电子警察系统应用工程设计研究

电子警察系统应用工程设计研究内容摘要：

交通违章，迅速的获取违章证据，提供行之有效的监测手段，改善城市交通拥堵现象起了重要作用，它已成为道路交通管理队 伍 中必不可少的重要一员，以充分发挥它的准确、公正的执法作用。 电予警察从九十年 代末出现，到现在被广泛应用已有十多年，这十多年中各种新技术、新方法在电子警察系统中的不断应用，推动了电子警察的发展，特别是近几年来，大量现代高科技在电子警察中的推广和使用，使电子警察有了长足的发展，在公安交通管理工作中发挥了巨大作用，得到了社会的极大关注和普遍认可。 电子警察是智能交通系统的重要组成部分，伴随着智能交通的发展而发展。 中国七十年代末经济的快速发展，促进了现代交通的发展和交通管理水平的提高，以交通信号控制为代表的现代交通管理方式和手段在我国的大中城市相继出现，这些系统在发挥其重要作用的同时，不遵守 交通管理法律的行为日渐显露，如何解决。 电子警察随之诞生。 电子警察的产生有其深刻的现实意义。 九十年代以来，国民经济高速发展， 城市化进程日益加快，城市规模日趋扩大。 与此同时，机动车保有量和驾驶员数量大幅增加，交通日趋繁忙，交通拥堵越来越严重，再加上部分驾驶员交通安全意识淡薄，以至于道路交通秩序混乱，交通违法现象和交通事故的发生率逐年上升。 保持道路交通的安全、畅通、有序，遏制交通违法行为和交通事故的上升势头，成为交通管理部门亟待解决的问题。 这种交通形势的变化，使传统的交通管理模式和手段 —— 现场交通执法方式已 不能与现实的交通状况相适应。 因此，利用先进的高科技手段进行动态的、非现场的交罗益昌：电子警察系统应用工程设计 研究 8 通执法的重要性日益显现，电子警察正是顺应了这种需求而诞生的。 它不受场地、时间、环境的制约，可以二十四小时全天候的自动监测道路上的交通违法行为。 为解决城市交通管理难题开辟了一个新的途径。 在改善交通秩序、减少交通事故、增强执法公正性、提高道路通行能力等诸多方面效果显著。 电子警察随着科技发展而逐步进化，其核心部件图像采集设备已由过去的光学胶片相机发展到数码相机、摄像机，这部分的工作效率和质量都有了飞跃式的发展。 违法检测技术也有了长足的进 步，有磁感应检测、视屏检测、微波检测、超声波检测、激光检测和红外线检测等检测技术。 同时，后台的管理技术、互联网网络技术及相关软件也有了很大的发展，车牌识别技术、数据库管理方法及人性化的管理软件技术等等方面都电子警察系统的稳定高效工作带来了技术上的保证。 电子警察系统作为一种具有交通执法功能的辅助执法工具或手段，他是在道路交通问题与执法管理出现矛盾的情况下，随着科技的发展应用而生的。 电子警察系统作为智能交通管理的重要组成部分，他是随着现代科学技术的发展而不断发展的。 我国的电子警察经过十多年的探索和发展，至今 已经历 4个发展阶段，产品在稳定性、实用性和系统性方面都取得飞速的发展 [5]。 第一代：光学照相机式 此类设备源于德国，出现在 1996 年，使用普通光学照相机进行图像采集，通过路面上埋设的地感线圈进行检测，由单片机接收检测状态，并控制光学照相机进行拍照。 优点：照片信息不可修改，设备安装简单，建设费用低，见效快。 缺点：照片信息非数字格式，传递、保存、转换难；不能连续快速抓拍，不能同时显示年月日和时分秒，证据不够充分；胶卷需要人工更换，昼夜使用的胶卷型号不同，人力成本太高；夜间使用需要安装闪光灯来进行补光，容易对司 机和行人造成干扰。 地感线圈施工量大，由于切割破坏路面，容易受道路维修和维护的破坏，维护费用也较高，使其在实际应用中很难推广使用。 目前，这类设备己经不再使用了。 第二代：民用数码相机式 使用民用数码照相机进行违法抓拍。 检测技术与第一类相同，是对第一类电子警察的改进。 它能直接将抓拍到的照片数字化，然后存贮在闪存卡上，或通过数字相机的通信接口将照片下载到计算机磁盘中。 由于民用数码相机价格低、图像分辨率高在一段时间内被广泛使用。 但为适应野外恶劣的工作环境和实时抓拍的要求，往往需要对数码相机内部控制电路作些改动，如相 机的复位、电源、快门、埘焦和变焦等控制线需要引出，并与车辆触发感应及信号灯相位摔制线结合在一起进行逻辑判断，即构成所谓的违章拍摄控制器。 而数码相机内部电路大多是 CMOS 电路，所引出的违章拍2020届交通工程专业毕业设计（论文） 9 摄控制线容易使数码相机内部硬件电路损坏，或者该部分电路绎长线驱动后容易遭 受雷击破坏和外界强电的干扰。 