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高清卡口系统在平安城市中的应用

平安城市建设范畴非常广,包括政治、经济、治安、消防、环境、交通、社会公共资源整合、人民素质提高等等,简而言之,平安城市就是通过三防 (技防、物防、人防系统)建设城市的平安和谐...
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  卡口系统背景

  平安城市建设范畴非常广,包括政治、经济、治安、消防、环境、交通、社会公共资源整合、人民素质提高等等,简而言之,平安城市就是通过三防 (技防、物防、人防系统)建设城市的平安和谐。一个完整的安全技术防范系统,是由技防系统、物防系统、人防系统和管理系统,四个系统相互配合、相互作用来完成安全防范的综合体。安全技术防范系统很重要的一个子系统就是出入口控制系统,而出入口控制系统中最核心的就是高清卡口系统的建设,以下文章就是针对平安城市建设中的高清卡口建设展开深度剖析。

  卡口国内现状

  传统卡口主要是指公安机关用于堵截、盘查违法犯罪嫌疑人的治安设施。一般设置在交叉路口,过桥、过河等交通要塞位置,用于记录、保存、传输卡口现场信息的相关智能化设备,一般包含三个部分:前端记录系统、网络传输系统、后台管理中心。治安卡口根据使用对象不同而分为治安 (布控)卡口和交通(测速)卡口,一般都是设置在人、车流量较大且案件常发地段。国内治安卡口的发展是“五花八门”,先后有利用光学胶卷相机、数码相机、视频摄像机+数码相机、高速球形机、视频摄像机、高清摄像机等不同图像采集设备的诸多类型。卡口系统的建设,主要是通过前端检测设备采集并记录所有经过本断面的机动车、非机动车、行人等信息,对经过的车辆进行车牌识别、经过的非机动车和行人进行记录,采集本断面所有机动车、非机动车、行人的图片和数据信息,并与信息中心通讯。

  传统卡口系统,几乎都采用模拟标清成像技术,分辨率最大为768*576,像素不足。模拟摄像机所采用的图像传感器虽然具有很好的线性,但模拟线性成像中存在图像层次区分不明朗、对比度差等问题,直接导致刑侦、治安等业务部门追查套牌车辆、黑名单车辆、肇事车辆时,司机的面貌无法看清楚,以及无法提供目标车辆清晰面部特征的前排乘坐情况。

  卡口业务需求

  高清卡口的业务需求,应该包括提供可供实战的应用功能,更好地提升道路动态管控和治安、刑侦、交通管理水平,在打击和预防犯罪、处置突发性事件、规范城市交通秩序和其它应用中发挥作用。系统需要成像清晰、实时可靠,实现对辖区内运行车辆、行人进行有效管理,不仅可以进行传统的事后查找,还要实现预警功能。

  为满足业务需求,高清卡口建设需求至少包含以下几个方面内容。

  1、对通过监测区域的所有对象,包括机动车特征、机动车驾驶人、非机动车、非机动车驾驶人、行人,都能够清晰捕获;

  2、对所有断面进行全区域的覆盖;

  3、对通过外场设备记录下来的信息,不仅能够进行实时信息监控报警,还能通过查询和数据挖掘手段进行历史信息回溯以及对该信息进行有效处理分析。

  在实际应用中,结合业务管理要求,主要信息需求如下。

  对机动车的信息需求

  机动车的车型车种等信息反映了道路交通流的车辆结构和组成,通过采集道路交通流的车型车种等信息,掌握不同地域号牌车辆、不同营运性质车辆、以及不同车型车辆的时空分布状况,对于提高道路交通组织、交通管理决策水平,加强对外省市车辆、非环保车辆管理水平,灵活地配置警力或安全管理设施,打击针对车辆的违法行为、犯罪等应用是非常必要的。

  需要掌握在道路机动车道上行驶的机动车的基础信息、动态信息和在非机动车道上行驶的机动车的基础信息。其中机动车的信息主要包括经过地点、行驶方向、经过时间、号牌号码、号牌颜色、车身颜色、车辆类型、厂商标志、装载情况、断面流量等内容。

