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一、項目概況
各類違章行為是造成當今社會交通事故的主要隱患之一。隨著社會機動車保有量與日俱增，道路供給與交通需求之間的矛盾也日益尖銳。作為“科技強警”的重要手段之一，電子警察系統在制止交通違章、規范車輛行駛等方面發揮著越來越重要的作用。以往建設的電子警察系統不同程度地存在下述問題：
采用標清設備，抓拍像素低，誤拍率高，夜間補光效果差，在實際使用中處罰率低。
采用線圈檢測技術，不僅需要破路施工、影響交通，而且線圈檢測技術本身對于環境的適應性較差，線圈容易因高低溫、車輛碾壓路面等因素而損壞，同時線圈能夠檢測的違章行為較為單一，難以全面反映路口存在的安全隱患。
由于線圈檢測這類傳統手段難以捕獲復雜違章行為，往往需要借助普通安防攝像機由人工遠程操作實時監控的方式來發現并記錄，技術含量低、人力資源消耗大，與“科技強警”的理念導向相去甚遠。
本項目中將引入當前最先進的交通視頻智能識別技術，對現有的電子警察系統進行全面的升級換代，提升信息化技術應用水平，最大程度上解放警力。
二、項目需求
通過建立視頻型電子警察系統，實現對城市主干道路口通行的車輛進行實時監視、抓拍、報警、記錄保存車輛通行的信息和車流量數據并進行集中有效的管理，為公安部門打擊違法、盜搶和查緝交通肇事逃逸案件、分析交通狀況、加強交通管理提供有效的技術支持。
要求全面采用視頻智能識別技術，通過對視頻信號的采集、處理、分析，智能化地識別出信號燈狀態、車輛號牌、車輛違章行為等信息，避免采用線圈檢測這類易損壞、對路口交通影響大、施工難度大的方式，同時最大程度地減少人為的干預，系統獨立工作，并自動給出用戶所需的數據資料。
系統設計原則和理念
1.先進性：前端采用嵌入式一體化高清攝像機，內置視頻智能識別算法，替代傳統的攝像機+工控機模式。 500萬像素高清畫質可同時覆蓋3個車道，信號燈狀態、車輛違章狀態、車牌號碼等要素同時反映在一張照片中，并且可將違章過程的連續照片合成為一張圖片。同時系統對于室外惡劣氣候環境的適應性，還是系統的使用壽命、穩定性可靠性等方面，都有了質的飛躍。
2.實用性：系統在滿足GA/T 496-2009公安部最新標準、準確捕獲闖紅燈違章行為的基礎上，更能準確捕獲逆行、壓線、違法變道、不按車道行駛等違章行為，為交通管理部門用戶提供更有價值的路面交通信息，使交通管理手段和措施更具針對性。
3.經濟性：采用嵌入式一體化技術，同時選用低功耗的補光設備，系統的可靠性得到極大地提升，系統的維護成本顯著下降，同時系統的使用壽命大大增加，系統整體的經濟性顯著提高。
4.安全性：前端攝像機內置水印加密算法，在數據源頭進行加密，杜絕了數據被篡改的可能，確保數據作為證據的可信性。通過這樣的加密手段，保障了系統數據的安全性。
5.易維護性：采用嵌入式一體化技術，一方面系統所包含的設備數量減少，故障點更少，并降低了施工安裝的工作量，一方面系統的穩定可靠性大大提高，可避免大量的現場維護工作。同時，嵌入式一體化前端設備接入后端軟件平臺集中統一管理，可實現遠程升級、維護和自動校時，系統總體的維護簡單方便。
三、系統架構
系統采用嵌入式一體化架構，內置視頻智能識別算法，替代傳統的攝像機+工控機模式，系統結構簡單，只需要配合必要的補光設備，即可完整地實現系統功能。相對于攝像機+工控機或攝像機+嵌入式分析主機的模式，嵌入式一體化攝像機模式的優勢是顯著的。
前端存儲設備同樣采用嵌入式高性能處理平臺，內置大容量硬盤，可接收來自高清攝像機的JPEG圖片流、H.264視頻流，實現圖片、錄像的前端存儲。斷點續傳功能是部署前端存儲設備重中之重的考慮，其可以完美應對前端設備與后端中心平臺數據傳輸鏈路故障，在鏈路恢復第一時間將網絡中斷期間的數據自動上傳至后端中心平臺，避免數據丟失。
同一路口的前端設備通過交換機匯聚為路口局域網，根據電子警察業務數據量偏大、數據可靠性要求高等特點，首選光纖網絡作為數據傳輸載體，在路口配置光纖收發器，通過光纖網絡將前端數據傳輸至后端中心平臺。同時，在一些有線網絡鏈路難以到達的點位，也可選擇GPRS/CDMA、3G等無線傳輸方式，作為有線傳輸方式的有效補充。
嵌入式一體化高清攝像機為系統的核心，除了具備傳統攝像機所具備的視頻采集功能，還可通過內置的視頻智能識別算法，實現對視頻流數據的智能分析，識別出用戶所關心的各類信息，如信號燈狀態、車輛號牌、車輛違章行為等，并且這些信息能夠按照預先設定的格式或規范，方便地組織在一起，精確地呈現給系統的使用者。視頻智能識別技術的應用大大提升了系統集成度，簡化了系統結構，降低了系統部署、設備聯調的難度。
四、系統實現方案