维修维护是大问题，由于是民用产品，使用寿命低。 这代产品基本沿用第一代产品的思路，只不过将传统照相机替换成市场上新出现的数码相机。 存在几个明显的不足： （ 1） 数码相机设计、制造都是面向民用消费的，无法保证在室外复杂环境下稳定可 靠地工作； （ 2） 数码相机本身无加密器件，生成的图片为数字图片，易于后期修改，但要保证图片的唯一原始无人为恶意修改性很难。 在新交通法颁布实施后，要将其作为司法取证的依据，法律有效性难以令人信服； （ 3） 满足公安部颁布的行业标准《闯红灯自动记录系统通用技术条件》中技术要求难度很大，技术不成熟。 第三代：工业 CCD摄像机式 随着视频处理芯片技术的发展， CCD 摄像机得到广泛应用，其工业级的产品特点克服数码相机的诸多缺陷。 在与工业控制计算机结合后，使其取证过程的严密性、高效性得到保障，为解决路口取证这一基础环节提供 可靠的硬件保证。 CCD 摄像机多选用具有清晰度高（≥ 48OTVL）、照度低（≤ uX)、信噪比高、动态抗逆光与强光抑制、背景光自动补偿、白平衡自动调整等功能的工业级摄像机，并配置专业的光学镜头。 CCD 摄像机根据抓拍内容的不同可分为全景摄像机和牌照摄像机。 全景摄像机可记录违法车辆的概貌信息及周边环境因素（如路口渠化、停车线位置、信号灯颜色等）；牌照摄像机则抓拍同一车辆的牌照图像，清晰反映车辆号牌信息。 全景与牌照图象的对应关系，保证违法取证的准确性和有效性。 与以数码相机作为取像设备的电子警察系统相比，采用 CCD摄像机具有明显的优势。 CCD 摄像机发展多年，属于工业级产品，具有稳定性能高，连续抓拍能力强，扩展能力强等优点，正得到更广泛的实际应用。 这一代电子警察的主机设备多采用工业控制计算机与 Windows操作系统相结合的架构，较前代产品有比较显著的性能提升，但其软硬件的缺陷也会造成系统经常死机和系统崩溃的问题，系统的可靠性和稳定性不够理想。 第四代：以高可靠的工业级 CPU与 Linux 操作系架构完善的管理信息系统 随着电子警察的普遍应用，设备的可靠性越来越受到重视，普通的工业控制计算机已不能满足室外复杂环境的要 求； windows 操作系统在运行中产生的各种弊端也日渐突出，长期运行所造成的系统垃圾严重影响系统的稳定性。 随着用户需求的提高，越来越多的设备商尝试采用更可靠的硬件和更稳定的操作系统 —— 工业级 CPU 和罗益昌：电子警察系统应用工程设计 研究 10 Linux 操作系统，并在此基础上形成一套功能完善的电子警察违法管理信息系统，保证系统运行的可靠性和稳定性，并满足交警部门违法处罚业务的需要。 目前，我国各城市建设的电子警察系统普遍采用数码相机电子警察产品，或者将数码相机和 CCD 摄像机相结合的电子警察产品，但随着第四代电子警察系统的研发，并在实践中得到越来越多的工 程应用，其在实用性、稳定性和系统性等方面的显著优势逐渐显现出来，将很快成为电子警察市场的主力军。 电子警察技术在国外市场得到广泛的应用。 发达国家的人们安全意识比欠发达地区的人的安全意识要强，因此该系统的应用在欠发达地区更为广泛。 我国的电子警察技术虽然起步较晚，但发展较快。 其技术水平几乎与国际同步，到目前，电子警察系统的应用已经相当广泛，发展到现在该技术已是一种非常成熟的技术。 本文的主要内容 本文主要对电子警察 系统 的 相关技术做了比较全面 的介绍， 它包括了电子警察的车辆检测技术、照片拍摄技术、系统控制 技术和信息传输加密等主要技术。 接着，我还介绍了电子警察系统的组成部分，并进行电 子警察系统应用工程设计，包括：交通违法行为监测记录系统（其中又包括 闯红灯、超速、逆行和压黄线等 系统 ）和公路车辆智能监测记录系统 (卡口监控系统 )。 最后，我对本文作了总结，并展望电子警察系统未来的技术发展 方向。 具体的章节内容如下： 第一章，绪论。 主要内容由：研究的目的和意义、国内外研究现状。 第二章，电子警察系统的相关技术。 主要内容：介绍电子警察的含义、电子警察的主要技术（其中包括了：车辆检测、照片拍摄、系统控制、信息传输、加密技术、牌照识别和其他技术）、电子警察系统的组成部分（其中包括了：系统控制部分、违章车辆检测部分、图像拍摄部分、传输部分和辅助配套设备）。 第三章，电子警察系统应用工程设计。 主要内容：设计原则、设计依据和应用工程案例。 应用工程案例包括：交通违法行为监测记录系统（闯红灯、超速、逆行和压黄线）和公路车辆智能监测记录系统。 第四章，总结和展望。 