集成智能化卡口在城市公共交通系统中的应用
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作者: 陈启明
本文介绍了智能化卡口技术的硬件组成和软件平台的功能模块设计。在高清视频卡口一体机中嵌入虚拟线圈技术对经过卡口的车辆进行监控。对卡口技术的工作原理进行描述。
【关键词】卡口 集成 功能模块
随着社会经济的发展，城市人口的不断增长，车辆数目也迅猛发展。相应的城市交通压力不断增加，道路交通拥堵、交通事故经常发生已经影响到城市居民的正常生活。车辆故意违章、肇事逃逸、车辆套牌等交通案件不断发生使得城市交通问题更加复杂。面对这些问题，需要提高交通管理部门的管理水平，采取快速的应对方法加以解决，保障人们的出行安全。集成智能化卡口技术是帮助交通管理部门加强对道路交通监管的重要手段。
1 系统的硬件组成及工作原理
智能化卡口系统主要包括三大部分，前端系统、传输系统、中心系统。组成结构见图1。
1.1 前端系统
集成智能化卡口的前端设备主要安装在城市主要干道、交叉口、城市的主要出入口，高速公路的收费口等处。前端设备包括高清视频卡口一体机、LED补光灯、高清镜头、同步闪光灯。这些设备通常安装在悬臂杆、龙门架或者辅助支架上。
这些前端设备中关键设备是高清视频卡口一体机。该设备集“图像采集+车牌识别+交通参数检测”于一体。前端图像采集采用了视频触发技术。这种技术是在摄像机拍摄的图像中加入虚拟线圈，当车辆经过抓拍区域，经过图像比对，触发设备进行抓拍。虚视频触发技术与地感线圈相比，具有安装维护方便的优点，已经被广泛应用。
集成智能卡口采用先进的光学和电子技术、图像处理号牌识别技术检测指定位置多个车道内行驶的车辆，对经过卡口的车辆拍下汽车和车内驾驶员的特征，通过图像处理和文字识别技术自动识别出车辆的牌照。视频高清摄像抓拍技术，能全天候不间断地对过往车辆自动进行实时监测拍照记录。采集车辆信息，包括时间、地点、车型、车辆号牌、车牌颜色、车速、方向及车辆的全景和特写照片等，并将车辆的信息上传给数据处理中心。系统单车牌识别时间：<0.2秒、测速精度：5%、检测率>98%、识别率>95%。
高清全景摄像头分辨率达百万像素以上，抓拍图像清晰，可以清晰地记录车辆的车牌及驾驶员的身体特征。镜头接口方式：C；焦距：35mm。
同步闪光灯也是特写灯，它与拍照设备同时触发，提高拍照瞬间的亮度。为了应对白天、夜间及天气不同情况下的光照的变化，采用高清辅助光源控制板给一体机和LED补光灯供电，根据卡口周围环境光照情况，适时自动开关辅助光源。LED补光灯具备较强的抗周围环境光干扰能力。LED光源具有使用寿命长，节能和无光污染的优点。
1.2 传输系统
卡口数据可通过3G、光纤、ADSL等传输方式自动传输到中心，本系统采用光纤传输方式及时将监控视频及违章数据传输到中心服务器。在传输线路、设备出现故障等非正常情况时，违法数据可以暂存在抓拍机自身的SD卡中。
数据传输系统由路口分支交换机、路口汇聚交换机、主干光缆组成。路口分支交换机内装有工业以太网交换机，它把高清视频卡口一体机通过超五类室外防水网线传递来的数字信号转变为光信号。路口汇聚交换机把本路口附近的几路监控信号进行汇聚，再通过主干光缆转递到数据处理中心进行处理和存储。路口汇聚交换机采用工业以太网交换机，16端口双电源供电，二层交换，千兆单纤上联，包含网管软件。
1.3 中心系统
监控中心布置千兆网闸、中心汇聚交换机、光纤通道卡、文件接收服务器、SAN交换机、磁盘阵列、公安网数据库集群服务器等设备。前端系统采集的车辆数据输入和控制中心输出的数据或指令通过千兆网闸进行数据交换，防止系统受到黑客和病毒的攻击，提高了卡口系统的安全性。中心汇聚交换机把不同主干光缆传来的数据进行汇聚、转发和交换。同时交换机还可以对不同通讯协议进行转换，保证信息可以接入现有违法管理系统。
由于卡口系统数据量庞大，为了防止数据的丢失和损坏，存储设备采用磁盘阵列。磁盘阵列所有部件都是冗余配置，配置冗余电源、风扇、控制卡、高速缓存等，保障存储设备不存在单点故障。磁盘阵列可实现不同容量硬盘混和使用，支持逐一添加硬盘。
