imc高畫質晰高速公路違章超速車輛抓拍系統方案書
杭州中瑞科技****
2023年5月
目錄第一章設計思想 (3)
第二章設計依據 (4)
第三章系統功能和效能指標 (5)
一、 系統功能 (5)
（1）車輛抓拍功能 (5)
（2）車輛測速功能 (8)
（3）系統具有拍攝司乘人員面部特徵功能 (8)
（4）車輛識別功能 (9)
（5）資訊上傳 (10)
（6）報警功能 (10)
（7）安全執行功能 (11)
二、 系統指標 (11)
第四章系統組成 (12)
工作流程 (13)
第五章系統特點 (15)
一、 突破傳統理論極限，實現高速拍攝頻率 (15)
二、 捷變頻技術 (15)
三、 長壽命窄脈衝發生器 (16)
四、 智慧型高速**和窄波束雷達的結合，提高系統準確性 (16)
五、 影象清晰度高 (16)
六、 真正的嵌入式系統保證系統的穩定性 (16)
第一章設計思想
高速公路違章超速車輛抓拍系統是整個高速公路管理指揮平台的重要組成部分。結合當前技術發展狀況及趨勢，考慮高速公路管理部門工作的特殊性，在系統的研發設計、生產製造、測試執行的過程中我們嚴格遵循以下原則：
1、經濟性
1）充分利用成熟的先進技術：在整個裝置的設計過程中，我們始終堅持實用第一的原則。在實用性、先進性和充分滿足系統功能要求的基
礎上，採用成熟的配件和技術，降低使用者的成本。我們在設計此系統
時考慮了裝置的可靠與穩定，減少使用者的維護費用，延長裝置的使用
壽命。2）避免盲目追求最新技術，同時又要防止系統處理能力不夠。
2、可靠性
系統的可靠性是指裝置抵禦外界干擾的能力及受外界干擾時的恢復能
力。鑑於本系統的應用性質，其執行可靠性必須得到絕對的保證，否則
將造成巨大的物質損失和極壞的社會影響。另外，由於該系統安裝在公
路邊的野外，環境條件惡劣，如果沒有可靠性的保證，將直接影響到系
統的使用價值。
1）系統內部全部選用工業級裝置，部分重要部件我們選用軍工級裝置，以保證系統的高質量和穩定性;
2）系統整合了世界上穩定且優秀的技術及元件，採用成熟技術以降低系
統的不穩定性;
3）對系統如硬體、軟體提供了詳盡的故障處理方案，以保證系統的快速
恢復性。系統採用容錯技術提高系統的可靠性；
4）系統關鍵技術是由軍工技術演變而來，穩定性不言而喻。
我們的產品充分考慮了以上幾點因素，全部選用可靠性、穩定性強，能
夠適應野外惡劣環境工作的配件，室外機櫃也是特別設計的，同時採取
有效的防雷、接地、穩壓等措施，具有防盜、耐高溫、抗寒、排風等特點，使用的電氣接線端子、過載、漏電及斷路保護裝置、避雷裝置、熔斷器等裝置均符合國家有關電氣安全標準要求。這些方面的考慮從硬體環境上為本系統的正常執行提供了重要保證。
3、開放性
技術方案和裝置具有良好的互聯、互操作能力及公升級能力，遵循最新的國際標準、國家標準和行業標準，遵循開放的原則。
4、先進性
1）系統技術水平保證先進性，符合當今電腦科學的發展潮流。系統網路平台、硬體平台、系統軟體平台技術代表當今計算機技術發展的
方向，並經實踐證明其有很強的實用性；
2）各平台有能力進行該項產品的持續性開發，可以保證該項技術不斷地更新並順利公升級而維持系統的先進性。
我們在進行本系統方案的設計時，是本著先進性與適用性相結合的原則的。即在系統總體方案設計時思路超前，在總體規劃時採用先進技術。
關鍵裝置採用國外及國內的先進裝置，以確保滿足以後不斷發展的需要。
考慮到系統的發展和推廣價值，它在任何乙個細節上的先進性，都將在我們的設計過程中體現，因為它將直接影響到系統的生存壽命。
第二章設計依據
我們在整個系統設計中嚴格遵循以下標準、規範：
1.《中華人民共和國公共安全行業標準》 ga38-92
2.《公安計算機資訊系統「九五」規劃》；
3.《安全防範工程程式與要求ga/t75-94
4.《計算機軟體開發規範gb8566-88
5.《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規範》gb50168-92
6.《電業安全工業規程dl-408-91
7.《工業企業通訊設計規範gbj42-81
8.《工業電視工程工程設計規範gbj115-87
9.《乙太網10base-t標準ieee802.3
10.《乙太網100base-t標準ieee802.3u
11.參考依據《公安資訊化標準彙編-國家標準部分》
12.甘肅省相關技術規範與標準
13.iso9000質量標準
