城市道路的变局：三大监控应用构架智能交通

　　CPS中安网记者：罗超

　　目前，交通拥挤和交通事故是全球城市道路交通所面临的共同问题。由于可供修建道路的土地和空间有限，单靠新建道路的方法难以解决目前城市所面临的主要交通问题。另一方面，交通需求的不断增长、交通系统的日趋复杂，使得仅仅从车辆或道路单方面考虑，很难有效地解决交通拥堵问题。如何应用现代高新技术，将车辆和道路联系起来系统地解决交通问题，成为智能交通的核心思想。智能交通通过将先进的智能监控技术、通信技术、控制技术、传感器技术和系统综合技术有效地集成应用于交通运输领域，从而使得交通运输业发生了根本性的变化：运行功能智能化、效率最大化，进而使之成为世界同行业研究开发与技术应用的热点。

　　智能交通应用背景分析

　　2011年，道路拥堵作为中国大中型城市最受诟病的“城市病”之一日益凸显。在庞大的道路交通网上，如何处理交通事故或意外事件造成的堵车，如何使路口的信号系统聪明起来，穿梭在城市间的道路交通在谋变，智能交通因此而出现。它是未来交通系统的发展方向，其目标是建立全方位、实时准确、高效的综合运输系统，做到“保障安全、提高效率、改善环境、节约能源”。即在较完善的道路设施基础上，将先进的交通理论与高新技术集成运用于道路交通运输的全过程，加强车、路、人三者之间的联系，通过智能化地收集、分析交通数据，并反馈给系统的操作者或驾驶员。系统操作员或驾驶员借助于处理后的交通信息，迅速做出反应，改善交通状况。智能交通强调的是系统性、实时性、信息交流的交互性以及服务的广泛性，与原来意义上的交通管理与工程有着本质的区别。

　　智能交通有其特殊的应用背景，可以说是市场需求下的产物。

　　经济快速发展致使交通状况和环境的恶化

　　中国经历了改革开放高速发展的30多年，城市化与汽车化发展十分迅猛。城市化进程使城市交通资源进一步紧张，预计未来十年我国城市化将从目前的45%上升到60%，将进一步推动交通运输、汽车产业的发展。但是，城市交通资源将更加紧张。机动车拥有量以每年10%以上的速度增长，预计今年将超过2亿辆，北京最近两年更是以每周新增一万辆车的速度挑战着道路的承载能力。中国城市的大气质量持续恶化，机动车尾气已成为主要的污染源。一些大城市机动车排放的污染物对多项大气污染指标的贡献率已达到60%以上，正在严重地危害着人们的身体健康。交通拥堵、车速下降以及车况差、车辆技术性能低等使中国处在世界十大空气污染最严重的城市之中，交通发展的瓶颈已经成为制约我国城市发展的重要因素；在道路管理方面，受行政、投资的区域性限制，我国高速公路管理、普通公路管理形成以行政区域为单位，按段管理模式，在基础设施上未建议统一的资源管理系统；在汽车管理方面，还未建立统一的车辆管理系统。中国的交通信息化建设大多数系统在建设时仅仅是为了解决某些具体、局部的问题，因此各系统基本上是独立存在，呈现出网络背景下的信息孤岛模式。

　　当前交通监控存在的不足

　　 首先是无法认定交通违法驾驶人。确认违法当事人是一个难题，由于摄像机清晰度的原因，非现场执法取证只能确认车辆违法的事实，具体驾驶员不详，在实际操作中，当事人即使是违法时的驾驶人也会矢口否认，只承认自己是车主，从而使相应吊证的处罚和一系列管理措施（如扣分、复考）无从执行，法律的严肃性受到挑战。另外，由于车辆的转让、买卖、抵押等行为将造成车辆登记车主的变化，但往往许多车辆并未办理“过户”和“转籍”手续，处罚的决定和执行存在一定困难。

