电子警察（高清全无线电子警察）

系统概述
随着经济的高速发展，城市汽车数量不断增大，汽车驾驶员的数量也是日益俱增，同时伴随而来的车辆违章现象也越来越多，造成了大量的经济和人身损害，这给创建文明城市、维护交通秩序和保护人身安全带来诸多障碍。如何有效地解决交通拥挤和各类交通违章现象，降低交通事故的发生，达到畅通工程的要求，正成为各城市交管部门急需解决的重要问题。
为了有效地解决这些问题，惩治交通违章现象，避免路口交通拥挤、杂乱，许多城市开始安装电子警察系统，这些系统不仅有效的遏制了闯红灯违章现象的蔓延，同时也对广大司机起到警惕和威慑的作用，加强了司机遵章守法的自觉性，改变了城市的交通面貌，大大减少了事故发生现象，更充分体现了公安部倡导的“科技强警”精神。由于这些明显的作用，电子警察系统已引起了各城市交警部门越来越多的重视。
我公司经过多年潜心研究，终于研制成功全无线电子警察系统，并已投入项目使用。此系统采用无线车辆检测、无线红灯提取、无线数据传输、低功耗、抗干扰等多项国际领先技术，完全自主知识产权。全无线电子警察的研制成功，标志着电子警察行业的又一次革命。
1.2. 电子警察现状
1.2.1. 基本概念
传统上说的“电子警察”指的是闯红灯自动记录系统。违章闯红灯行为是造成交通事故、交通混乱、交通堵塞的主要原因之一，电子警察系统对交通路口闯红灯行为进行24小时监视，一旦有车辆违章闯红灯，立即抓拍作为处罚依据。
1.2.2. 检测及抓拍方式
目前在闯红灯电子警察领域中，检测车辆通过主要有两种方式：线圈检测和视频检测。抓拍方式主要有标清摄像机和高清摄像机两种。
在系统集成中有一个非常重要的问题是车辆检测方案的选择：视频车辆检测还是线圈式车辆检测。车辆检测方式的选择直接影响到系统的抓拍率。
线圈式车辆检测器检测精度是可以满足客户需求的，但需要切割路面。
视频车辆检测的优点在于不用切割路面，但检测精度低。一般白天的检测精度可以超过50%；而晚上在30%-50%之间。就我们分析，此类产品在国外广泛成功应用的原因是路况简单，机动车、非机动车、行人混行的情况很少。在中国，视频检测产品应该可以应用在快速路的交通信息采集系统，而在交叉路口这样复杂的应用条件还是不合适的。
 
从上表可以看出使用视频检测的抓拍率是较低的，而以往的项目实施中也因此出现过较多的纠纷。
在统计闯红灯违章监控系统的抓拍率时需要考虑车速的影响。主要原因是违章图片必须包含停车线和交通信号灯，这样也就限制了取景范围。而图片中能够清晰分辨车牌的区域是有限的，系统从发现违章车辆到最终成像是需要时间的，车速过高车牌所占画面面积过小可能无法分辨。
白天和晚上的效果也有区别，对于视频检测方式而言，差别很大，主要是检测精度下降导致的；对于线圈检测而言，检测精度不受光线影响，任何情况都可以提供高满意的检测率。
1.2.3. 标清摄像机缺点
? 分辨率低，图像质量差。夜间既看不清车辆型号，也看不清信号灯灯态。在处罚依据不够充分，容易引起争议。
? 采用远景＋近景车牌特写相结合，远景为了看清停车线、车辆型号、红灯灯态，近景为了看清车牌号码，但远景看不清车牌号码，近景看不清停车线和红灯灯态，因此在处罚中也是争议的焦点。
? 为了捕获较好的图片，使用较长的悬臂，不但造成浪费，影响市容，也大大提高了司机的警觉性。
? 车速过快时，因特写范围小，不容易抓拍合适位置的车牌，废片率比较高。
? 需要使用工控机控制，路口4个方向的摄像机都需要连接到工控机上，路口若没有预留管道，必须破路走线或顶管。不但施工麻烦，造价也很高。
? 路口需要使用工控机，工控机大多使用Windows系统，易受病毒感染及死机等困扰。
1.2.4. 线圈检测缺点
? 切割道路，暂时阻碍交通，影响车辆的正常行驶。
? 需向城建部门申请审批。
? 切割路面面积比较大，切缝软化了路面，使路基遭到破坏，容易造成整个路面的下陷，严重影响城市的交通面貌。
? 易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响，易损坏，使用寿命短，损坏后需重新切割路面埋置线圈。
1.2.5. 视频检测缺点
? 设置虚拟线圈，安装调试麻烦，造价比较高。
? 易受恶劣天气、灯光、阴影等环境因素的影响，特别是晚上误报率比较高。
1.3. 方案设计
基于目前市场上电子警察的现状，我公司开发出新一代无线电子警察：采用高清抓拍一体机抓拍车辆，采用无线车辆检测器检测车辆，采用无线红灯提取器提取红灯信号，夜间补光采用高频防眩闪光灯补光。
高清抓拍机的使用，每张照片都可以清楚的反应停车线、车牌号码、车辆型号、红灯灯态等信息，避免了标清摄像机的争议问题；
同时高清抓拍机是一个独立的抓拍系统，既可以完成抓拍、存储，也可以完成传输。每个方向独立工作，避免了使用工控机时因工控机故障使得整个路口瘫痪。若一个方向有故障，其它方向正常工作。
使用无线车辆检测器检测车辆，使用红灯提取器提取红灯信号，因此无需破坏道路布线施工，若配备路口无线联网、太阳能供电等，实现了真正的全无线电子警察系统。
 
