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【摘 要】随着道路基础设施建设的加快，对城市道路的整体服务质量也提出了新的要求。高清卡口视频监控系统作为城市智能交通系统技术发展的必然方向，它的应用前景将十分广泛。本文结合高清视频监控卡口前端信息采集系统组成，阐述了卡口系统的整体架构及组成，并对介绍了具体的设计思路，以充分满足城市道路高清视频监控的需求。
【关键词】卡口系统；设计；车速检测；抓拍；触发方式
随着城市交通飞速的发展，以及车辆数目的不断攀升，不可避免地会出现道路交通拥堵，机动车事故、违章逃逸、假牌假证及机动车盗抢等，以机动车为中心的事件。此情况已经影响到城市的各种正常的生产活动，以及市民日常的生活。如何利用高科技、高技术的视频监控手段，为城市出入口社会治安保驾护航，是道路管理者思考的问题。高清卡口视频监控系统作为城市智能交通系统技术发展的必然方向，它的应用前景将十分广泛。本文就道路高清视频监控卡口系统的设计与实现进行一一阐述。
1.前端信息采集系统组成
从卡口布控的工作性质考虑，系统对运动状态的目标不但要有高图像捕获率，还必须抓拍到清晰的图像（车牌、前排司乘人员、行人），作为事后查询和取证的重要依据。
前端信息采集系统，主要组成为控制主机、摄像机、辅助照明设备、软件及设备基础设施等，安装在外场路段，通过采集控制软件实现全天候不间断的机动车、前排司乘人员、非机动车和行人的图片抓拍和信息处理、存储、通信等功能，对于抓拍的机动车图片实现号牌自动识别等功能，所有信息在前端控制主机内进行存储，并由专用通信软件将获取的所有信息实时传递给信息中心。
2.前端系统设计
由于卡口点具有路况条件复杂、对象移动不规律、周围环境不可预料性等特点，为保证系统在上述各种条件下运行的高可靠性与可用性，需要采用较为合理的技术实施方案，包括前端摄像机的选择、布置方式、触发方式、抓拍距离以及补光方式等。
3.前端摄像机
经过多年的发展，视频技术经历了从模拟到数字、从低分辨率到高分辨率的不断进步，表1是一些常用的视频分辨率规格。
早期卡口系统几乎都采用模拟标清成像技术，记录的车辆信息为车牌部份图像和车辆的全景图像两张图片，分辨率最大为768×576。
4.前端摄像机的布置方式
根据机动车道和非机动车道目标抓拍的实际需求，在每条机动车道配置1台高清摄像机；非机动车道双向各配置1台高清摄像机；每条机非混合车道双向各配置1台高清摄像机。
非机动车道上的摄像机布置方案应不同于机动车道，具备其独有特性，是单一方向抓拍还是双向抓拍，双向抓拍是采用同一立面还是不同立面，存在以下几种不同的布置方案：
（1）单方向抓拍
仅对非机动车道单个方向进行抓拍，对于逆向行驶或行走的移动对象，无法捕捉到正面图片信息，难以满足业务应用需求。
（2）同立面双向抓拍
非机动车道在同一门架或立杆上布设双向抓拍摄像机，比较节约基础设施成本，但抓拍的两个断面间的跨度相对较大，容易漏抓信息。
（3）不同立面双向抓拍
非机动车道在两不同的门架或立杆上布设双向抓拍摄像机，相对基础设施的成本会较高，但其具备很大的灵活性，安装高度、拍摄角度以及与补光单元的配合等，是其他方案所不具备的。
综合考虑各项因素，采用不同立面双向抓拍效果较佳。
5.触发方式
为保证对机动车、非机动车和行人都能进行准确抓拍，视频触发是当前最为切实可行的方式。所以对机动车道和非机动车道采用视频检测为主的触发方式。另外，为提高机动车的车速检测精度，每一机动车道和机非混合车道设置一组双检测线圈。
（1）非机动车道触发方式
