机动车行驶速度检测系统的设计及其在高速公路交通管理中的应用

　总第 209 期 交　通　科　技 Seria l N o. 209 　2005 年第 2 期 T ranspo rta t ion Science & T echno logy N o. 2 A p r. 2005 收稿日期: 2004210222 机动车行驶速度检测系统的设计及其 在高速公路交通管理中的应用 杨粤湘1　卢文英1　龚峻峰2　何兆成2　陈锐祥2　余　志2 (1. 广东省公安厅交通管理局　广州　510040; 2. 中山大学智能交通研究中心　广州　510275) 摘　要　在目前先进的视频检测技术、车牌号码识别技术、无线通信网络技术、GPS 授时技术、计 算机技术等高新技术的基础上, 对设计出适用于广东省现行高速公路实际的机动车行驶速度检测 系统加以阐述, 并对该系统与其他应用系统相结合, 投入交通监控的应用情况加以介绍。 关键词　速度检测　高速公路　交通管理 　　高速公路上车辆超高、超低速行驶、任意停车 是引发交通事故的重要因素之一。因此, 对高速公 路车辆行驶速度进行检测控制, 建立一套有效的 机动车行驶速度检测系统, 可以为高速公路交通 安全管理提供有效的手段, 对减少和预防高速公 路交通事故起到一定作用。 笔者在参考国内相关技术及系统的基础 上[1～ 3 ], 利用目前的多种高新技术, 研制出高速公 路机动车行驶速度检测系统, 并在广东省投入实 际应用, 获得了良好的效果。 1　系统组成及其基本原理 系统的总体逻辑结构如图 1 所示。 图 1　系统总体逻辑结构图 1. 1　车速检测与传输客户端 (前端) 1. 1. 1　车辆检测与车牌识别 前端应用车牌识别系统检测视频信号, 自动 检测出经过路面的车辆, 并对其车辆进行识别得 到车辆信息, 包括时间、车牌号码、车牌颜色、车牌 图像和视频源编号。为了系统对数据的可靠性与 安全性的需要, 在取得车牌识别结果以后, 立即把 时间、地点等信息合成到图片中去, 降低了以后在 传输、管理过程中人为修改数据的可能性。 1. 1. 2　数据传输 车牌信息分为车牌号码与车牌图片两类信 息。对于车牌号码, 客户端将不停地向服务器端提 交。对于车牌图片, 客户端则定时地向服务器端获 取传输与控制指令, 根据接受到的指令进行图片 提取与传输。 1. 1. 3　系统自检 为了保证系统连续正常工作及系统的稳定性 与可靠性, 利用 GPS 接收机接受到的卫星时间作 为系统时间校准基准, 以保证各系统同步。并且定 时检测系统的网络连接情况, 当网络连接意外中 断时, 前端将自动根据不同的情况对网络连接进 行复位、重新连接或重启前端系统进行连接。 1. 2　车速检测与传输服务器端 1. 2. 1　车速计算与传输指令生成 服务器端把接收到的客户端传来的车牌号码 或图片信息入库。通过数据库来比较同一车牌入 口与出口之间的识别时间, 再结合检测路段的距 离, 计算出该车辆在此路段行驶的平均车速。根据 车牌的比对、车速的计算, 服务器端将生成一系列 的传输与控制指令, 如孤立的车牌将被视为无效 车牌, 服务器端将生成“删除”指令, 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 客户端在 其临时储存区域中将其删除; 超速的车牌, 服务器 将生成“传输图片”指令, 通知客户端向服务器端 提交该违章车辆的图片。 1. 2. 2　客户端远程控制 这是服务器端控制与监视前端运行情况的主 要手段, 服务器端可以在需要的时候生成重启指 令, 并通过监视前端系统的反应, 使操作人员可以 对前端系统的运行情况做出判断。 1. 3　车牌数据库 车牌数据库主要用来存放客户端传来的车牌 号码信息。考虑到车速检测与传输服务器端接入 In ternet, 可能收到外部的恶意攻击, 因此车牌数 据库与车速检测与传输服务器端分离, 使车牌数 据库与外界物理隔离。从而使可能的 In ternet 的 网络攻击不会直接影响到车牌数据库的数据, 有 效地保证数据库的数据安全性。 2　新技术的运用 2. 