1.4. 系统特点
1.4.1. 无线车辆检测、无线红灯提取
使用无线车辆检测器检测车辆，使用红灯提取器提取红灯信号，因此无需切割路面、无需开挖道路、无需布线施工。不影响任何交通秩序，不破坏任何城市道路，无需破路申请。安装更加简单方便快捷，同时保证了违法行为的有效检测率和准确率。
1.4.2. 高清晰成像
本系统采用390万像素分辨率高清抓拍一体机，抓拍图片尺寸高达2304*1712像素，图象分辨率达96像素/英寸，而图片大小约500k左右。1张违法图片可以清晰分辨红绿灯状态（包括箭头式红绿灯）、停车线、车牌颜色、车牌号码、车型以及车身颜色等，保证违法证据的充分可靠
1.4.3. 快速连拍
高清抓拍机最快可达4张/秒，根据实际使用情况一般采用3张高速连拍、高清晰成像的方式来反映违法全过程，为执法提供有利证据。
1.4.4. 超大视场宽度
高清抓拍机采用三倍光学变焦镜头，使视场宽度可根据不同环境需要进行设置，可同时对1～4车道进行抓拍。
1.4.5. 自控多网络传输
设计简单，无需在道口安装任何工控机及视频采集卡，网络结构简单。根据不同的环境条件进行选择，如ADSL、CDMA、GPRS、LAN和光纤进入等；
 
1.4.6. 中心本地分布存储
高清抓拍机自带80GB的IDE硬盘，在将违法数据实时传输到中心的同时本机仍然保留近10万张违法数据；
1.4.7. 全面稳定一体化设计
 全面的稳定设计，路口无工控机及Windows系统，保障设备在恶劣的工作条件下工作可靠。
1.5. 系统组成
RB-390高清闯红灯自动记录系统由：RB-390高清抓拍机、无线车辆检测器、无线红灯提取器、高频防眩闪光灯和后台管理单元构成：
 
? 组成清单
序号 名称
1 高清抓拍一体机RB-390
2 抓拍机防护罩YA4718
3 无线车辆探测器RB-WP
4 无线红灯提取器
5 闪光灯RB—SD（含防护罩）
6 以太网交换机或集线器（HUB）
7 本地图片下载软件jpgdownload.exe(需JAVA平台支持)
8 高清抓拍机专用处罚软件(需JAVA平台支持)
1.6. 工作原理
红灯亮且有车辆通过时：如果在此红灯周期内有车辆越过停车线或继续前进，均会触发无线车辆探测器，检测器发出信号，系统判定违法事件发生，发出控制指令拍摄过程照片（连续3张）。所得违法过程如下所示：
车辆闯红灯违法抓拍示意—白天(1)
 
车辆闯红灯违法抓拍示意—白天(2)
 
车辆闯红灯违法抓拍示意—白天(3)
 
车辆闯红灯违法抓拍示意—夜间(1)
 
车辆闯红灯违法抓拍示意—夜间(2)
 
车辆闯红灯违法抓拍示意—夜间(3)
 
所得到的违法照片，通过网络采用FTP方式并将违法照片自动传送到中心服务器。在所拍下照片的信息内容中，包含了车辆闯红灯的详细信息：日期、时间、地点及所属路口，照片自动生成文件夹以违法事件发生日期时间为文件名自动分类归档，提取方便快捷。
1.7. 核心工作原理
1.7.1. 车辆检测单元
目前使用的各种车辆检测方式中，只有地感线圈车辆检测方式可以满足大于95%的闯红灯及逆行捕获率的要求。基于此，我公司自主研发无线车辆探测器，不但与地感线圈具有同等检测效果，同时又避免了破坏道路，实现快速安装。 
 