主要采集对象为非机动车、行人及可能出现的机动车，系统对此主要采用视频检测的触发方式。在光照条件相对较差时，由补光单元依据光感元件针对现场光照度的大小，自动调节补光量的多少，充分体现节能环保；当有移动物体出现时，抓拍单元对由摄像机以一定帧速拍摄的视频进行分析，输出移动物体处于最佳位置的图片；预处理单元对得到的图片信息做进一步的特征信息提取，包括移动方向、衣着主体颜色等；通信传输单元对获取的图片、数据信息进行本地存储与远程传输。
（2）机动车道及机非混合车道
主要采集对象为机动车辆、混行非机动车与行人，主要采用视频检测为主辅以线圈的触发方式。补光单元依据现场光照度，自动调节补光量；当有移动物体出现时，抓拍单元对由摄像机以一定帧速拍摄的视频进行分析，输出移动物体处于最佳位置的图片，同时辅以双环形检测线圈进行交通参数检测，需保证检测线圈输出交通参数的对象和时间与视频分析输出图片的对象和时间保持一致；如果接收到线圈检测数据而视频检测无触发时，视频分析处理应兼顾线圈检测信息，保留距线圈触发最为接近时刻的抓拍图片（在保证系统同步的前提下），确保车辆的高捕获率；预处理单元对图片信息进行特征信息提取，包括号牌号码、号牌颜色等；通信传输单元对获取的图片、数据信息进行本地存储与远程传输。
6.抓拍距离
影响卡口建设的技术指标主要有以下三种：
（1）车辆图像捕获率：所记录的有效车辆数（指车辆图像中包含全景图像要求的车辆数）与实际通过断面车辆数的百分比。
（2）号牌识别准确率：信息识别正确车辆数与断面号牌信息有效的车辆总数的百分比。
（3）需要掌握道路上机动车前排司乘人员的面貌特征。
以上三个指标互相影响，其中影响最大的因素是摄像机拍摄角度（即摄像机立杆高度与摄像机立杆到抓拍点的距离之比），在立杆高度一定的情况下（6m）：摄像机立杆到抓拍点的距离越大，高峰时期前后车辆遮挡的概率越高，车辆图像捕获率越低；摄像机立杆到抓拍点的距离越大，由于号牌纵向变形越小，号牌识别率越高；摄像机立杆到抓拍点的距离越大，由于俯瞰角度越小，车顶遮挡前排司乘人员的面貌特征的概率越小，脸像越清晰。 摄像机抓拍的最小间距l和车辆高度、立杆高度L、立杆至抓拍点的距离D相关，根据计算，最小车间距见表2。
表2可以看出，在立杆高度为6m的情况下，如果跟车距离不大于1.6m，则抓拍距离应小于16m，这种情况适用于车流量较大的情况。
另外摄像机俯瞰角度ф与驾驶人脸像相关，各抓拍模式如下：
（1）人像优先抓拍模式
用于车辆间距大、车流量不高的城市地面道路，对线圈切割限制较小的路段。该模式因俯瞰角度较小，对各种车型司乘人员的脸像特征可做到近乎100%的有效采集。
（2）人像，拥堵兼顾抓拍模式
人像，拥堵兼顾抓拍模式，主要用于车辆间距较近、车流量较高的城市地面道路，或对线圈切割有限制的路段。该模式可对各种车型司乘人员的脸像特征进行有效抓拍，部分图像可能由于遮阳板遮挡、司乘人员体态习惯等因素影响司乘人员脸像采集。司乘人员的脸像特征可做到约80%的有效采集。
（3）拥堵优先抓拍模式
拥堵优先抓拍模式，主要用于车辆间距密集、车流量非常大、或对线圈切割有限制的路段。该模式可对各种车型司乘人员的脸像特征进行有效抓拍，但因取像角度较大，司乘人员的脸像特征可能会有部分遮挡（60%以上的信息有效采集）。
7.补光方式
考虑到系统必须24h运行，对于室外图像抓拍，环境照度无疑是个无法避免的问题。为了保证在夜晚、阴雨天环境照度低的情况下抓拍到清晰的图像，要在低照度时给予一定的光补偿，需要增加辅助照明。但一般的用大光灯辅助照明，会产生光污染，对司机的夜间行车造成影响，留有事故隐患，因此采用LED灯补光方式，与摄像机同步触发。该辅助照明模块采用高亮度LED发光管作为发光器件，通过机箱内部的LED灯控板控制发光。
8.结语
通过高清视频监控卡口的建设，可对机动车辆进行全天候、无遗漏实时检测、记录与处理，实现实时布控，为查处和侦破肇事逃逸、盗抢机动车等案件的治安需求提供查案依据，以及对交通管理机关扼制并打击一些隐蔽型违法行为，具有十分重要的现实意义。因此，道路高清视频监控卡口系统的应用前景将十分广阔。
