章 前端子系統設計
一.1 前端子系統組成
一.1.1 前端子系統組成
Ø 機動車測速系統前端子系統主要由以下功能單元組成：
Ø 車輛測速單元：測速雷達；
Ø 圖像采集識別處理單元：含抓拍單元和補光燈；
Ø 前端數據處理及上傳單元：
圖1. 機動車測速系統前端組成結構圖
一.1.2
一.1.3 車輛測速單元
圖2. 雷達測速原理
系統采用窄波束雷達測速的方法對車輛進行速度檢測，雷達的有效測量范圍，只限定在一個車道，有效的避免了相鄰車道的車輛速度干擾，雷達根據多普勒原理，換算出車輛行駛速度，將對應的速度信息傳輸至高清攝像機。
雷達與高清攝像機之間采用RS-485串口通信，雷達通過485信號將車輛速度信息傳遞給高清攝像機。
一.1.4 圖像采集識別處理單元
圖像采集處理單元由高清攝像機加補光燈組成。
系統選用的高清攝像機采用高清CCD+高清ISP+高性能嵌入式DSP一體化架構設計，集高清視頻采集、高清視頻處理等核心功能于一體。300萬像素高清抓拍相機有效像素達到2048×1536，所拍攝的圖片能清晰的分辨車牌號碼、車牌顏色、車輛類型、車身顏色、人員臉部特征等，車牌識別率能否保證取決于車牌在照片中所占像素的多少，本系統所采用的號牌識別算法能夠在車牌橫向像素點不小于120時保證號牌識別的準確率95%以上。
高清攝像機能同時輸出高清照片和車牌識別數據，具備強光（逆、順）抑制功能，減弱白天日光對高清攝像機和夜間機動車大燈對高清攝像機拍照的影響，從所拍照片上能清晰呈現機動車正面全貌和車牌特征。
一.1.5 網絡傳輸單元
網絡傳輸單元主要由路口工業交換機、光纖收發器以及光纖等資源組成，實現前端子系統與中心平臺之間的互聯互通。
一.2 系統現場布局
在本系統中采用1臺300/320萬像素的抓拍單元覆蓋1—3個車道（國標寬度3.75m），保證視場范圍的全覆蓋。除了能夠捕獲在車道上正常行駛的車輛外，還具備捕獲跨線行駛車輛的功能。
抓拍單元與補光燈安裝在同一根立桿上，路側立桿高度一般3米左右。300萬像素抓拍單元投影位置與觸發位置相距22米。
一.2.1 現場布局俯視圖
監測點的現場布局示意圖如下[正裝]：
圖3. 300萬像素測速系統現場布局俯視圖
側裝示意圖
一.2.2 現場布局側視圖
圖4. 現場布局側視圖
一.3 硬件設備配置原則
1) 車道配置1臺300/320萬像素抓拍單元/，用于采集行駛車輛的完整外形圖片和實時數據處理；其中ISP成像控制、補光燈聯動信號輸出、車牌號碼識別等關鍵技術均集成在高清攝像機中；
2) 車道配置一臺閃光燈作為輔助光源，確保抓拍圖片能夠清晰識別車牌號碼和前排駕駛室人臉；
3) 車道設置一臺雷達，用作車輛速度檢測；
4）路側安裝可測1-3個車道（安裝高度2-4米）
一.4 前端系統主要設備選型
一.4.1 300萬像素GMOS卡口抓拍單元
圖5. 300萬GMOS卡口抓拍單元
1) 產品說明：
本產品采用高清晰逐行掃描300萬GMOS影像傳感器，具有清晰度高、照度低、幀率高、色彩還原度好等特點，所有產品擁有自主知識產權，可廣泛應用于交通卡口通行車輛記錄、逆向行駛、跨線行駛等違章行為抓拍，并能為治安案件的偵破提供有力的線索證據，成為現代交通管理的高效助手。
2) 技術參數：
表1 300萬GMOS卡口抓拍單元技術參數
| 項目 | 技術規格 |
| 攝像機 | 采用1/1.8英寸300萬像素彩色逐行掃描GMOS高清智能攝像機 |
| 分辨率 | 2048(H)×1536(V) |
| 視頻幀率 | 25fps |
| 內部配置 | 4722防護罩(防塵、防水滴面板)，內置LED補光燈、網絡防雷器 |
| 視頻編碼 | 支持H.264/H.265/MJPEG碼流輸出 |
| 圖片格式 | JPEG |
| 本地存儲 | 支持斷網時本地SD卡存儲 |