　　其次，交通监控设备维护经费没有保障。各地存在重建设、轻维护现象。一些地区的监控设备由于没有维护经费，“带病工作”或长期无法正常使用，成为摆设。

　　最后，部分地区交通监控系统未经国家有关部门检定或检定不规范。全国大部分地区都能对国家强制检定设备进行定期检定，但一些地区技术监督部门在检定时只对防雷方面进行检定，而不是对整个监控系统进行检定，这样就存在系统误差，从而影响执法严肃性。另外，一些地区用视频检测方式进行测速，这种方式目前争议较大。视频检测原理是通过虚拟线圈的视频变化量来进行检测，视频变化受外界光线或灯光影响很大，检测精度无法保证。

　　交通是经济发展的命脉。因此，智能交通亟待解决的问题主要围绕在如何缓解道路压力、降低事故率、提升公共交通服务和节能减碳四方面。

　　智能交通监控应用的三大领域

　　要解决以上急需解决的道路交通问题，视频监控技术被引入到智能交通领域中，且发挥着巨大的作用。据了解，截止到去年，我国“五纵七横”国道主干网基本建成，网络将贯穿全国主要大中城市，到2015年国道主干线和公路主枢纽系统将全面建成，构筑起以高速公路为主体的公路运输主骨架。在这个完善的道路网络里，绝大部分已建和所有新建的高速公路都预埋了比较充裕的管道，部分管孔已铺设了光纤，它将是承载智能交通监控业务的良好基础设施。根据国家十二五规划，我国城市智能交通系统的建设方面将继续加大力度发展，将在50个左右的大中型城市推广交通信息服务平台建设，提供交通信息查询、交通诱导等服务；在200个以上的城市发展城市智能控制信号系统，形成智能化的交通指挥系统，智能交通这个市场仿佛又在“春天里”，以待新一轮的爆发，中国众多安防企业都将智能交通作为企业重大业务公关项目之一。目前，监控系统在城市智能交通领域比较成熟的应用主要有：用于城市与城市之间的高速公路监控系统；协助公安机关侦破案件，防止肇事车辆及人员外逃的城市治安卡口系统；用于抓拍违章车辆的电子警察系统。

　　三级管理，高速公路自动监控

　　高速公路监控系统是实现公路运输现代化管理与控制、保证高速公路达到安全、高速、舒适、通行车流量大的重要手段。早期由于高速公路分段投资、分段建设等原因，高速公路监控系统在设计上基本是以单路段作为独立的监控网络，一般采取光端机+视频矩阵的监控模式。但由于其资源无法实现共享，在集中收费、集中监控、集中管理的进程中，一些不能满足要求的设备面临淘汰的局面。同时，在一些较长的路段以及需要各路段向省中心传送图像的需求当中，光端机由于传输距离有限、占用光纤过多等问题，已经不能满足当前众多高速公路监控系统的需求。随着社会经济的发展，人们迫切需要一种能够为高速公路运输生产提供服务的智能化自动监控系统，最近几年高速公路专用通信和监控技术的不断更新，为横跨全国高速公路路段的综合性自动监控提供了可能。

　　①三级管理的架构方式

　　高速公路自动监控系统由国家高速公路监控中心（总中心）、省高速公路监控中心（分中心）以及沿高速公路设立的高速公路监控站点（监控站）组成。监控站负责对其所覆盖路段的监控信息进行收集，并根据分中心和总中心的指令对行驶的车辆发出调度、安全、查询、路况等信息。沿途的车辆可以根据接收来自监控站的指令发出响应信息，同时可以按照预先设置的程序定时或自动发出信息，这些信息包括GPS定位信息、车辆状况信息、报警信息、应答信息、路况查询、与公司或用户的联络信息等。监控站将信息存储在数据库中，并将监控信息转发到分中心，对报警及应急事件信息进行及时处理；分中心负责对来自省内高速公路沿线各个监控站的信息进行收集和分析，将相关信息存储在数据库中，并在电子地图上显示车辆位置、车辆状况、车辆报警及路况等信息，将有关的监控信息转发到国家高速公路监控总中心。分中心通过计算机网络传递用户与车辆之间的联络信息，并根据车辆位置将用户发往车辆的查询、指令和联络信息通过监控站发给相关的车辆；国家高速公路监控总中心负责收集来自各省分中心的有关各个高速公路路段的监控信息，将信息存贮在数据库中提供有关部门分析处理，在电子地图上显示全国高速公路的监控情况，可以随时调出某条高速公路的车辆、路况、告警等信息并进行显示。总中心可以通过分中心向各条高速公路发出指令、安全、调度等信息，并转发用户与车辆的联络信息。