无线车辆探测器埋设示意
1.7.2. 红绿灯检测原理
目前路口使用的交通信号机大多是多相位红绿灯，因此，信号灯检测器将分别对每一个车道应遵循的信号灯进行检测，即分别将直行，左转、右转的红灯信号、绿灯信号和黄闪信号（220V交流电压信号）送至信号灯检测器，配合信号灯与车道无线车辆探测器的逻辑关系，可以确保系统只对红灯状态下越过无线车辆探测器的车辆进行拍照，比如在红灯信号消失、黄闪时间段内通过停车线的车辆，系统将不予拍照。
本系统采用我公司自主研发的无线车辆探测器，可直接在对向红灯上接入无线红灯提取器，通过无线方式将红灯信号传递给无线红灯接收机，然后通过有线连接高清抓拍机。
1.7.3. 闯红灯车辆检测原理
埋设于车道的无线车辆探测器自身形成一个磁场，众所周知，当有金属物体经过磁场时，磁场的磁通量将发生一系列的变化，而机动车可被视同金属物体。
在红灯信号时，当车辆经过车辆探测器时，探测器所产生的磁场的磁通量将发生相应的变化，无线车辆探测器即判断有车辆通过并转发给无线接收机，此时若又是红灯灯态时，系统立即触发RB-390高清抓拍机对违法车辆进行连续抓拍。
具体检测抓拍过程：
1、在红灯信号时，当车辆压第一个车辆探测器上，第一探测器发第一个触发抓拍信号给抓拍机，拍摄车辆车头压在停车线上的照片，如下图：
 
2、当车辆压在第二个车辆探测器上时，车辆探测器发出第二个触发抓拍信号给抓拍机，拍摄车辆离开停车线并继续前行的照片，如下图：
 
3、无线车辆探测器根据前面两次触发拍照的间隔，发送一个时间数据给抓拍机，抓拍机按照此时间值延时拍摄第三张照片，如下图：
 
这样的过程保证了如果车辆仅仅压线而没有继续闯红灯，系统将只拍摄一张照片，在后台处理中一张照片将不作为处罚依据。而车辆如果有闯红灯行为，不论车行速度是快还是慢，都能完整的获取符合GA/T496-2004标准中闯红灯行为记录的照片。
1.7.4. 图像采集单元
图像采集工作主要由RB-390高清抓拍机、闪光灯及相应的控制软件来完成。
RB-390高清抓拍机和闪光灯分别安装在横杆上，立杆安装位置通常在停车线后15米左右，从车辆尾部方向对车辆进行拍照。
 
路口前端设备安装示意图
1.7.5. 系统设备
? 道口设备箱
（1）电源防雷器；
（2）5V直流开关电源；
（3）以太网交换机
? 前端抓拍单元
（1）390万高清抓拍一体机；
（2）无线车辆探测器；
（3）无线红灯提取器；
（4）闪光灯。
1.7.6. 网络传输单元
主要设备包括网络端口设备和网络交换机。系统抓拍到车辆违法图片后，向中心进行传输。图片的获取有两种方式，一是通过网络将图片传送至指定的数据中心，传输网络可以是光纤、ADSL或其他有/无线网络；二是利用人工现场将图片下载到存储介质当中带回数据中心，如笔记本电脑现场下载等方式均可。
? 直接使用光纤传输
 
网络状况：最佳 ★★★★★
工作模式：如道口至中心有光纤直接连接，则模式为交换机(4口/8口)---光纤收发器----光纤----光纤收发器----交换机[视前端高清抓拍机数量而定，选配交换机口数]----至违章数据存储服务器，工作站将存储服务器上取出照片，通过违章处罚软件，打印违章处罚通知书。
网络状况：基于光纤介质传输为最佳理想传输方式，金属导线传输的信号会随着传输距离而有较大的衰减,有效传输距离较短。而光在光纤中传输的衰减较低,能保证信号传输较远距离，而保持的强度与稳定性，在实时性方面，得到保障。
? 使用ADSL网络传输
 
网络状况：较好 ★★★★
工作模式：在电信IDC机房进行服务器托管，在服务器上做好相关安全防范措施后进入公网internet,路口处申请一条包年ADSL，前端相片将违章照片通过公网传输至服务器，中心存储服务器通过ADSL进入公网，连接至服务器上将违章照片取下，最后通过PC工作站连入中心存储服务器，通过违章处罚软件，打印违章处罚通知书。
网络状况：基于ADSL公网传输，只需要在IDC机房进行服务器托管，就可以实现多个路口网络组建，克服了光纤不能到中心，而组建的稳定，实时的网络传输。
? 使用CDMA 1X网络传输
 
网络状况：良好 ★★★
工作模式：在电信IDC机房进行服务器托管，在服务器上做好相关安全防范措施后进入公网internet,路口处使用CDMA，无线网络，将前端相片将违章照片通过公网传输至服务器，中心存储服务器通过ADSL进入公网，连接至服务器上将违章照片取下，最后通过PC工作站连入中心存储服务器，通过违章处罚软件，打印违章处罚通知书。
网络状况：基于无线网络传输，只需要在IDC机房进行服务器托管，路口使用CDMA无线网络传输就可以实现多个路口网络组建，克服了光纤不能到中心，路口无ADSL情况下,组建的良好的，实时的网络传输。
? 使用电信E1网络传输
 
