卡口系統(tǒng)背景

　　平安城市建設(shè)范疇非常廣，包括政治、經(jīng)濟、治安、消防、環(huán)境、交通、社會公共資源整合、人民素質(zhì)提高等等,簡而言之，平安城市就是通過三防 (技防、物防、人防系統(tǒng))建設(shè)城市的平安和諧。一個完整的安全技術(shù)防范系統(tǒng)，是由技防系統(tǒng)、物防系統(tǒng)、人防系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，四個系統(tǒng)相互配合、相互作用來完成安全防范的綜合體。安全技術(shù)防范系統(tǒng)很重要的一個子系統(tǒng)就是出入口控制系統(tǒng)，而出入口控制系統(tǒng)中最核心的就是高清卡口系統(tǒng)的建設(shè)，以下文章就是針對平安城市建設(shè)中的高清卡口建設(shè)展開深度剖析。

　　卡口國內(nèi)現(xiàn)狀

　　傳統(tǒng)卡口主要是指公安機關(guān)用于堵截、盤查違法犯罪嫌疑人的治安設(shè)施。一般設(shè)置在交叉路口,過橋、過河等交通要塞位置，用于記錄、保存、傳輸卡口現(xiàn)場信息的相關(guān)智能化設(shè)備，一般包含三個部分：前端記錄系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、后臺管理中心。治安卡口根據(jù)使用對象不同而分為治安 (布控)卡口和交通(測速)卡口，一般都是設(shè)置在人、車流量較大且案件常發(fā)地段。國內(nèi)治安卡口的發(fā)展是“五花八門”，先后有利用光學(xué)膠卷相機、數(shù)碼相機、視頻攝像機+數(shù)碼相機、高速球形機、視頻攝像機、高清攝像機等不同圖像采集設(shè)備的諸多類型。卡口系統(tǒng)的建設(shè)，主要是通過前端檢測設(shè)備采集并記錄所有經(jīng)過本斷面的機動車、非機動車、行人等信息，對經(jīng)過的車輛進行車牌識別、經(jīng)過的非機動車和行人進行記錄，采集本斷面所有機動車、非機動車、行人的圖片和數(shù)據(jù)信息，并與信息中心通訊。

　　傳統(tǒng)卡口系統(tǒng)，幾乎都采用模擬標(biāo)清成像技術(shù)，分辨率最大為768*576，像素不足。模擬攝像機所采用的圖像傳感器雖然具有很好的線性，但模擬線性成像中存在圖像層次區(qū)分不明朗、對比度差等問題，直接導(dǎo)致刑偵、治安等業(yè)務(wù)部門追查套牌車輛、黑名單車輛、肇事車輛時，司機的面貌無法看清楚，以及無法提供目標(biāo)車輛清晰面部特征的前排乘坐情況。

　　卡口業(yè)務(wù)需求

　　高清卡口的業(yè)務(wù)需求，應(yīng)該包括提供可供實戰(zhàn)的應(yīng)用功能，更好地提升道路動態(tài)管控和治安、刑偵、交通管理水平，在打擊和預(yù)防犯罪、處置突發(fā)性事件、規(guī)范城市交通秩序和其它應(yīng)用中發(fā)揮作用。系統(tǒng)需要成像清晰、實時可靠，實現(xiàn)對轄區(qū)內(nèi)運行車輛、行人進行有效管理，不僅可以進行傳統(tǒng)的事后查找，還要實現(xiàn)預(yù)警功能。

　　為滿足業(yè)務(wù)需求，高清卡口建設(shè)需求至少包含以下幾個方面內(nèi)容。

　　1、對通過監(jiān)測區(qū)域的所有對象，包括機動車特征、機動車駕駛?cè)恕⒎菣C動車、非機動車駕駛?cè)?、行人，都能夠清晰捕獲;

　　2、對所有斷面進行全區(qū)域的覆蓋;

　　3、對通過外場設(shè)備記錄下來的信息，不僅能夠進行實時信息監(jiān)控報警，還能通過查詢和數(shù)據(jù)挖掘手段進行歷史信息回溯以及對該信息進行有效處理分析。

