1. 方案设计原则

　　1.1先进性：采用先进的技术和先进的产品,研制出先进的系统。

　　1.2稳定性、可靠性：系统的整体可靠性是监测器必须解决的首要问题。从设备的选型到具体的实施方案，都要考虑到系统可靠性问题。确保系统正常、稳定、可靠、连续运行。

　　1.3方便性：一个成功的系统必须考虑使用和维护的方便性，本系统设置了远程诊断和远程维护功能，为用户的运行和维护工作提供最方便的手段。

　　1.4经济性:在满足用户总体需求的前提下，充分体现设备资源的共享性,最大程度地降低系统造价。

　　1.5可扩展性: 系统可扩展性主要体现在系统功能的可扩展性，在实现闯红灯自动监测功能的基础之上，可以增加用户需要的其他功能，以达保护用户投资之目的。

　　2. 主要功能和性能技术指标

　　2.1主要功能

　　(1)对信号灯控制的路口发生的闯红灯违章行为自动进行实时监测;

　　(2)利用视频检测技术实施违章车辆检测;

　　(3)利用视频抓拍技术实施违章车辆抓拍，共抓拍四幅车辆照片，三幅连续全景照片，一幅号牌照片，能够作为民警执法依据;

　　(4)所拍照片包含信号灯、停车线、车辆运行轨迹、车牌号码等信息;所拍照片清晰;可辨车牌号码、车体颜色和车型;记录信息包含违章地点、类型、时间、灯色等相关执法数据;

　　(5)上端管理软件具备录入、存储、查询、制表、通讯、备份等功能。

　　(6)对正常过往路口的车辆进行车牌实时自动识别，并记录显示车辆号牌的图片;

　　(7)自动将识别车辆号牌与车辆管理数据库进行比对,发现可疑车辆时，实时报警提示;

　　(8)对指定车道流量计数,统计各有关时段内的车辆数量。

　　2.2技术指标

　　(1) 能全天候24小时不间断监测，在雨、雪、风、雾等恶劣天气情况下能正常工作。

　　(2)系统电器装置具有过载、接地、漏电、短路和防雷等保护装置，符合国家相关电器安全标准。

　　(3)视频标准：PAL制式

　　(4)拍摄车速：10～140Km

　　(5)拍摄距离：10～25m

　　(6)图像分辨率：768 x 576;

　　(7)色彩：24位真彩色

　　(8)CCD最低照度：0.1Lux

　　(9)抓拍到的图像可使用率不低于80%

　　(10)时钟误差小于±90秒/年

　　(11)路上设备工作温度：-30℃～+70℃

　　(12)路上设备工作湿度：< 90%

　　(13)路上设备机箱防护标准符合IP55标准

　　(14)电压：220V±10% ;50Hz

　　(15)功耗：≤150W

　　(16)硬盘存储量：能存储10万辆以上违章车辆

　　(17)使用寿命10年以上

　　3 系统组成与工作原理

　　3.1系统组成框图与工作原理

　　视频式闯红灯自动监测系统由前端子系统、传输子系统和上端管理子系统三部分组成，其系

　　统结构如图一所示：

　　图一 系统组成框图

　　系统工作原理：交通信号控制系统输出路口红绿灯信号，确定放行车道和禁行车道。禁行车道的视频信号送到视頻车辆检测单元，车辆检测单元检测到有车辆通过禁行车道时，通过主控机控制闯红灯违章抓拍单元拍摄违章车辆号牌图片和该方向的全景图片，为确保所拍照片能作为

　　民警执法依据，系统抓拍三幅连续全景照片，以反映车辆运行轨迹。所有处理结果都存储于主控机(工控机)存储单元中。存储信息可通过传输子系统由人工控制下载给笔记本计算机，自动传给上端管理子系统。

