平安城市车牌识别系统平台综合方案

近年来，随着现代社会经济和科学技术的迅速发展的同时，以及城市建设的推进，城市治安管理所面临的压力在不断增大。传统的以人力防范和事后处理为主的公安管理模式已经开始制约城市治安管理水平的进一步提高。城市公安管理部门急需采取更多的、更先进的技术和防范措施来提高管理的范围和效率，以弥补人力管理资源缺乏、效率低的缺点。

平安城市”是2006-2007年电子政务中的建设重点业务系统，其涵盖了城市各个路段、街道、广场、社区、码头、商场等公共领域，按其功能主要分为道路监控、城市治安监控和智能交通管理三部分。道路监控主要是通过实时监控道路车辆运行情况，对拥堵、车祸、遗洒等各种交通事件进行报警，通知相关部门进行控制并及时调配，以缓解交通拥堵，提高车辆行驶安全，降低事故发生率；治安监控则主要是在一些重要的路段、社区及公共场所(如商业区、网吧、商场、政府机关、银行)等，建立监控区域，通过前端监控设备，除了可以实现对出现的可疑目标进行监控报警，还能对各种突发事件如打架、抢劫、非法聚集等进行记录、报警，为公安局侦查各种刑事案件提供详细资料，同时可以通过前端报警等各种手段，对犯罪分子进行威慑，对其违法行为进行自动干预；而智能交通管理部分则主要包括各种智能交通系统，如卡口、测速、移动电子警察、闯红灯电子警察系统等，主要用于对闯红灯、压黄线、超速、逆行等违法车辆进行抓拍、识别、记录以及黑名单车辆、稽查车辆和盗抢车辆的跟踪、报警、取证等。

系统总体设计

系统建设背景

“平安城市”是一个综合利用现代计算机、通讯和控制等技术，基于城市宽带网络和地理信息系统两个基础平台,构建的能够对城市生存环境、基础设施、公共安全、交通、医疗卫生和市民生活进行综合监控及服务的系统。政府可以通过该系统掌握各类信息,协调、指挥和监督相关部门高效协同工作,有效预防重大事故的发生,降低灾害、事故等造成的损失,保证人民群众的生命财产安全,从而提高政府的服务水平和改善城市的投资环境。

按照“平安工程”建设的要求，每个城市的重要场所、交通路段都将安装视频监控系统，实现对每个重要公共场所的7×24小时监控。伴随平安城市建设的广泛展开，视频监控开始从楼宇、园区应用急剧扩大，监控点从十几个扩展到数千个甚至上万个，覆盖范围从一两平方里扩大到几十、上百平方公里。然而，随着监控规模的扩大，系统的建设也面临着巨大的挑战。

・如何切实有效地实现如此大规模社会资源的实时监控?

・如何从如此海量视频信息中提取有用信息?

・如何有效利用现有的影像采集设备?

在城市治安监控中，原先安装的摄像机一般都不具备自动报警功能，有效信息的提取大多依赖于人工。然而，这样不但工作量大，而且效率低下、反应缓慢。而在道路监控方面，实现对通行的车辆进行捕获、识别、判断是具有重要意义的，因此，如何有效利用道路监控摄像机是现在视频监控平台所面对的重要问题。

系统简介

智能分析软件系列可以采用多样的处理模式，如利用前端工控机处理，然后将处理数据传输到中心综合管理的方式，或者采用将视频和音频通过网络传输到中心通过中心服务器进行集中处理的方式等。

本次项目中，前端通过云台摄像机采集车辆信息，视频通过数字编码后通过网络或光纤传输至各派出所的数字视频流管理服务器，数字视频流管理服务器将对应的卡口视频流传至分中心车牌识别服务器组，车牌识别服务器组可以对数字视频进行解码，识别视频中通过的每一辆车的号牌和通过时间等信息并保存，并可与黑名单比对，对布控车辆进行报警。最后，系统可以通过网络将其识别信息传送至总中心进行统一管理并写入数据库。其拓扑图如图1所示。

