【文章內(nèi)容簡介】 交通違章，迅速的獲取違章證據(jù)，提供行之有效的監(jiān)測手段，改善城市交通擁堵現(xiàn)象起了重要作用，它已成為道路交通管理隊 伍 中必不可少的重要一員，以充分發(fā)揮它的準確、公正的執(zhí)法作用。 電予警察從九十年 代末出現(xiàn)，到現(xiàn)在被廣泛應用已有十多年，這十多年中各種新技術(shù)、新方法在電子警察系統(tǒng)中的不斷應用，推動了電子警察的發(fā)展，特別是近幾年來，大量現(xiàn)代高科技在電子警察中的推廣和使用，使電子警察有了長足的發(fā)展，在公安交通管理工作中發(fā)揮了巨大作用，得到了社會的極大關(guān)注和普遍認可。電子警察是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，伴隨著智能交通的發(fā)展而發(fā)展。中國七十年代末經(jīng)濟的快速發(fā)展，促進了現(xiàn)代交通的發(fā)展和交通管理水平的提高，以交通信號控制為代表的現(xiàn)代交通管理方式和手段在我國的大中城市相繼出現(xiàn)，這些系統(tǒng)在發(fā)揮其重要作用的同時，不遵守 交通管理法律的行為日漸顯露，如何解決？電子警察隨之誕生。 電子警察的產(chǎn)生有其深刻的現(xiàn)實意義。九十年代以來，國民經(jīng)濟高速發(fā)展， 城市化進程日益加快，城市規(guī)模日趨擴大。與此同時，機動車保有量和駕駛員數(shù)量大幅增加，交通日趨繁忙，交通擁堵越來越嚴重，再加上部分駕駛員交通安全意識淡薄，以至于道路交通秩序混亂，交通違法現(xiàn)象和交通事故的發(fā)生率逐年上升。保持道路交通的安全、暢通、有序，遏制交通違法行為和交通事故的上升勢頭，成為交通管理部門亟待解決的問題。 這種交通形勢的變化，使傳統(tǒng)的交通管理模式和手段 —— 現(xiàn)場交通執(zhí)法方式已 不能與現(xiàn)實的交通狀況相適應。因此，利用先進的高科技手段進行動態(tài)的、非現(xiàn)場的交羅益昌：電子警察系統(tǒng)應用工程設計 研究 8 通執(zhí)法的重要性日益顯現(xiàn)，電子警察正是順應了這種需求而誕生的。它不受場地、時間、環(huán)境的制約，可以二十四小時全天候的自動監(jiān)測道路上的交通違法行為。為解決城市交通管理難題開辟了一個新的途徑。在改善交通秩序、減少交通事故、增強執(zhí)法公正性、提高道路通行能力等諸多方面效果顯著。 電子警察隨著科技發(fā)展而逐步進化，其核心部件圖像采集設備已由過去的光學膠片相機發(fā)展到數(shù)碼相機、攝像機，這部分的工作效率和質(zhì)量都有了飛躍式的發(fā)展。違法檢測技術(shù)也有了長足的進 步，有磁感應檢測、視屏檢測、微波檢測、超聲波檢測、激光檢測和紅外線檢測等檢測技術(shù)。同時，后臺的管理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡技術(shù)及相關(guān)軟件也有了很大的發(fā)展，車牌識別技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理方法及人性化的管理軟件技術(shù)等等方面都電子警察系統(tǒng)的穩(wěn)定高效工作帶來了技術(shù)上的保證。 電子警察系統(tǒng)作為一種具有交通執(zhí)法功能的輔助執(zhí)法工具或手段，他是在道路交通問題與執(zhí)法管理出現(xiàn)矛盾的情況下，隨著科技的發(fā)展應用而生的。電子警察系統(tǒng)作為智能交通管理的重要組成部分，他是隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展的。我國的電子警察經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展，至今 已經(jīng)歷 4個發(fā)展階段，產(chǎn)品在穩(wěn)定性、實用性和系統(tǒng)性方面都取得飛速的發(fā)展 [5]。 第一代：光學照相機式 此類設備源于德國，出現(xiàn)在 1996 年，使用普通光學照相機進行圖像采集，通過路面上埋設的地感線圈進行檢測，由單片機接收檢測狀態(tài)，并控制光學照相機進行拍照。優(yōu)點：照片信息不可修改，設備安裝簡單，建設費用低，見效快。缺點：照片信息非數(shù)字格式，傳遞、保存、轉(zhuǎn)換難；不能連續(xù)快速抓拍，不能同時顯示年月日和時分秒，證據(jù)不夠充分；膠卷需要人工更換，晝夜使用的膠卷型號不同，人力成本太高；夜間使用需要安裝閃光燈來進行補光，容易對司 機和行人造成干擾。