道路监控之高清治安卡口系统设计方案Word文件下载.docx
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按照招标文件要求进行详细的技术方案设计、安装、组织施工(包括工程进度、图纸设计);
基础施工,设备的运输、安装、调试;
系统安装、调试、试运行;
竣工测试;
技术培训和售后服务计划。
本项目主要对濠江区的道路卡口安装高清卡口车辆监测记录系统,进行设计、报价和建设。
建设点位信息表
序号
点位名称
车道数
非机动车道
路宽
立杆数量
抓拍机数
高清监控数
1
2
3
4
合计
3、卡口系统系统结构
1.1.3前端结构示意图
1.1.4现场设备信号连接图
1.1.5前端设备安装示意图
1.1.6系统存储结构
前端数据包括道路动态视频图像数据、车辆抓拍图片数据,图片数据中包含了车辆号牌识别结果。
根据系统建设情况和国家相关规范要求,本次项目建设图片数据存储分为二级存储:
1、一级存储
在前端设备抓拍单元中带有存储设备,以SD卡为主。
在卡口前端网络故障的情况下,对车辆图片进行临时存储,保存车辆图片数据不少于3天,当网络畅通时,系统自动把存储的数据上传到监控中心。
2、二级存储
在监控中心设置数据库服务器、数据库、以及网络存储设备,主要以IPSAN和高性能的系统管理服务器为主。
保存系统所辖的卡口的图片、图像数据。
存储车辆号牌等动态数据信息不少于3年、车辆图片信息不少于2年、车辆视频信息不少于30天。
4、系统组成
前端图像采集子系统针对每个卡口通道都有一套完整的设备。
每个车道的设备基本相同,主要设备包括工业高清晰摄像机、信号控制器、车辆检测器、闪光灯、标清相机,低压电源、立杆、立杆基础、接地等。
1.1.7信号检测单元
本次卡口系统采用线圈检测为主+视频检测为辅。
线圈检测:
在道路车辆智能检测记录系统中,要求车辆的捕获达99%以上,因此本系统采用地感线圈检测车辆。
线圈车辆检测系统由地感线圈、线圈检测器、车速检测器组成。
在工程实施中,我们在每个车道埋设二个线圈。
地感线圈是基于涡流传感器的工作原理,线圈中由车辆检测器提供一直产生着频率稳定的交变电磁场,当车辆经过线圈时,交变的电磁场会在车辆的金属底盘中产生涡流,而涡流电磁场又会反过来影响线圈中频率,车辆检测器就是根据线圈中变化的震荡频率也判断车辆经过信息,并给出开关量信号。
其振荡线圈为环状,线圈电缆为AC/DC低阻抗12#或14#AWG线,导线由1平方毫米软铜导线构成,加上馈线,其电感量为15-1500uh左右。
由固定电容C和环型线圈电感、三极管所组成的振荡器,输出的正旋波,频环由环型线圈电感所决定。
从振荡器的角变来看,环型线圈电感量的大小,考虑到电涡流效应,不仅仅取决于环形线圈的电磁变化,而且与线圈对面的铁磁物体大小距离远近有关。
当铁磁物体与线圈的距离减小时,振荡电路的电感量就变大,其振荡器的频率也就减小。
根据这个特性,就可以找出频率的变化情况,由频率的大小差异,来确定车辆的有无情况。
由于需要进行线圈测速,为了保证速度测量的误差,车辆检测器的检测器响应时间必须小于5ms,展翔自主研发的车辆检测器,大大地提高了测速和抓拍的准确度,并且专门为测车速和抓拍图像设计了光隔离器件输出,消除了普遍使用的继电器输出延时5-10ms的问题,使得测速更精确,抓图更快。
普通车辆检测器的响应时间一般在20ms-40ms左右,不能用于测速的应用场合,车辆检测器自带逆向抓拍和进入/离开双路输出信号的功能,且一个车道只需要用一个检测器,方便维护,磁场变化0.01%~1.25%8级可调。
