的数量，甚至不需要增加工控机的数量，这是一般作违章检测电子警察设备无法做到的。4.7电子警察硬件安全设计电子警察系统的前端全部硬件采用模块化设计的思路，保证各个模块独立运行，互不干扰，任何模块出现故障都不会影响其他模块的正常运行，更不能影响这个系统的正常运行。系统主机一般不死机，即使出现死机现象，也可以极短的时间内复位重启，不影响系统正常运行，系统主机自动侦测各个模块的设备运行状态，系统运行状态及时上报指挥中心，使得在网络连通时指挥中心可以随时查阅前端各子系统状态；在网络出现问题时，指挥中心通过检查前端子系统的运行日志，可以直接判断是否为网络故障，减少现场检查设备的次数。同时系统采用防雷击措施，主机具有防盗报警功能。4.8电子警察系统安全构建的关键点1. 违章自动监测主机的稳定运行：本产品是基于嵌入式系统平台开发的电子产品，在正常工作条件下、可以保证连续100000小时的无故障运行。2. 工控机的稳定运行：由于计算机软件的复杂性，以及WINDOWS操作系统本身的缺陷，任何人也无法保证工控机不会出现死机现象，对此我们采用硬件看门狗的方式，由系统软件与硬件看门狗通讯，一旦出现计算机或软件死机，系统将自动重启，保证系统连续运行。3. 数据传输和共享的安全性：基于对公安系统网络安全的考虑，本公司在软件开发时已经采用了通讯程序协议加密、数据加密、网络端口扫描监测等技术，不会出现由于软件自身缺陷造成可能的外部入侵，同时在实现在广域网中的数据库信息共享问题。5. 路口管理软件设计方案路口端的系统管理软件采用模块化设计的思想，尽量降低软件的复杂程度，预留与现有公安系统闯红灯违章软件的软件接口。系统实施过程遵循科学的流程和有关技术要求，坚持按照标准的实施流程完成系统的建设。系统实施流程应只与系统的需求和类型相关，而不能因人而异。例如：软件系统的开发过程应该参考软件工程的具体要求进行科学地开发。系统实施的各个阶段将遵照质量控制方案的要求，分阶段地进行系统测试，逐步地实现质量控制目标。5.1电子警察软件需求分析 根据吉林市的路况及业主需求，路口端电子警察的管理软件主要实现以下功能：1 闯红灯、逆行等违章车辆图片、车牌识别结果等信息的接收、存贮、管理和上传；2 黑名单比对功能、黑车远程报警功能，卡口方式运行时车辆信息本地存储以及记录远程查询功能。3 记录图片采用JPEG格式存盘，可以保存至少三十天的车辆记录，对违法过程进行抓拍的记录自动拍摄三张全景，一张牌照共四张有效图片；三张全景图片信息能反映车辆闯红灯违法过程，能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个车身通过路口的情况、4 自动将抓拍到的图片可传输到指挥中心，并也可接受指挥中心指令，进行实时数据传输和历史数据传输的设置。5 发送远程查询、设置指令操作6 网络防入侵及报警功能7 全景图像采集、存储、处理功能8 硬盘录像功能（预留）等等5.2电子警察软件总体设计按需求分析，可以将电子警察软件的功能划分成以下几个模块处理1. 违章自动检测数据接收模块红灯点亮数秒后（可设定）违章自动监测主机自动抓拍闯红灯违法车辆图片，并将图片、车牌识别结果、车牌颜色等信息，传输到工控机，数据接收模块负责将信息接收到工控机中，并通知数据处理模块进行处理。2. 黑名单查询模块在绿灯状态下，通过对通行车辆的车牌识别，然后通过对黑名单数据库的查询，实现黑名单比对功能、黑车远程报警功能，同时实现车辆信息本地存储以及记录远程查询功能。3. 超速报警模块可在软件中分别设置各个路段的限速值，对于超出限速值的行进车辆，软件自动将该车图片及相关信息上传至中心超速违章数据库内。4. 违章检测仪数据处理模块：记录图片采用JPEG格式存盘，可以保存至少三十天的车辆记录，对违法过程进行抓拍的记录自动拍摄三张全景，一张牌照共四张有效图片；三张全景图片信息能反映车辆闯红灯违法过程，能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个车身通过路口的情况5. 以太网违章数据传送模块：自动将抓拍到的图片可传输到指挥中心，并也可接受指挥中心指令，进行实时数据传输和历史数据传输的设置。