　　3.2子系统基本功能

　　(1) 前端子系统

　　前端子系统在红灯期间负责完成对闯红灯违章车辆的抓拍，识别车牌号码，并将抓拍的图片和相关的信息：时间、地点、车牌号码、车牌图片等保存在本地监测器中，经传输子系统可与笔记本计算机连接，进行数据交互，或送回指挥中心,供上端管理子系统处理;在绿灯期间负责对通过车辆计数，进行流量统计

　　(2) 传输子系统

　　传输子系统由传输设备、PSTN网络和传输软件组成，负责连接前端子系统和上端管理子系统,完成闯红灯违章车辆采集信息的传输。

　　(3) 上端管理子系统

　　上端管理子系统主要由各种软件功能模块组成，其主要功能是在收到前端子系统采集的闯红灯违章基本信息和车流统计基本信息之后，根据不同的需求，对这些信息进行相应的处理。

　　4. 系统技术设计方案

　　4.1前端子系统技术设计方案

　　4.1.1前端子系统总体结构

　　一套监测器的前端子系统结构如图二所示：

　　图二 前端子系统结构框图

　　一套监测器摄像机配置如图三所示:

　　图三 摄像机配置图

　　4.1.2前端子系统各单元部件

　　(1)视频检测单元

　　根据系统对检测有效率和检测正确率的要求，决定采用世界最先进的"Traficon VIP/P" 视频交通检测器。

　　Trafficon VIP/P 视频交通检测器是一个开放的、模块化的智能检测系统。基本结构如图四所示。

　　图四 视频检测器基本结构

　　一个19" 的1/2 支架 ,可容纳4 个检测模块,同时处理4个摄像机传来的路面的视频信号。系统对每个视频信号进行独立分析处理, 提取各种交通信息,如 : 流量、占有率及车辆间隔等等，并可进行事件检测。数据信息的采集与输出可按照指定时间间隔提取与发送 (可通过程序设定改变)。信息可通过软件 发送到控制中心的计算机中。

　　用以模拟环形线圈时，一个检测模块能同时模拟8个环形线圈(称为虚拟线圈),能同时提供8路类似于感应线圈所提供的脉冲信号或开关信号。在闯红灯违章监测系统中正是利用这一功能实现对闯红灯违章车辆的检测。

　　红灯期间，检测到闯红灯车辆时，输出一个电平信号给主控机，控制抓拍单元进行抓拍。一个车道的虚拟感应线圈采用两个一组的方式，以减少误抓拍情况的发生。如图五所示。

　　图五 虚拟线圈设置示意图

　　视频检测摄像机与抓拍尾部号牌的摄象机共用，安装于路旁的立杆上，1个摄像机可检测4个车道。如图六所示：

　　摄象头采用彩色摄象头VIDSTAR YC-2307，分辨率480线，最低照度0.1LUx。

　　本系统配备一个检测模块,彩色摄像头与尾牌抓拍共用。

　　视频检测器总体技术指标：

　　a 检测有效率：≥80%

　　b 检测正确率：100%

　　c 供电电压：220Vac±10% 50Hz

　　d 工作温度：-30℃～+70℃

　　e 湿 度: < 90%

　　(2)视频抓拍单元

　　抓拍单元的主要功能是按照主控机的指令抓拍违章车辆照片，常用的抓拍方式一是数码相机抓拍;二是视频摄像机抓拍。因数码相机技术更新太快，有可能使本产品始终处于不定型状态;从抓拍到存储、转储，耗费时间比较长，难以满足连续抓拍的要求，信息传输又比较困难。所以我们决定采用视频摄象机抓拍技术。

　　视频抓拍单元主要由视频摄象部件、辅助照明装置和控制软件组成。

　　A.摄像部件

　　摄像部件由摄像机和安装摄像机的F臂组成。F臂安装在十字路口的监测车道入口处，摄像机安装在立杆的F臂上，对应监测车道。配置一台号牌摄像机，用于拍摄一个车道上的车辆尾部号牌，配置一台全景摄像机，用于拍摄闯红灯违章车辆的连续三幅全景图片。

