交通违法自动抓拍系统设计研究
随着城市经济的不断发展，城市汽车保有量快速增涨，随之交通违法行为变得日益严重。交通违法行为，往往是造成交通事故和交通拥堵的诱因，在导致人民财产损失的同时，对城市交通运行，造成一定的影响。交通违法自动抓拍系统的建设，能有效为交通管理部门提供实时监管；配合相关管理，能较好的规范道路交通运行。不同的系统设计，其建设、运维成本和运行效率大相径庭。因此，在系统设计过程中，如何建设实用性强、可靠性高、集约化的系统，成为行业分析和研究的重点。
交通违法抓拍要求求分析
1.1违法抓拍业务流程
通过外场抓拍摄像机，完成对车辆数据、图片以及短视频流等数据的采集，在本次存储同时，通过有线或无线方式，传输至中心平台；平台对数据进行分拣、中心存储和筛选，按照一定规格要求，将违法数据导出，在对导入的违法车辆数据进行确认后，传输至公*内网的违法车辆数据库，进行执*处罚。
1.2违法信息取*要求
在《道路交通安全违法行为图像取*技术规范》中，根据道路交通安全违法行为的特点，将取*图片模式分为11类[1]，同时，从技术层面，根据不同类型的交通违法行为，对图像取*设备、计时误差、图片数量、图片质量、间隔时间和叠加信息进行相应规范和要求。针对闯红灯违法抓拍，进行更细致的规范和要求[2]。
交通违法抓拍实现主要技术
根据相关规范要求，交通违法抓拍信息主要为叠加处理后的图片、短视频流以及相关数据信息。违法信息的抓拍，主要通过线圈触发、视频触发两种方式进行触发。
2.1交通违法抓拍处理技术
目前，常用的交通抓拍处理技术主要有以下几种：
2.1.1高清抓拍一体化摄像机
高清抓拍一体化摄像机内置车牌识别、车型识别等功能，部分采用ARM嵌入式[3]、DSP(Digital Signal Processing)技术。一体化摄像机不需要计算机和操作系统，可实现对车牌的识别和车辆的抓拍。
1)固定式枪机
固定式枪机，主要针对涉及卡口(打手机、不系安全带等)、不按规定车道通行、逆向行驶、不按导向车道行驶等违法行为的抓拍。传统多采用线圈触发方式，通过车检器，将信号传输至一体化摄像机进行抓拍和车辆违法信息的生成；随着视频处理技术的发展，视频触发方式的应用逐步得到推广。
2)球机
一体化球机常用于违法停车自动抓拍。该方式通过球机内嵌入式智能化模块，完成对抓拍区域内违法停车图片、数据、短视频流等数据的采集，通过通信模块(光端机或无线通信模块)，将违法信息传输至中心平台。另外，可根据交*部门对前端视频、数据存储的需求，设置相应存储设备。
高清抓拍一体化摄像机抓拍方式采用嵌入式一体化设计，可脱离工控机独立运行，能有效减少外场设备数量，具有体积小、集成度高、能耗低、可靠性高等优点。
但该方式受技术发展影响，前期建设阶段，设备成本投入相对较大；随着交管业务部门抓拍功能需求的增加，相机升级成本较大。
2.1.2高清摄像机+工控机
该模式中，通过摄像机获取抓拍区域实时视频流，传输至前端工控机；通过前端工控机，运用图像处理和分析技术，对视频流中交通违法车辆进行判别和智能分析，按照规定格式，生成数据、图片或短视频流等违法信息数据。
该方式主要依靠工控机对视频流进行智能分析和处理，生成相应违法车辆数据信息。
该方式通过对工控机的升级，针对交管部门不同功能抓拍需求，具有灵活的适应性。但改方式前期需在前端设置工控机，外场设备数量相对较多。
2.1.3摄像机+中心分析服务器
该抓拍技术主要针对传统卡口进行设置，传统卡口系统将识别算法嵌入至硬件设备，对车辆牌照、号牌种类、车身颜色等信息进行识别，即本文所述种模式。随着公**警部门业务需求的增加(如新能源号牌识别、开车是否打手机、不系安全带等信息抓拍识别)，传统卡口嵌入式设备已有算法无法满足，硬件设备升级困难。针对卡口系统完善的大中型城市，如果大面积替换前端摄像机，会造成资产的浪费。为了在现有传统卡口相机条件下，达到对交管部门业务需求的目的，“摄像机+中心分析服务器分析”的抓拍技术方案得到发展。