1　视频检测技术 视频检测车流量属于非接触式的检测方法, 是一种结合视频图像和电脑化模式识别的技术, 在路上安装摄像机, 通过视频摄像机和计算机模 仿人的眼睛的功能为实际应用提供工作平台, 是 目前较先进的技术。它通过软件在显示视频图像 的车道上设置虚拟车道检测器, 每当车辆通过任 何一个检测器时, 就会产生一个检测信号, 再通过 软件数字化处理和计算得到交通数据, 如车型、车 流量、车速、车头距离、占有率、车辆排队长度等。 视频检测的优点: 由于是在显示器视频图像的车 道设置虚拟检测器, 因而在维护时无需封闭车道, 无需开挖路面, 也不会因为道路重铺或拓宽车道 而影响车流量的检测。而且设备的安装、转移和维 护都比较方便。 该系统在前端系统的入口和出口的主车道和 超车道分别安装摄像头, 利用视频检测技术检测经 过高速公路路面的车辆, 车辆检测率超过 90%。 2. 2　车牌识别技术 汽车牌照识别技术是一个以特定目标为对象 的专用计算机视觉系统, 该系统能从一幅图像中 自动提取车牌图像, 自动分割字符, 进而对字符进 行识别。它运用模式识别、人工智能技术, 对采集 到的汽车图像进行识别的方法, 能够实时准确地 自动识别出车牌的数字、字母及汉字字符, 并以计 算机可直接运行的数据形式给出识别结果。 该系统在前端系统使用车牌识别技术, 对车 辆检测得到的图像进行识别, 得到车牌号码和颜 色, 车牌正确识别率超过 90%。 2. 3　CDM A 无线网络技术 第三代移动通信 (3G) 已成为国际无线通信 技术的发展趋势, 无线移动数据通信技术与 In ternet 网络平台技术已经相互结合, 并且将进 一步结合与发展。基于移动 IP 技术的 3G 系统和 In ternet 网络相结合, 提供高速、高质量的多媒体 通信业务必将是大势所趋, 无线网络技术将往更 加稳定和传输速率更高的方向发展。 该系统的客户端工作站处于高速公路上, 环 境比较偏僻, 附近缺少网络设施, 如果采用拉光纤 这类方法, 成本会比较高, 而且维护的难度较大。 而客户端主要传输的是实时的车牌号码信息以及 车牌照片, 数据传输量不大。因此采用适合户外使 用的CDM A 2000 1xR T T 无线网络传输技术接入 In ternet。CDM A 2000 1xR T T 为 3G 技术, 数据速 率为 153. 6 kbös (下行)、84. 6 kbös (上行) , 对于 数据量不大的客户端传输要求, 完全可以满足传 输的实时性和完整性。 2. 4　GPS 授时技术 GPS 授时原理如图 2 所示。 图 2　系统时间校准原理图 该系统利用 GPS 接收机接收到的卫星时间 作为系统统一的时间校准基准, 精度和同步性高。 利用该方法可以使系统各个部分的系统时间同步 误差不超过 2 s, 满足了计算精度的要求。 3　与交通管理其他应用系统的结合 该系统不但可以完成本身的车牌识别、车速 检测、车流量统计等基本功能, 还可方便地嵌入高 速公路的交通管理系统, 与交通管理其他应用系 统有机结合, 如图 3 所示。 图 3　机动车行驶速度检测系统与 交通管理其他系统的结合 68 杨粤湘等: 机动车行驶速度检测系统的设计及其在高速公路交通管理中的应用　　　　2005 年第 2 期 3. 1　与交通信息发布系统的结合 该系统可以把检测得到的交通数据 (包括车 牌号码、车型、车流量、车速、车头距离、车道占有 率、车辆排队长度等)传给交通信息发布系统。交 通信息发布系统对这些数据进行相应的分析与管 理, 为不同的用户群提供相应的交通信息。 3. 2　与违章处理系统的结合 因大车牌照是黄底黑字, 小车牌照是蓝底白 字, 本系统可识别车牌颜色以区分大小车辆, 并能 提出军车、警车等白色牌照, 并且根据大小车型设 置不同限速值, 以符合公路法规的要求。该系统利 用 GPS 精确时间作为系统授时基准, 测得的车速 满足精度要求。对于车牌识别中比较容易混淆出 错的字母 (如“B”和“8”) , 还可加以人工校验处 理。把以上的准确信息 (含入口和出口时间、车牌 号码、车速、车道、地点等) 嵌入车牌图片中, 进行 信息加密处理。