　　立杆的F臂横杆距离地面的高度为6米，立杆距离停车线外沿的距离是14米。

　　摄像机采用VIDSTAR YC-2307，分辩率为480线，最低照度可达0.1Lx。

　　B.照明部件(可选件)

　　照明部件由豆胆灯组成，与摄像机配合使用。与摄像机一起，安装在同一个F臂上，每个路口的一个入口方向配置一套夜间补光灯，用于夜间补充光照，保证闯红灯时违章抓拍车辆号牌。

　　C.控制软件

　　安装在路口主控机(工控机)中，用于控制摄像单元抓拍闯红灯违章车辆的图片，将相关的信息：时间、地点、车牌号码、三幅连续的全景图片、一幅车牌图片等保留在本地管理软件系统中。

　　D.主要技术指标：

　　l 照片有效率：≥80%;

　　l 照片正确率：100%;

　　l 图象像素： 768 x 576;

　　l 色彩：24位真色彩;

　　l 最低照度：0.1Lux;

　　l 分辨率：≥ 480线;

　　l 无照明条件能抓拍有效照片。

　　l 环境条件

　　供电电压：220Vac ± 10% 50Hz

　　工作温度：-30℃～+70℃

　　湿 度: < 90%

　　(3)工控机

　　A 主要功能

　　l 正确接收交通信号控制器的红灯信号和视频检测单元检测到的闯红灯违章车辆信号;

　　l 正确控制视频抓拍单元抓拍违章车辆的共四幅照片,三幅连续的全景、一幅能清晰可辩车牌号码的号牌图片;

　　l 存储闯红灯违章车辆信息：可连续记录10万辆以上违章车辆的所有信息;

　　l 传输闯红灯违章车辆信息;

　　l 实时自动识别车牌号码。

　　B 基本配置：

　　l CPU：≥PIII650MHz;

　　内存：≥128M;

　　硬盘：≥20G;

　　网卡：10/100M

　　l 通讯接口：COM口;

　　l 通讯协议：支持TCP/IP和PPP协议;

　　l 所有视频电缆各预留一个视频接口;

　　l 预留一个专用电源插座;

　　l 户外监测器机箱符合IP55标准

　　l 具有交通信号控制机接口

　　l 具有信息传输结构

　　C 软件系统

　　l 控制软件：协调控制全系统可靠运行、正确抓拍。

　　l 通讯软件：实现检测器与笔记本计算机、检测器与上端管理子系统的信息交换。

　　l 车牌识别软件:自动识别机动车辆牌照号码。

　　4.2通讯子系统

　　4.2.1在工控机上安装网卡、网线，支持TCP/IP协议和PPP协议，提供调制解调器通讯接口(com口);

　　4.2.2传输软件:安装于笔记本计算机与路口监测器工控机中,利用笔记本电脑采集监测器的监测数据;监测器的监测数据传输到笔记本电脑之后，清空监测器硬盘中的监测数据。

　　4.2.3具备联网功能，按照统一的格式定义监测数据。监测数据的传输采用自动传输和人工交换两种方式。

　　(1)自动传输监测数据

　　A.通过电话线自动传输监测数据，并提供软件及源代码;

　　B.传输线路为PSTN电话线;

　　C.上端计算机为Windows2000 操作系统;

　　D.上端计算机自动拨叫路口监测器实现上、下端联网，由上端计算机提取路口监测器存储的监测器数据，具备断点续传功能，并存储到上端计算机的指定目录中，监测数据传输完成后自动挂断。

　　(2)人工交换监测数据

　　A.工控机中安装有网卡和网线，民警通过笔记本计算机与监测器联网，实现监测数据的传输;

　　B.网络传输软件待笔记本计算机与工控机联网后，将监测器的监测数据传输到笔记本计算机中。然后将监测器中的监测数据删除;

　　C.网卡：10/100M;

　　D.网线：五类交叉线;

　　4.3上端管理子系统

　　4.3.1基本要求

　　(1)数据库软件：Access 或 InterBase;