| 通訊接口 | 2個100M/1000M 自適應RJ45 接口；3個RS－485 半雙工接口； |
| 觸發輸入 | 4路外部觸發輸入 |
| 觸發輸出 | 6路（光耦隔離2500VAC），作為補光燈同步輸出控制 |
| 補光控制 | 支持閃光燈或LED 頻閃燈同步補光 |
| 功能 | 支持車輛檢測器接入和雷達接入，支持線圈觸發、視頻觸發，雷達觸發，復合式（視頻+線圈）觸發等觸發模式；具有車牌識別、車身顏色識別、車型識別、車標識別、車輛子品牌識別、未系安全帶檢測、人臉特征摳圖、打開遮陽板檢測等功能 |
| 性能 | 車輛捕獲率：≥99%； |
| 車牌識別準確率：白天98%，晚上95% |
| 識別車牌種類：民用車牌，車牌，車牌，車牌； |
| 車身顏色識別準確率： 11種常見車身顏色的識別準確率≥92%； |
| 車型識別種類：支持13種車型識別； |
| 車標識別：支持常見的250種車標識別； |
| 車輛子品牌識別：支持常見的3000種車輛子品牌識別； |
| 其他功能 | 主副駕駛人員不系安全帶檢測、主副駕駛遮陽板檢測、打電話檢測、掛件檢測、危險品車輛檢測、黃標車檢測等 |
| 終端接入 | 支持接入終端服務器 |
| 電壓 | 100VAC～240VAC；頻率：48Hz～52Hz |
| 功耗 | ＜20W |
| 工作環境溫度 | -30℃～+70℃(低于-25℃時，需采用帶加熱模塊)； |
| 工作環境濕度 | 5%~95%@40℃，無凝結 |
| 防護等級 | 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 測速雷達
圖6. 雷達實物圖片
1) 技術參數：
表2 測速雷達技術參數
| 項目 | 技術規格 |
| 測速范圍 | 5km/h～400km/h |
| 測速誤差 | -4km/h～0km/h |
| 工作發射頻率 | 24.15GHz±45MHz |
| 發射功率 | 約5mW |
| 反應時間 | ≤26ms |
| 接口 | RS485 |
| 波束寬度 | 6°×6° |
| 工作電壓 | 12VDC |
| 功耗 | ≤3W |
| 工作環境溫度 | -40℃～+80℃ |
| 工作環境濕度 | ≤98%@25℃，無凝結 |
一.4.3 補光燈
一.4.3.1 氣體放電閃光燈
圖7. 氣體放電閃光燈
1) 產品說明:
基于機動車測速系統的工作環境和功能要求設計，要求壽命長、回電時間快、閃光亮度可調、閃光亮度穩定、亮度衰減小、用于高清相機抓拍補光，架設垂直高度6米，距離抓拍位置水平距離25 ~ 32米。
2) 技術參數:
表3 氣體放電閃光燈技術參數
| 項目 | 技術規格 |
| 閃光能量： | 300J； |
| 色溫： | 5600K±500K； |
| 回電時間： | ＜67ms； |
| 峰值閃光持續時間： | 1/30ms； |
| 工作壽命： | ≥300萬次； |
| 觸發方式： | 電平，+5VDC； |
| 覆蓋范圍： | 7.5m～8m @25m處； |
| 有效補光距離： | 16m～30m； |
| 電源 | 電壓：165VAC～265VAC；頻率：48Hz～52Hz； |
| 功耗： | 平均＜100W(@1閃/s)，瞬間＜300W； |
| 工作環境溫度： | -40℃～+70℃； |
| 工作環境濕度： | 5%~90%@40℃，無凝結； |
| 防護等級： | IP65； |
| 外形尺寸： | 260mm(W)×260mm(H)×420mm(D)； |
| 重量： | 3.5kg。 |
| | |
一.5 雷達測速顯示屏參數
產品技術參數：
1 顯示方式：2位數顯示
2 供電方式：220V供電。
3工作參數：