把这些违章信息传给违章处理系 统, 为违章处理系统的事后处罚和管理等工作提 供准确和可靠的依据。 3. 3　与卡口拦截系统的结合 通过车牌号码的识别, 该系统可将车牌数据 发送到卡口拦截系统, 与卡口拦截系统数据库内 在案的所有设防的肇事逃逸或违章车辆和国家公 安部下发的盗抢车辆数据进行比对, 如发现嫌疑 车辆, 可实时自动报警, 并提示告警级别, 为有效 拦截提供可靠依据。 　4　结语 目前, 该系统在广东省高速公路的京珠高速 清远、中山和汕头段已经建成了 3 个试验点, 并与 其他应用系统相结合, 投入到公安交警对违章车 辆监控的实际业务中去, 并取得了良好的效果。数 据表明, 在已监控路段, 违章车辆的检测率达 85% 以上, 事故率有较为明显的下降。 当然, 本系统所使用的视频检测及车牌识别 技术也有一定的局限性, 主要是受光照条件影响 较大以及在车辆动态高速下的识别率较低。为了 提高本系统的性能, 前者可以通过辅助照明的方 式来加以改善, 当环境亮度较低时, 自动启动辅助 照明来增加检测区域的亮度, 提高检测效率, 使用 快闪L ED 灯是当前比较流行的辅助照明方式; 后 者可以采用高性能摄像头和提高快门速度来解 决; 另外还可以根据实际的工程环境改进检测和 识别的算法。 参考文献 1　陈苏依, 吴　昊, 丁　一. 沪宁高速公路江苏段的交通 监控系统. 江苏交通科技, 1999 (3) : 27～ 29 2　王小华, 刘美林. 高速公路系统设计与实现. 工业控制 计算机, 2002, 15 (10) : 48～ 50 3　钟　宁, 赵　江, 金炜东. 基于多线程的高速公路系统 设计与实现. 计算机与现代化, 2004 (2) : 89～ 93 D esign of Veh icle Speed M easure System and Its Appl ica tion in Freeway Traff ic M anagem en t Y ang Y uex iang 1, L u W eny ing 1, Gong J unf eng 2, H e Z haocheng 2, Chen R u ix iang 2, Y u Z h i2 (1. T raffic M anagem ent Bureau, Guangdong Public Security D epartm ent, Guangzhou 510040, Ch ina; 2. IT S R esearch Center, Sun Yat- sen U niversity, Guangzhou 510275, Ch ina ) Abstract: T h is paper p resen ts the system design of veh icle speed vio la t ion detect ion öiden t if ica t ion system , w h ich u t ilizes a num ber of techno logies such as viedo detect ing, veh icle licen se p la te recogn it ion, w ireless comm un icat ion netw o rk and GPS tim ing. T ests on Guangdong freew ays show that the system is reliab le, effect ive and p ract icab le. T h is paper a lso discu sses the app lica t ion of the system in traff ic m anagem en t of Guangdong p rovince. Key words: speed m easu re; freew ay; t raff ic m anagem en t 78 2005 年第 2 期　　　　杨粤湘等: 机动车行驶速度检测系统的设计及其在高速公路交通管理中的应用