检测模式:
线圈测速系统采用双线圈方式,根据车辆通过前后线圈的时间差来计算车速。
车速V=S/(T2-T1)。
测速范围最小5km/h,最高可达25Okm/h。
当车速在40km/h≤V车<120km/h的速度范围内,测速误差应在±
6%之内;
当车速在V车≥120km/h范围时,测速误差应在±
10%之内,如下图:
下图为车检器检测到的车辆通过时的输出信号示意图。
对于两脉冲的时间间隔而言,可以分别测量其脉冲的前沿和后沿得到Δī1和Δī2两个不同的值。
假定两个线圈的间距为d,则车速可以由下式计算得到:
V=dx3600/Δī1而车长L则可有下列公式计算得到:
L=dxΔP1/Δī1
由于汽车、摩托车的尾部形状各异,其金属含量也不尽相同,因此两个值往往会存在差异,一般Δī1的值较为精确。
基于同样的原因ΔP1的测量值和理论值也会存在一定的误差。
实测值与实际车外廓长相比,一般会有0-1.5m的误差。
测量系统中一般将此值作为车型大小的分类参考。
精度控制:
以线圈间距为4米计算,当时速为250公里/小时的时候,车辆通过线圈组的时间Δī1的理论计算值是72毫秒。
车检器本身的测量误差大约是7毫秒,加上系统其他部分的误差,累计误差大约可达8-9毫秒。
以此推算:
180km/h时的测速误差理论值为11.3%,150km/h时,测速误差理论值为9.4%。
为使系统的测量误差小于10%,必须在系统中采用非线性的补偿算法对所测量出的车速进行校正。
在实际使用时,如果是高速公路或快速干道,车速一般都在60公里以上,可以适当放宽线圈的间距到4-6米,在高速公路上甚至可以放宽到8米。
例如,线圈间距为6米,时速180km/h时,测量误差为7.5%。
测速的精度会大大提高。
但是,线圈间距并非越大越好。
当车速较慢(50公里以下)就有可能会出现如图所示的情况
图中第一辆车尚末离开线圈2,第二辆车由于与第一辆车的距离较近,车身已经压上线圈2,由此造成第二辆车的被测车速高于实际车速,从而产生误测。
为了尽量减少这种情况的发生,在市区内交通繁忙路段,建议将线圈间距放在4米或5米,线圈厚度以一米为宜(在高速路段,可将线圈的厚度设为2米,以增加线圈的有效检测范围,提高检测灵敏度)。
另一方面,在系统内部,可以采用相应的容错算法将此种情况剔除,以免系统给出错误的测试数据。
此外,当高底盘车辆(如军车、挂车、拖车、大货柜车等)和金属含量较少的车如摩托车、农用车等,通过线圈时有可能会出现信号抖动的现象,该种情况大多也可以通过在系统进行合理的容错算法处理而得以滤除。
杭州展翔智能卡口监控系统已取得《国家法定计量检定机构计量测试校准报告》,为所安装的卡口系列产品抓拍超速违章车辆提供了科学准确地法律依据。
线圈的施工工艺也是非常重要的,它会直接影响触发的可靠性,下图为线圈施工示意图。
视频检测:
视频检测模式一般分为3种:
(1)是根据基于车牌识别的视频检测技术:
这种方法是通过对每帧(场)图像的快速车牌识别,从而判别有无车辆,达到视频检测车辆的目的;
(2)视频检测器是通过摄像机作传感器来提供交通信息的,使用时在摄像机视角范围内设置检测区(又称“虚拟线圈”),车辆在进入检测区时图像的背景灰度值将发生变化,并以此检测到车辆的存在,判断出车辆的类型和行驶速度,统计出车辆流量等;
(3)是基于车辆运动轨迹的视频检测技术:
实际上这是一种基于的一种视频检测技术,除了对空间上车辆灰度信息变化外,并且做边缘信息提取,对时间上车辆在每帧的位移量也做记录,这样可以检测出车辆。