云台车牌识别系统

系统简介

“平安城市”概念的提出，为智能交通的发展提供了新的契机，而如何将智能交通和安防监控有机结合是“平安城市”建设发展所必定面对的问题。同时也是智能交通系统新的发展方向。

本项目中将云台监控和车牌识别结合在一起，通过设定预置位的方式为云台监控增加卡口车牌识别功能，提高监控系统的综合功能，实现监控和智能交通的有机结合。

整个项目整合成树形结构，在各派出所分配车牌识别服务器，对该派出所执行范围内的几十个云台摄像机进行管理，通过设置预置位建立云台卡口系统，通过车牌识别服务器组对云台卡口系统传输回来的数字视频进行解码、识别、保存并上传至中心智能交通综合管理系统进行统一布控、查询、记录等。

用户通过各地的授权客户端访问各派出所以及分局中心的智能交通系统和综合管理平台，可以对云台摄像机的预置位进行设定，也能能对云台摄像机的时间段进行预设。还可以通过监控平台对云台摄像机进行控制，当用户对云台进行控制时，车牌识别自动降至最低权限，停止识别过程。此外，客户端还能够对卡口车辆进行数据库查询。当有布控车辆通过时，客户端和中心也都会产生报警信息。

车牌识别系统

卡口作为智能交通的重要组成部分，在非现场执法中占有重要的地位，通过各相关部门近几年的共同建设，自动监测系统在现代交通执法中得到了大量的应用，并取得了一定的成效。

加快城市交通管理系统的信息化、智能化进程，当务之急是在现有的城建规模上提高城市路网的通行能力，以保证车辆的安全快速的行驶，提高管理交通系统的效率和执行力。目前，卡口功能的多样化、综合化趋势越来越明显，简单的检测识别通过车辆的信息和号牌，已经不能满足现代交通和“平安城市”建设的需求，在卡口上附加超速、压黄线、逆行、车流量检测甚至智能道路监控的要求日益增多。由此，综合性智能交通软件系统的优势日益突显。

智能卡口管理系统通过在路口建立监控系统，不仅可以实现对道路监控区域内通行的车辆实时监视、抓拍、识别、速度检测、报警及记录保存车辆通行的信息，而且能够与其他功能模块结合，例如压黄线、逆行、车流量统计或交通事件检测模块相结合，对任何时间通过该车道的车辆进行识别、判断、记录和统计，并可通过传输到中心系统进行集中有效的管理，能为公安部门的有效打击超速等各种违法行为以及盗抢和黑名单机动车犯罪、查缉交通肇事逃逸案件、分析交通状况、加强治安管理等提供有效的技术支持。

本次项目中，卡口采用云台摄像机作为图像采集单位，云台摄像机所拍摄区域基本上在实线附近，对实线两边通过的车辆进行捕获，采用纯视频方式作为系统触发机制，通过数字编码后通过网络或光纤将视频传输至各派出所进行集中处理的方式进行监控检测。

系统框架

智能卡口管理系统采用高度模块化的设计，将车牌识别过程的每个环节各自作为一个独立的模块。系统的系统框架如图2所示。

智能卡口管理系统采用国际领先的计算机智能算法技术，首先通过视频输入管理模块获取高清晰的视频图像。利用最新的高效视频检测技术对行驶中的车辆的车牌进行定位和跟踪，从中自动提取车牌图像，然后经过车牌精定位、切分和识别模块准确地自动分割和识别字符，得到车牌的全部字符信息以及颜色和类别信息。另外通过车辆检测模块，可以鉴别出无牌车辆并输出结果。通过查询违法数据库得到车辆的违法信息，显示违法车辆的相关信息，同时现场报警。通过查询征稽数据库得到车辆的征稽信息，显示欠费车辆的相关信息，同时现场报警。另外，系统还采用独特的在线学习新技术，对各识别模块进行动态的调整，使得车牌识别系统能够自动适应各种应用环境变化，从而大幅提高识别系统的应用性。

・车辆检测跟踪模块；本系统加入了车辆检测跟踪模块，对视频进行分析，判断其中车辆的位置，对图像中的物体进行跟踪，并在物体位置最佳的时刻，记录该物体的特写图片。由于加入了跟踪模块，系统能够很好的克服各种外界干扰，获取更加合理的识别结果，同时还可以检测无牌车辆并输出结果；

