高速公路测速系统

京承高速公路承德段道路实时监控测速系统

设

计

方

案

陕西汉唐计算机有限责任公司

2006年11月

第一章前言

城市道路及高速公路车辆超速行驶非常普遍，因此交通事故频频发生。每年的直接经济损失都达到几千万，同时也给人民群众的人身安全带来了严重的威胁。所以整治交通秩序，确保交通安全是当务之急。

本次超速监测系统采用北京宇航时代公司的YHSDCS-01型视频机动车测速系统与YHSDSB-CSKK型机动车牌照识别系统为本综合系统的核心。本系统采用了航天尖端技术——多目标识别与跟踪，既同时可跟踪16个机动车目标并在60米内保持对其锁定目标不丢失的特殊技术。完全克服了雷达测速和激光测速对测速角度要求苛刻、难以测量变道行驶车、车速测量误差大等缺陷。该系统已经过华北国家计量检测中心的检测，符合所有相关标准。该系统已在辽宁营口正式应用。

该系统采用“通用化、模块化、系统化”的部件配置，运用“高技术、高标准、高效能”的软件技术，保证“准确、耐用和可扩展”的性能，相关技术已达到国际领先水平。

第二章系统设计说明

1．系统方案简述

本系统在偏桥至滦平之间、偏桥至金山岭之间分别安装一套道路实时监控测速系统，每套系统为单向双车道公路车辆监测系统。单套系统组成如下：监测摄像机 1台

捕捉摄像机 2台

控制主机 1台

传输设备 1套

龙门架 1套

中心控制设备如下：（两套系统合用）

数据服务器 1台

管理工作站 1台

打印机 1台

现场监测系统将监测到的超速车辆信息通过传输设备上传至监控中心数据服务器，监控人员在管理工作站上监测到超速车辆信息后，通过业务电话通知各收费站，对超速车辆进行拦截，同时监控人员在监控中心将超速车辆的信息通过打印机打印出来，做为执法的依据。

本系统传输设备采用数据光端机利用目前已敷设的光缆作为传输介质上传监控中心。

2．测速方法的选定

超速违法的判别不同于其他的违法判别。速度测量属于计量检测范畴，测速系统首先必须经过国家计量部门检测认可才具有法律效力，超速违法的处罚才有依据。

2.1视频多目标跟踪机动车测速系统

多目标识别与目标跟踪技术，原主要应用于航天领域。

多目标识别技术为图像的特征模式识别，其基本原理是对所要识别的目标特征进行详细的描述和建模。

多目标跟踪技术在航天技术领域也可称为目标锁定跟踪技术。也就是在一定区域范围内锁定不丢失目标。在机动车测速方面，可同时对三条车道16辆机动车目标

进行实时跟踪，可以保证在60米距离内不丢失机动车目标。

具体方法是：通过多路采集卡将测速监测及车牌捕捉摄像机的图像信号实时传送到计算机中，由计算机进行实时分析计算。对图像进行目标识别，当判别出真正的目标后进行目标锁定并对锁定的目标进行实时跟踪。同时计算出车辆的精确位置并可得出目标运动的矢量轨迹曲线图。图像中车辆的位置都是可以准确确定的，而每幅图像的采集时间是40ms(PAL制标准)固定不变，所以，可得出非常精确的位移差△S和时间差△t。

从矢量曲线图中取A 、B二点，即可得出其位移差△S 、和时间差△t，V = △S/△t ，式中：V ——汽车运动速度；△S —— A、B二点之间的精确距离；△t ——汽车由 A 点到达 B 点所需的准确时间。

示意图：

由上图可以看出摄像机由上向下俯视路面，路面上任何车辆的运动状态都会在系统的监视之下。可以最大程度地获取路面上的车辆信息。所以得到的速度非常精确。

2.2系统方案设计

YHSD-01A型单向双车道公路车辆监测记录系统

系统工作流程

系统上电后，程序自动加载运行。首先将三路摄像机的视频信号实时传送到计算机；由计算机图像采集卡进行数据采集，将采集到的图像信号进行实时数字处理。应用航天多目标识别与跟踪技术，对所有图像进行实时监测；当目标车辆一出现，则将其锁定并对锁定的目标进行实时跟踪处理。通过目标运动的矢量图，算出其运动曲线，得出此车辆的运动状态与运动速度。如果目标（车辆）运动的轨迹具备已设定的违法条件，或超出了限定速度，则将其定义为车辆违章。违法类型与违法曲线需在系统执行前先定义。与判断车辆运动状态的同时对该目标的车牌图像进行综合识别，即车牌照号码识别、车牌颜色识别及车型识别。并对车辆进行计数统计车流量。将该车辆图像及相关数据存盘。

系统流程图

第三章系统组成与安装

1．监测摄像机

监测摄像机采用日本JVC1481低照度彩色摄像机。此摄像机为480线，0.4Lux 低照度，50dB信噪比，超级动态CCD、具有防强光功能的彩色摄像机，其性能稳定。适合于在公路上长时间工作。安装高度距地面6－8米。

其主要作用是向主控制机提供全景图像。使主控计算机根据图像计算出目标车辆运动轨迹。

镜头采用日本COMPUTAR 6mm定焦自动光圈镜头。为适应公路光线的变化，自动光圈镜头可以自动调整进光量，以便得到满意的图像。

防护罩采用YAAN4515SHK，此防护罩密封性好，防雨，遮阳，具有自动加温和自动通风装置。能保证摄像机在公路环境正常工作，且外观漂亮大方。防护等级符合IP55标准。