　　②监控设备和通信技术

　　国家高速公路监控总中心和各省分中心通过Internet和远程拨号PSTN方式与陆地网络连接，用户可以接入网络访问和查询车辆及路况信息，并可以向车辆发送用户指令、调度信息等，监控中心也可以将来自车辆的信息发送给用户。登记注册到高速公路自动监控系统的车辆，都安装电子监控设备（车载终端），车载终端内置有GPS接收机，带有显示屏和输入短信息的按键，车载终端分配系统特殊识别编码，系统可以通过编码对车辆进行监控。在监控系统的监控站、分中心、总中心分别配置车辆管理数据库，存储车辆的登记管理信息。沿高速公路的各个监控设施安装电子监控设备（固定终端），连接路况检测感应装置，并分配系统特殊识别编码，系统可以通过编码查询路况检测感应装置，获得有关信息的采集。高速公路电子监控设备包括车载终端和固定终端，采用800Mhz集群通信系统与各个监控站联接，监控站作为集群系统的基站，按照集群系统的无线覆盖距离，沿高速公路每30 -50公里设置一个，只要车辆安装了车载终端，在此范围内随时可以发送查询、应急求助等信息，随时接收来自监控站的路况、安全信息和用户对车辆的指令。

　　高速公路自动监控系统由通信子系统和计算机网络子系统组成，通信子系统完成监控信息的传递，计算机网络子系统完成系统数据库的管理、监控信息的分析和处理、信息的查询和访问以及车辆的登记管理等。通信子系统采用VSAT卫星通信系统和800Mhz集群通信系统组成。通过VSAT卫星通信系统将各个监控站和省分中心联接起来，各个省中心通过现有的交通专用卫星通信网与国家高速公路监控总中心联接。VSAT系统由一个中心站和数百或上千个VSAT远端小站组成，其业务主要以数据通信为主，兼顾话音和图像业务。VSAT终端具有天线小、设计结构紧密、功耗小、成本低、安装方便、对环境条件要求低、可以无人值守等特点。VSAT系统经过十多年的发展和完善，其技术日臻成熟，可以方便地与数据分组交换网、ISDN网、Internet网等地面数据网络联网，应用范围十分广泛。

　　采用VSAT卫星通信系统作为高速公路监控系统信息的传输手段，即充分发挥了卫星通信组网的优势，同时也满足了高速公路网络覆盖的需要。卫星通信与光纤通信、微波通信等其它通信手段相比较，其最大的优点是电波传输不受地理表面环境条件的影响，不仅通信信号质量好，而且卫星波束覆盖地球表面范围大，约占地球表面面积的三分之一。在这个范围内，根据业务需要，可以随时随地增设新的地球站，接入卫星通信网络，与其中任一个地球站建立通信联系，可以组成大范围内的区域通信网。如果采用光纤或微波传输方式只能建立带状或环状通信网络，其通信区域是有限的。我国高速公路网路覆盖全国地域，地形条件复杂，沿途路线偏离城市，网路延伸不断扩展，采用卫星通信系统组成覆盖高速公路的通信网络是最佳的选择方案。