　　在實際應(yīng)用中，結(jié)合業(yè)務(wù)管理要求，主要信息需求如下。

　　對機動車的信息需求

　　機動車的車型車種等信息反映了道路交通流的車輛結(jié)構(gòu)和組成，通過采集道路交通流的車型車種等信息，掌握不同地域號牌車輛、不同營運性質(zhì)車輛、以及不同車型車輛的時空分布狀況，對于提高道路交通組織、交通管理決策水平，加強對外省市車輛、非環(huán)保車輛管理水平，靈活地配置警力或安全管理設(shè)施，打擊針對車輛的違法行為、犯罪等應(yīng)用是非常必要的。

　　需要掌握在道路機動車道上行駛的機動車的基礎(chǔ)信息、動態(tài)信息和在非機動車道上行駛的機動車的基礎(chǔ)信息。其中機動車的信息主要包括經(jīng)過地點、行駛方向、經(jīng)過時間、號牌號碼、號牌顏色、車身顏色、車輛類型、廠商標(biāo)志、裝載情況、斷面流量等內(nèi)容。

　　對非機動車的信息需求

　　需要掌握在道路非機動車道上和在道路機動車道上行駛的非機動車的信息，可以為對象特征匹配、檢索提供支持。

　　非機動車主要有自行車、摩托車、三輪車等，其行駛并非嚴格按照道路管理規(guī)范要求行駛，存在大量的逆向、超越及交疊等不規(guī)律行為，存在很大程度上的隨機性，再加之目標(biāo)對象本身無相對固定的特征點，對于直接獲取數(shù)據(jù)信息難度相對較大，比如說車型、號牌號碼及車身顏色等。[nextpage]

　　對人的信息需求

　　需要掌握道路上的行人信息和機動車前排司乘人員的面貌特征，滿足對于刑偵、治安等業(yè)務(wù)部門要求追查套牌車輛、黑名單車輛、肇事車輛的司機面貌和行人衣著主體顏色、面貌特征的需求。

　　綜上所述，平安城市中的高清口系統(tǒng)應(yīng)該能記錄所有經(jīng)過卡口的目標(biāo)，成像清晰、實時可靠，對記錄的車輛進行車牌識別等處理，實現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)的業(yè)務(wù)統(tǒng)計、檢索、管理、數(shù)據(jù)交換等功能。

　　卡口關(guān)鍵技術(shù)

　　在平安城市建設(shè)需求的大背景下，卡口建設(shè)實際環(huán)境多是路況條件復(fù)雜、對象移動不規(guī)律、周圍環(huán)境存在不可預(yù)料的因素，為保證一個卡口系統(tǒng)在上述各種條件下運行的高可靠性與可用性，需要采用較為合理的技術(shù)實施方案，前端檢測設(shè)計的主要因素包括目標(biāo)識別、抓拍觸發(fā)以及抓拍補光三個方面等，本節(jié)分別論述其可行性。

　　高清目標(biāo)識別分析論證

　　根據(jù)車牌識別的特性，使用當(dāng)前先進的車牌識別技術(shù)，當(dāng)車牌在圖像中的寬度大約在80個像素至180個像素時(典型值是數(shù)字攝像機100-120個像素，模擬攝像機150個像素)，車牌識別的性能和準(zhǔn)確性最佳。一般標(biāo)準(zhǔn)模擬攝像機采集的圖像寬度是768個像素，車牌的寬度是44cm，這時，標(biāo)準(zhǔn)攝像機能監(jiān)視的場景只有188cm至282cm之間(典型值是225cm)，而一個標(biāo)準(zhǔn)車道寬是375cm，對于部分騎線行駛或跨線行駛的車輛信息采集必然會有一定疏漏。按照120個像素的車牌寬度計算，若采用200萬高清晰攝像機，可監(jiān)視的視寬為704cm，能滿足兩個車道的監(jiān)控需要，并能與左右兩側(cè)相鄰車道攝像機各交叉覆蓋部分，很好地解決跨線漏車問題。