  对非机动车的信息需求

  需要掌握在道路非机动车道上和在道路机动车道上行驶的非机动车的信息,可以为对象特征匹配、检索提供支持。

  非机动车主要有自行车、摩托车、三轮车等,其行驶并非严格按照道路管理规范要求行驶,存在大量的逆向、超越及交叠等不规律行为,存在很大程度上的随机性,再加之目标对象本身无相对固定的特征点,对于直接获取数据信息难度相对较大,比如说车型、号牌号码及车身颜色等。[nextpage]

  对人的信息需求

  需要掌握道路上的行人信息和机动车前排司乘人员的面貌特征,满足对于刑侦、治安等业务部门要求追查套牌车辆、黑名单车辆、肇事车辆的司机面貌和行人衣着主体颜色、面貌特征的需求。

  综上所述,平安城市中的高清口系统应该能记录所有经过卡口的目标,成像清晰、实时可靠,对记录的车辆进行车牌识别等处理,实现系统相关的业务统计、检索、管理、数据交换等功能。

  卡口关键技术

  在平安城市建设需求的大背景下,卡口建设实际环境多是路况条件复杂、对象移动不规律、周围环境存在不可预料的因素,为保证一个卡口系统在上述各种条件下运行的高可靠性与可用性,需要采用较为合理的技术实施方案,前端检测设计的主要因素包括目标识别、抓拍触发以及抓拍补光三个方面等,本节分别论述其可行性。

  高清目标识别分析论证

  根据车牌识别的特性,使用当前先进的车牌识别技术,当车牌在图像中的宽度大约在80个像素至180个像素时(典型值是数字摄像机100-120个像素,模拟摄像机150个像素),车牌识别的性能和准确性最佳。一般标准模拟摄像机采集的图像宽度是768个像素,车牌的宽度是44cm,这时,标准摄像机能监视的场景只有188cm至282cm之间(典型值是225cm),而一个标准车道宽是375cm,对于部分骑线行驶或跨线行驶的车辆信息采集必然会有一定疏漏。按照120个像素的车牌宽度计算,若采用200万高清晰摄像机,可监视的视宽为704cm,能满足两个车道的监控需要,并能与左右两侧相邻车道摄像机各交叉覆盖部分,很好地解决跨线漏车问题。

  同时高清的视场高度,可监控475cm的垂直视场,可看到整车的范围。而采用两百万像素摄像机作为机动车道摄像机,同一摄像机还可以同时提供全景图片,能够清晰辨认车辆类型、车身颜色、所载货物和所处位置,能够清晰辨别人员衣着穿戴等主要特征,而不需要架设专门的全景摄像机。采用两百万像素摄像机,车辆和人员的有效像素数均有显著提高,可以更有效的满足治安卡口对车辆和人员高清晰抓拍的需求。

  目标抓拍触发技术比选

  常见卡口运动目标的抓拍触发方法有以下几种:线圈触发、线圈触发+视频触发、视频触发。

  线圈+全视频触发的工作的=方式使系统的触发可靠性更高,在机动车捕获方面互为补充提高机动车捕获率,线圈捕获率基本不受气候等环境影响,全视频提高了前车挡后车、后车跟前车太近等情况下的捕获率;在机动车道/机非混行车道/非机动车道上有非机动车与行人的情况下,线圈触发不能捕获,全视频触发则可以很好的捕获。

  综上,高清卡口系统不同于普通的车牌识别系统,对机动车、非机动车与行人的抓拍同样重要,需要采用最高捕获率及可靠性的系统。对于机动车道、机非混行车道采用线圈+全视频的检测方式最大程度上保证行人、非机动车、机动车辆的捕获,对于非机动车道采用全视频的检测方式保证行人、非机动车的捕获。综合考虑,线圈+全视频触发具有最好的目标捕获能力,对行驶在机动车道、非机动车道、机非混行车道上的机动车、非机动车与行人都能进行抓拍触发,方便扩展事件检测功能,抓拍准确率高,是最可靠的触发方式。