　　治安卡口，高清与智能把关

　　城市治安卡口是城市安防的第一道防护线，是加强社会治安、防范和打击涉车、涉路等现行违法犯罪的重要措施。全面加强城市治安卡口的规范化建设，对强化城区社会治安、对预防和减少发案等将产生积极而深远的影响。治安卡口未来发展有条主线：其一是如何通过卡口系统提高使用者的治安管理和交通管理水平，采集更多有用信息。这主要体现在卡口系统发展过程中的摄像机从黑白到彩色，分辨率从标清到高清，抓拍范围从机动车扩展到驾驶人及行人，号牌识别从模糊识别到精确识别，管理软件功能从简单的监视查询到智能化的数据挖掘。另一方面是如何做到节能环保，降低对驾驶人的影响，优化驾驶人的体验。主要体现在工程设计合理，补光方式对驾驶人影响渐小，高清卡口对隐私进行消隐等方面。

　　从治安卡口应用和技术发展趋势来看，集中体现在卡口监控的智能化和高清化。高清卡口成为市场主流是目前我国治安卡口行业的最大的变化，各大城市治安卡口监控系统招标书上都明确标明高清两字。从传统的模拟成像卡口到目前的高清卡口，治安卡口在各方面均发生着变化，主要表现如下：

　　随着工业级数字高清成像技术的发展、普及，利用高清晰数字成像技术进行治安卡口监控，可为相关业务部门提供监控目标的清晰可辩的前排乘坐人员面部特征，从而为业务部门提供了更加满足其业务需求的产品。

　　治安卡口的业务应用也不断得到充实，基于车牌识别的基础数据不断得到挖掘，扩展，治安卡口业务数据也从单一的治安及交通监控发展为可供交通、城市规划、公安刑侦、治安、交通管理、环保等不同业务部门均可以综合应用的综合业务系统。

　　 系统集成的技术路线正由原来基于工业控制计算机为系统处理核心的技术路线向以可靠性更高、专业化程度更高的嵌入式技术路线发展。

　　车辆检测方式正由原来单一的环行线圈检测或者视频检测等发展为两种以上检测方式相结合的冗余检测，系统可靠性得到进一步提高。

　　高清治安卡口系统不仅能看清车牌，还利用高清晰摄像机的高像素优势，使图像信息更加丰富，抓拍下来的图片可以清楚反映出驾驶员以及副驾驶座人员的面部特征，利于公安部门对嫌疑车辆二次排查，解决了嫌疑车辆摘除牌照或者套牌等躲避检查的难题，治安卡口有着高清的视频源，也为智能分析技术的应用提供了充足条件。

　　智能治安卡口，就是指将视频监控技术、网络技术、自动识别技术等技术引入到传统治安卡口应用中，将公安网络中各种信息数据库直接用于卡口民警的日常盘查，改变治安卡口的工作模式和查控方式，实现道路信息实时监控、嫌疑车辆自动识别报警、嫌疑人及物的信息远程比对、关联查询等功能一体化运行，提高治安卡口堵控能力。

　　城市卡口系统除了高清之外，还需要以下智能化的技术配合才能发挥更好的公安实战效果。

　　高性能嵌入式处理系统：在高清模式下系统将相机拍的图片发送给工控机等处理系统进行识别处理和存储等操作，这样对传输和处理设备的要求非常高，因此需要高性能嵌入式处理技术。

　　图像采集处理一体化设计：高清摄像机内部集成了工业级逐行扫描CCD/COMS和高速DSP芯片，具有智能化的可独立完成整个图像抓拍、车牌识别、车身颜色识别、车速获取等功能，车辆信息获取完成后由结果装配与通讯模块打包通过以太网上传给终端服务器。这种治安卡口监控智能化处理能力，使得系统结构简洁，扩展非常方便。

　　反馈控制的全天候高清晰成像：智能化的高清治安卡口是一个由智能高清摄像机、智能补光灯和成像控制软件组成的精密系统，它们之间的有序配合和反馈控制使得白天和晚上抓拍的车辆图像清晰度高，确保车身、车牌和车辆前排司乘人员面部特征都清晰可辨。

