文/周同伟 杭州海康威视数字技术股份有限公司
前言
车辆智能监测记录系统(俗称卡口系统)是采用先进的光电技术、图像处理技术、模式识别技术对过往的每一辆汽车均拍下车辆的图像，并自动识别出车辆的牌照，所采集到的车辆的信息数据均保存在服务器数据库中。卡口系统对机动车全天候不间断的自动记录并进行车辆特征识别的智能化设备，为提高交通管理和治安管控水平，确保道路的高效运行和交通综合管控发挥重要的作用。被广泛应用于治安、测速、高速路径二义性识别、拥堵收费等领域。
卡口系统组成
卡口系统由卡口前端子系统、网络传输子系统和后端管理子系统组成。实现对通行车辆信息的采集、传输、处理、分析与集中管理。
卡口前端子系统
负责完成车辆综合信息的采集，包括车辆特征照片、车牌号码与车牌颜色等。并完成图片信息识别、数据缓存以及压缩上传等功能。主要由车辆检测单元、卡口抓拍单元、补光灯、终端服务器、外场工业交换机、光纤收发器、开关电源、防雷器等设备组成。
车辆检测单元
卡口系统多采用线圈检测、视频检测、雷达检测，根据相关部门的数据显示，这3种检测方式占所有产品的99.5%，其优缺点对比见表1。
表1、3种检测方式优缺点对比
卡口抓拍单元
卡口系统目前主流的卡口抓拍单元按照分辨率有300万像素、600万像素、700万像素3种。
300万像素高清抓拍单元有效像素达到2048×1536，能够完整覆盖1~2个车道，并且能够看到货车的载货情况，所拍摄的图片能清晰的分辨车型、车辆车身颜色、司乘人员面部特征等(见图1)。
图1、300万像素高清抓拍单元画面
600万像素高清抓拍单元有效像素达到2752×2208，能够完整覆盖1~3个车道，并且能够看到货车的载货情况，所拍摄的图片能清晰的分辨车型、车辆车身颜色、司乘人员面部特征等(见图2)。
图2、600万像素高清抓拍单元画面
700万像素高清抓拍单元有效像素达到3392×2008，图像下边沿能够完整覆盖1~3个车道，可以支持覆盖4个车道，并且能够看到货车的载货情况，所拍摄的图片能清晰的分辨车型、车辆车身颜色、司乘人员面部特征等(见图3)。
图3、700万像素高清抓拍单元画面
卡口补光单元
卡口补光单元，目前卡口系统采用的有闪光灯补光、LED灯补光、红外灯补光3种补光灯，其优缺点对比见表2。
表2、3种补光灯优缺点对比
系统结构
从系统结构来看，卡口系统采用高清一体化摄像机架构和嵌入式终端服务器架构2种方式，根据相关部门数据显示，在卡口系统应用中，高清一体化摄像机的比例达到了52.9%。
高清一体化摄像机采用高清CCD+高清ISP+高性能DSP架构设计，集高清视频采集、高清视频处理、车辆特征识别等核心功能于一体，识别结果由高清抓拍摄像机直接输出，提高了识别准确率及识别响应时间，也降低了前端控制主机(终端服务器)的工作量，提高了系统的可靠性。
嵌入式终端服务器，主要应用于对已建的卡口系统的改造，实现对抓拍图片进行二次识别，提取更精细的车辆特征信息，提高原系统的附加价值。
网络传输子系统
负责系统组网，完成数据、图片的传输与交换。
因卡口系统的安全性需要，一般通过租用运营商光纤链路组建专网，每个前端点位到中心一条裸光纤，对于市区较密集的点位可通过EPON方式组网，对于偏远地区也可采用无线方式组网。
后端管理子系统
负责实现对辖区内相关数据的汇聚、处理、存储、应用、管理与共享，由中心管理平台和存储系统组成。中心管理平台由搭载平台软件模块的服务器组成，包括：管理服务器、应用服务器、Web服务器、图片服务器和数据库服务器等。
卡口系统功能及特点
目标捕获功能
卡口系统具备线圈检测、视频检测、雷达检测3种检测模式，传统卡口仅实现对机动车的捕获。随着视频分析技术的发展，视频检测的技术种类和检测精度得到了比较大的提升，目前大多新建卡口系统通过视频检测方式除了实现车辆捕获功能，能对所有经过车辆进行捕获外，还可实现正背向车辆检测抓拍、机非人分类检测抓拍、逆行违法抓拍、压线违法检测抓拍等功能(如图4-1,、4-2)。
图4-1、正向抓拍
图4-2、背向抓拍
车辆图像记录功能