　　(2)具备监测数据的录入、存储、查询、统计、制表、备份等功能;

　　(3)具备采集笔记本计算机中的监测数据的功能，采集完成后自动清除笔记本计算机中的采集收据。

　　4.3.2服务器硬件配置

　　服务器可采用联想万全2600(双PIII 1.3G);Window2000 Server;Oracle 8i;

　　4.3.3 上端管理软件组成

　　上端管理软件综合处理前端子系统送回的数据，形成直观的、直接可用的资料。

　　上端管理软件从功能上划分为若干功能模块：

　　(1)闯红灯违章信息处理模块

　　该模块接收前端子系统送回的闯红灯违章车辆图片(共四幅，三幅连续的全景图片，一幅号牌图片)、车辆号牌、违章时间、违章地点等。该模块与违章车辆数据库连接。

　　(2)牌号比对模块

　　该模块接收前端送回的过往车辆号牌，与车辆入户库、违章车辆库、盗抢车辆库及其他数据库进行比对，可发现可疑车辆，并给出报警信息。

　　(3)流量统计模块

　　该模块接收前端送回的指定车道的车辆流量数据，统计交通流量，并以报表和统计图等方式给出结果。

　　(4)车辆查询模块

　　该模块为用户提供违章车辆信息查询功能，用户可以按号牌、时间、地点等多种条件查询车辆，并从前端子系统提取相应的车辆图片。

　　(5)远程维护模块

　　该模块用于查看前端子系统计算机工作状态、查询工作日志、配置工作参数。

　　以上各功能模块均采用Microsoft Visual C++ 6.0 开发。

　　5. 监测数据规则与格式

　　5.1监测器共享硬盘文件夹

　　下端监测器共享硬盘上俩个文件夹，文件夹命名规则：

　　C: WZSJ

　　C: BH

　　5.2 设备编号

　　每台设备定义一个唯一的设备编号，该设备编号存储在C：BH

　　命名规则：

　　文件名：SBBH.TXT

　　文件内容：监测违章类型2位+编号4位

　　其中监测违章类型用英文字母组成，编号为4位阿拉伯数字，按照顺序

　　依次分配各种设备，不管违章类型。

　　在此文件夹下，提供help.txt文件，该文件的内容包括其所有数据的编码规则，以及应该提供的其他信息。

　　编号分配由交管局设施处提供。

　　5.3监测数据的要求与格式

　　5.3.1存储位置与组成

　　监测数据存储在下端共享的硬盘文件夹C:WZSJ中;

　　监测数据分为俩部分：一部分是违章信息，一部分是照片。

　　5.3.2文件命名规则

　　违章信息命名规则：日期(8位)+时间(6位).TXT;

　　日期：格式为yyyymmdd，代表违章日期

　　时间：格式为：hhmmss，代表违章时间

　　违章照片命名规则：日期(8位)+时间(6位)+照片序列数.JPG;

　　照片序列号：用0～9十个数字

　　5.3.3文件内容

　　(1)违章信息(TXY文件)内容

　　存储违章必不可少的信息字段，字段间用&符号分隔，另外包含所对应的照片的文件名。

　　(2)照片(jpg文件)内容

　　存储拍摄的违章照片，压缩成jpg格式。记录一条违章的所有照片不超过100K。

　　6.系统可靠性设计

　　前端子系统的计算机均采用工业级控制计算机，并设计专用机柜作为路口的设备箱，考虑防水、防盗、降温，确保系统设备的工作环境处于正常状态。同时，前端系统的计算机设备还采用了先进的软件容错技术、系统自动恢复技术和硬件看门狗技术，在三个层次上确保系统工作正常，并能够自动地从异常状态中恢复到正常状态。

　　7. 防雷系统设计

　　由于计算机及其网络设备内部的结构高度集中化，造成设备过耐电压、过电流的承受能力下降，易遭受雷电破坏，轻者可造成计算机终端和通信设备的接口损坏，通信中断，大量信息丢失或无法传输;重者使网络主机损坏，导致网络瘫痪，工作无法进行。

