标题：高清电子警察
产生背景
城市道路交通安全是城市公共交通安全的重要分支。随着机动车辆大规模普及应用，各种与机动车有关的违法事件开始滋生蔓延。以此衍生的道路交通安全问题日益成为社会经济发展中的一个重要制约因素。收集、统计和分析道路交通事故，发现大部分交通事故都是因为机动车违章行驶而引起，尤以在交叉路口或路段上机动车闯红灯造成的事故所占比例最大。建设闯红灯自动记录系统（俗称电子警察），对机动车闯红灯行为进行不间断自动检测和记录，通过立法对机动车闯红灯行为进行处罚，是遏制机动车闯红灯行为的重要手段，进而改善城市道路交通环境，提升公众出行安全系数。
设计依据
（1）《中华人民共和国道路交通安全法》
（2）《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》
（3）《公路交通安全设施设计技术规范》（JTJ 074-2003）
（4）《闯红灯自动记录系统通用技术条件》GA/T496-2009
（5）《民用闭路电视系统工程技术规范》GB50198-94
（6）《安防视频监控系统技术要求》GA/T 367-2001
（7）《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92
（8）《中国电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90.92
机动车、驾驶员及违法管理等相关数据库规范2004版
（9）《道路交通标志和标线》GB5768
设计原则
（1）先进性：高清电子警察前端系统采用高清一体化摄像机替代模拟摄像机+工控机模式，是系统先进性最重要的体现。
（2）实用性：高清电子警察前端系统符合GA/T 496-2009公安部最新标准，能为交警用户准确捕获、抓拍、记录闯红灯行为。
（3）可靠性：高清电子警察前端系统广泛采用嵌入式技术，摈弃了工控机模式，无论是前端设备使用寿命，还是抗恶劣环境等方面，可靠性都得到质的飞跃，符合室外电子产品设计的发展方向。
（4）经济性：采用嵌入式一体化高清摄像机取代数码相机，LED低功耗补光灯取代闪光灯，设备使用寿命明显变长，产品更换周期明显缩短，系统经济性显著提高。
（5）安全性：高清电子警察前端系统采集的数据经过加密传输，保障了系统数据的安全性。通过水印技术实现数据防篡改功能，确保数据作为证据的可信性。
（6）易维护性：高清电子警察前端系统所包含的设备数量少，一体化高清摄像机接受软件平台的集中管理，可实现远程升级、维护和自动校时。
电子警察的优点
（1）2.1单张高清照片包含闯红灯行为三要素：
标清电子警察需要两张照片，一张为全景照片（记录闯红灯过程，看不清车牌），一张为特写照片（仅能看清车牌），违法证据需要连续2-3张全景照片和1张特写照片组成，全景和特写照片分辨率仅为768*576，清晰度约为400-600线；高清电子警察拍摄2-3张连续的高清照片，每张照片均同时包括号牌号码、停止线和红灯信号三要素，单张照片分辨率达到1600*1200，清晰度超过960线，提高违法取证防抵赖性，更有利于违法取证。如下图所示：
  （2）2.2单像机同时输出高清照片和高清视频
标清电子警察需要一只全景像机输出动态视频来记录机动车闯红灯过程。高清网络摄像机除了能输出高清照片，还能同时输出一段高清视频，记录机动车闯红灯过程。一方面增强违法照片的说服力，另一方面减少摄像机数量，降低故障点数量。
（3）2.3闪光灯硬件同步曝光
传统标清电子警察系统摄像机不具备闪光灯同步接口，由第三方外部电路+软件控制来实现摄像机与闪光灯的同步，同步效果不理想，受限度大。高清电子警察系统采用CCD电子快门直接控制闪光灯硬件同步曝光，可达到严格同步。
（4）2.4前端照片合成叠加预处理
按GA/T 496-2009 4.3.2节要求，一次闯红灯行为所产生的3张照片记录要求合成为1张图片。电子警察业务处理机将完成这该功能，将高清网络摄像机抓拍的3张200万像素高清照片合成处理为1张图片，并完成时间、地点、方向和车道等信息叠加。图片合成后，不出现原始图片遗漏、错位等问题。现场合成示意图如下所示：
  
系统组成结构和应用图
监控中心部署电子警察软件平台（含服务器）、操作终端、打印机等。软件平台集中管理全网电子警察前端设备，操作终端用于违法人工处理，打印机用于打印违法罚单。
所有路口的电子警察系统全部采用独立光纤进行数据传输，同时，也可选配CDMA、3G等无线传输方式为光纤传输提供冗余通信线路。
每方向一套电子警察业务处理系统，多个方向的电子警察业务处理系统通过路口局域网互联至一个总出口，安装1台光纤收发器，通过独立光纤汇聚到监控中心
  
高清电子警察单元图主要包括一体化高清网络摄像机、补光灯、电子警察业务处理机、红绿灯信号检测器、车检器、地感线圈、交换机、光纤收发器、UPS电源及其它工程用料。示意图如下：
  
高清电子警察拓扑图大型路口间距较宽，超五类线连接距离受限，借助每个方向的交换机进行互联。
小型路口间距较窄，高清网络摄像机和电子警察业务处理机直接于汇聚点交换机连接即可
  
