电子警察控制系统设计及实现

第一章 绪论

1.1 智能交通系统

1.1.1 智能交通系统概述
随着我国国民经济的发展，如何发挥现有道路交通设施和提高交通管理效率实现交通管理的自动化和智能化成为各国交通部门一个重要的研究课题。促使城市人口、机动车辆拥有量和交通流量的大幅度增长，刺激了交通需求的迅猛增长，但是相比之下，交通基础设施、尤其是道路建设的增长速度却缓慢很多。
目前可行的办法就是发展智能交通系统。智能交通系统（,简称 ITS）是一个广泛包括多种技术的统称，为许多交通问题提供了解决的方案。它是在较完善的道路建设基础上，将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通的实际需求，建立起全方位、实时准确、高效的地面交通系统，实质上就是利用高新技术对传统的交通系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型交通系统，智能交通系统使交通基础设施能发挥出最大的效能，提高服务质量，使社会能够高效的使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会经济效益。及时掌握智能交通系统得研究动态，并在各种合适的研究领域展开研究，有利于看清未来交通运输的发展方向与前景，有助于增强道路规划和建设决策的科学性，对实现城市交通科学化、现代化管理，创造可持续发展的交通环境，具有重要的参考意义。

1.1.2 智能交通系统研究内容
智能交通系统(ITS)是通过对各种交通资源的优化配置并利用现代科技成果向广大交通系统使用者提供全方位交通服务的系统。智能交通系统的实现应该有这样几个条件：第一，对道路上的交通信息以及与交通相关信息的采集应该尽量是完整的和实时的；第二，交通参与者(包括驾驶员、乘客、行人等)、交通管理者、交通工具、道路管理设施之间的信息交换可以做到实时和高效；第三，交通管理中心(包括城市、高速公路的监控中心，收费管理中心、运输管理中心等)、用户终端装备有功能强大的计算机系统，该计算机系统中的软件是按照智能化系统的思想开发的；第四，整个系统是按照智能化系统和面向知识信息处理而构成的。ITS 包含了许多技术，其中信息处理技术、通信技术、控制技术和电子技术。.......................
...................................

第二章 视频电子警察系统设计与实现

2.1 视频电子警察系统设计实现方案
随着技术的进步，视频电子警察产品在功能、可靠性等方面都有了很大的提高，逐步得到了社会的普遍认可。本课题是沈阳交通局浑南地区电子警察项目的一部分，主要解决的是路口闯红灯抓拍的问题，该系统是一款集电子、图像处理、计算机、网络、通讯等技术于一体的高新技术产品。从功能上，该产品大致可分为检测模块、抓拍模块、传输模块和控制管理模块；从结构上，该产品可分为前端子系统、通信子系统和中心端子系统。图 2-1 是本课题所实现的电子警察系统的拓扑结构图，以单向三车道的情况为例(实际上仅仅检测两个车道的违章情况，右转弯车道不需要检测)。
1．前端子系统
⑴前端采用联想的“天工”系列 IPC 工控机，优点在于可以基于 Windows 平台进行开发，而且部署简单，操作方便，并具有相当的智能化，可以定时开机关机，系统无响应时可以自动重启机器；⑵信号灯转换器的功能在于将接收到的红绿灯信号通过串口程序转换为系统的控制信号，用来控制抓拍系统的启动和关闭；⑶采用“大恒”采集卡，对视频编程操作，获取视频图像时可以直接调用它的API 接口，而无需自己来编程实现复杂的视频流获取，而且这款产品还具有良好的可扩展性，在本文所设计的系统中，我们仅仅对单向三车道进行违章车辆的采集，如果要实现更多的车道采集，或者实现转弯抓拍及车速的检测，我们可以加入多块的采集卡来实现同时多车道，多功能的采集；⑷在本文所设计的系统中，我们针对三车道的情形，安装了四个摄像头，其中两个是对应两个车道的特写摄像头，还有两个一个用于全景/轨迹抓拍，另一用于对闯红灯时交通灯情况进行抓拍，以证实我们抓拍的正确性，便于后台违章处罚系统收集更多的闯红灯证据；⑸通过上面一系列的操作，我们将得到的违章信息(每组四张图片，并按照特殊的命名规则进行命名)通过通信子系统传输到后台的管理系统。以上的过程基于 Windows XP 平台，VC++6.0 进行开发。
2．通信子系统
目前，我们的系统主要采取两种方式将采集到的违章信息传送给后台的管理系统，一是手工的利用移动硬盘或者笔记本到工控机所在的路口进行下载；二是通过光纤方式将数据直接传送给后台的控制中心。
3．中心端子系统
中心端的控制子系统有两个部分构成，首先是车牌识别的子系统，将采集到的图片送入到车牌识别的服务器中进行车牌的自动识别，然后将识别后的图片传送到后台的管理系统，这一步不需要人工的干预，由计算机自动完成，后台的管理系统可以查看违章车辆的信息，在进行人工确认之后将四张图片转成标准 BJF格式，传入交警大队的数据库系统，进行最终的数据采集以及处罚单的开具。...................
.................................