  目标抓拍补光方式比选

  根据不同的功能要求,结合环境保护要求及防扰民要求,采用合适的补光方式。目前,常用的补光方式有曝光灯补光、LED灯补光。

  曝光灯补光(高强度气体放电灯)利用电子激发气体发光,瞬间产生强光。例如35w氙气灯能产生3200流明的强光,亮度提升300%。

  曝光灯在视场照度提升方面有着明显优势,可以通过曝光灯补光看清机动车前排司乘人员的特征。但曝光灯补光会给人以曝闪的感觉,对环境有一定程度的光污染,需要通过技术及工程设计,限定曝光的范围及角度,使用恰当的曝光灯进行补光。

  LED光源,绿色环保,光线柔和、功耗低、寿命长,是未来照明发展方向。

  在LED补光方式中,有一种可控窄脉冲高亮度LED灯补光方式,与摄像机同步触发。该技术脉冲时间1毫秒,仅为普通闪光灯的1/3;亮度高,色温高达5600K,图像色彩还原性好;长寿命,其寿命超过50000小时,而且其寿命与频闪次数无关;对周围环境和驾驶员的正常通行无影响。由于采用窄脉冲频闪方式,在保证瞬时亮度的同时,其平均功耗仅为约35W,节省能源,保护环境。但LED补光在夜间成像质量上目前尚无法达到曝光灯的水平。[nextpage]

  同时,LED灯可以给监控视频提供补光,而曝光灯则不能。

  根据高清卡口业务需求的特性,需要对对机动车、非机动车及行人均进行抓拍。综合考虑对机动车前排司乘人员特征及车辆前部特征捕获以及减少对行人和周围环境的影响,采用如下的补光方式:机动车道、机非混合车道采用LED灯+曝光灯补光;人行道采用LED灯补光。

  卡口典型应用

  高清视频监控卡口系统总体组成由前端卡口信息采集子系统、通信子系统、高清视频监控卡口信息中心三部分组成,下面对系统的组成进行说明(如图1)。


  前端卡口信息采集子系统:主要功能为信息采集和通讯,即采集并记录所有经过本断面的机动车、非机动车、行人等信息,对经过的车辆进行车牌识别、经过的非机动车和行人进行记录,采集本断面所有机动车、非机动车、行人的图片和数据信息,并与信息中心通讯。

  通信子系统:完成前端卡口信息采集子系统与信息中心之间的高速通信,传输前端卡口信息采集子系统所采集的各种数据、图片及视频流,满足系统对分布式存储在各前端卡口信息采集子系统内的各种数据的调用。

  信息中心:是高清视频监控卡口系统核心业务处理中心,是用户访问整个卡口系统的窗口;完成数据信息和图片的接收、处理及存储,实时展示各系统和前端采集设备的状态以及对系统的日常管理;根据实时车辆信息,进行黑名单比对、套牌车检测、行驶轨迹分析、跟车关联分析等业务处理,完成对车辆布控等实战功能;能够根据业务要求,提供综合查询功能,为业务分析提供参考依据。

  中长期建议

  根据笔者多年来在平安城市建设摸索的经验、同时与广大的公安交警用户的交流、结合当前新技术新潮流的分析与理解,笔者对平安城市中的高清卡口建设提出以下中长期建议。进一步引入高清视频技术以及视频智能分析技术,加强综合应用能力。基于高清视频技术的视频智能分析系统,可以帮助用户在一个监测信息点,同时实现对高清视频图像、车牌数据、交通流数据、交通事件、违章等多种交通数据信息的综合采集应用,可以改变我们在交通管理方面视角限于一个路口、一条路段、一片辖区,交通管理难以从整体把握的现状,建立由交通视频监控、事件检测、流量检测、违法监测和卡口监测等多种系统组成的多维、立体的综合监测网络,实现对城市道路交通状况、交通流信息、交通违法行为以及治安管控效果的全面监测,彻底、从繁重的“人海战术”中解脱出来,从而实现从点到面的交通治安监管,为和谐社会平安城市的建设提供有力保障。进一步加强和深化视频录像的应用,如建立多功能搜索视频库,可根据各类车牌、(机动车和自行车、摩托车等非机动车)车型、车标、车辆(和行人)颜色、事件、地点等等各种关键词搜索视频库中的录像文件和图片资料,可极大大降低公安部门的交通、治安、刑侦等各个业务部门的管理应用人员工作量,提高工作效率以及科技应用水平。

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