・车牌定位模块；车牌定位模块不仅是一个十分重要的环节，也是后续环节的基础，其准确性对整体系统性能的影响巨大。本系统完全摒弃了以往的算法思路，实现了一种完全基于学习的多种特征融合的车牌定位新算法，适用于各种复杂的背景环境和不同的摄像角度。由于该算法是一种完全基于学习的算法，只要有足够的学习样本，可以快速训练出针对不同车牌类型的新的检测模型；

・车牌矫正及精定位模块；受拍摄条件的限制，图像中的车牌总不可避免的存在一定的倾斜，需要一个矫正和精定位环节来进一步提高车牌图像的质量，为切分和识别模块做准备。本系统使用独创的精心设计的快速图像处理滤波器，该算法不仅计算快速，而且利用了车牌的整体信息，避免了局部噪声带来的影响。使用该算法的另一个优点就是通过对多个中间结果的分析还可以对车牌进行精定位，进一步减小非车牌区域的影响；

・车牌切分模块；本系统的车牌切分模块。利用了车牌文字的灰度、颜色、边缘分布等各种特征，能较好地抑制车牌周围其他噪声的影响，并能容忍一定倾斜角度的车牌。这一算法有利于类似移动式稽查这种车牌图像噪声较大的应用；

・车牌识别模块；在车牌识别模块中，本系统采用了多种识别模型相结合的方法，构建了一种层次化的字符识别流程，有效地提高了字符识别的正确率。另一方面，本系统在字符识别之前，使用计算机智能算法对字符图像进行了前期处理，不仅尽可能保留了图像信息，而且提高了图像质量，提高了相似字符的可区分性，保证了字符识别的可靠性；

・车牌识别结果决策模块；本系统与其他车牌识别系统的一大不同之处在于，本系统可以对每帧视频图像进行实时识别，因此在一辆车通过视野的过程中，本系统将得到若干相同或不同的识别结果。这就需要一个识别结果的决策模块，具体地说，决策模块利用一个车牌经过视野的过程中留下的历史记录(包括识别结果、识别可信度、轨迹记录、相似度记录等)，对识别结果进行智能化的决策，通过计算观测帧数、识别结果稳定性、轨迹稳定性、速度稳定性、平均可信度和相似度等度量值得到该车牌的综合可信度评价，从而决定是继续跟踪该车牌，还是输出识别结果，或是拒绝该结果。一个车牌的最终识别结果是通过分析所有帧的识别结果，对它们进行智能化的归类和投票，并结合一定的文法信息综合而成。这种方法综合利用了所有帧的信息，减少了以往基于单幅图像的识别算法所带来的偶然性错误，大大提高了系统的识别率和识别结果的正确性和鲁棒性；

・车牌跟踪模块；车牌跟踪模块用于记录车辆行驶过程中每一帧中该车车牌的位置以及外观、识别结果、可信度等各种历史信息。由于车牌跟踪模块采用了具有一定容错能力的运动模型和更新模型，使得那些被短时间遮挡或瞬间模糊的车牌仍能被正确地跟踪和预测，最终只输出一个识别结果；

・在线学习模块；在以上各个模块中，使用了大量基于学习的算法，本系统特别添加了在线学习模块，该模块采用最新的反馈型学习模型，利用决策模块和跟踪模块获取车牌质量、车辆轨迹、速度等反馈信息，智能化地更新一些算法参数，使得系统能快速适应新的应用环境。该算法作为已有算法的一个有力补充，进一步提高了系统性能。

车牌识别功能

对每辆车系统拍摄1幅特征图片，从中判断出车辆全部特征，包括车辆行驶方向、经过时间、地点、车速、车身颜色、车辆类型、车牌号码等，并根据所拍摄的车辆特征图片进行车辆号码和车牌颜色自动识别。

我国车辆的号牌有二十多种，智能卡口系统能够识别的内容有：

・可识别车牌种类：能识别在我国道路上行驶的机动车号牌包括92式民用、警用、军用、武警车牌等，也可以根据客户需要增加2002式机动车号牌、摩托车牌，农用车牌等各式车牌；