地感線圈施工量大，由于切割破壞路面，容易受道路維修和維護的破壞，維護費用也較高，使其在實際應用中很難推廣使用。目前，這類設備己經(jīng)不再使用了。 第二代：民用數(shù)碼相機式 使用民用數(shù)碼照相機進行違法抓拍。檢測技術(shù)與第一類相同，是對第一類電子警察的改進。它能直接將抓拍到的照片數(shù)字化，然后存貯在閃存卡上，或通過數(shù)字相機的通信接口將照片下載到計算機磁盤中。由于民用數(shù)碼相機價格低、圖像分辨率高在一段時間內(nèi)被廣泛使用。但為適應野外惡劣的工作環(huán)境和實時抓拍的要求，往往需要對數(shù)碼相機內(nèi)部控制電路作些改動，如相 機的復位、電源、快門、塒焦和變焦等控制線需要引出，并與車輛觸發(fā)感應及信號燈相位摔制線結(jié)合在一起進行邏輯判斷，即構(gòu)成所謂的違章拍攝控制器。而數(shù)碼相機內(nèi)部電路大多是 CMOS 電路，所引出的違章拍2020屆交通工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 9 攝控制線容易使數(shù)碼相機內(nèi)部硬件電路損壞，或者該部分電路繹長線驅(qū)動后容易遭 受雷擊破壞和外界強電的干擾。維修維護是大問題，由于是民用產(chǎn)品，使用壽命低。這代產(chǎn)品基本沿用第一代產(chǎn)品的思路，只不過將傳統(tǒng)照相機替換成市場上新出現(xiàn)的數(shù)碼相機。存在幾個明顯的不足： （ 1） 數(shù)碼相機設計、制造都是面向民用消費的，無法保證在室外復雜環(huán)境下穩(wěn)定可 靠地工作； （ 2） 數(shù)碼相機本身無加密器件，生成的圖片為數(shù)字圖片，易于后期修改，但要保證圖片的唯一原始無人為惡意修改性很難。在新交通法頒布實施后，要將其作為司法取證的依據(jù)，法律有效性難以令人信服； （ 3） 滿足公安部頒布的行業(yè)標準《闖紅燈自動記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》中技術(shù)要求難度很大，技術(shù)不成熟。 第三代：工業(yè) CCD攝像機式 隨著視頻處理芯片技術(shù)的發(fā)展， CCD 攝像機得到廣泛應用，其工業(yè)級的產(chǎn)品特點克服數(shù)碼相機的諸多缺陷。在與工業(yè)控制計算機結(jié)合后，使其取證過程的嚴密性、高效性得到保障，為解決路口取證這一基礎環(huán)節(jié)提供 可靠的硬件保證。 CCD 攝像機多選用具有清晰度高（≥ 48OTVL）、照度低（≤ uX)、信噪比高、動態(tài)抗逆光與強光抑制、背景光自動補償、白平衡自動調(diào)整等功能的工業(yè)級攝像機，并配置專業(yè)的光學鏡頭。 CCD 攝像機根據(jù)抓拍內(nèi)容的不同可分為全景攝像機和牌照攝像機。全景攝像機可記錄違法車輛的概貌信息及周邊環(huán)境因素（如路口渠化、停車線位置、信號燈顏色等）；牌照攝像機則抓拍同一車輛的牌照圖像，清晰反映車輛號牌信息。全景與牌照圖象的對應關(guān)系，保證違法取證的準確性和有效性。與以數(shù)碼相機作為取像設備的電子警察系統(tǒng)相比，采用 CCD攝像機具有明顯的優(yōu)勢。 CCD 攝像機發(fā)展多年，屬于工業(yè)級產(chǎn)品，具有穩(wěn)定性能高，連續(xù)抓拍能力強，擴展能力強等優(yōu)點，正得到更廣泛的實際應用。 這一代電子警察的主機設備多采用工業(yè)控制計算機與 Windows操作系統(tǒng)相結(jié)合的架構(gòu)，較前代產(chǎn)品有比較顯著的性能提升，但其軟硬件的缺陷也會造成系統(tǒng)經(jīng)常死機和系統(tǒng)崩潰的問題，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性不夠理想。 第四代：以高可靠的工業(yè)級 CPU與 Linux 操作系架構(gòu)完善的管理信息系統(tǒng) 隨著電子警察的普遍應用，設備的可靠性越來越受到重視，普通的工業(yè)控制計算機已不能滿足室外復雜環(huán)境的要 求； windows 操作系統(tǒng)在運行中產(chǎn)生的各種弊端也日漸突出，長期運行所造成的系統(tǒng)垃圾嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著用戶需求的提高，越來越多的設備商嘗試采用更可靠的硬件和更穩(wěn)定的操作系統(tǒng) —— 工業(yè)級 CPU 和羅益昌：電子警察系統(tǒng)應用工程設計 研究 10 Linux 操作系統(tǒng)，并在此基礎上形成一套功能完善的電子警察違法管理信息系統(tǒng)，保證系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，并滿足交警部門違法處罰業(yè)務的需要。 