总结全文展望电子警察系统未来的技术发展方向。 2020届交通工程专业毕业设计（论文） 11 第二章．电子警察系统相关技术 做为智能交通系统的一个重要 组成部分，电子警察系统综合利用网络、数字图像处理、微 波、神经网络、通讯、 数学形态学等先进技术对 道路交通中的 交通违法现象进行抓拍和处理，为公安交通部门提供强有力的执法证据，对改善交通秩序、保障交通安全、提高道路通行能力、减少交通事故等都起到了重要作用。 电子警察的含义 “电子警察”作为一种具有交通执法功能的辅助执法工具或手段，其最初仅是指闯红灯抓拍装置或系统（狭义说）。 但随着技术手段及其应用面的不断拓展，“电子警察”的内涵与外延也在不断发生变化，现在更多的是泛指用于道路交通动、静态违法行为的抓拍与处理装置或系统，有的甚至将道路交通监控与指挥系统 (包括交通信号控制、道路 视频监控、交通治安卡口等 )统称为“电子警察”（广义说）。 在我国现行的标准和规范中有关“电子警察”的定义有：在 GA／ T496— 2O04《闯红灯自动记录系统通用技术条件》中，对闯红灯自动记录系统做如下定义：在具有交通信号控制的交叉路口和路段对机动车闯红灯行为进行不间断自动检测和记录的系统。 在 GA／ T 4972020《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》中，对公路车辆智能监测记录系统做如下定义：能够对受监控路面的车辆信息进行自动采集和处理的设备。 纯粹从物理上解释的电子警察：典型的 “ 电子警察 ” 通常是由图像检测 (车辆感应 )、拍摄、采集、处理、传输与管理以及辅助光源、辅助支架和相关配套设备等几个部分组成。 主要有固定和流动的两种应用型式，自动和人工操作的两种工作方式。 当然 “ 电子警察 ” 的种类有三种：胶片式 “ 电子警察 ” 、数码式 “ 电子警察 ” 、视频式 “ 电子警察 ”综上所述，我们对“电子警察”做如下定义：利用光、机、电等技术手段对道路交通的动、静态违法行为进行现场抓拍、存储、传输，及后台处理的装置或系统，统称为“电子警察”。 罗益昌：电子警察系统应用工程设计 研究 12 电子警察的主要技术 电子警察系统有多个部分组成，而每一个部分所用的技术是不一样的。 经过多年的发 展，电子警察系统的一些主要的技术已经基本定型，而是处于不断的优化中。 与此同时，越来越多的新技术也不断的被应用进来。 车辆检测 车辆检测是监控系统的重要工作，应用比较多的是线圈检测、雷达检测和视频检测。 线圈检测技术已经比较成熟，主要优点是不受外界环境和天气变化的影响。 雷达技术在车辆检测中的典型应用就是测速，雷达检测比线圈检测智能程度更高，检测范围更大，应用范围更广，在测速应用上比传统的线圈检测方式更优。 视频检测是一种新兴的技术，它的核心是图像处理技术。 基于视频的自动目标检测和跟踪是计算机视觉中的 一个重要研究领域，在智能交通领域用于运动车辆的跟踪，具有很重要的作用，主要用于车流量的统计、运行速度的获取、车型识别以及汽车导航等。 由于背景图像的动态变化，如天气、光照等干扰影响，使的运动车辆的速度检测是一项相当困难的工作。 视频测速技术是当前研究的热点 [12]。 照片拍摄 照片拍摄是智 能交通抓拍系统的核心工作，当获取到检测单元发出的违章确认信号以后，抓拍单元随即启动以记录违章车辆的违章行为和相关重要违章信息为科学执法提供依据。 目前广泛使用的抓拍单元有两种：数码相机和工业摄像机。 数码相机具有高像素 的优点，可以拍摄出清晰的巨幅照片，从而能够以单台设备监控比较大的区域，例如 34个车道，且配合补光系统能够昼夜不间断工作，但其也存在相应时间较慢、控制方式相对繁琐等缺点；工业摄像机直接输出模拟信号，经视频采集卡处理截图，控制方式非常简单，响应延时非常短（远低于数码相机系统），其缺点是分辨率较低，近景摄像机只能监控一个车道，且一般而言夜晚的表现较差。 目前智能交通行业正在密切关注世界先进的视频、图像拍摄单元的进展，新的技术会不断克服现有设备存在的缺点，以期获得更好的拍摄效果并具备更好的性能和适应性 [12]。 系统控制 对于系统的核心控制，目前该领域主要存在两种做法，即采用工控机集成控制以2020届交通工程专业毕业设计（论文） 13 及采用嵌入式系统分布式控制。 工控机一般安装 Windows 操作系统，软件兼容性较好，也较容易开发，通常一台主机控制多个检测拍照设备，结构比较简单，但作为商业设备，硬件关联度较低，比较容易被复制，并且。