・车牌字符：包括“0-9”十个阿拉伯数字、“A-Z”二十六个英文字母、省市区汉字简称、军牌汉字、号牌分类用汉字、武警车牌字；

・自学习：当车牌形式发生变更时，可以在不更改识别软件的前提下通过改变识别字库以及字符训练达到软件升级；对保质期内出现的新式车牌，免费提供车牌识别软件的升级服务；

・识别率：智能卡口监测管理系统在车辆按道规范行驶且不含“五小车辆”、号牌无污损下，白天车牌识别率不小于85%，夜间补光充分的情况下车牌识别率不小于80%。

车辆车标识别

智能卡口管理系统不仅可以识别车牌，还可以识别机动车辆车标，并且车标识别率85%以上。此外还能为车辆信息统计稽查等提供更多参考信息。

可识别的小型车辆车标(车头车尾皆可)：大众、奥迪、奔驰、福特、雪铁龙、雪佛兰、金杯、奇瑞、松花江、夏利、五菱、现代、本田、丰田、三菱、标致、马自达、凌志、东风、长安、铃木、红旗、尼桑日产、起亚等。

图像记录

在车辆通过时，智能卡口监测管理系统能准确拍摄车辆特征图像，并将图像存储到磁盘相应目录下(目录设计必须简单易用)，车辆通过的信息写入相关数据库，并在图像中标明车辆通行数据，如时间、地点、车速、方向等情况。

在环境无雾(包括雨雪天)情况下，对监控区域内按规范行驶的特写车辆图像包含车辆头部(或尾部)所有特征，车辆全景图像能看清车型、颜色和所载货物。

・分辨率：所记录的全景图像分辨率768×576像素点，特征图像分辨率768×576像素点(也可以根据客户需要进行修改)；

・清晰度：用于车牌识别的特征图像，其号牌图像水平分辨率100ppi至220ppi，全景图像应能人眼看清车辆类型、号牌、颜色和轮廓及装载情况；

・编码：特征图像和全景图像存贮的图像编码应符合ISO/IEC15444∶2000的要求，压缩因子不高于70；

・存贮容量：每部车辆存贮特征图像1张计算，磁盘具备不少于200万辆车的图像存贮能力。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。

技术指标

智能卡口管理系统能够自动识别车辆信息：车牌号码、车标、车型(大型车、小型车)、车牌颜色(白天识别出白、蓝、黑、黄色)、行驶方向、监测地点、监测时间等。

・抓拍率在95%以上；

・车牌识别正确率白天达到85%以上，补光充分条件下夜间识别正确率达到80%以上；

・识别速度：小车单帧单车识别时间20毫秒左右，大车100毫秒左右；

・识别车牌类型：符合“GA36-92”(92式牌照)和“GA36.1-2001”(02式新牌照)标准；

・识别车辆类型：大型车、小型车；

・识别车牌颜色：识别出白、蓝、黑、黄色车牌；

・识别模式：可识别车头或车尾车牌；

・车辆车速≤220公里/小时，车牌宽度范围为50像素到260像素，车牌倾斜角度≤±30°。

中心综合管理平台

中心综合管理平台作为处理各种交通信息数据的管理平台，在智能交通系统中具有重要地位，作为前端交通数据和信息的汇总点，中心综合管理平台需要对数据进行存储、查询、修改、统计、打印和管理，是交通非现场执法的核心部分。随着“平安城市”概念的提出，中心综合管理平台同样需要与安防监控平台相结合，最终形成一个多方位、全覆盖的综合性平安城市管理平台。

交通综合管理平台是一种智能化的交通综合管理平台，可对多个前端节点进行监测和管理，可以查询、修改、输出各节点上传的违章车辆或其它车辆的图片、录像以及车辆违章相关信息。另外，本系统并可以对识别信息进行管理和查询。并且自动生成运行日志和故障日志。运行日志存储系统的运行记录以及各种外部信号变化；故障日志存储识别系统运行过程中的各种故障输出，方便技术支持和服务。其界面如图3所示。

