智能交通电子警察与城市道路监控系统
20世纪60-70年代是世界经济发展的黄金时期，但伴随经济高速发展出现了交通状况的不断恶化。尤其是进入21世纪以来，无论是发达国家还是发展中国家，都毫无例外不同程度地受交通问题的困扰，交通拥挤、交通事故、环境污染已成为现代社会亟待解决的几大问题，由此带来了巨大的能源消耗，浪费大量宝贵时间。
面临日益严重的交通问题，世界发达国家于上世纪60年代开始研究并提出了智能交通系统（ITS）（英文Intelligent Transport Systems）概念，进入90年代以后ITS却突然以惊人的速度发展，许多发达国家争先恐后地投以巨资进行ITS的研究与开发。ITS是交通、计算机、信息、通信和系统科学与工程的有效结合，最大限度缓解交通拥堵状况。城市道路监控作为智能交通领域一个重要部分，同时城市道路监控一直也是安防监控领域主要应用方面。随着计算机技术、通讯技术、信息技术的飞速发展，安防监控所涵盖的范围越来越大，并且与很多新技术密集型领域如IT、ITS等相互渗透扩展。
城市道路监控主要有两部分，一是传统意义上的安防监控，二是交通监控。交通监控通常由交通信息统计系统和电子警察处罚系统组成，它是智能交通ITS技术和监控技术相结合，是一种全新的技术形式。
交通信息统计系统可以对一个大范围内的公路路况信息进行及时、准确地采集和统计，信息包括“道路占有率、车流密度、车队长度、流通量、平均速度等，能为道路疏导提供有力的理论依据，可以配合广播等传媒实现交通诱导功能。
电子警察执法处罚系统具有高技术含量，可以对“超速、逆行、闯红灯、禁停、压黄线、抢占公交车道等一系列违章现象进行准确、稳定、自动、全天候的监控、执法和处罚。电子警察的出现可以大大缓解因违章行为导致交通事故增加与警力少和警务人员劳动强度大的矛盾，有效抑制的由于人为违章引起的交通事故。
智能交通把交通信息统计系统和电子警察执法处罚系统引入到城市道路监控中，实现了城市道路的点面结合式监控，提高了城市整体安全防范水平，缓解了日益严重的交通压力，加强了驾驶员遵守交通法规的意识，降低了恶性事件发生率。下面主要介绍交通监控的几个系统及应用：
一、电子警察执法处罚系统
1、机动车闯红灯违章视频监测系统
机动车闯红灯违章行为，经常引发严重的交通事故。机动车闯红灯违章视频监测系统安装于交通路口，全天候对闯红灯的违章机动车辆进行监测，不仅能对违章车辆拍照，还能够实时对违章车辆的牌照和违章轨迹进行自动判断识别。公安交通管理部门以抓拍的违章照片、视频录像为依据对违章者进行处罚教育，从而大大提高机动车驾驶员的自觉性，增强交通安全意识，减少因闯红灯违章行为而造成的事故、堵塞和交通混乱，加快车辆在交通路口行驶速度，保证道路畅通。
该系统是一个基于网络的分布式系统，系统分为前端视频检测与抓拍系统、路口局部数据处理系统、远程数据传输系统、中心数据管理与处罚系统四大部分。
图1闯红灯软件运行界面
交通信号控制系统输出路口红绿灯信号，确定放行车道和禁行车道。禁行车道通过视频车辆检测单元，车辆检测单元检测到有车辆通过禁行车道时，通过主控机控制闯红灯违章抓拍单元拍摄违章车辆号牌图片和该方向的全景图片，为确保所拍照片能够作为民警执法依据，系统抓拍两幅连续全景图片，以反映车辆运行轨迹，所有处理结果都存储于主控机（工控机）的存储单元中，同时系统具有硬盘录像功能，可以将违章事件的视频数据纪录在硬盘上。存储信息可通过通信子系统由人工控制下载给笔记本计算机，或自动通过光纤、无线等传输方式传给中心端数据管理子系统。这样对于违章闯红灯行为既有违章抓拍图片，又有视频图像，避免了违章处罚引发的争议，同时对于一些交通事故引发原因、责任判定提供了有力的证据。
