章 前端子系统设计
一.1 前端子系统组成
一.1.1 前端子系统组成
Ø 机动车测速系统前端子系统主要由以下功能单元组成：
Ø 车辆测速单元：测速雷达；
Ø 图像采集识别处理单元：含抓拍单元和补光灯；
Ø 前端数据处理及上传单元：
图1. 机动车测速系统前端组成结构图
一.1.2
一.1.3 车辆测速单元
图2. 雷达测速原理
系统采用窄波束雷达测速的方法对车辆进行速度检测，雷达的有效测量范围，只限定在一个车道，有效的避免了相邻车道的车辆速度干扰，雷达根据多普勒原理，换算出车辆行驶速度，将对应的速度信息传输至高清摄像机。
雷达与高清摄像机之间采用RS-485串口通信，雷达通过485信号将车辆速度信息传递给高清摄像机。
一.1.4 图像采集识别处理单元
图像采集处理单元由高清摄像机加补光灯组成。
系统选用的高清摄像机采用高清CCD+高清ISP+高性能嵌入式DSP一体化架构设计，集高清视频采集、高清视频处理等核心功能于一体。300万像素高清抓拍相机有效像素达到2048×1536，所拍摄的图片能清晰的分辨车牌号码、车牌颜色、车辆类型、车身颜色、人员脸部特征等，车牌识别率能否保证取决于车牌在照片中所占像素的多少，本系统所采用的号牌识别算法能够在车牌横向像素点不小于120时保证号牌识别的准确率95%以上。
高清摄像机能同时输出高清照片和车牌识别数据，具备强光（逆、顺）抑制功能，减弱白天日光对高清摄像机和夜间机动车大灯对高清摄像机拍照的影响，从所拍照片上能清晰呈现机动车正面全貌和车牌特征。
一.1.5 网络传输单元
网络传输单元主要由路口工业交换机、光纤收发器以及光纤等资源组成，实现前端子系统与中心平台之间的互联互通。
一.2 系统现场布局
在本系统中采用1台300/320万像素的抓拍单元覆盖1—3个车道（国标宽度3.75m），保证视场范围的全覆盖。除了能够捕获在车道上正常行驶的车辆外，还具备捕获跨线行驶车辆的功能。
抓拍单元与补光灯安装在同一根立杆上，路侧立杆高度一般3米左右。300万像素抓拍单元投影位置与触发位置相距22米。
一.2.1 现场布局俯视图
监测点的现场布局示意图如下[正装]：
图3. 300万像素测速系统现场布局俯视图
侧装示意图
一.2.2 现场布局侧视图
图4. 现场布局侧视图
一.3 硬件设备配置原则
1) 车道配置1台300/320万像素抓拍单元/，用于采集行驶车辆的完整外形图片和实时数据处理；其中ISP成像控制、补光灯联动信号输出、车牌号码识别等关键技术均集成在高清摄像机中；
2) 车道配置一台闪光灯作为辅助光源，确保抓拍图片能够清晰识别车牌号码和前排驾驶室人脸；
3) 车道设置一台雷达，用作车辆速度检测；
4）路侧安装可测1-3个车道（安装高度2-4米）
一.4 前端系统主要设备选型
一.4.1 300万像素GMOS卡口抓拍单元
图5. 300万GMOS卡口抓拍单元
1) 产品说明：
本产品采用高清晰逐行扫描300万GMOS影像传感器，具有清晰度高、照度低、帧率高、色彩还原度好等特点，所有产品拥有自主知识产权，可广泛应用于交通卡口通行车辆记录、逆向行驶、跨线行驶等违章行为抓拍，并能为治安案件的侦破提供有力的线索证据，成为现代交通管理的高效助手。
2) 技术参数：
表1 300万GMOS卡口抓拍单元技术参数
| 项目 | 技术规格 |
| 摄像机 | 采用1/1.8英寸300万像素彩色逐行扫描GMOS高清智能摄像机 |
| 分辨率 | 2048(H)×1536(V) |
| 视频帧率 | 25fps |
| 内部配置 | 4722防护罩(防尘、防水滴面板)，内置LED补光灯、网络防雷器 |
| 视频编码 | 支持H.264/H.265/MJPEG码流输出 |
| 图片格式 | JPEG |
| 本地存储 | 支持断网时本地SD卡存储 |