第三章系統功能和效能指標
一、系統功能
（1） 車輛抓拍功能
對超速車輛捕獲率達到98%以上，並能準確的測量出車輛的速度。能準確對車輛攝像，在極短的時間內抓拍二幀影象，一幀用較高的**值用來清晰表達車型、顏色、司乘人員面部特徵，另一幀用較低的**值用來清晰表達車牌。
高速公路車輛速度快，用普通攝像機拍攝影象容易模糊，且拍攝點定位偏差大。根據高速公路的特點，只有用高速攝像技術才能解決高速公路超速抓拍的問題，使用高畫質晰高速攝像頭加上窄脈衝發生器，使車輛影象的凍結時間從普通攝像機的40毫秒縮短到0.5毫秒或更短，且影象具有更佳的表現能力。
並且，高速攝像技術的運用，解決了車牌和人臉在同一張影象內不能兼顧表達的難題。窄脈衝發生器和高速攝像機的配合在極短的時間內拍攝二張**強度不同的**，一張清晰表達車牌，一張清晰表達車型和司乘人員特徵。窄脈衝發生器的運用，使補光的強度可以在微秒量級可調，精確的補光強度控制，使影象成像更準確，車牌識別率更高，如下圖
圖1：白天車牌**
圖2：白天車型及司乘人員**
圖3：夜間車牌**
圖4：夜間車型及司乘人員**
能測定車輛的行駛速度，測速範圍為20~250公里/小時。測速誤差在±2公里/小時以內。
（3） 系統具有拍攝司乘人員面部特徵功能
系統監測到超速車輛時，能準確拍攝車輛前部影象及車輛駕駛員面部影象。
由於影象的解析度較高，達到1360*1024畫素，因此拍攝下來的車輛影象中司乘人員的面部特徵比用普通監控像機所拍攝的影象清晰，如圖所示。
圖5：車輛影象
圖6：司乘人員面部特徵
對抓拍到的車輛能自動識別其車牌及車牌型別。
在環境無霧和牌照清晰條件下，白天車輛號牌識別率應不小於90%，號牌識別準確率應不小於85%；夜間車輛號牌識別率應不小於85%，號牌識別準確率應不小於75%。
1).牌照自動識別
系統具備對民用、警用、軍用、武警、2002個性化等汽車號牌計算機自動識別能力，所能識別的字元包括:
①「0—9」十個阿拉伯數字；
②「a—z」二十六個英文本母；
③省市區漢字簡稱(京、津、晉、冀、蒙、遼、吉、黑、滬、蘇、浙、
皖、閩、贛、魯、豫、鄂、湘、粵、桂、瓊、川、貴、雲、藏、陝、甘、青、寧、新、渝、使、臨、臺) ；
④軍用車牌漢字(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、子、醜、
寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥) ；
⑤號牌分類用漢字(警、學、領、試、掛、境、港、澳、拖、農) ；
⑥武警車牌字(「wj、0—9 、消、邊、水、警、電、林、通」) 。
2).車型和顏色識別
按照我國車牌設計規則，常用的車牌底色有黑、藍、黃、白四種顏色，系統能對車牌顏色和車型加以區分。
由於我們採用使用了高速攝像機和窄脈衝發生器的組合，精確的**控制，使得牌照可自動識別準確率超過公安部的行業標準。如圖所示：
圖7：車牌影象
圖8：車牌特寫
（5） 資訊上傳
各監測點提供超速車輛等資訊的自動上傳功能。若考慮網路中斷或其它故障，可以在監測點加設資料快取器，將資訊儲存於資料快取器內，待故障恢復後再自動上傳。
未聯網的情況下，可採用人工讀取方式。
（6） 報警功能
系統建立機櫃非正常開啟的報警系統，防止系統被人為破壞。
（7） 安全執行功能
系統能夠全天候不間斷工作，具備停電自動恢復功能。系統執行平均無故障時間：5000小時以上。系統安裝有效的過載、漏電、短路保護裝置及避雷、防雷裝置，接地良好。
二、系統指標
雷達測速範圍： 20~250公里/小時
雷達測速誤差: ≤±2公里/小時
車輛捕獲率： ≥95%
車牌識別率： ≥98%
車牌識別準確率： ≥90%
窄脈衝發生器壽命： ≥100萬次
窄脈衝持續時間： 5～600微秒可調
窄脈衝間隔時間： 數微秒
拍攝頻率： ≥1000像/秒
影象解析度： 1360×1024 pixel
色彩模式： rgb 24bit
壓縮格式： jpeg
影象大小： 小於200k
單車影象數： 二幀影象，一幀表達車牌，一幀表達車型、人臉資料格式： 車輛經過時間、地點、車速、限速值、車牌號、車
牌顏色、車輛影象
正常工作溫度： －30℃～＋60℃
正常工作濕度： ≤95%；
防護等級： 符合ip55標準，防盜；
電源範圍： 220v 50hz ±10%
系統平均無故障時間： 5000小時；
第四章系統組成