图2 闯红灯违章监测示意图
2、机动车超速检测系统
随着国民经济的迅猛发展，我国高速公路、城市快速路上行驶的车辆越来越多、速度也越来越快，与车辆交通有关的案件也呈不断上升势头，交通肈事逃逸等案件时有发生。如何运用科学的手段帮助公安部门有效控制高速公路上超速违章现象、抓捕逃逸车辆，已成为公安交通部门亟待解决的问题。
基于这种情况，开发了机动车超速检测系统。系统利用视频图像处理技术，对高速公路车道上的汽车进行非接触式监控，获得超速车辆车速、车牌号码、违章照片等运行状态信息，可对高速公路或城市快速路上的超速车辆信息进行准确、稳定、全天候的检测和记录。同时与黑名单中的“稽查车辆”进行比对，可以很好的辅助治安监控管理。系统还可以将违章车辆信息送回指挥中心以及收费站，便于存档和对违章车辆进行处罚。这一套功能强大的智能交通监控系统可广泛应用于高速公路和城市快速路管理、卡口管理、巡逻执勤、逃逸车辆抓捕等场合，具有很好的应用前景。
该系统突破了大量的技术难点，实现了高速车牌识别。每车道在仅架设一台CCD（摄像头）、有测速雷达的情况下精确的检测车速、捕捉车牌信息。该系统具有：成本低、识别率高、软件测速、高速识别、性能稳定、结构精简、维护容易、低故障、完全采用视频触发和识别（无需破坏路面埋设线圈或安装红外探头）等技术优势，从而确定了在同类产品中的领先地位。
“机动车超速检测系统”是实时响应系统。其原理是将前端车辆图像信息采集CCD（摄像头）架设在待测车道上方，识别软件采用图像触发的方法，对CCD（摄像头）传回的数字视频信号进行分析，判断是否有车辆经过。当发现有车辆驶入监测区域，则立刻启动识别模块，获取实时车牌图像数据后，系统在极短时间（1秒左右）完成车速检测、图像识别、车辆数据入库、图像数据入库、道路信息分析、检索数据等处理。如果发现通过车辆超速或是交警、公安机关需要查找的车辆（如被盗抢车辆），系统可通过远程数据网络，向“指挥中心”和“拦截站”发出告警信息，通知有关部门或有关人员。告警信息包括：发现触发报警车辆的时间、地点、车速、车牌号码、抓拍的车辆照片、车辆被缉查的原因。对于存放于数据库中的过车记录，可以随时进行检索，掌握车辆的去向，可以作为违章处罚的根据或对破案提供帮助。
图3 超速软件运行界面
3、移动式车辆稽查系统
移动式车辆稽查系统为将车辆视频检测、雷达测速、车牌自动识别和车辆稽查数据库实时比对等先进技术于一体的实时稽查系统。该系统可对行驶车辆进行测速、牌照抓拍、识别和比对，在不影响正常交通的情况下，能自动实时稽查违规车辆，有效地进行交通执法。
移动稽查系统在自动运行的基础上增加了手动抓拍的工作模式。自动运行通过自动车辆触发算法实现车辆的自动抓拍和识别，可以实现系统全天候状态下的自动运行；手动工作模式可以人工参与系统的运行，以保证抓拍的图片更加准确，还可以对逆行、压黄线、违章停车等多种违法行为进行移动过程中的手动抓拍。两种可选的工作方式有效的满足了广泛的用户需求。系统可以实现各种违章抓拍、道路监控、记录核查过往车辆车牌与数据库比对，对记录在案的问题车辆及时报警，这种有效便捷、灵活多样的工作模式，大大提高了交警执法力度。
图4移动式车辆稽查系统运行界面
系统技术特点
1)可在双动模式下工作，即在巡逻状态下行驶的警车对运动的目标车辆进行检测。
2) 采用先进的视频车辆检测技术，可以实时、准确地识别各种车牌。
3) 采用先进的 Ka波段雷达测速仪进行速度测量，可支持速度锁定，最快速度跟踪 等多种工作模式。
4) 可外接2个雷达探头。
5) 能够对违章车辆进行抓拍、录像与自动报警。
