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高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案V4.0
日期: 2018-01-19
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高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案



1. 系统概述

承唐高速公路承德段是国家高速公路网中规划的第三纵,长春至深圳高速公路的重要组成部分,也是河北省高速公路网“四纵四横一环路”规划中“纵一”的重要路段。2010 年 11 月8 日建成通车。全长 82.279 公里,双向六车道,绵延于燕山深处。全线有桥涵 264 座,隧道32 座,桥隧相连 12 处,90%的主线在深山峡谷中,桥隧达 41%。是内蒙古中东部、辽宁北部、承德地区矿产资源的出海通道,同时也是连接承德、唐山等旅游城市的重要旅游通道,在津京冀一体化综合交通运输体系中发挥着重要作用。为进一步提高隧道安全运营管理水平,在中长隧道增加定点变道抓拍及超速抓拍功能,通过执法手段限制通过隧道车辆的行驶行为,降低隧道安全隐患,达到建设“安全隧道”的目标。

通过建设一个多任务、嵌入式、模块化、全时实时、多功能集成的综合系统,在进行卡口抓拍的同时,能够全时、实时地对所有监控车道同时进行号牌识别和分析。采用基于车辆特征检测的视频模式识别、动态目标跟踪、高清摄像机图像处理技术,能够正确识别车辆,自动识别号牌。由于采用了高清晰工业摄像机作为全景抓拍设备,通过智能光线控制和大功率 LED补光,白天、夜晚都可以清晰分辨车辆的全貌。


设计采用:

以视频检测方式为主,视频检测自动识别车牌号码。

每三条车道配置一台 700 万像素高清晰网络抓拍机,做视频卡口抓拍。

每条车道配备一台 LED 频闪灯作为夜间补光。

配备七套移动测速抓拍设备作为移动测速。


功能实现:

隧道内违法变道抓拍;

80km/h 隧道内移动测速抓拍;

80km/h~100km/h 分车型区间测速抓拍;


1.1 设计原则

在本系统设计中,遵循以下设计原则:

(1)合理性:严格以系统工程学及其它先进理论指导设计,使系统的各部分合理配置,尽可能地发挥硬件设备的潜力和软件功能,最大限度地提高系统性能价格比。

(2)先进性:在系统设计和设备选型方面,在考虑系统的实用性前提下,尽量采用国际上先进的视频图像算法与数字通讯技术,确保系统在国内的领先地位,使系统具有完备的功能,并且易于升级换代,在保证其先进性的前提下具有较长的生命周期。

(3)实用性:系统功能充分满足用户的实际需求,人机界面友好,易于使用、管理、维护和扩展。

(4)可行性:系统设计、选材、选型符合国家和地方政府的法规政策,与用户及上级管理部门的管理制度相适应,与用户在经济能力方面的实际情况相吻合。

(5)可靠性:系统采用高集成设备,采用自动监测、自动监控和容错等技术来保证可靠性。设计、设备选型、施工及调试等环节都将严格贯彻质量条例,完全满足系统的招标要求,符合国家及行业的有关标准,确保系统能够长期稳定、可靠安全地运行。

(6)安全性:系统具有防病毒,防误操作特性,有较强的抗干扰、抗静电能力,同时提供数据备份、恢复功能。系统还将提供用户等级权限保护,有效排除人为因素的干扰。

(7)标准性:系统设计时,所采用的技术手段遵循业界标准,特别是提供了标准接口,使系统具有较高的灵活性,与其它系统方便互联,同时可适应今后的升级或引进新技术。系统具有良好的互联、互控及升级能力,遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准,遵循开放的原则。并提供相关系统设备的技术标准、接口。系统网络结构易于扩充,以适应今后的较大任务负载。硬件平台可升级,当需要时可以通过新的设备同原有设备一起工作以提高系统的处理能力,从而保护原有投资。


1.2 设计依据

1) 《中华人民共和国道路交通安全法》

2) 《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》

3) 《公路交通安全设施设计技术规范》(JTJ 074-2003)