参考文献：
[1] 韩正.湖州公安高清卡口监控系统的设计与实现[D].电子科技大学，2011年
[2] 裴剑.高清卡口系统在平安城市中的应用[J].A&S：安全&自动化，2011年第11期
【关键词】卡口系统；设计；车速检测；抓拍；触发方式
随着城市交通飞速的发展，以及车辆数目的不断攀升，不可避免地会出现道路交通拥堵，机动车事故、违章逃逸、假牌假证及机动车盗抢等，以机动车为中心的事件。此情况已经影响到城市的各种正常的生产活动，以及市民日常的生活。如何利用高科技、高技术的视频监控手段，为城市出入口社会治安保驾护航，是道路管理者思考的问题。高清卡口视频监控系统作为城市智能交通系统技术发展的必然方向，它的应用前景将十分广泛。本文就道路高清视频监控卡口系统的设计与实现进行一一阐述。
1.前端信息采集系统组成
从卡口布控的工作性质考虑，系统对运动状态的目标不但要有高图像捕获率，还必须抓拍到清晰的图像（车牌、前排司乘人员、行人），作为事后查询和取证的重要依据。
前端信息采集系统，主要组成为控制主机、摄像机、辅助照明设备、软件及设备基础设施等，安装在外场路段，通过采集控制软件实现全天候不间断的机动车、前排司乘人员、非机动车和行人的图片抓拍和信息处理、存储、通信等功能，对于抓拍的机动车图片实现号牌自动识别等功能，所有信息在前端控制主机内进行存储，并由专用通信软件将获取的所有信息实时传递给信息中心。
2.前端系统设计
由于卡口点具有路况条件复杂、对象移动不规律、周围环境不可预料性等特点，为保证系统在上述各种条件下运行的高可靠性与可用性，需要采用较为合理的技术实施方案，包括前端摄像机的选择、布置方式、触发方式、抓拍距离以及补光方式等。
3.前端摄像机
经过多年的发展，视频技术经历了从模拟到数字、从低分辨率到高分辨率的不断进步，表1是一些常用的视频分辨率规格。
早期卡口系统几乎都采用模拟标清成像技术，记录的车辆信息为车牌部份图像和车辆的全景图像两张图片，分辨率最大为768×576。
4.前端摄像机的布置方式
根据机动车道和非机动车道目标抓拍的实际需求，在每条机动车道配置1台高清摄像机；非机动车道双向各配置1台高清摄像机；每条机非混合车道双向各配置1台高清摄像机。
非机动车道上的摄像机布置方案应不同于机动车道，具备其独有特性，是单一方向抓拍还是双向抓拍，双向抓拍是采用同一立面还是不同立面，存在以下几种不同的布置方案：
（1）单方向抓拍
仅对非机动车道单个方向进行抓拍，对于逆向行驶或行走的移动对象，无法捕捉到正面图片信息，难以满足业务应用需求。
（2）同立面双向抓拍
非机动车道在同一门架或立杆上布设双向抓拍摄像机，比较节约基础设施成本，但抓拍的两个断面间的跨度相对较大，容易漏抓信息。
（3）不同立面双向抓拍
非机动车道在两不同的门架或立杆上布设双向抓拍摄像机，相对基础设施的成本会较高，但其具备很大的灵活性，安装高度、拍摄角度以及与补光单元的配合等，是其他方案所不具备的。
综合考虑各项因素，采用不同立面双向抓拍效果较佳。
5.触发方式
为保证对机动车、非机动车和行人都能进行准确抓拍，视频触发是当前最为切实可行的方式。所以对机动车道和非机动车道采用视频检测为主的触发方式。另外，为提高机动车的车速检测精度，每一机动车道和机非混合车道设置一组双检测线圈。
（1）非机动车道触发方式
主要采集对象为非机动车、行人及可能出现的机动车，系统对此主要采用视频检测的触发方式。在光照条件相对较差时，由补光单元依据光感元件针对现场光照度的大小，自动调节补光量的多少，充分体现节能环保；当有移动物体出现时，抓拍单元对由摄像机以一定帧速拍摄的视频进行分析，输出移动物体处于最佳位置的图片；预处理单元对得到的图片信息做进一步的特征信息提取，包括移动方向、衣着主体颜色等；通信传输单元对获取的图片、数据信息进行本地存储与远程传输。