文件接收服务器采用2U机架式服务器，单颗12核CPU，内存≥4G，集成双千兆以太网。接收服务器接收前端系统发回的经过卡口的车辆信息（含时间、地点、车的号牌、车速、车辆全景特写图片、视频信号等）。服务器对收到的信息数据进行采集、归类和存档，并写入数据库（数据库采用Oracle企业级数据库，C/S架构方式）。服务器同时提供网络应用接口，供主控制中心和各个分控点客户机访问连接，进行数据调用。文件接收服务器和公安网数据库集群服务器（双电源，4U机架式）都通过SAN交换机（即存储区域网络及其协议）与主存储连接，实现计算机与存储系统之间的数据传输，卡口数据进入公安网，进入省厅平台，数据延迟不大于8S。
2 中心信息系统平台软件及功能
中心信息系统平台采用当前主流和成熟的技术进行构建，兼顾公安、交通业务需求，充分考虑与公安等其他信息系统的连接，建设可扩展的开放平台。中心信息系统平台应易于操作、安全可靠性高、互通开放性好，易于维护。为了应对技术发展需要和能够实现与其它系统整合集成，系统平台应具有较高的兼容、扩展和升级能力。
卡口平台系统功能模块图见图2。
2.1 前端信息采集传输接口模块
前端卡口采集的车辆信息通过专用宽带网络，按照数据传输协议传输到控制中心。前端信息采集传输接口程序将接收的图像信息转换为视频图像信号显示在监控中心的监控屏上。
同时采集接口程序还将经过卡口的车辆车型、号牌、车速、行驶轨迹等采集信息解码，送到数据库供调用。信息传输是双向的，监控中心将监控指令通过传输接口程序发送到前端卡口设备。 2.2 卡口数据平台系统和高清图像存储管理
卡口数据平台管理系统对前端系统传递的信息，进行储存并写入数据库。数据管理平台能够对数据进行统计分析，提供检索查询功能，数据能够以图型和报表型式打印出来，数据库系统能够对主要数据进行备份管理。由于前端卡口监控设备较多、数据量庞大，存储方式采取循环覆盖技术，当存储信息超过存储容量时，自动对最前面的图片数据依次进行覆盖。图像信息采用通用的"JPEG"格式压缩图像。高清图像存储管理提供对视频图像进行显示、抓拍、存储、回放等功能。
2.3 违章行驶监控模块，违章处罚模块，黑名单比对及即时处罚系统
违章行驶监控模块包括超速模块和不按线行驶模块。模块能够对经过卡口的车辆的超速行驶、逆行、闯红灯、违章并道、跨线行驶，违章停车等情况进行判别。判定的违章信息需要经过人工确认。违章处罚模块对确认违章车辆的数据，生成违法公告。违章记录信息被保留用于违章处罚。同时处罚模块可以实现对违章进行处罚和撤销。
卡口系统一个重要作用是对被卡口设备抓拍的车辆与黑名单上的车辆（假牌照、套牌、涉案、肇事逃逸、交通违章过期未处理等车辆）进行比对。如果确认发现嫌疑车辆，系统进行自动报警，报警信息自动发给有关部门，提醒有关方对卡口车辆进行布控。同时系统可以对已经处罚的车辆进行撤销
2.4 用户管理
用户权限管理功能可以实现对不同的用户分配不同的权限。根据不同登录人的信息，开放不同的使用权限。不同级别的用户只可以对规定权限内的信息资源进行查询。管理员权限最高，能够对信息进行添加、修改、维护、编辑、更新、备份和日志管理。
3 结论与展望
集成智能化卡口系统能够对经过卡口的汽车和车内驾驶人员进行拍照，并自动进行车辆比对。它可以迅速地捕捉到肇事、违章车辆和黑名单车辆，为及时发现交通违章行为，快速侦破交通违法等刑事案件提供重要的技术支持。卡口系统能够对车流量分布、运行车辆的构成、违章情况进行长期不间断的自动记录，并对数据进行分析。分析结果可以作为交通规划，交通管理，道路维护的重要依据。集成智能化卡口监测系统对道路交通的安全运行和管理有着十分重要的意义。
随着监控设备、计算机，人工智能等相关技术的发展和应用，卡口系统的高清化、一体化和智能化会得到进一步提高。
参考文献
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作者单位
大连市城市交通设计研究院 辽宁省大连市 116033
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