　　同時高清的視場高度，可監(jiān)控475cm的垂直視場，可看到整車的范圍。而采用兩百萬像素攝像機作為機動車道攝像機，同一攝像機還可以同時提供全景圖片，能夠清晰辨認車輛類型、車身顏色、所載貨物和所處位置，能夠清晰辨別人員衣著穿戴等主要特征，而不需要架設(shè)專門的全景攝像機。采用兩百萬像素攝像機，車輛和人員的有效像素數(shù)均有顯著提高，可以更有效的滿足治安卡口對車輛和人員高清晰抓拍的需求。

　　目標(biāo)抓拍觸發(fā)技術(shù)比選

　　常見卡口運動目標(biāo)的抓拍觸發(fā)方法有以下幾種：線圈觸發(fā)、線圈觸發(fā)+視頻觸發(fā)、視頻觸發(fā)。

　　線圈+全視頻觸發(fā)的工作的=方式使系統(tǒng)的觸發(fā)可靠性更高，在機動車捕獲方面互為補充提高機動車捕獲率，線圈捕獲率基本不受氣候等環(huán)境影響，全視頻提高了前車擋后車、后車跟前車太近等情況下的捕獲率;在機動車道/機非混行車道/非機動車道上有非機動車與行人的情況下，線圈觸發(fā)不能捕獲，全視頻觸發(fā)則可以很好的捕獲。

　　綜上，高清卡口系統(tǒng)不同于普通的車牌識別系統(tǒng)，對機動車、非機動車與行人的抓拍同樣重要，需要采用最高捕獲率及可靠性的系統(tǒng)。對于機動車道、機非混行車道采用線圈+全視頻的檢測方式最大程度上保證行人、非機動車、機動車輛的捕獲，對于非機動車道采用全視頻的檢測方式保證行人、非機動車的捕獲。綜合考慮，線圈+全視頻觸發(fā)具有最好的目標(biāo)捕獲能力，對行駛在機動車道、非機動車道、機非混行車道上的機動車、非機動車與行人都能進行抓拍觸發(fā)，方便擴展事件檢測功能，抓拍準(zhǔn)確率高，是最可靠的觸發(fā)方式。

　　目標(biāo)抓拍補光方式比選

　　根據(jù)不同的功能要求，結(jié)合環(huán)境保護要求及防擾民要求，采用合適的補光方式。目前，常用的補光方式有曝光燈補光、LED燈補光。

　　曝光燈補光(高強度氣體放電燈)利用電子激發(fā)氣體發(fā)光，瞬間產(chǎn)生強光。例如35w氙氣燈能產(chǎn)生3200流明的強光，亮度提升300%。

　　曝光燈在視場照度提升方面有著明顯優(yōu)勢，可以通過曝光燈補光看清機動車前排司乘人員的特征。但曝光燈補光會給人以曝閃的感覺，對環(huán)境有一定程度的光污染，需要通過技術(shù)及工程設(shè)計，限定曝光的范圍及角度，使用恰當(dāng)?shù)钠毓鉄暨M行補光。

　　LED光源，綠色環(huán)保，光線柔和、功耗低、壽命長，是未來照明發(fā)展方向。

　　在LED補光方式中，有一種可控窄脈沖高亮度LED燈補光方式，與攝像機同步觸發(fā)。該技術(shù)脈沖時間1毫秒，僅為普通閃光燈的1/3;亮度高，色溫高達5600K，圖像色彩還原性好;長壽命，其壽命超過50000小時，而且其壽命與頻閃次數(shù)無關(guān);對周圍環(huán)境和駕駛員的正常通行無影響。由于采用窄脈沖頻閃方式，在保證瞬時亮度的同時，其平均功耗僅為約35W，節(jié)省能源，保護環(huán)境。但LED補光在夜間成像質(zhì)量上目前尚無法達到曝光燈的水平。[nextpage]