视频检测方式在捕获率上有所欠缺,但是能和线圈模式互补。
1.1.8高清抓拍单元
系统图像抓拍单元由高清摄像机、镜头、室外型防护罩及安装配件等组成。
摄像机为高清工业级彩色网络摄像机,对经过车辆抓拍的图片包括至少一张车头部分的高清晰照片,在照片中要可以清晰分辨车辆的牌照、车前部车况及驾驶员脸部特征等。
(1)高清摄像机及镜头:
200万像素CCD(ChargeCoupleDevice)感光传感器(电荷耦合器件),水平分辨率1600*1200,帧速率15帧。
Computar高分辨率工业FA镜头,中心线对数满足像素要求,焦距范围35mm。
(2)高清抓拍相机支持输出5帧每秒的高清视频流,图像分辨率为1600*1200,码流为8MBPS
(3)具有光线控制、自动增益、白平衡选择、电子灵敏度提升等功能;
具有浪涌保护和防雷击保护功能;
具有开放或兼容的控制协议以及标准控制接口;
平均无故障时间不低于1万小时。
(4)摄像机可与系统其它部分无缝联接,以确保系统兼容性。
(5)摄像机具备水印技术,输出图片具备防篡改功能。
(6)摄像机内置SD高速存储卡,前端存储图片不小于20万张。
1.1.9补光单元
卡口补光单元包括三部分:
卡口抓拍补光、抓拍相机夜间录像补光、辅道高清监控夜间补光。
卡口抓拍使用智能频闪灯补光,保证采集的图像中驾驶员人像信息不被遮挡,频闪灯和抓拍位置的距离不得小于21m,,补光设备(含照明灯和频闪灯)安装在同一杆件上,补光设备离路面高度大于6.5米。
频闪灯安装数量按1车道1盏计。
抓拍相机夜间录像补光采用飞利浦碘钨灯,功率250W;
配置原则为1-2个车道设1台,3-4个车道设2台。
非机动车道高清监控采用LED灯补光,对所有经过的非机动车和行人进行照明,能看清非机动车特征和人员的基本特征。
每个非机动车道设1台。
1.1.10成像控制单元
成像清晰是牌照识别的技术关键。
本系统采用智能交通专用智能工业相机,整个图像成像控制系统是一个由智能工业相机、智能补光灯、成像控制软件组成的精密系统,它们之间的精确配合使得白天和晚上抓拍的车牌图像都更利于车牌识别。
无论是环境照度比较低的情况下(例如夜晚),还是在强光照射下(例如晴天正午),系统均会自动调整智能工业相机的成像模式,使用软硬件结合的方法控制图像的曝光,保证车牌成像清晰度,非常有利于人工辨认和机器自动识别车辆牌照信息。
智能补光灯由智能工业相机控制,在环境照度不足的情况下,智能工业相机执行精确的控制指令控制智能补光灯补光,这样保证了在全天候环境下本系统都能拍摄到包含清晰牌照图像的理想图片。
1.1.11线路传输
卡口至指挥中心的线路采用光纤,通过光纤网络来传输卡口监控。
光纤尾纤两端连接光纤收发器,光纤收发器提供卡口监控信息传输至指挥中心,指挥中心和卡口均采用交换机作为网络拓展,采用网络交换机,作为所有前端网络设备的接入点。
1.1.12配电及安全系统
配电及安全系统由稳压电源、过载保护装置、漏电保护装置、防雷装置、接地装置等组成。
系统采用220V交流电源,采用一点式接地方式,。
接地母线采用10mm2铜质导线。
接地线不与强电的零线相接。
按照二级防雷标准,采用专用接地装置时,其接地电阻不大于4欧姆。
所有的设备供电都经过了用电安全装置(稳压、过载、漏电),保证用电及设备的安全。
各类设备都能单独控制供电,维护方便。
智能工业相机防护罩、机柜等室外设备设计都充分考虑到了防水、防尘的需要。
5、系统工作原理
1.1.13车辆检测原理
车辆检测由车辆检测线圈、车辆检测器、检测电源、检测箱组成。