系統由前端抓拍系統和後端管理系統組成。前後端系統通過光纖或無線網路進行連線，使用標準乙太網tcp/ip協議進行通訊。
網路通訊結構
前端監測點我們使用嵌入式方案，乙個測點監測同方向的2~3個車道，整個
測點由乙個雷達，乙個高畫質晰高速攝像頭，一組窄脈衝發生器，一套嵌入式控制器，乙個網路路由器或無線傳輸模組組成。所有裝置都安裝在防護箱內，防護箱高1.8公尺，雙層隔熱、防盜，防護箱安裝在路中間的隔離帶上，普通的維護可以在不使用工具的情況下進行，降低了安裝施工的成本，也降低了維護成本。
前端裝置具有斷電自恢復功能，當恢復供電後，所有裝置自動開始執行，無需人為啟動。
現場安裝圖
工作流程
系統採用雷達進行車輛速度的檢測，當車輛通過檢測區域時，系統自動測量出車輛的速度，發現為超速車輛，立刻進行拍攝，並輸出一**片發向中心管理伺服器。
當資料傳送到中心管理伺服器後自動對車牌進行識別，並錄入資料庫。**以jpeg格式儲存，並有時間、地點、車速、方向等資訊。資料進入資料庫後，根據車牌識別的結果進行黑車模糊比對，比對成功給出聲、光、電告警。
各部分流程圖如下：
嵌入式控制器
抓拍裝置工作流程
伺服器接收處理流程
第五章系統特點
杭州中瑞科技****擁有自主智財權的國家發明專利技術，即具有國際領先水平的「智慧型交通的高速攝像抓拍方法與系統」可廣泛應用於道路超速監控系統。用捷變頻高畫質晰高速攝像技術來「凍結」高速行駛車輛的影象，保證了車牌影象的清晰度，也將車型、司乘人員面部特徵表達的淋漓盡致。
普通攝像技術（攝像頻率25幀/秒，拍1幀需40ms時間）用於抓拍高速行駛車輛，存在許多技術困難：解決不了精確同步問題；解決不了高速成像問題，也就是說車速高到一定程度，影象（特別是車牌影象）就不清晰，特別是夜間拍不清晰；高速公路超速抓拍用普通攝像技術實現起來困難重重。
本公司採用捷變頻高畫質晰高速攝像技術克服了上述困難，其基本原理可以表述為：一是通過高速攝像技術獲得被測運動目標的清晰影象，二是測得運動目標的運動參量，如車速。
以下是本系統的主要創新點和特點：
一、突破傳統理論極限，實現高速拍攝頻率
ccd捷變頻高速攝像方法是目前國際上拍攝速度最快的數字攝像方法之一。「ccd捷變頻高速攝像方法」理論在國際上率先提出ccd影象記錄可以在納秒內完成。這乙個速度至少比傳統理論的技術提高3個數量級。
本系統的拍攝頻率可達到1000像/秒以上，抓拍高速行駛車輛的**可以保證清晰程度。
二、捷變頻技術
「捷變頻」是指拍攝頻率、快門速度能夠快速變化的技術。它保證了**指數相差很大的二幀影象的正確**，從而保證了兩幀影象的清晰度和顏色的復原。這一創新技術解決了夜間拍攝影象的問題。
按照要求用一幀「大脈衝光」，用以表達車型、司乘人員面部特徵，一幀用「小脈衝光」，用以使車牌成清晰像，兩脈衝之間僅隔數微妙。
三、長壽命窄脈衝發生器
一般監視拍攝裝置在夜間監視拍攝需配備專用強光照明光源，一年僅供電費用就要幾萬元。儘管如此，由於一般監控裝置自身技術效能指標的限制，也難以保證夜間車輛的拍攝清晰度。另外，採用普通閃光燈有一定的缺點，每一次閃光時間持續2000μs，對人眼造成突然刺激，容易引發事故。
另一原因是普通閃光燈壽命較短，燈管壽命設計為3000次，即使採取很多技術措施，也只能提到5萬至10萬次左右，根據現在道路的車流量，乙隻閃光燈一般只能用2至3個月，因此，必須不斷地進行更換和維修，不但消耗大量的人力物力，且對道路的安全通行造成極大的影響。
窄脈衝發生器壽命長，不用經常更換，不僅節省了大量的照明費用，而且把對駕駛員眼睛的刺激影響減到了最小。
四、智慧型高速**和窄波束雷達的結合，提高系統準確性
智慧型高速**觸發技術和窄波束雷達的結合，提高了系統對超速車輛抓拍定位的準確性，提高超速車輛捕獲率。
五、影象清晰度高
使用了高畫質晰高速攝像技術使影象清晰度從根本上得到了保證，捷變頻技術使白天和晚上都得到很好的**控制。獨有的高速成像技術在短時間內拍攝二張**程式不同的**，使得車牌和車型人臉都能得到非常好的表現。
六、真正的嵌入式系統保證系統的穩定性
系統做到了真正的嵌入式，前端不需要工控機，結構簡單，效能穩定，維護方便。
下面是實際使用中白天拍攝的**：
效果圖組1
效果圖組2
以下是實際使用中晚上拍攝的**：
效果圖組3
效果圖組4
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