　　同時，LED燈可以給監(jiān)控視頻提供補光，而曝光燈則不能。

　　根據(jù)高清卡口業(yè)務(wù)需求的特性，需要對對機動車、非機動車及行人均進行抓拍。綜合考慮對機動車前排司乘人員特征及車輛前部特征捕獲以及減少對行人和周圍環(huán)境的影響，采用如下的補光方式：機動車道、機非混合車道采用LED燈+曝光燈補光;人行道采用LED燈補光。

　　卡口典型應(yīng)用

　　高清視頻監(jiān)控卡口系統(tǒng)總體組成由前端卡口信息采集子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、高清視頻監(jiān)控卡口信息中心三部分組成，下面對系統(tǒng)的組成進行說明(如圖1)。

　　前端卡口信息采集子系統(tǒng)：主要功能為信息采集和通訊，即采集并記錄所有經(jīng)過本斷面的機動車、非機動車、行人等信息，對經(jīng)過的車輛進行車牌識別、經(jīng)過的非機動車和行人進行記錄，采集本斷面所有機動車、非機動車、行人的圖片和數(shù)據(jù)信息，并與信息中心通訊。

　　通信子系統(tǒng)：完成前端卡口信息采集子系統(tǒng)與信息中心之間的高速通信，傳輸前端卡口信息采集子系統(tǒng)所采集的各種數(shù)據(jù)、圖片及視頻流，滿足系統(tǒng)對分布式存儲在各前端卡口信息采集子系統(tǒng)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)的調(diào)用。

　　信息中心：是高清視頻監(jiān)控卡口系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)處理中心，是用戶訪問整個卡口系統(tǒng)的窗口;完成數(shù)據(jù)信息和圖片的接收、處理及存儲，實時展示各系統(tǒng)和前端采集設(shè)備的狀態(tài)以及對系統(tǒng)的日常管理;根據(jù)實時車輛信息，進行黑名單比對、套牌車檢測、行駛軌跡分析、跟車關(guān)聯(lián)分析等業(yè)務(wù)處理，完成對車輛布控等實戰(zhàn)功能;能夠根據(jù)業(yè)務(wù)要求，提供綜合查詢功能，為業(yè)務(wù)分析提供參考依據(jù)。

　　中長期建議

　　根據(jù)筆者多年來在平安城市建設(shè)摸索的經(jīng)驗、同時與廣大的公安交警用戶的交流、結(jié)合當(dāng)前新技術(shù)新潮流的分析與理解，筆者對平安城市中的高清卡口建設(shè)提出以下中長期建議。進一步引入高清視頻技術(shù)以及視頻智能分析技術(shù)，加強綜合應(yīng)用能力?；诟咔逡曨l技術(shù)的視頻智能分析系統(tǒng)，可以幫助用戶在一個監(jiān)測信息點，同時實現(xiàn)對高清視頻圖像、車牌數(shù)據(jù)、交通流數(shù)據(jù)、交通事件、違章等多種交通數(shù)據(jù)信息的綜合采集應(yīng)用，可以改變我們在交通管理方面視角限于一個路口、一條路段、一片轄區(qū)，交通管理難以從整體把握的現(xiàn)狀，建立由交通視頻監(jiān)控、事件檢測、流量檢測、違法監(jiān)測和卡口監(jiān)測等多種系統(tǒng)組成的多維、立體的綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對城市道路交通狀況、交通流信息、交通違法行為以及治安管控效果的全面監(jiān)測，徹底、從繁重的“人海戰(zhàn)術(shù)”中解脫出來，從而實現(xiàn)從點到面的交通治安監(jiān)管，為和諧社會平安城市的建設(shè)提供有力保障。進一步加強和深化視頻錄像的應(yīng)用，如建立多功能搜索視頻庫，可根據(jù)各類車牌、(機動車和自行車、摩托車等非機動車)車型、車標(biāo)、車輛(和行人)顏色、事件、地點等等各種關(guān)鍵詞搜索視頻庫中的錄像文件和圖片資料，可極大大降低公安部門的交通、治安、刑偵等各個業(yè)務(wù)部門的管理應(yīng)用人員工作量，提高工作效率以及科技應(yīng)用水平。