目前，我國各城市建設的電子警察系統(tǒng)普遍采用數(shù)碼相機電子警察產(chǎn)品，或者將數(shù)碼相機和 CCD 攝像機相結(jié)合的電子警察產(chǎn)品，但隨著第四代電子警察系統(tǒng)的研發(fā)，并在實踐中得到越來越多的工 程應用，其在實用性、穩(wěn)定性和系統(tǒng)性等方面的顯著優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來，將很快成為電子警察市場的主力軍。 電子警察技術(shù)在國外市場得到廣泛的應用。發(fā)達國家的人們安全意識比欠發(fā)達地區(qū)的人的安全意識要強，因此該系統(tǒng)的應用在欠發(fā)達地區(qū)更為廣泛。我國的電子警察技術(shù)雖然起步較晚，但發(fā)展較快。其技術(shù)水平幾乎與國際同步，到目前，電子警察系統(tǒng)的應用已經(jīng)相當廣泛，發(fā)展到現(xiàn)在該技術(shù)已是一種非常成熟的技術(shù)。 本文的主要內(nèi)容 本文主要對電子警察 系統(tǒng) 的 相關(guān)技術(shù)做了比較全面 的介紹， 它包括了電子警察的車輛檢測技術(shù)、照片拍攝技術(shù)、系統(tǒng)控制 技術(shù)和信息傳輸加密等主要技術(shù)。接著，我還介紹了電子警察系統(tǒng)的組成部分，并進行電 子警察系統(tǒng)應用工程設計，包括：交通違法行為監(jiān)測記錄系統(tǒng)（其中又包括 闖紅燈、超速、逆行和壓黃線等 系統(tǒng) ）和公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng) (卡口監(jiān)控系統(tǒng) )。 最后，我對本文作了總結(jié)，并展望電子警察系統(tǒng)未來的技術(shù)發(fā)展 方向 。具體的章節(jié)內(nèi)容如下： 第一章，緒論。主要內(nèi)容由：研究的目的和意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 第二章，電子警察系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)。主要內(nèi)容：介紹電子警察的含義、電子警察的主要技術(shù)（其中包括了：車輛檢測、照片拍攝、系統(tǒng)控制、信息傳輸、加密技術(shù)、牌照識別和其他技術(shù)）、電子警察系統(tǒng)的組成部分（其中包括了：系統(tǒng)控制部分、違章車輛檢測部分、圖像拍攝部分、傳輸部分和輔助配套設備）。 第三章，電子警察系統(tǒng)應用工程設計。主要內(nèi)容：設計原則、設計依據(jù)和應用工程案例。應用工程案例包括：交通違法行為監(jiān)測記錄系統(tǒng)（闖紅燈、超速、逆行和壓黃線）和公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)。 第四章，總結(jié)和展望?？偨Y(jié)全文展望電子警察系統(tǒng)未來的技術(shù)發(fā)展方向。 2020屆交通工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 11 第二章．電子警察系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) 做為智能交通系統(tǒng)的一個重要 組成部分，電子警察系統(tǒng)綜合利用網(wǎng)絡、數(shù)字圖像處理、微 波、神經(jīng)網(wǎng)絡、通訊、 數(shù)學形態(tài)學等先進技術(shù)對 道路交通中的 交通違法現(xiàn)象進行抓拍和處理，為公安交通部門提供強有力的執(zhí)法證據(jù)，對改善交通秩序、保障交通安全、提高道路通行能力、減少交通事故等都起到了重要作用。 電子警察的含義 “電子警察”作為一種具有交通執(zhí)法功能的輔助執(zhí)法工具或手段，其最初僅是指闖紅燈抓拍裝置或系統(tǒng)（狹義說）。但隨著技術(shù)手段及其應用面的不斷拓展，“電子警察”的內(nèi)涵與外延也在不斷發(fā)生變化，現(xiàn)在更多的是泛指用于道路交通動、靜態(tài)違法行為的抓拍與處理裝置或系統(tǒng)，有的甚至將道路交通監(jiān)控與指揮系統(tǒng) (包括交通信號控制、道路 視頻監(jiān)控、交通治安卡口等 )統(tǒng)稱為“電子警察”（廣義說）。