该技术通过外场摄像机采集监控区域内车辆图片及相关数据信息，并传输至中心平台。平台通过分析服务器，对采集图片进行二次分析，完成对交通违法行为的识别和生成。
该方式主要应用于传统卡口，针对一体化抓拍摄像机升级困难情况下进行使用。能有效避免国有资源的浪费。
2.2交通违法抓拍通信系统
交通违法抓拍数据主要涉及违法数据、图片和短视频流等信息，部分地区管理部门，部分系统需传输实时视频流信息。根据交管部门业务需求、投资估算的不同，可有选择性的采用无线通信传输或有线通信传输。
2.2.1无线通信传输
无线通信传输通过在前端设置无线通信模块，将前端抓拍数据传输至中心平台。常见的方式为租用运营商SIM卡，采用包月流量的方式，通过4G网络将数据传输至中心平台。
该方式主要适用于卡口、不按导向车道行驶、逆向行驶、违法停车等以图片、数据和短视频流为主的违法行为。该类型传输模式，对网络带宽要求较低，数据传输量较小。
如存在视频流传输需求，对该方式从网络带宽、流量、经济性等各方面考虑，可针对短时实时视频流的临时调阅使用；如要求外场实时视频流传输，该方式不推荐使用。
2.2.2有线传输
有线通信传输通过前端设置光模块，将前端抓拍数据传输至中心平台。常见的方式为租用运营商专网的方式。
该方式可满足具有实时监控视频流需求的违法抓拍，即在完成交通违法抓拍的同时，向中心传输实时视频流，用于公*治*监控。
存储需求
为保障数据的公正性和可靠性，摄像机抓拍数据需进行规定时间的前端本地存储和中心存储。
常规情况下，交管部门违法抓拍系统只需在前端和中心存储图片、设备数据、短视频流等信息。该条件下，常规抓拍摄像机前端配置内存卡即可满足存储需求。
如果建设项目，包含公**安监管需求，还需进行实时视频流存储。以上海为例，公*数字高清图像监控系统建设中，要求“不间断记录每秒不少于25帧的H.264高清码流，保存时间不低于30天，标清码流不要求存储。”即每路高清需要存储空间为2.592 TBytes。即，需额外配备存储设备。
系统设计
在相同抓拍技术下，系统架构设计主要依据交管部门业务需求及存储要求。根据需求不同，分为无线传输系统设计和有线传输系统两类。以违法停车为例，系统设计如下：
4.1无线传输系统设计
该系统主要传输违法车辆图片、数据及短视频流等内容，违法信息采用前端和中心同时存储的方式。
无线传输模式下，能满足业务不能基本交通违法抓拍的需求。具有构架简单、造价低、工期短(不涉及光缆敷设)等优点。
4.2有线传输系统设计
采用有线传输的交通违法抓拍系统，能在满足基本违法抓拍需求的基础上，可实时存储和传输视频流，具备治*监控功能。能同时满足多个业务部门需求。
与无线传输相比，改方式造价较高，尤其涉及以郊区为代表的未敷设光缆区域道路，表现比较突出。另外，如果前端抓拍点位较多，考虑网络带宽和存储容量等因素，需设计多个分中心进行存储和传输。整体架构，相对复杂。
结论
本文从抓拍处理技术、通信、存储等多个角度，对交通违法抓拍系统进行分析和研究。在业务部门建设和管理需求的基础之上，结合已有项目经验，考虑建设成本和实用性，针对不同类型需求，提出相应系统架构，为今后相关项目系统设计提供相应参考。本文主要从需求层面，对系统设计进行研究，涉及系统软件和平台部分，需结合实际项目需求，进行设计和研发。
参考文献：
[1]GA/T 832-2014.道路交通安全违法行为图像取*技术规范.
[2]GA/T 496-2014.闯红灯自动记录系统通用技术条件.
[3] 于庆军, 胡泓, 刘建伟,等. 基于ARM和数码相机的交通违法抓拍系统设计与实现[J]. 现代电子技术, 2007, 30(6):76-78.
作者简介 王百里：上海智能交通有限公司