6) 检测目标车辆速度范围：0-200km。车牌识别率>90% 。
7) 支持与指挥中心之间的 GPRS数据通讯。
8) 系统界面友好易用。
9) 可使用笔记本、小型工控机作为车载运算平台。
4、其它常见违章行为监测系统
电子警察系统的核心技术是车牌识别技术、视频虚拟线圈检测技术。利用核心技术可以附带开发出多种电子警察监测系统，自动监测、取证、执法处罚多种驾驶员违章行为，如“公交车道监测系统”、“压双黄线监测系统”、“非机动车道行车监测系统”、“逆行禁行车辆监测系统”、“紧急停车带行车监测系统”。
在机动车日益增多，而驾驶员自觉守法意识淡薄，监督警力不足的情况下，少数驾驶员在侥幸心理的驱使下，经常违章却很少受到处罚。在没有交警执法的情况下，公交车道、非机动车车道上经常出现机动车的身影，在没有隔离带的双向道路上，经常出现超车压黄线的情景，一些单行线上经常有逆行车辆出现，紧急停车带内经常有车辆长期停留，这些违章行为是交通事故的重大隐患，并由此引发的交通事故频频发生。
图5公交车道监测软件运行界面
图6压黄线实例
二、交通信息统计系统
车流量监测系统
车流量监测系统专门针对中国城市交通状况和混合交通流特性，采用相适应的智能数字图像信息处理技术，能满足城市交通智能化管理与监控的要求，具有技术先进、性能稳定、不破坏路面、适用性强、安装操作方便等诸多优点。在多年的工程应用中得到了不断的完善，在各项指标上都无可挑剔。此系统可以灵活的集成在各类ITS 系统中。
“车流量检测软件”是实时响应系统。其原理是将车辆图像信息采集CCD（摄像头）架设在待测车道上方，识别软件采用视频触发的方法，对CCD（摄像头）传回的数字视频信号进行分析，判断是否有车辆经过。当发现有车辆驶入监测区域，则立刻启动车流量检测模块，每过一辆车，系统计数自动加一，系统在极短的时间内完成车流量检测、排队长度、等待时间、车道占有率、道路信息分析、检索数据等处理，与数据库中的交通流参数比对判断道路拥堵情况，利用计算机网络技术和分布式数据库同步技术进行远程数据发布、更新、查询等处理，严格保证各级数据库内容的数据一致性和完整性，通过LED显示屏显示出结果，使驾驶者了解哪一路段车流量大，哪一路段交通拥堵，自行选择行车路线。系统还能统计车辆通过情况，包括：按年月日统计车流量、车辆等待时间车道、占有率等数据，其结果以表格、直方图、曲线图的形式输出、打印，并将统计结果传输到指挥中心，管理部门根据这些数据采取相应措施疏导交通，满足城市交通智能化管理与监控的要求。
图7车流量监测应用实例
系统技术特点
多参数同时检测：从视频信号中可以提取大区域范围内的多种交通参数，并可以提取一些采用其它方法难于检测到的参数。
大范围检测： 一路视频信号可以覆盖 4-6个车道，实现大区域范围的交通流检测。多阶段检测 ：可以检测进入路口的交通量需求及其变量，还能检测出信号控制方案执行的效果，完成信号自动控制全过程的检测。
设置、调整方便灵活： 可以在视野范围内设置多个不同类型的虚拟检测区；可方便直观地在计算机上移动虚拟检测区的位置或改变其大小，以满足不同的交通应用和道路覆盖范围等方面要求。
无须破路、安装简便、维护方便： 安装时无须破坏路面，无须干扰正常交通，就可完成检测器的重新设置；无须因道路路面维修而中断交通检测。
可扩展性强： 交通流参数可以存贮在视频车辆检测系统内部，以备后用；基于该系统，还可以扩展出很多实用功能（如违章检测、联网）。
三、智能化多媒体网络车牌识别系统
车牌识别作为交通监控的核心技术，应用在多项子系统中。智能化多媒体网络车牌识别系统广泛应用在过往车辆自动登记、验证，公路收费，车辆安全核查，小区、停车场管理等方面。