2.车牌捕捉摄像机

车牌捕捉摄像机同样采用日本JVC1430低照度摄像机。此摄像机为480线，0.04Lux低照度，50dB信噪比，具有防强光功能的摄像机，其性能稳定。适合于在公路上长时间工作。安装高度距地面6－8米。

其主要作用是向主控制机提供机动车车牌照图像。当系统确定图像后，则主控计算机立刻将此机动车牌照图像记录下来，供系统处理。

镜头采用腾龙5-50变焦自动光圈镜头。为适应公路光线的变化，自动光圈镜头可以自动调整进光量，以便得到满意的图像。

防护罩采用YAAN4515SHK，此防护罩密封性好，防雨，遮阳，具有自动加热和自动通风装置。能保证摄像机在公路环境正常工作，且外观漂亮大方。防护等级符合IP55标准。

3.主控制机

主控制机包括：主机板、硬盘、电源、图像采集卡、系统接口、系统专用卡及系统软件。

主机板

采用工业级主机板；2.0G CPU；256M内存。

此板卡采用Intel系列芯片组，其通用性强，不易与其他板卡发生冲突。工业级主机板性能稳定、质量可靠。

硬盘

为了数据的安全可靠，本系统采用硬盘进行数据备份，为40G。

电源

工业级电源，工作范围：180～265V AC 47～63Hz(全范围)。

图像采集卡

采用北京宇航时代公司HT207－4型4路实时高分辨率采集卡。此采集卡实时性好，性能稳定。图像分辨率为：768×576。

与摄像机的连接方式：

单向双车道公路车辆监测记录系统

网卡

网卡是主机板自带10M/100M自适应网卡。

系统接口

本系统提供标准通讯接口（采用TCP/IP协议）。

系统专用卡

用来提高系统运算速度，增加系统保密性。

系统软件

基于WINDOWSXPE操作系统。主要包括：主控软件、管理软件和系统安全防护软件。

主控软件包括：轨迹描述、速度计算、违法判别、车牌识别、车牌颜色识别、车型识别、车流量统计、车辆记录。

管理软件包括：报警提示、数据管理、数据查询、数据传输及共享。

控制机柜

控制机柜包括：接地、防尘、过载保护、漏电保护、短路保护并符合国家相关电器安全标准的系统配电装置；具有通风及防尘功能；防护机箱的防护标准符合IP55标准。

4.安装示意图

单向双车道公路车辆监测记录系统安装图

第四章系统功能特点

１、航天尖端先进技术----多目标识别与跟踪独特技术，取代了激光、雷达及线圈测速。对过往的所有车辆进行自动有效的记录。

可同时监测两条车道、跟踪16辆机动车目标，并在60米内锁定不丢失。根据每辆机动车目标行进轨迹计算出车速。

２、独特的自适应功能

无论在白天、黄昏、夜晚，在雨、雪、雾等恶劣天气条件下均可正确进行车辆监控。

３、记录信息丰富，处罚依据有效。

根据用户需要可提供所有车辆的二至十几幅连续动态图像（包括彩色全景图像和车牌图像）及车牌号、车牌颜色、车型、日期、时间、地点、行驶方向、此路段限定车速及实际车速等信息。

４、功能齐全。

一套系统可同时完成测速、违法判断、车辆识别、报警、自动记录、数据管理、数据查询、数据传输与共享。

５、车牌识别率高。

可识别包括汉字在内七位。

６、测速精度高，已经过华北国家计量测试中心的检测。测速数据具有法律效力。７、在存储容量饱和时，具有自动依次覆盖最全面图像数据功能。

８、卓越的图像增强与局部放大功能，使画面更清晰。

９、操作简单、使用方便，具有强大的统计、查询和报表打印功能。

１０、违法数据及图像可通过光缆、微波、电话线、ISDN、DDN等多种方式传回指挥中心。

１１、系统易于升级换代。

由于本系统的各种判别方式、识别算法均采用软件实现，所以对系统的升级换代，只需更换软件，无需动硬件。方便、简单、省钱。

１２、设备配置灵活。

根据用户的需求可监测1—3条车道；可连接1—4个摄像机。

１３、可扩展性好。

能满足智能交通网络要求，该系统易于升级、易于联网扩展，是未来智能交通监控系统的基础。

１４、安装、施工简单，维护、使用方便。

第五章系统技术指标

1．系统电器装置有过载、接地、漏电、短路保护装置及避雷装置并符合国家相关电器安全标准；

2．路上设备工作温度：－30℃～＋５0℃；

3．路上设备工作湿度：20%～90%；

4．路上设备机箱防护标准符合IP55标准；

5．图像分辨率：768×576；

6．车速测定范围：5km/h～200km/h (连续测定)；

7．测速误差： -5km/h；

8．车辆捕捉率：99%（车速在5km/h～200km/h范围）；

9．车牌识别位数：七位；

10．CPU：2.0G；

11．内存：256M；

12．硬盘存储容量：40G；

13．摄像机分辨率：480线；

14．摄像机最低照度：0.4LUX；

15．网卡：10M/100M自适应；

16．系统平均无故障时间：5000小时；

17．电源：85V～265V AC 47～63HZ；