| 通讯接口 | 2个100M/1000M 自适应RJ45 接口；3个RS－485 半双工接口； |
| 触发输入 | 4路外部触发输入 |
| 触发输出 | 6路（光耦隔离2500VAC），作为补光灯同步输出控制 |
| 补光控制 | 支持闪光灯或LED 频闪灯同步补光 |
| 功能 | 支持车辆检测器接入和雷达接入，支持线圈触发、视频触发，雷达触发，复合式（视频+线圈）触发等触发模式；具有车牌识别、车身颜色识别、车型识别、车标识别、车辆子品牌识别、未系安全带检测、人脸特征抠图、打开遮阳板检测等功能 |
| 性能 | 车辆捕获率：≥99%； |
| 车牌识别准确率：白天98%，晚上95% |
| 识别车牌种类：民用车牌，车牌，车牌，车牌； |
| 车身颜色识别准确率： 11种常见车身颜色的识别准确率≥92%； |
| 车型识别种类：支持13种车型识别； |
| 车标识别：支持常见的250种车标识别； |
| 车辆子品牌识别：支持常见的3000种车辆子品牌识别； |
| 其他功能 | 主副驾驶人员不系安全带检测、主副驾驶遮阳板检测、打电话检测、挂件检测、危险品车辆检测、黄标车检测等 |
| 终端接入 | 支持接入终端服务器 |
| 电压 | 100VAC～240VAC；频率：48Hz～52Hz |
| 功耗 | ＜20W |
| 工作环境温度 | -30℃～+70℃(低于-25℃时，需采用带加热模块)； |
| 工作环境湿度 | 5%~95%@40℃，无凝结 |
| 防护等级 | IP66 |
| 外形尺寸（不含支架） | 180mm(W)×152.7mm(H)×636mm(D) |
| 重量 | 6.5±0.5kg |
一.4.2 测速雷达
图6. 雷达实物图片
1) 技术参数：
表2 测速雷达技术参数
| 项目 | 技术规格 |
| 测速范围 | 5km/h～400km/h |
| 测速误差 | -4km/h～0km/h |
| 工作发射频率 | 24.15GHz±45MHz |
| 发射功率 | 约5mW |
| 反应时间 | ≤26ms |
| 接口 | RS485 |
| 波束宽度 | 6°×6° |
| 工作电压 | 12VDC |
| 功耗 | ≤3W |
| 工作环境温度 | -40℃～+80℃ |
| 工作环境湿度 | ≤98%@25℃，无凝结 |
一.4.3 补光灯
一.4.3.1 气体放电闪光灯
图7. 气体放电闪光灯
1) 产品说明:
基于机动车测速系统的工作环境和功能要求设计，要求寿命长、回电时间快、闪光亮度可调、闪光亮度稳定、亮度衰减小、用于高清相机抓拍补光，架设垂直高度6米，距离抓拍位置水平距离25 ~ 32米。
2) 技术参数:
表3 气体放电闪光灯技术参数
| 项目 | 技术规格 |
| 闪光能量： | 300J； |
| 色温： | 5600K±500K； |
| 回电时间： | ＜67ms； |
| 峰值闪光持续时间： | 1/30ms； |
| 工作寿命： | ≥300万次； |
| 触发方式： | 电平，+5VDC； |
| 覆盖范围： | 7.5m～8m @25m处； |
| 有效补光距离： | 16m～30m； |
| 电源 | 电压：165VAC～265VAC；频率：48Hz～52Hz； |
| 功耗： | 平均＜100W(@1闪/s)，瞬间＜300W； |
| 工作环境温度： | -40℃～+70℃； |
| 工作环境湿度： | 5%~90%@40℃，无凝结； |
| 防护等级： | IP65； |
| 外形尺寸： | 260mm(W)×260mm(H)×420mm(D)； |
| 重量： | 3.5kg。 |
| | |
一.5 雷达测速显示屏参数
产品技术参数：
1 显示方式：2位数显示
2 供电方式：220V供电。
3工作参数：
工作电压：12V ; 工作电流：<1.1A ; 探测车速：99公里/小时