中心集成平台的功能要求如下：

・车辆布控：对出现的布控嫌疑车辆，如不按期年审的车辆，多次违法不接受处罚的车辆，被盗抢的车辆，未按规定购买保险的车辆，涉及刑事、治安案件的车辆，警方控制的特殊车辆等等进行报警和监控；

・车辆监控：车辆监控功能包括：交通车辆监控功能、治安车辆监控功能、布控车辆监控和临时车辆监控。在中心设置车辆监控名单，在中心对上传的检测数据与车辆监控名单实时对比，发现名单中的数据时，通过颜色变换、闪烁或声音报警，并显示数据出现的地点、时间、报警车辆牌照图片。包括车辆监控操作记录、车辆监控名单输入、修改、删除、报警、查询、统计、报表、监控车辆行驶轨迹功能；

・车流量统计分析：中心系统实时接收前端上传的车流量检测数据，对上传数据进行统计和处理，并根据需求生成相应报表；

・系统安全性处理：参与本系统操作的人员较多，包括：数据录入人员、违章处理人员、交管部门的高层管理人员、计算机系统维护人员、以及违章车主等。为了保证系统的安全性，在设计上为以上所有操作人员进行分级，规定了各自的操作“身份”，每个“身份”都只能有相应的权限，不允许任何越级操作；

・自动日志记录：记录系统设备运行情况和操作员登陆情况；

・数据交换功能：本系统数据库可与本地/异地车管部门的各种类型的数据进行数据交换。

本次项目中，交通综合管理平台嵌入到安防监控平台中，实现了智能交通管理和安防监控综合管理平台的整合，主要负责对上传数据进行分析、查询、统计，分析结果通过安防综合监控管理平台接口，返回给安防监控综合管理平台。

主要问题

云台摄像机的安防人工控制和卡口自动识别之间的分配问题是这次项目亟待解决的问题。

因为采用安防云台摄像机作为卡口视频采集设备，自然会产生安防时人工控制和卡口自动识别时的时间分配问题。现在主要可以采用以下的方法。

・采用分时段配置的方式。即规定某一些时段采用预置位方式进行车牌识别，另一些时段进行安防监控的方式。这种方式比较固定，可以用于一些使用时间比较固定的地点；

・预约的方式。当用户需要手动控制某云台时，首先向综合管理平台提出预约申请，预约一定时间作为手动时间，在这手动时间内，车牌识别系统停止工作，以手动控制为主。这种方式现在运用较多，不过由于需要申请，有时因为申请时间不足而需要申请多次，或因为申请过多而长时间无法归位；

・自动检测方式。采用自动检测的方式，当用户进行手动控制云台的时候，车牌识别自动调整权限，将车牌识别权限调至最低，检测到一定时间内云台未移动时会自动将云台调整至预置位。这种方式运用简单，但是由于没有确切的停止信号，可能因为手动调整到一定区域进行长时间监控时会自动回预置位而导致监控失败。而通过用户提供明确结束信号的方式又有可能因为遗忘的原因而导致长时间无法归位。

小结

随着“平安城市”建设的发展，监控区域的扩大和执行效率的被动低下的矛盾日益突出，“平安城市”的智能化、系统化、综合化逐渐提上日程。现在的很多的“平安城市”项目都将智能交通综合到安防监控平台中，但是，仅仅将智能交通管理平台这一比较成熟的系统简单综合到安防监控平台中是远远不够的。因为现在的安防监控和智能交通真正的结合点基本以道路监控为主，智能交通仍然以一种相对独立的系统存在，只是结合了安防监控的智能交通管理系统更加完善，但是相对于应用更多的安防监控系统来说，只不过增加了一个交通管理的功能，而仍然无法摆脱大量视频数据无效存储和各种事件事后费力查询的事实。因此安防监控平台的智能化、系统化和综合化的需求日益增多。

本次项目中将智能交通管理系列的智能卡口模块有机的嵌入到安防监控平台中，利用安防云台摄像机作为卡口视频采集系统，为安防摄像机的有效利用提供了一个新的平台，为“平安城市”建设的多样化、智能化、综合化提供了很好的样板和范例。