第三章 基于视频的违章车辆检测算法的研究....................... 19
3.1 概述 .................................................................................19
3.1.1 视频检测特点 ................................................................19
3.1.2 视频检测在国内外研究情况概述 ................................ 19
3.2 基于视频的车辆检测算法概述 ...................................... 20
3.2.1 光流法 .......................................................................... 20
3.2.2 背景差法 ........................................................................22
3.2.3 帧间差分法 .....................................................................23
3.3 视频检测算法研究 .......................................................... 24
3.3.1 视频检测总体流程 ........................................................ 24
3.3.2 检测带设置 ...................................................................25
3.3.3 图像差分法 ....................................................................27
3.3.4 提取差分图像特征信息 .............................................. 28
3.3.5 车辆违章行为的判断 ..................................................31
3.3.6 几种特殊结果的判断 ..................................................32
3.4 实验结果及总结 .............................................................32
第四章 车牌定位算法的研究................................................ 34
...................................

结束语
智能交通系统是21世纪世界道路交通的发展趋势。道路交通情况日益复杂，传统的人工方式很难满足现有的需求，这就为以视频检测为基础的智能交通系统进入实际应用领域提供了契机。该系统是在交通监控的基础上，引入了数字摄像技术和计算机信息管理技术，采用了先进的视频检测、图像处理、模式识别和人工智能技术，通过对图像的采集和处理，从而达到更高的智能化管理程度。而且视频电子警察系统本身是一个全数字化的智能系统，在它上面只要做不多的扩充，就可以衍生出一些其他功能。运用此技术不仅可以提高管理部门的工作效率，节省大量的人力、资金，甚至能够降低与汽车有关的犯罪率，为维护社会治安发挥独特的作用。因此对此系统的研究，为改变我国落后的交通管理体制，创造良好的智能交通系统具有良好的实用价值及深远的意义。本文的研究力图在城市智能交通的应用与发展方面贡献一点力量，而且在实际的应用中取得了良好的效果，现已准备应用在沈阳浑南地区部分路段，作者本人所做的工作主要体现在以下几个方面：
1．参与设计了视频电子警察系统的实现，承担了前端子系统的编码，现场实施部署，测试等工作，并取得了良好的实际应用效果。
2．针对前端采集子系统需要解决的问题，提出了基于视频检测的违章车辆的算法，采用基于帧间差分的视频检测方法，并通过计算该图像的像素点数量及形心位置来实现对车辆违章行为的判断，为了去除干扰图像，本论文在实际实现中还加入了对所获取图像进行车牌定位的功能，以保证抓拍的正确程度。
3．为了较好的解决车牌定位的问题，针对已有的基于数学形态学的车牌定位算法的不足，实现了基于颜色特征搜索的改进算法，进行二次定位，使得定位的准确率大大提高，为下一步的车牌识别处理打下了良好的基础。.............

参考文献
[1] 王笑京,齐彤岩,蔡华.智能交通系统体系框架原理与应用[M].北京:中国铁道出版社.2004.4～5.
[2] 史其信,胡明伟,郑为中编著.智能交通系统评价技术与方法[M].中国铁道出版社.2005.3～5.
[3] 邵杰,刘金坤,朱林. 电子警察的市场需求与发展趋势分析.道路交通与安全.2004.03
[4] 章毓晋编著.图像理解与计算机视觉[M].清华大学出版社.2000,6.30~31.
[5] 陈永康.车辆视频检测算法研究[D].吉林大学.2006,6.4~6.
[6] 杨俊,王润生.智能化交通视频图像处理技术研究[J].电视工程.2006 年第 9 期.74~77.
[7] 朱明星,罗大庸.基于帧间差分背景模型的运动物体检测与跟踪[J].计算机测量与控制.2006,14(8).36~38.
[8] 计文平,郭宝龙,丁贵广.基于虚拟线圈的光流法车流量检测[J].计算机仿真第21 卷第 1 期. 2004,1.21~26.
[9] 余松煜等.数字图像处理[M].上海交通大学出版社,1987.45~48.
[10] 王艳敏.车辆闯红灯识别算法的研究与实现[D].哈尔滨工业大学. 2005, 6.36~37.