工作電壓：12V ; 工作電流：<1.1A ; 探測車速：99公里/小時
4 提示限速顯示模式：可以設置10，15,20，25,30，35,40，35,50等5的倍數限速，沒有超速顯示綠色數字，超速時顯示紅色數字。
5 適用范圍：城市快速道路，高速公路，城郊連接線，機關院校等對車速有限制的路段。
6 同時適用3-4個車道。
雷達頻率:K波段（24.150G） 可探測距離:≤300米 響應時間:≤5ms 漏能值:≤3μw/cm2
7 規格600mm寬x1300mm高x120mm厚（前開門）
測出正確讀數，要求是目標移動方向直指雷達測速儀。
滿足各種測試環境，可應對不同天氣，雨天霧天可在車內正常測速。 |
一.6 系統功能
系統功能及性能規劃嚴格按照部頒標準《公路車輛智能監測記錄系統通用技術條件》（GA/T 497-2009）、《機動車測速儀》（GBT 21255-2007）中的有關規定執行，并合理應用科技進步成果提升整體系統性能，同時根據部門的具體業務應用需求，對數據進行深度挖掘，實現具有行業針對性的業務功能擴展。具體功能設計如下：
一.6.1 車輛速度檢測功能
在結合各種提高測速精度輔助手段的基礎上采用雷達測速方式,從根本上的解決了系統測速不準和出現異常速度的問題。
當機動車速度小于100km/h時，道路實測誤差不超過-6km/h～0km/h；當機動車速度大于或等于100km/h時，道路實測誤差不超過機動車速度的-6%～0%。
系統具備分車型分別設置標志限速和限速值的功能。
一.6.2 車輛圖像記錄功能
系統能夠準確捕獲、記錄通行車輛信息。記錄的車輛信息除包含圖像信息外，還包括文本信息，如日期、時間（精確到毫秒）、地點、方向、號牌號碼、號牌顏色、車身顏色、車速等。車輛信息寫入關聯數據庫，并將相關文本信息疊加到圖片上。
一.6.3 超速抓拍功能
系統能夠準確捕獲機動車超速行駛違法行為，每輛超速車輛采集2幅不同時間或者不同位置的特征圖片，記錄超速違法行為的完整過程，所記錄的圖片能清晰辨別機動車車型、車身顏色、號牌號碼等基本特征。
每幅圖片上疊加有交通違法日期、時間、地點、方向、圖像取證設備編號、限速值、行駛速度值和超速比例、號牌號碼、號牌顏色、車身顏色等信息。
一.6.4 智能補光功能
系統綜合考慮了車輛前擋風玻璃對光線的反射特性、貼膜情況、環境光線照射情況，采用了特殊的濾光鏡頭、專門的成像控制策略和補光方式，同時安排了合理的設備布設方式，使得系統全天候對各類車型都能有效解決前擋風玻璃反光和強光直射等問題，確保車身、車牌都清晰可辨。
采用補光燈和攝像機成像控制模塊之間的反饋控制技術，滿足夜間拍攝要求。采用強光抑制技術，避免強逆光、強順光環境下對拍攝造成的影響。
圖8. 300萬像素抓拍機現場真實拍攝效果圖
一.6.5 車輛牌照自動識別功能
系統可自動對車輛牌照進行識別，包括車牌號碼、車牌顏色的識別。
1) 車牌號碼自動識別
系統具備對符合“GA36-2014”標準的民用車牌、車牌、使領館車牌的號牌自動識別能力，并且具備對2012式軍車號牌、2012式號牌的自動識別能力，所能識別的字符包括：
表4 車輛號牌識別字符
| 字符種類 | 具體內容 |
| 阿拉伯數字 | “0～9”十個 |
| 英文字母 | “A～Z”二十六個 |
| 省、自治區、直轄市簡稱用漢字 | 京、津、晉、冀、蒙、遼、吉、黑、滬、蘇、浙、皖、閩、贛、魯、豫、鄂、湘、粵、桂、瓊、川、貴、云、藏、陜、甘、青、寧、新、渝 |
| 專用號牌簡稱用漢字 | 領、使、警、學、掛、港、澳、試、超 |
| 12式號牌字符 | WJ樣式的字母、省份簡稱漢字、警種字母（X、B、T、S、H、J、D）、數字 |
| 12式軍車號牌字符 | 各/各軍兵種部拼音縮寫字母、各/各軍兵種部下轄各部屬機構拼音縮寫字母、數字 |
2) 車牌顏色自動識別