4 提示限速显示模式：可以设置10，15,20，25,30，35,40，35,50等5的倍数限速，没有超速显示绿色数字，超速时显示红色数字。
5 适用范围：城市快速道路，高速公路，城郊连接线，机关院校等对车速有限制的路段。
6 同时适用3-4个车道。
雷达频率:K波段（24.150G） 可探测距离:≤300米 响应时间:≤5ms 漏能值:≤3μw/cm2
7 规格600mm宽x1300mm高x120mm厚（前开门）
测出正确读数，要求是目标移动方向直指雷达测速仪。
满足各种测试环境，可应对不同天气，雨天雾天可在车内正常测速。 |
一.6 系统功能
系统功能及性能规划严格按照部颁标准《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》（GA/T 497-2009）、《机动车测速仪》（GBT 21255-2007）中的有关规定执行，并合理应用科技进步成果提升整体系统性能，同时根据部门的具体业务应用需求，对数据进行深度挖掘，实现具有行业针对性的业务功能扩展。具体功能设计如下：
一.6.1 车辆速度检测功能
在结合各种提高测速精度辅助手段的基础上采用雷达测速方式,从根本上的解决了系统测速不准和出现异常速度的问题。
当机动车速度小于100km/h时，道路实测误差不超过-6km/h～0km/h；当机动车速度大于或等于100km/h时，道路实测误差不超过机动车速度的-6%～0%。
系统具备分车型分别设置标志限速和限速值的功能。
一.6.2 车辆图像记录功能
系统能够准确捕获、记录通行车辆信息。记录的车辆信息除包含图像信息外，还包括文本信息，如日期、时间（精确到毫秒）、地点、方向、号牌号码、号牌颜色、车身颜色、车速等。车辆信息写入关联数据库，并将相关文本信息叠加到图片上。
一.6.3 超速抓拍功能
系统能够准确捕获机动车超速行驶违法行为，每辆超速车辆采集2幅不同时间或者不同位置的特征图片，记录超速违法行为的完整过程，所记录的图片能清晰辨别机动车车型、车身颜色、号牌号码等基本特征。
每幅图片上叠加有交通违法日期、时间、地点、方向、图像取证设备编号、限速值、行驶速度值和超速比例、号牌号码、号牌颜色、车身颜色等信息。
一.6.4 智能补光功能
系统综合考虑了车辆前挡风玻璃对光线的反射特性、贴膜情况、环境光线照射情况，采用了特殊的滤光镜头、专门的成像控制策略和补光方式，同时安排了合理的设备布设方式，使得系统全天候对各类车型都能有效解决前挡风玻璃反光和强光直射等问题，确保车身、车牌都清晰可辨。
采用补光灯和摄像机成像控制模块之间的反馈控制技术，满足夜间拍摄要求。采用强光抑制技术，避免强逆光、强顺光环境下对拍摄造成的影响。
图8. 300万像素抓拍机现场真实拍摄效果图
一.6.5 车辆牌照自动识别功能
系统可自动对车辆牌照进行识别，包括车牌号码、车牌颜色的识别。
1) 车牌号码自动识别
系统具备对符合“GA36-2014”标准的民用车牌、车牌、使领馆车牌的号牌自动识别能力，并且具备对2012式军车号牌、2012式号牌的自动识别能力，所能识别的字符包括：
表4 车辆号牌识别字符
| 字符种类 | 具体内容 |
| 阿拉伯数字 | “0～9”十个 |
| 英文字母 | “A～Z”二十六个 |
| 省、自治区、直辖市简称用汉字 | 京、津、晋、冀、蒙、辽、吉、黑、沪、苏、浙、皖、闽、赣、鲁、豫、鄂、湘、粤、桂、琼、川、贵、云、藏、陕、甘、青、宁、新、渝 |
| 专用号牌简称用汉字 | 领、使、警、学、挂、港、澳、试、超 |
| 12式号牌字符 | WJ样式的字母、省份简称汉字、警种字母（X、B、T、S、H、J、D）、数字 |
| 12式军车号牌字符 | 各/各军兵种部拼音缩写字母、各/各军兵种部下辖各部属机构拼音缩写字母、数字 |