（2）机动车道及机非混合车道
主要采集对象为机动车辆、混行非机动车与行人，主要采用视频检测为主辅以线圈的触发方式。补光单元依据现场光照度，自动调节补光量；当有移动物体出现时，抓拍单元对由摄像机以一定帧速拍摄的视频进行分析，输出移动物体处于最佳位置的图片，同时辅以双环形检测线圈进行交通参数检测，需保证检测线圈输出交通参数的对象和时间与视频分析输出图片的对象和时间保持一致；如果接收到线圈检测数据而视频检测无触发时，视频分析处理应兼顾线圈检测信息，保留距线圈触发最为接近时刻的抓拍图片（在保证系统同步的前提下），确保车辆的高捕获率；预处理单元对图片信息进行特征信息提取，包括号牌号码、号牌颜色等；通信传输单元对获取的图片、数据信息进行本地存储与远程传输。
6.抓拍距离
影响卡口建设的技术指标主要有以下三种：
（1）车辆图像捕获率：所记录的有效车辆数（指车辆图像中包含全景图像要求的车辆数）与实际通过断面车辆数的百分比。
（2）号牌识别准确率：信息识别正确车辆数与断面号牌信息有效的车辆总数的百分比。
（3）需要掌握道路上机动车前排司乘人员的面貌特征。
以上三个指标互相影响，其中影响最大的因素是摄像机拍摄角度（即摄像机立杆高度与摄像机立杆到抓拍点的距离之比），在立杆高度一定的情况下（6m）：摄像机立杆到抓拍点的距离越大，高峰时期前后车辆遮挡的概率越高，车辆图像捕获率越低；摄像机立杆到抓拍点的距离越大，由于号牌纵向变形越小，号牌识别率越高；摄像机立杆到抓拍点的距离越大，由于俯瞰角度越小，车顶遮挡前排司乘人员的面貌特征的概率越小，脸像越清晰。 摄像机抓拍的最小间距l和车辆高度、立杆高度L、立杆至抓拍点的距离D相关，根据计算，最小车间距见表2。
表2可以看出，在立杆高度为6m的情况下，如果跟车距离不大于1.6m，则抓拍距离应小于16m，这种情况适用于车流量较大的情况。
另外摄像机俯瞰角度ф与驾驶人脸像相关，各抓拍模式如下：
（1）人像优先抓拍模式
用于车辆间距大、车流量不高的城市地面道路，对线圈切割限制较小的路段。该模式因俯瞰角度较小，对各种车型司乘人员的脸像特征可做到近乎100%的有效采集。
（2）人像，拥堵兼顾抓拍模式
人像，拥堵兼顾抓拍模式，主要用于车辆间距较近、车流量较高的城市地面道路，或对线圈切割有限制的路段。该模式可对各种车型司乘人员的脸像特征进行有效抓拍，部分图像可能由于遮阳板遮挡、司乘人员体态习惯等因素影响司乘人员脸像采集。司乘人员的脸像特征可做到约80%的有效采集。
（3）拥堵优先抓拍模式
拥堵优先抓拍模式，主要用于车辆间距密集、车流量非常大、或对线圈切割有限制的路段。该模式可对各种车型司乘人员的脸像特征进行有效抓拍，但因取像角度较大，司乘人员的脸像特征可能会有部分遮挡（60%以上的信息有效采集）。
7.补光方式
考虑到系统必须24h运行，对于室外图像抓拍，环境照度无疑是个无法避免的问题。为了保证在夜晚、阴雨天环境照度低的情况下抓拍到清晰的图像，要在低照度时给予一定的光补偿，需要增加辅助照明。但一般的用大光灯辅助照明，会产生光污染，对司机的夜间行车造成影响，留有事故隐患，因此采用LED灯补光方式，与摄像机同步触发。该辅助照明模块采用高亮度LED发光管作为发光器件，通过机箱内部的LED灯控板控制发光。
8.结语
通过高清视频监控卡口的建设，可对机动车辆进行全天候、无遗漏实时检测、记录与处理，实现实时布控，为查处和侦破肇事逃逸、盗抢机动车等案件的治安需求提供查案依据，以及对交通管理机关扼制并打击一些隐蔽型违法行为，具有十分重要的现实意义。因此，道路高清视频监控卡口系统的应用前景将十分广阔。
参考文献：
[1] 韩正.湖州公安高清卡口监控系统的设计与实现[D].电子科技大学，2011年
[2] 裴剑.高清卡口系统在平安城市中的应用[J].A&S：安全&自动化，2011年第11期