系统能够准确捕获、记录通行车辆信息。记录的车辆信息除包含图像信息外，还包括文本信息，如日期、时间(精确到毫秒)、地点、方向、号牌号码、号牌颜色、车身颜色等。车辆信息写入关联数据库，并将相关文本信息叠加到图片上。
智能补光功能
系统综合考虑了车辆前挡风玻璃对光线的反射特性、贴膜情况、环境光线照射情况，采用了特殊的滤光镜头、专门的成像控制策略和补光方式，同时安排了合理的设备布设方式，使得系统全天候对各类车型都能有效解决前挡风玻璃反光和强光直射等问题，确保车身、车牌都清晰可辨。
采用补光灯和摄像机成像控制模块之间的反馈控制技术，满足夜间拍摄要求。采用强光抑制技术，避免强逆光、强顺光环境下对拍摄造成的影响(如图5所示)。
图5、现场真实拍摄效果图
车辆牌照自动识别功能
传统卡口系统的基本功能要求，可自动对车辆牌照进行识别，包括车牌号码、车牌颜色的识别。
车牌号码自动识别
在实时记录通行车辆图像的同时，具备对民用车牌、警用车牌、军用车牌、武警车牌的车牌计算机自动识别能力，包括2002式号牌。所能识别的字符见表3。
表3、车牌计算机识别字符示意表
车牌颜色自动识别
系统能识别黑、白、蓝、黄、绿五种车牌颜色。
系统识别的车牌类型部分示例
系统识别的车牌类型部分示例如图6所示。
图6、系统识别的车牌类型部分示例
前端识别技术
车辆牌照自动识别算法(车牌识别、车牌颜色识别)集成在卡口抓拍单元中，识别结果由卡口抓拍单元直接输出。
车身颜色识别功能
系统可自动对车身深浅和颜色进行识别，可供用户根据车身颜色来查询通行车辆，为公安交通管理和刑侦案件侦破提供了科技新手段。
自动对车身颜色的深浅和常见车身颜色进行识别的原理简介如图7、8所示。
图7 颜色归类直方图示例
图8 车身颜色识别图例
车辆特征识别功能
仅仅靠提取车牌识别已经不能满足交通管理和治安管理的需求，所以对车辆特征的更精细化描述要求提高，例如：开车打电话、未系安全带等大大提高了交通事故的发生几率，仅仅靠警力现场执法远远达不到监管的目的;在肇事逃逸车辆的查找中，如果能够知道更多的车辆细节特征，则能够更高效的找到肇事车辆，比如车型、车辆子品牌等。
前端备份存储功能
系统前端采用大容量工业级硬盘作为存储介质，能够保存200万辆以上通行车辆信息 或 100万辆以上的违法车辆信息记录，当超出最大存储容量时，自动对车辆信息和图片进行循环覆盖。
数据断点续传功能
系统支持断点续传功能。网络传输通道故障时，终端服务器能在一定时间内临时缓存完整的数据信息，当通信恢复以后，临时存储的数据能自动续传，补录到中心管理平台集中存储。续传策略有两种：历史数据优先上传、最新数据优先上传。
图像防篡改功能
系统记录的原始图像信息具备防篡改功能，避免在传输、存储、处理等过程中被人为篡改。
机柜智能监测功能
在网络设备运行过程中难免会遇到设备“卡死”的情况，需要维护人员出勤维护，往往到现场后只需要断电重启就可以恢复，浪费大量的人力、物力。而机柜智能监测记录设备，具有环境量传感器接入、供电检测、供电控制、短时断电续航等功能，作为远程监测控制用设备，可以在中心进行手动断电唤醒，大大减少维护人员的出勤工作量。
网络远程维护功能
卡口前端子系统预留了时间校正接口、参数设置接口、运行情况的诊断接口和恢复接口，可对前端设备进行设置、调试及维护。管理员可以实时查看前端设备的运行状态。可通过网络实现远程维护、远程设置和远程升级等功能。
结语
目前卡口系统的应用，已基本上普及了高清化、智能化，特别是在《GA/496-2014闯红灯自动记录系统通用技术条件》颁布以后，其中的驾驶人面部特征记录的要求，标志着智能交通产品的更高清发展，相信后续要更新的《GA T497公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》也会提出更高清的要求。卡口系统的本质功能，是对过往的目标进行图像抓拍，并对车辆信息进行描述。随着交通管理需求的变化，科技的进步和快速发展，车辆信息的描述从最初的仅仅是车牌信息，向越来越精细化发展，是卡口系统发展的又一大趋势。
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