嵌入式一體化攝像機是整個前端系統的核心，而視頻智能識別算法則是嵌入式一體化攝像機的核心所在。嵌入式一體化高清攝像機，集抓拍、控制、識別、錄像、壓縮、傳輸于一體。具有先進的視頻檢測功能，可以對視頻圖像進行逐幀識別，同時自動匹配對應車道，對過往車輛進行軌跡跟蹤并做行為判斷，如有違章車輛即進行抓拍、車牌識別、錄像、存儲，處理結果上傳到后臺。
前端系統從功能邏輯上可分為檢測單元和控制單元，檢測單元主要承擔視頻信息相關要素的分析判斷，控制單元則根據檢測單元分析判斷結果進行響應和記錄，以及數據的處理。檢測單元和控制單元在邏輯上分開，物理上集成于嵌入式一體化攝像機內。
檢測單元集中體現了本方案的技術先進性，車輛檢測算法實現了基于視頻流的車輛檢測，輔以車牌識別算法，同時輸出車牌號碼識別結果，紅綠燈信號檢測算法基于視頻流實時識別紅綠燈狀態，提供闖紅燈違章行為判定的前提依據，車輛(違章)行為檢測算法則根據連續的車輛檢測結果判定出車輛是否違章。
控制單元根據檢測單元分析判斷的結果，觸發攝像機抓拍并同步觸發補光設備，清晰、完整記錄場景內所有相關信息，這些信息通過控制單元的傳輸模塊進行輸出，并通過網絡傳輸至后臺管理系統。
后臺管理系統依托管理和應用軟件，一方面實現設備、用戶、數據的集中管理和控制，一方面通過用戶界面呈現如車輛查詢、車輛布控、違章查詢、報警、處罰等各類相關應用。
（一）視頻識別紅綠信號燈
視頻識別紅綠信號燈：直接通過對視頻信號進行智能化分析，識別出紅綠信號燈狀態，摒棄了物理信號連接判斷的方式，無需使用信號燈控制系統的接口，避免了路口大范圍、長距離破路施工、走線連接，減少了故障點和工程施工工作量。
通過不同顏色空間的特征提取，使用先進的視頻智能識別算法識別出紅綠燈，并利用視頻穩定算法解決紅綠燈晃動的影響，在復雜的情況達到較高識別率。
（二）視頻識別車輛號牌
視頻識別車輛號牌：對于視頻流中出現的車輛目標，通過智能化視頻分析算法，直接給出車輛號牌分析結果，結果信息可自動疊加于抓拍的圖片上，同時可實時上傳至后端平臺軟件供集中查詢、調用。
1.圖像采集：通過高清攝像抓拍主機對通行車輛進行實時、不間斷記錄、采集。
2.預處理：噪聲過濾、自動白平衡、自動曝光以及伽馬校正、邊緣增強、對比度調整等。
3.車牌定位：在經過圖像預處理之后的灰度圖像上進行行列掃描，確定車牌區域。
4.字符分割：在圖像中定位出車牌區域后，通過灰度化、二值化等處理，精確定位字符區域，然后根據字符尺寸特征進行字符分割。
5.字符識別：對分割后的字符進行縮放、特征提取，與字符數據庫模板中的標準字符表達形式進行匹配判別。
6.結果輸出：將車牌識別的結果以文本格式輸出。
（三）視頻識別違章行為
視頻識別違章行為：通過攝像機內置的視頻智能識別算法，能夠從視頻流中分離車輛目標，并自動跟蹤車輛軌跡，分析判斷出車輛是否違章，路口典型的違章行為如闖紅燈、壓線、違法變道、不按車道行駛等都能夠自動捕獲，無需人工干預。
采用基于運動檢測的車輛檢測算法，具體分為以下步驟：
由高清攝像抓拍主機獲取實時的視頻流。
利用背景差分算法檢測運動前景。
更新并保存背景模型。
過濾噪聲，并獲取準確的車輛位置。
運用時空信息、匹配和預測等算法，對車輛進行準確的跟蹤，獲取并保存車輛對象的軌跡信息。
判斷車輛是否到達觸發線位置，如果沒有到達，則進行下一幀的檢測，如果到達則發出觸發信號。
五、維護和培訓計劃
采用視頻智能識別技術的電子警察系統是集計算機技術、視頻分析技術、通信技術與檢測控制技術于一體的復雜系統，而且整個系統設備安裝地點分散，工作環境惡劣，因此要保證該系統長期穩定運行，必須由經過培訓的專門技術人員進行系統的日常維護。
設備維護人員的基本要求：電子類大專以上學歷，能夠熟練使用計算機，有一定的實際工作經驗。
維護人員培訓規劃：在工程合同簽訂后，甲方(業主)單位應選派1-2名技術人員接受乙方安排的系統理論培訓，理論培訓結束后，受訓人員要參與至少兩套現場設備的安裝調試，以便對系統的工作流程有感性認識。經過理論培訓和實際參與安裝之后，受訓人員應能很好地勝任設備的日常維護工作。
結語
該項目最大特色在于嵌入式一體化架構與視頻智能識別技術的應用，系統結構簡單，設備安裝、施工、調試、維護方便;總體技術含量高，視頻智能識別技術與電子警察相關應用完美融合，真正體現了“科技強警”的理念。
誠然，視頻智能識別技術的應用并不局限于本文范圍，其在人臉識別、行為分析、交通事件檢測等諸多需求方面已有廣泛的應用。視頻智能識別技術賦予系統“思考”的能力，從而使系統的使用者能夠專注于上層應用，即為用戶創造了更大的價值。用戶的需求始終在變，視頻智能識別技術本身也還有完善的空間，未來仍值得我們認真探尋。