系统采用视频实时触发方式进行检测抓拍，能够自动侦测、准确识别及验证行驶或停泊中车辆的整车车牌号码。可对已抓拍图像与数据库资料及时进行比对，当发现应拦截车辆时，系统能在本地机和中心机上及时报警。系统采用先进的模糊图像处理技术，通过程序能很好的实现对于车牌的整体倾斜、车牌的文字倾斜、车牌的污损和模糊等的处理，将人眼都很难辨别的车牌号识别出来。
车牌识别的流程可分为车牌定位、车牌预处理、字符分割和字符识别四个步骤。
图8 车牌识别流程
系统实现功能和技术特点
★准确识别不同地区及各种类型的车牌号码。
★采用图像自动触发方式，不需要其他外在触发机制。
★自动完成车辆记数，车流量统计。
★对已抓拍图像能与数据库资料及时进行比对，当发现应拦截车辆时，在本地机和中心机上及时。
★内置的数据库管理软件能存储、搜索及整理车辆资料，能自动备份数据并完成统计报告。
★在网络的环境下实现各地的数据同步，可实时监控前端系统的运行状况。
★对运动速度在 180公里/小时以下的汽车车牌进行自动识别。
★在良好光照条件下，车牌识别率不低于96%，在阴雨天、夜间人工光照条件下，车牌识别率不低于90%。
★系统能够识别的车牌类型包括：普通民用汽车车牌、军用汽车车牌（含武警车牌）、警用汽车车牌
★系统能够识别车辆类型，绘制出车辆的三维图像。
★抓拍图像的时间小于 0.03秒，识别图像的时间小于0.2秒。
★系统适应全天候条件下工作。
四、电子警察在城市道路监控的应用
在我国但部分大中城市的道路监控系统中都有电子警察的身影，并且在使用数量上和功能需求上不断扩大和提高。电子警察的广泛应用和取得良好的社会效益和经济效益，再次体现了“科技强警”的重要意义。然而我国数量众多的中小城市在经济持续高速发展下，也面临着交通状况、治安状况恶化等问题，迫切需要建设城市道路监控系统。
大中城市道路监控系统由于监控点多、分布广且具监控中心距离较远，不能将所有监控点视频信号传输到监控中心进行监控，一般分将重要监视点的画面视频信号通过光缆传输到监控中心进行录像和电视墙画面监控，对电子警察系统则要求将自动记录的违章图片和其它信息数据回传到监控中心，作为执法处罚证据和资料存档。这样电子警察的控制部分就需要安装在路口的机柜中，控制主机则要求能在恶劣环境下长期工作的工控计算机，通过电话线等现有传输线缆将数据传回监控中心，同时将视频录像资料存在本地计算机中，控制中心可以调用这些视频资料用于判断有争议的处罚事件和判断交通事故原因。
一些中小城市主要路口少，监控点少，这些监控点距离监控中心近，这样可以从监控点到监控中心直接敷设光缆线，将监控点的视频信号直接传输到监控室。电子警察系统由于有视频虚拟线圈检测功能，可以将控制主机直接安放在控制中心，这种方式使前端摄像机即可用于道路监控又可用于电子警察检测取证。将电子警察系统安放在监控中心，对控制主机的要求降低，系统维护、维修成本降低，同时对于资金紧张的项目，可以用一套电子警察系统通过人工切换对多个路口进行轮流使用，这样即可对经常违章的驾驶员有震慑作用，又缓解了资金紧张的矛盾，使监控系统分步完善。这种模式已经在一些地区使用，并取得很好的效果。
由于各地区气候环境不同、车辆牌照所用材质不同及其它特殊情况，造成视频图像的差异。这就意味着某个电子警察系统在甲地使用效果很好，在乙地使用效果不好，另外每个地区交警部门可能根据实际需求提出一些新要求。对于一个较为成熟的电子警察系统，应该能满足大多数需求，同时能很方便地修改调整软件系统，满足用户的需求。随着监控数字化发展，城市道路监控完全数字化的时代为期不远了。