在我國現(xiàn)行的標準和規(guī)范中有關(guān)“電子警察”的定義有：在 GA／ T496— 2O04《闖紅燈自動記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》中，對闖紅燈自動記錄系統(tǒng)做如下定義：在具有交通信號控制的交叉路口和路段對機動車闖紅燈行為進行不間斷自動檢測和記錄的系統(tǒng)。在 GA／ T 4972020《公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》中，對公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)做如下定義：能夠?qū)κ鼙O(jiān)控路面的車輛信息進行自動采集和處理的設備。 純粹從物理上解釋的電子警察：典型的 “ 電子警察 ” 通常是由圖像檢測 (車輛感應 )、拍攝、采集、處理、傳輸與管理以及輔助光源、輔助支架和相關(guān)配套設備等幾個部分組成。主要有固定和流動的兩種應用型式，自動和人工操作的兩種工作方式。當然 “ 電子警察 ” 的種類有三種：膠片式 “ 電子警察 ” 、數(shù)碼式 “ 電子警察 ” 、視頻式 “ 電子警察 ”綜上所述，我們對“電子警察”做如下定義：利用光、機、電等技術(shù)手段對道路交通的動、靜態(tài)違法行為進行現(xiàn)場抓拍、存儲、傳輸，及后臺處理的裝置或系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“電子警察”。 羅益昌：電子警察系統(tǒng)應用工程設計 研究 12 電子警察的主要技術(shù) 電子警察系統(tǒng)有多個部分組成，而每一個部分所用的技術(shù)是不一樣的。經(jīng)過多年的發(fā) 展，電子警察系統(tǒng)的一些主要的技術(shù)已經(jīng)基本定型，而是處于不斷的優(yōu)化中。與此同時，越來越多的新技術(shù)也不斷的被應用進來。 車輛檢測 車輛檢測是監(jiān)控系統(tǒng)的重要工作，應用比較多的是線圈檢測、雷達檢測和視頻檢測。線圈檢測技術(shù)已經(jīng)比較成熟，主要優(yōu)點是不受外界環(huán)境和天氣變化的影響。雷達技術(shù)在車輛檢測中的典型應用就是測速，雷達檢測比線圈檢測智能程度更高，檢測范圍更大，應用范圍更廣，在測速應用上比傳統(tǒng)的線圈檢測方式更優(yōu)。視頻檢測是一種新興的技術(shù)，它的核心是圖像處理技術(shù)?；谝曨l的自動目標檢測和跟蹤是計算機視覺中的 一個重要研究領域，在智能交通領域用于運動車輛的跟蹤，具有很重要的作用，主要用于車流量的統(tǒng)計、運行速度的獲取、車型識別以及汽車導航等。由于背景圖像的動態(tài)變化，如天氣、光照等干擾影響，使的運動車輛的速度檢測是一項相當困難的工作。視頻測速技術(shù)是當前研究的熱點 [12]。 照片拍攝 照片拍攝是智 能交通抓拍系統(tǒng)的核心工作，當獲取到檢測單元發(fā)出的違章確認信號以后，抓拍單元隨即啟動以記錄違章車輛的違章行為和相關(guān)重要違章信息為科學執(zhí)法提供依據(jù)。目前廣泛使用的抓拍單元有兩種：數(shù)碼相機和工業(yè)攝像機。數(shù)碼相機具有高像素 的優(yōu)點，可以拍攝出清晰的巨幅照片，從而能夠以單臺設備監(jiān)控比較大的區(qū)域，例如 34個車道，且配合補光系統(tǒng)能夠晝夜不間斷工作，但其也存在相應時間較慢、控制方式相對繁瑣等缺點；工業(yè)攝像機直接輸出模擬信號，經(jīng)視頻采集卡處理截圖，控制方式非常簡單，響應延時非常短（遠低于數(shù)碼相機系統(tǒng)），其缺點是分辨率較低，近景攝像機只能監(jiān)控一個車道，且一般而言夜晚的表現(xiàn)較差。目前智能交通行業(yè)正在密切關(guān)注世界先進的視頻、圖像拍攝單元的進展，新的技術(shù)會不斷克服現(xiàn)有設備存在的缺點，以期獲得更好的拍攝效果并具備更好的性能和適應性 [12]。 系統(tǒng)控制 對于系統(tǒng)的核心控制，目前該領域主要存在兩種做法，即采用工控機集成控制以2020屆交通工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 13 及采用嵌入式系統(tǒng)分布式控制。工控機一般安裝 Windows 操作系統(tǒng)，軟件兼容性較好，也較容易開發(fā)，通常一臺主機控制多個檢測拍照設備，結(jié)構(gòu)比較簡單，但作為商業(yè)設備，硬件關(guān)聯(lián)度較低，比較容易被復制，并且