当车辆经过车辆检测线圈时,检测线圈的磁通量发生变化,根据磁通量变化的大小,可以判断出车辆情况。
车辆检测器检测出车辆后,输出TTL电平,系统主控机根据TTL电平可以判断车辆通行情况。
车辆检测器有环形线圈式、超声波式、雷达型、视频型等等多种,从性价比和高可靠性上来考虑,现在使用最多的仍然是环形线圈式车辆检测器。
环形线圈式车辆检测器有盒式和卡式两种,它主要由振荡线圈,逻辑电路、微处理器、接口及驱动电路等组成,如下图所示。
1.1.14车辆测速原理
1.1.15车辆测速误差的控制
以线圈间距为4米计算,当时速为250公里/小时的时候,车辆通过线圈组的时间Δī1的理论计算值是72毫秒。
此外,当高底盘车辆(如军车、挂车、拖车、大货柜车等)和金属含量较少的车如摩托车、农用车等,通过线圈时有可能会出现信号抖动的现象,该种情况大多也可以通过在系统进行合理的容错算法处理而得以滤除,为所安装的卡口系列产品抓拍超速违章车辆提供了科学准确地法律依据。
1.1.16智能频闪灯原理
由于夜间照明条件较差,在夜间抓拍车辆图像时,增加辅助照明,弥补各种不同道路夜间路灯光线的不足。
智能频闪灯,为专门用于道路交通抓拍的室外专用闪光灯,支持连续闪光,采用专用长寿命脉冲灯管,寿命达到300万次以上,具有寿命长、回电时间快的特点,可直接安装在室外环境。
为了满足高速拍照的需要,充电控制采用闪光灯专用数字电路,通过高压充电回路实现高速充电,可确保在最短0.1秒充电完毕并动作,非常适合各种电子警察系统使用。
1.1.17车辆抓拍原理
当车辆通过卡口前端期间,主控制机接收到车辆检测信号,系统根据逻辑判断,开始抓拍照片一张,进行压缩、传输。
1.1.18高清摄像机的原理
高清摄像机是一种采用高分辨率CCD的工业级摄像机。
CCD是电荷隅合型光电转换器件,用集成电路工艺制成。
它以电荷包的形式储存和传送信息。
主要由光敏单元、输入结构、和输出结构等部分组成。
CCD有面阵和线阵之分。
光敏元排成一行的称为线阵CCD,面阵型CCD器件的像元排列为一个平面,它包含若干行和列的结合。
本文所介绍之摄像机为面阵型。
CCD摄像机包含四部分:
CCD光电传感器、CCD传感器驱动器、图像处理板、供电电源。
CCD传感器是一个由1360x1024个光敏二极管构成的光电传感器阵列,其结构为行间转移型。
这种器件光敏面积大,靶面利用率高。
当景物的光学图像,经由摄像物镜投射到这个阵列上时,由于各光敏二极管受光的强弱不同而感生出不同量的光电荷。
这些感生电荷,经过一定时间(一场)的积累,在转移栅的控制下,水平地移送到与像元对应的设置在光敏元旁边的垂直移位寄存器中,而后又在行转移脉冲的控制下,将电荷移送到水平移位寄存器,并由水平移位时钟控制依次向输出端转移,最后由输出电路输出视频信号。
由CCD传感器输出的视频信号己具有较大幅度(0·
5V以上),经由处理电路进行处理(包括自动增益控制、校正、同步信号混合、功率放大等),在终端得到全电视信号输出。
主要性能指标:
图1 CCD数字图像传感器,分辨率:
1600*1200
图2 光学尺寸:
1/2英寸
图3 像素尺寸:
4.65μm×
4.65μm
图4 扫描方式:
逐行扫描
图5 信号输出:
12Bit,BayerColor
图6 帧率,SXGA(1600*1200):
15帧/秒
图7 增益可调
图8 快门速度可调(1/10000s-1s)
图9 同步方式:
外触发模式
图10 光源控制接口
图11 信噪比:
>
46dB
图12 动态范围:
39dB
图13 最低照度:
2Lux
图14 工作温度:
-25℃~60℃
图15 工作湿度:
20%~80%
图16 接C、CS制标准镜头
1.1.19高速目标图像的获取原理
当被摄物体处于高速运动时的情况可不像静态时那么简单。
特别是用于国道/高速公路的卡口系统更是如此。
下面分析在选取适合高速抓拍的摄像机需要注意的因素。
摄像机的电子快门速度是首先要考虑的指标。
因为,电子快门速度可以看成是对高速目标在空间监测点上出现频率的采样。
当时使用高电子快门速度的摄像机时,运动目标相对于镜头可以认为是静止的。
当然,其他因素如车身反光、天气影响暂考虑为理想状态,而且摄像机本身也认为工作在最佳状态下。
因此,要得到清晰的高速运动目标的图像,我们选择专用摄像机的主要出发点是:
电子快门速度、分辨率、帧速率。
1.1.20图片自动传输原理
在抓拍后,车辆图片可以通过网络自动传输到公安局处理中心。
中心采用集中式的智能卡口监控系统主机对传输的车辆数据信息进行存储和处理。
1.1.21号牌识别原理
我们所采用的号牌识别技术是一个以特写目标为对象的专用计算机视觉系统它能使计算机像人一样认识车辆牌照,包括车牌颜色、汉字、字母、数字等。
号牌识别主要包括图像灰度拉伸、牌照定位分割、二值化、字元切割、字元识别等5个模块。
图像灰度拉伸:
在光线强度不够的情况下,牌照上背景与字元的对比度较小,从而边缘纹理不太明显。
为了便于分割牌照,采用图像灰度拉伸算法,适当加强牌照上的对比度,同时在一定程度上抑制成像系统产生的躁声。
牌照定位分割:
本系统采用基于纹理分析的牌照分割方法。
在汽车牌照中,一般有7个以上字元,并且背景与字元有一定的灰度差别,使得牌照区域具有比较多的边缘。
根据定义的牌照基元进行纹理匹配,完成牌照的初步定位。
由于无效字元及躁声的影响,会得到一组牌照的可能区域,需要进一步的纹理匹配,否定干扰区域和伪牌照。
此时,基元之间的间距、牌照的长宽比、基元的大致数目、长度范围等都是一些重要的参量,可以用来防止车前印有"
安全驾驶"
、"
ISUZU"
等干扰字元的误分割。
定位分割后根据牌照颜色和牌照结构等信息分类为标准车牌、公安车牌、武警车辆、军队车牌、农用车牌、港澳车牌等。
二值化:
牌照图像的二值化是处理与识别图像中很关键的一个步骤,效果的好坏直接影响到后续工作。
在光线弱的情况下,特别在夜间汽车前灯开启时,牌照图像的光照程度很不均匀,牌照字元与底色对比度偏低,所以只能采用动态阀值法。
目前一些动态门限分割法,由于其性能的限制,没有获得实际的应用。
本系统的二值化算法采用了Marr算子,用算子对图像做卷积运算。
在我国的现行牌照中,最多的是黄底黑字(大型汽车)、蓝底白字(小型汽车)。
在灰度图像中,黄黑字的字元灰度比背景低,而蓝底白字则字元的灰度比背景高,二值化之后黑白正好相反。
所以在处理过程中,要做反色处理统一结果。
字元切割:
系统的字元分割算法是以垂直投影、字元间距尺寸测定,字元的长度比、轮廓分析技术的组合为基础的。
由于二值化的原因,可能会产生粘连、断裂的字元。
要根据牌照的大致宽度,结合各字元的轮廓,利用分割、合并的方法正确的分割字元、采用一个目标函数搜索合并字元内的各断裂点是一种行之有效的方法。
该目标函数是垂直投影函数二次差分的比率,分割目标函数的最高值看作是可能出现的断裂点。
字元识别:
目前,光字符识别OCR技术己经达到了一定的水平,但汽车牌照的字元识别与OCR系统的识别相比,虽然它的字元集小,但是字元模
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