2) 车牌颜色自动识别
系统能识别黑、白、蓝、黄、绿五种车牌颜色。
3) 系统识别的车牌类型部分示例：
图9. 车牌类型示例
4) 前端识别技术
车辆牌照自动识别算法（车牌识别、车牌颜色识别）集成在抓拍单元中，识别结果由抓拍单元直接输出。
一.6.6 车身颜色识别功能
系统可自动对车身深浅和颜色进行识别，可供用户根据车身颜色来查询通行车辆，为交通管理和刑侦案件侦破提供了科技新手段。
系统可自动区分出车辆为深色车辆还是浅色车辆；并识别出11种常见车身颜色，11种颜色包括：白，灰(银)，黄、粉、红、绿、蓝、棕、黑、紫、青。
一.6.7 车型判别功能
系统采用车牌颜色和视频检测技术结合的方法对车辆类型进行判别，可对7种车型进行识别（大货车、小货车、客车、轿车、面包车、中型客车、SUV-MPV）。
一.6.8 车标识别功能
系统采用视频检测技术对车标进行识别，可对200种车标进行识别，可供用户根据车标来查询通行车辆，为交通管理和刑侦案件侦破提供了科技新手段。
一.6.9 车辆子品牌识别功能
系统采用视频检测技术对车辆子品牌进行识别，可对1018种车辆子品牌进行识别，可供用户根据车辆子品牌来查询通行车辆，为交通管理和刑侦案件侦破提供了科技支撑。
一.6.10 前端备份存储功能
系统前端采用大容量工业级硬盘作为存储介质，能够保存≥200万辆通行车辆信息 或 ≥100万辆的违法车辆信息，当超出存储容量时，自动对车辆信息和图片进行循环覆盖。
一.6.11 数据断点续传功能
系统支持断点续传功能。网络传输通道故障时，摄像机能在一定时间内临时缓存完整的数据信息，当通信恢复以后，临时存储的数据能自动续传，补录到中心管理平台集中存储。
一.6.12 图像防篡改功能
系统记录的原始图像信息具备防篡改功能，避免在传输、存储、处理等过程中被人为篡改。
一.6.13 网络远程维护功能
前端子系统预留了时间校正接口、参数设置接口、运行情况的诊断接口和恢复接口，可对前端设备进行设置、调试及维护。管理员可以实时查看前端设备的运行状态。可通过网络实现远程维护、远程设置和远程升级等功能。
一.7 系统性能指标
表5 正装测速模式系统性能指标
| 项目 | 指标 |
| 测速误差 | 当机动车速度小于100km/h时，道路实测误差不超过-6km/h～0km/h；当机动车速度大于或等于100km/h时，道路实测误差不超过机动车速度的-6%～0%。 |
| 测速范围 | 5km/h ~400km/h； |
| 最小抓拍间隔 | <40ms； |
| 识别牌照种类 | 车牌类别：民用车牌（除5小车辆），车牌，车牌，车牌。
车牌颜色：黑、白、蓝、黄、绿。 |
| 牌照识别率 | ≥95%。 |
| 可识别的车身颜色类别 | 深色、浅色区分；
识别11种常见车身颜色：白、灰、黄、粉、红、紫、绿、蓝、棕、黑、青。 |
| 车身颜色识别准确率 | 深浅色分类准确率：≥80%；
11种常见颜色车辆的识别准确率：白天≥85%，夜晚≥80%；闪光灯补光。 |
| 车型判别 | 7种(大货车、大客车、小货车、轿车、面包车、中型客车、SUV-MPV) ，识别准确率：≥95%。 |
| 车标识别 | 200种，识别准确率：白天≥95%，夜晚≥85%。 |
| 特征识别 | 支持1018种车辆子品牌识别、未系安全带检测、接打电话检测、人脸特征抠图、打开遮阳板检测；LED补光方式不支持驾驶室特征识别。 |
| 图片压缩方式及分辨率 | JPEG格式。300万像素：单张图片分辨率（像素）2048×1536； |
| 通行车辆抓拍图片数目 | 1张。 |
| 超速违法车辆抓拍图片数目 | 抓拍1或2张，摄像机可设（默认1张）。 |
| 接口 | RJ45，100Mbps以太网，TCP/IP协议。 |
1、超速抓拍存储 2、实时测速提示 3、超速显示屏车牌提醒。 4、后台管理