　　车身颜色识别：可自动对车身颜色的深浅和10种常见车身颜色进行识别，为公安稽查和刑侦案件侦破提供了科技新手段。

　　视频辅助触发、辅助测速：采用视频触发作为辅助触发方式，在线圈触发失效的情况下，能够在较短的时间内报警，同时取代线圈进行触发工作。这样，用户可以在第一时间得到故障信息，在问题解决前仍然可以有效地监控道路运行状况，可以做到无间断的监控和及时的反应。

　　前端、后端独立的专有网络结构：采用两个独立的网络结构，即终端服务器与智能高清摄像机之间的网络和终端服务器与中心之间的网络相互独立。这样可以减少对公安网IP地址的占用，监测点内的设备增加或IP变更更加方便，网络安全性也大大提高。

　　非机动车、行人抓拍功能：通过视频检测方式，24小时不间断捕获所有经过非机动车道的非机动车图像和行人信息，非机动车和行人图像捕获率大于99%。在捕获的图片中，能清晰辨别非机动车特征、非机动车驾驶人和行人脸像。

　　视频事件检测技术应用，进一步挖掘卡口智能化功能：提供压黄线、逆行、违章占道、违章停车等违章检测功能，为公安管理提供更多科技新手段。

　　驾驭高清、功能升级，电子警察让交通违章纤毫毕现

　　近几年，电子警察在很多城市的应用中取得了非常好的成效。现今，全国的电子警察市场呈现出“1+3+3”格局。华东区以50%的项目数量市场占有率遥遥领先其他区域。华南、华中和西南三个区域项目数量比例都在10-15%左右；华北、东北和西北三个区域项目数量比例约在5%以下左右，市场投资相对较少。 电子警察也是目前交通管理部门应用较多的系统。这类系统与传统安防的视频监控有所不同，主要使用照相机或者摄像机，触发控制器配合视频识别系统组成。当驾驶员有超速行车、闯红灯、逆行等违章行为时，电子警察可以将车辆违章图像抓拍下来，传输到交通监控中心，为交警部门提供执法依据。

　　另外，由于电子警察系统有视频虚拟线圈检测功能，可以将控制主机直接安放在控制中心，这种方式使前端摄像机既可用于道路监控又可用于电子警察检测取证。对于一些资金紧张的项目，可以用一套电子警察系统通过人工切换对多个路口进行轮流使用，这样既可对违章驾驶员有震慑作用，又缓解了资金紧张的困境。

　　由于目前监控行业高清及智能化发展十分迅速，对电子警察的升级起到了极大的促进作用。高清技术的应用，使得采集的图像在清晰度上有了大幅提升，与原有的“电子警察”监控设备相比，这些高清抓拍摄像头还实现了360度旋转，监控的内容也从闯红灯信号、压黄线等，扩展到车牌识别、违法停车、闯禁行、违法调头、违法变道、违法超车等数十种，同时还能通过调拉焦距实现对路面的动态监控，甚至连驾车司机都能看清。鼠标“拖拽”着画面来回移动，周围几个方向的状况一览无余。此外，电子警察系统采用智能识别算法与软件平台数据挖掘相结合的技术，保证车牌识别准确率(（含车牌号码与车牌颜色）、车身颜色识别准确率的前提下，将大量的车辆关联记录（高清照片、高清视频、过车信息、识别结果）构造数据库，并通过软件平台的数据挖掘技术进行挖掘分析。目前，上海、武汉及广州等各大城市纷纷对原有的老式电子警察进行升级，太原交管部门也相继投入使用50台移动“电子警察”，监控所有交通违法行为。因此，现在市场上对升级后的电子警察需求量非常巨大，随着国家对道路交通的治理力度不断加大，为广大安防企业提供了一展身手的好机会。安防企业应适时根据市场的特点，加速开发出升级换代的行业高尖端产品，把城市交通建设演变成技防产品的大卖场。

　　结束语

　　城市中道路交通车水马龙、最为繁忙。如何做到交通顺畅，繁而有序，忙而不乱。安防监控在智能交通的三大应用成为必要手段，这是时代需求与科技管理结合下的必然产物。

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