系統能識別黑、白、藍、黃、綠五種車牌顏色。
3) 系統識別的車牌類型部分示例：
圖9. 車牌類型示例
4) 前端識別技術
車輛牌照自動識別算法（車牌識別、車牌顏色識別）集成在抓拍單元中，識別結果由抓拍單元直接輸出。
一.6.6 車身顏色識別功能
系統可自動對車身深淺和顏色進行識別，可供用戶根據車身顏色來查詢通行車輛，為交通管理和刑偵案件偵破提供了科技新手段。
系統可自動區分出車輛為深色車輛還是淺色車輛；并識別出11種常見車身顏色，11種顏色包括：白，灰(銀)，黃、粉、紅、綠、藍、棕、黑、紫、青。
一.6.7 車型判別功能
系統采用車牌顏色和視頻檢測技術結合的方法對車輛類型進行判別，可對7種車型進行識別（大貨車、小貨車、客車、轎車、面包車、中型客車、SUV-MPV）。
一.6.8 車標識別功能
系統采用視頻檢測技術對車標進行識別，可對200種車標進行識別，可供用戶根據車標來查詢通行車輛，為交通管理和刑偵案件偵破提供了科技新手段。
一.6.9 車輛子品牌識別功能
系統采用視頻檢測技術對車輛子品牌進行識別，可對1018種車輛子品牌進行識別，可供用戶根據車輛子品牌來查詢通行車輛，為交通管理和刑偵案件偵破提供了科技支撐。
一.6.10 前端備份存儲功能
系統前端采用大容量工業級硬盤作為存儲介質，能夠保存≥200萬輛通行車輛信息 或 ≥100萬輛的違法車輛信息，當超出存儲容量時，自動對車輛信息和圖片進行循環覆蓋。
一.6.11 數據斷點續傳功能
系統支持斷點續傳功能。網絡傳輸通道故障時，攝像機能在一定時間內臨時緩存完整的數據信息，當通信恢復以后，臨時存儲的數據能自動續傳，補錄到中心管理平臺集中存儲。
一.6.12 圖像防篡改功能
系統記錄的原始圖像信息具備防篡改功能，避免在傳輸、存儲、處理等過程中被人為篡改。
一.6.13 網絡遠程維護功能
前端子系統預留了時間校正接口、參數設置接口、運行情況的診斷接口和恢復接口，可對前端設備進行設置、調試及維護。管理員可以實時查看前端設備的運行狀態?？赏ㄟ^網絡實現遠程維護、遠程設置和遠程升級等功能。
一.7 系統性能指標
表5 正裝測速模式系統性能指標
| 項目 | 指標 |
| 測速誤差 | 當機動車速度小于100km/h時，道路實測誤差不超過-6km/h～0km/h；當機動車速度大于或等于100km/h時，道路實測誤差不超過機動車速度的-6%～0%。 |
| 測速范圍 | 5km/h ~400km/h； |
| 最小抓拍間隔 | <40ms； |
| 識別牌照種類 | 車牌類別：民用車牌（除5小車輛），車牌，車牌，車牌。
車牌顏色：黑、白、藍、黃、綠。 |
| 牌照識別率 | ≥95%。 |
| 可識別的車身顏色類別 | 深色、淺色區分；
識別11種常見車身顏色：白、灰、黃、粉、紅、紫、綠、藍、棕、黑、青。 |
| 車身顏色識別準確率 | 深淺色分類準確率：≥80%；
11種常見顏色車輛的識別準確率：白天≥85%，夜晚≥80%；閃光燈補光。 |
| 車型判別 | 7種(大貨車、大客車、小貨車、轎車、面包車、中型客車、SUV-MPV) ，識別準確率：≥95%。 |
| 車標識別 | 200種，識別準確率：白天≥95%，夜晚≥85%。 |
| 特征識別 | 支持1018種車輛子品牌識別、未系安全帶檢測、接打電話檢測、人臉特征摳圖、打開遮陽板檢測；LED補光方式不支持駕駛室特征識別。 |
| 圖片壓縮方式及分辨率 | JPEG格式。300萬像素：單張圖片分辨率（像素）2048×1536； |
| 通行車輛抓拍圖片數目 | 1張。 |
| 超速違法車輛抓拍圖片數目 | 抓拍1或2張，攝像機可設（默認1張）。 |
| 接口 | RJ45，100Mbps以太網，TCP/IP協議。 |
1、超速抓拍存儲 2、實時測速提示 3、超速顯示屏車牌提醒。 4、后臺管理