逻辑功能分布图逻辑功能主要包括图像采集单元，前端处理单元，后台处理单元，飞现场处理系统，联网系统集成综合管理平台
  
高清电子警察性能指标
（1）抓拍关键要素：红灯信号、停止线、机动车外观、号牌、颜色和闯红灯过程。
（2）违法记录组成：3张200万照片+1段动态视频。第1张为机动车压在停止线上，第2、3张为机动车已越过停止线。照片合成在前端电子警察业务处理机完成。
（3）车速捕获范围：实测5～200KM/h范围内均可捕获车辆，闯红灯机动车捕获率达到99%。
（4）图像采集响应速度：≤1ms。
（5）最小抓拍间隔：70ms。
（6）图片压缩方式：JPEG。分辨率1600*1200。
（7）视频压缩方式：H.264。仅记录闯红灯过程的视频，分辨率为200万像素；全程记录视频，分辨率为4CIF。
（8）图像存储容量：≥120万份记录。前端插8GB容量SD卡可缓存1万份记录。
（9）动态视频存储容量：按每点30天设计。
（10）补光灯寿命：≥500万次。
（11）工作温度、工作湿度：无加热、散热装置时，-10℃～+60℃。
10%～95%。
高清电子警察应用方案
电子警察用于交叉路口或路段对闯红灯行为进行记录，因此，通常情况下是十字路口或丁字路口，少有情况为直行路段。如下图所示：
  
高清电子警察工作流程
高清电子警察前端系统工作流程图
  1、闯红灯抓拍过程
（1）在红灯信号时，当机动车压在线圈上，车辆检测器发第一个触发信号给电子警察业务处理机，业务处理机给高清网络摄像机第一个抓拍信号，拍摄机动车压在停车线上的照片，如下图：
  （2）当机动车离开第一个线圈，进入第二个线圈时，车辆检测器给电子警察业务处理机第二个信号，电子警察业务处理机给高清网络摄像机第二个抓拍信号，拍摄机动车离开停车线并继续前行的照片，如下图：
  （3）当车辆离开第二个线圈，车辆检测器给电子警察业务处理机第三个信号，电子警察业务处理机给高清网络摄像机第三个抓拍信号，拍摄机动车继续前行的照片，如下图：
  这样的过程保证了如果车辆仅仅压线而没有继续闯红灯，系统将只拍摄一张照片，在后台处理中一张照片将不作为处罚依据。而车辆如果有闯红灯行为，不论车行速度是快还是慢，都能完整的获取符合GA/T496-2009标准中闯红灯行为记录的照片。
与三张抓拍照片相匹配，高清网络摄像机还将输出一段高清动态视频，进一步记录机动车闯红灯过程，为违法取证提供有力支撑。
2.车检器工作原理
车辆检测采用地感线圈检测方式，目前使用的各种车辆检测方式中，只有地感线圈检测方式可以满足大于95%的闯红灯及逆行捕获率的要求。
车检器通过线圈馈线给地感线圈保持稳定的磁场，当车辆经过时，磁场发生变化，车检器根据磁场变化强度来判定是否有车辆经过。
地感线圈采用耐高温的单芯多股镀锡带护套电缆绕制而成，截面积为1mm2,通常绕4-5匝，线圈尺寸通常为60cm×180cm，埋设在停车线与斑马线之间。
在对过往车辆进行检测的过程中，可以通过调节地感线圈的线圈灵敏度来实现对不同类车型的检测，可以同时满足对大型车、中型车以及载客三轮摩托车的检测。
  3.红绿灯信号检测器工作原理
目前路口使用的交通信号机大多是多相位红绿灯，因此，信号灯检测器将分别对每一个车道应遵循的信号灯进行检测，即分别将直行，左转、右转的红灯信号、绿灯信号和黄闪信号（220V交流电压信号）送至信号灯检测器，配合信号灯与车道地感线圈的逻辑关系，可以确保系统只对红灯状态下越过地感线圈的车辆进行拍照，比如在红灯信号消失、黄闪时间段内通过停车线的车辆，系统将不予拍照。
4.非现场处理流程
  
高清电子警察项目清单
高清电子警察项目的一般典型清单如下
序号分项名称型号规格一、前端设备及软件专用设备1高清抓拍单元200万像素的高分辨率工业相机。具有不同分辨率图像设置功能、实现网络数字视频监控功能。抓怕延迟≤0.1秒，含百万像素镜头、传输单元、全天候室外设计、铝合金防腐、有较强的防锈功能2补光灯间隔时间<200ms，寿命≥300万次3车辆检测器​多通道并行检测、过滤非机动车、集成测速和流量统计，4通道线圈输入。4信号灯转换器​6路输入5电子警察业务处理机​软控式抓拍、图片合成、数据加密传输、图片水印，灵活开饭的嵌入式LINUX平台、远程配置和管理6电子警察控制箱​电子警察专业控制箱。顶部双层隔热。温度调节系统功能。室外喷塑。包括配电设备（含基础施工）7公共设备光收发器​单模双纤。25M8交换机​10M/100M 8口自适交换机9避雷针​电源保护10立杆定制165F杆，挑臂114*3000--5000.热镀锌。含报箍、支架与附件（含基础施工） 二、管线材料、附件、基础施工费11​传感线圈​每车道2组（含切割铺设）​​​​​12​配套线缆、套管4、8、12、16车道包括施工所有线缆、管子13其他附件​​​三、可选设备14UPSC1​室外型、1KVA/6H