6. 系统参数设置模块可对各种参数进行设置，包括视频抓拍参数、车道数目、车道属性、保存图像的大小、数据保留天数等参数的设置等。7. 数据加密模块为保证整个网络的数据安全，数据加密是必不可少的，我们采用MARS和RSA两种以上的加密算法对所有通过网络传输的数据进行加密处理，并不定期更换密钥。8. 远程控制模块指挥中心可以通过发送远程查询、设置指令操作本地工控机。9. 系统自检、上报模块。此功能使得在指挥中心可以动态察看整个系统所有设备运行状态，包括正常、故障等各种信息，便于维护。10. 系统入侵监测模块工控机在加装软件防火墙的同时，我们的系统软件具备入侵监测功能，并封闭除必要的网络端口以外的其他端口，尽量不给黑客留下可乘之机。11. 硬盘录像模块预留系统预留48小时的四向实时录像功能，其录像文件的时间段、文件大小可设置。软件界面参考：抓拍闯红灯违章车辆处罚样图：图片信息中包括了违章时间、违章状态、车牌颜色、车道编号对应着违章地点、红灯启动时间以及车辆行进速度，至于车牌识别结果则是作为图片文件名进行保存并写入数据库中，并不需要在图片上显示。卡口状态下车辆图片信息：由上图可见，由于车辆并不是出于违章闯红灯的情况下，所以图片信息中并没有“违章状态”和“红灯时间”这两部分。5.3电子警察软件工作流程其工作原理如下图:5.4电子警察软件可扩充性设计由于本系统的违章监测抓拍采用硬件方式，数据传输采用网络接口，设计思路与传统软件监测抓拍违章的方式不同，系统软件的负荷很低，这样就为系统的扩容提供了较大的资源空间，例如每个电子警察监测路口可扩展到12车道。也可根据用户需求做管理功能的扩充性设计。5.5电子警察软件安全设计由于软件的复杂性，以及WINDOWS系统的潜在不稳定性（在此我们建议前端主机的操作系统采用非WINDOWS体系），使得软件在设计时必须考虑可能出现的死机和系统崩溃，我们在安全设计时主要采用以下几种安全措施：1 系统主机采用硬件狗防死机措施2 系统软件模块化，简化软件的复杂程度，避免由于程序引起的系统死机现象。3 系统软件具有日志，便于维护和监测系统故障。4 系统具有断电复位功能和自恢复功能。5 系统有子备份功能：最大限度地保障数据安全。6 网络数据加密：在影响数据传输的前提下，最大限度保证网络数据的安全性。7 网络安全：具有外部入侵检测功能，在发现外部入侵时可及时上报指挥中心，并可在必要时自行断开网络，最大限度地保证网络数据安全。8 定时上报系统运行日志，和设备自检信息到指挥中心，便于管理人员日常维护和发现前端设备的潜在安全隐患。6路口电子警察系统主要功能和特点6.1电子警察系统的主要功能根据吉林市城市交通特点及招标文件要求设计的本电子警察系统具有如下的主要功能：1.电子警察功能(1)监控的行驶方向为红灯期间，对闯红灯的车辆自动检测，并自动拍照，对闯红灯车辆的车型、车身颜色、牌照号码记录清晰、完整。(2)可记录违章地点（路口名称）、车辆行驶方向、违章时间（年月日时分秒）。(3)全景照片（3幅：压线前、压线中、压线后）应包括红灯信号标志、车辆越过停车线违章过程的全景，显示自动识别后违章车辆的车牌号码。(4)根据设置，将记录信息定期或立即上传到中心，能自动完成车辆信息查询，可自动或手动打印违章通知单。2.卡口功能监控的行驶方向为绿灯期间，系统以卡口方式运作，拍摄相关车道进入路口车辆，并实时上传到中心存储。当发现预先录入（或自动下载）的可疑车辆通过时，能自动向中心报警，同时将有关数据传回。具有车速和流量检测功能。系统具备远程操作功能，可以通过网上任意一台授权的计算机进行操作和查询，具有完善的图片数据库管理功能，可以按车辆通过时间、车型、车速、车辆牌照（可以使用通配符）、路段和综合方式查询。3.其他功能系统应能全天候全时段工作，随时拍摄闯红灯车辆，不受天气、高温、低温的影响，性能稳定，维护简便。6.2路口电子警察系统的主要特点及优越性（1）可靠的抓拍率实时检测和记录通过车辆的有关信息，在夜间和雨雪天气和各种光照条件下也能够正常抓拍，不受天气和光线条件的制约。（2）视频触发 避免线圈触发的弊端（断路施工、线圈因道路变形而变化）。捕捉率高，白天