网络状况：最佳 ★★★★★
工作模式：通过租用电信E1网络,两端加上以太/E1协议转换器,使路口与中心相连,将前端照片传至违章数据存储服务器，工作站将存储服务器上取出照片，通过违章处罚软件，打印违章处罚通知书。与光纤传输模式基本一样,只是两端加了以太/E1协议转换器.
网络状况：如路口离中心较远,无法拉置光纤,ADSL等情况下,不考虑无线传输的话,可考虑租用电信E1网络,专线网络可保证网络的稳定性,网络传输情况为最佳,但是不足的地方运维造价方面较高.
1.8. 技术指标
1.8.1. 高清抓拍一体机技术参数
 
RB-390高清抓拍一体机性能参数
电源输入 220V±20% 交流电
最小对焦距离 0.3 m
影像感光器 390万像素的CCD图像传感器
镜 头 倍 率 3倍光学变焦
 焦 距 7.3～21.9mm
 最大光圈 W = F / 2.8 , T = F / 4.9
 快门速度 1/35秒～1/2000秒
图像总像素 2304×1712 pixels
触发方式 TTL电平（5V），下降沿触发；网络控制触发
内置硬盘 2.5英寸IDE硬盘
LAN接口速率 10/100Mbps
图片压缩格式 JPEG标准格式
图片传输方式 通过FTP协议自动传输到服务器；远程下载
抓拍响应时间 ＜40毫秒
连续拍照间隔 ≥380毫秒
内置实时时钟误差 ±5分钟/月
外观尺寸（长×宽×高） 228.5（mm）×87（mm）×87（mm）
可靠性 MTBF>1年
环 境 参 数
工作温度 -20℃～+70℃
工作湿度 < 90%（+40℃时）
存储温度 -40℃～70℃
1.8.2. RB-WP无线车辆探测器
 
无线车辆检测器          无线接收器
探测高度：≤85cm（纵向底盘距地面）
≤50cm（横向车身距检测器）
适用车速：5km/h－200km/h
使用年限：≥5年
数据传输调制方式：FSK及复合调制。
检测器尺寸：￠55×175（mm）
传输距离：≤80m
输出方式：TTL高有效,TTL低有效,开关量常开,开关量常闭(0.5s)共四种方式
接收机尺寸：115×90×55（mm）
1.9. 系统前端软件
1.9.1. 图片数据下载软件设置
 
该软件适用于没有网络接入条件，单机工作环境下取数据；也可用于在网络通讯出现故障时根据状态文件报告的故障时间段，下载故障时间段内没有自动上传的违法图片。通过网络线（RJ45 交叉线）使设备与计算机相连接，并且核对设备IP地址与计算机IP地址在同一网段上。
[用 户 名]：admin（默认）
[密    码]：00000000（默认）
[设 备 IP]：所要下载数据的设备IP（格式：XXX.XXX.XXX.XXX）
[端 口 号]：7 (不可更改)
[下载时间段]：所需下载图片的时间段，结束时间必须大于起始时间。
[图片保存路径]：下载数据所要保存的路径
完成所有设置后点击 [开始下载] 进行下载。
1.9.2. 高清抓拍机抓拍参数设置
 
控制按钮区：
[图像模式]：可选择图片模式，彩色模式/黑白模式。
[缩    放]：对抓拍机镜头控制，镜头伸/缩控制，调节视场范围。
[闪    光]：对闪光灯的闪光强度进行调节。
[增    益]：可对画面增益进行调节。
[亮    度]：可对画面亮度进行调节。
[调    焦]：对抓拍机焦距进行调节。
[闪光门限]：对闪光灯的闪光门限进行调节。
[镜头关闭]：镜头收回（关闭）。
[镜头开启]：镜头开启。
[时间调校]：使高清抓拍机内部时间与当前计算机时间同步。
[拍    照]：手动拍照，调试时使用。
功能设置区：
[拍照地点]：修改照片左上角水印（拍照地点）。
[设备密码]/[确认密码]：对设备操作登陆密码进行修改、核对。
[IP地址]/[子网掩码]/[网关]/[DNS]：抓拍机网络功能设置。
[FTP  IP]：目的（中心）FTP服务器地址，即图片自动传输目的地。
[FTP 用户]：FTP服务器上登陆用户名。
[FTP 密码]：FTP服务器上登陆密码。
[其他参数]：用于设置线圈灵敏度、拍照间隔及连拍张数。
[出厂设置]：恢复设备出厂预设值。
[退    出]：退出调试页面。
1.10. 管理平台
略