　　7.1雷电的表现形式分析

　　雷电的表现形式主要有两种：

　　(1)直击雷

　　其威力巨大，雷电压可达几万伏至几十万伏，瞬间电流可达十几万安，在雷电通路上，物体会被高温烧伤甚至融化。通常在建筑物顶部安装避雷针避雷，但雷电流流经引下导体时会在周围产生高频电场和磁场，这个高频电场和磁场会通过耦合和传导进入通信设备、计算机系统。防护直击雷需安装避雷针系统和保护地，成本很高。

　　(2)感应雷

　　感应雷是附近雷击或空中闪电产生强大电磁脉冲而引发的瞬时过电压(浪涌电压)。这些浪涌又通过三种途径被感应到电源线、天线或数据/通信电缆中。防护感应雷，应使用相应避雷器。感应雷引起的雷害事故约占事故的80%至90%。对于感应雷，我们采用相应避雷器进行有效的消除。避雷器分为电源避雷器(用于电源设备)和信号线避雷器(用于各类通信设备)。

　　7.2 防雷实施方案

　　根据系统设计原则，在系统的稳定性方面要重点考虑系统工作环境的防雷措施，保证安装在路口现场的前端设备和安装在指挥中心的后端设备能够防止感应雷击。采取的防雷措施如下：

　　北京华科顺通科技有限公司

　　〈一〉 解决方案介绍

　　〈二〉 (1)摄像机和前端工控机

　　对视频信号线和电源线安装信号和电源防雷装置;

　　对在现场的前置工控机安装电源防雷装置;

　　(2)后端服务器

　　对在指挥中心的后端设备安装电源防雷装置。

　　(3)防雷接地装置

　　对所有的避雷器安装接地装置，采用50×50×6、L=2500-3000mm的镀锌角钢作接地极。

　　要求接地电阻小于10欧。

　　(4)防雷装置选型

　　电源防雷设备选用LAY220-20,其技术指标如下：

　　a 雷电通流量(8/20us) ≤ 20 KA

　　b 启动电压： 560V

　　c 工作电压： 220V

　　d 接线方式： 并联

　　〈三〉 信号防雷设备选用LAYB075-24CH，其技术指标如下：

　　a 特性阻抗： 75Ω

　　b 工作电压： 24V

　　c 启动电压： 30V

　　d 工作频率： ≤ 10MHz

　　e 雷电通流量:(8/20us) ≤ 2.5KA

　　f 接口方式： BNC

　　g 插入损耗： ≤ 0.3dB

　　h 接线方式： 串联

　　8.系统检测

　　系统检测是保障系统最终质量的重要手段，而系统的最终质量取决于系统的每一个环节的质量。在北京市交通管理局闯红灯违章监测器工程中，本公司将采取严格、科学的质量检测方法，对各前端、终端、传输设备在安装前、安装过程中以及安装完毕后的各项性能指标进行检测，以保障系统的最终质量与效果。

　　举例如下:

　　测试项目：捕获闯红灯违章行为

　　〈四〉 测试指标的期望值：

　　a 系统应能全天候全时段工作，自动判断过程准确可靠，取证安全有效。

　　b 抓拍闯红灯违章车的图片为四张，一张是违章车的号牌视图，另三张是违章车闯红灯时的过程图片。图像分辨率大于768×576，色彩24/8位真彩。

　　c 图片有效率≥80%，图片正确率100%。

　　测试环境

　　d 电源电压：AC220V±20%

　　f 电源：频率50Hz±2Hz，电流≥2A

　　g 光源：外界无照明条件下能抓拍有效照片

　　测试设备：以附录中设备配置清单所列设备的为基础。

　　测试方法：

　　组织一定数量的车辆以正常行驶和违章行驶两种方式混合的形式，通过待检测车道，并将系统的测试数据与人工数据(即正确数据)进行比对，得到系统性能指标。