4) 《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》GA/T497-2016

5) 《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》GA/T832-2014

6) 《机动车区间测速技术规范》(GAT959-2011)

7) 《安防系统工程验收规范》GA308-2001

8) 《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

9) 《道路交通违法业务处理系统建设指导意见》

10) 《报警系统电源装置、测试方法和性能规范》GB/T15408-94

11) 《系统接地的型式及安全技术要求》GB20050-1993

12) 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 GB 50619

13) 机动车登记信息代码 第 4 部分 机动车辆类型代码 GA 24.4

14) 机动车登记信息代码 第 7 部分 机动车号牌种类代码 GA 24.7

15) 中华人民共和国机动车号牌 GA 36

16) 中华人民共和国机动车号牌 GA36-92

17) 交通违法管理信息数据库规范 GA/T329.3-2005

18) 《电子计算机机房设计规范》(GB50174-93)

19) 《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》(GBT/T50312-2000)


2. 建设需求


2.1 隧道现状


高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案V4.0

高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案V4.0


2.2 建设需求

建设需求主要包含以下几个方面:

1. 设备功能需求

须符合《公路隧道设计规范》(JTG D70/2-2014)相关要求。

实现中长隧道定点变道抓拍及移动测速抓拍的执法目的。

2. 建设范围需求

1) 在五道岭隧道唐山方向设置 3 处移动测速点;北大山隧道唐山方向设置 2 处移动测速点,承德方向设置 1 处移动测速点;小凿子岭隧道双向各设置 2 处移动测速点;王杖子隧道双向各设置 1 处移动测速点。

2) 在承唐高速承德方向 K834-K816 路段设置区间测速。

3) 在五道岭隧道、北大山隧道、小凿子岭隧道、王杖子隧道双向隧洞内分别安装 3 组变道抓拍设备,可分析车辆在隧道内的行驶轨迹。

4) 在老坎山隧道双向隧洞内分别安装 1 组变道抓拍设备,进行定点变道抓拍。

5) 区间测速和隧道内移动测速设备违章抓拍最高限速设置为 80km/h。

高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案V4.0

高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案V4.0

3. 项目设计原则

从未来的建设需求与发展趋势来看,隧道增加区间测速及变道抓拍需要综合考虑如下原则:


3.1 独立建设 、数据互联

系统独立建设,为了保证系统建设及后期维护,抓拍机划分为独立的网络,隧道管理所实现对所辖隧道所有抓拍机的统一管理,平台实现区间测速分析及变道抓拍识别处理。卡口及视频数据存储于隧道所服务器,分析出的违法数据通过网络传输给交警部门。


3.2 利旧传输与就近供电

利用现有监控系统的传输通道,将相关数据传输到安匠隧道所。所有前端设备的供电就近取电,通过隧道内部 PLC 控制箱进行供电。


3.3 实用性

系统设计应针对不同的操作使用对象设计用户程序,方便操作人员和管理人员的工作;尽可能地尊重现有的管理模式和经验,使用户的实际运行惯例得以继承;新系统要尽可能利用现有的信息资源,并与之形成一个有机整体,减少使用者的工作强度。


4. 系统设计

4.1 系统结构

高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案V4.0

1. 前端采集设备安装于防护罩;

2. 终端管理设备、网络传输设备、防雷设备放置于壁挂式机柜中。

3. 中心的服务器放置于隧道所。

4.2 前端抓拍设计

高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案V4.0

1. 为了保证抓拍效果,捕捉驾驶人员的面部特征,本次设计为车头抓拍。

2. 吊装位置距地 6 米,保证抓拍需求。

3. 抓拍位置位于前方 20-25m 处。


4.3 区间变道抓拍设计

在隧道入口、中间部位及出口范围内设置一处变道抓拍点位。设计原则如下:

隧道入口:安装于隧道入口车道指示器的后方。通过吊装的方式,将抓拍机和 3 组补光灯安装于隧道顶部。

中间部位:一般安装于中间的车行横洞位置,此处车道无太大弯曲,方便视频识别车牌。

隧道出口:安装于出口外的隧道洞沿位置。

整个布设示意图如下:

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1. 记录入口摄像机抓拍到的车辆行驶车道编号;

2. 记录中部摄像机抓拍到的车辆行驶车道编号;

3. 记录出口摄像机抓拍到的车辆行驶车道编号;

4. 后台服务通过判断一辆车通过各个抓拍点位的车道编号是否发生编号来判断是否进行了隧道变道违法行驶进行处置。


4.4 雷达测速抓拍设计

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1. 主机杆件距离近车道间隔 1~2 米;

2. 采用 35mm 锐力高清定焦镜头(800W 像素)

3. 主机安装杆的高度 1.8~2.2 米;

4. 闪光灯安装杆的高度 2.5 米;

5. 闪光灯与主机杆件的间隔距离为 5~8 米。


4.5 功能设计

1.高清车辆抓拍功能

系统采用视频检测的方式,抓拍图片中包含完整号牌信息、车辆的外部特征,并自动识别车牌信息,包括:号牌号码、汉字、字母、号牌颜色、当前速度、经过时间。车辆图片和车牌数据等信息存贮在本地终端管理设备硬盘并上传至中心数据库。在捕获的一张高清图片中,不仅清晰反映车辆特征,还能清晰辨别驾驶前排乘坐情况,可提供驾驶人脸像,为公安刑侦提供重要的参考信息。

2. 车辆统一布控功能

系统提供黑名单车辆手工增加或者批量导入功能,对各种被盗抢车辆和交通肇事逃逸车辆或其他黑名单车辆进行实时监测报警、统一指挥布控、拦截等。当通过车辆与用户预先输入的被盗抢车辆或交通肇事逃逸等车辆的牌照号码及车型等信息特征相符合时,系统在中心可以立即以声音进行报警,提醒值班人员有可疑车辆通过。报警信息中包括车牌号码、车型、车辆通过时间、车辆图片和司乘人员图片等。具备与公安数据网进行数据交换功能接口,并可实时将报警车辆的有关信息上传。

3. 自动报警

可以对某一号牌或者某些特征号牌实施精确和模糊布控,提供布控车辆信息的增加、删除、修改以及人工撤消和自动撤消等功能。系统将自动将识别到的车牌信息与黑名单数据库进行比对,主要进行车牌号码、车牌颜色及车牌结构进行全对比,比对结果成功后进行本地报警,并将该报警信息上传给中心管理软件。通过有效的报警手段将号牌比对成功之后的报警信息及时、清晰、准确地传达给执勤民警,并指导其进行安全有效的拦截。

4. 变道抓拍

根据车辆的行车轨迹进行视频判断,如果车辆进行变道行驶,则进行变道前、变道中和变道后三个过程图片的抓拍。抓拍图片应记录车辆号牌号码、车辆外型特征、违法时间、违法地点、通行车速、行驶方向等基础数据,并生成相应图片及文本信息。

5. 超速抓拍

根据设定的限速值,对超速车辆进行自动抓拍,抓拍图片应记录车辆号牌号码、车辆外型特征、违法时间、违法地点、通行车速、行驶方向等基础数据,并生成相应图片及文本信息。记录的图片数量不少于两幅且在图像上有明显位移,并能充分证明机动车发生违法行为的过程。

6. 区间测速抓拍

通过分析车辆通过隧道的实际对平均速度进行计算,如果超速,则进行自动抓拍,抓拍图片包括起始图片的经过时间,终止图片的经过时间,及计算的平均速度。在被测路段上设置测区起始点 A 和监测区结束点 B,预先测量车辆从 A 点到 B 点的行程。A、B 两点需要牌照抓拍及识别系统,检测、识别过往车辆,将通过时刻、识别结果及全景图片发回控制中心。控制中心比对两点的识别结果,计算同一车辆由 A 点到 B 点的时间,用已知行程除以时间即可获得车辆的平均行驶速度。

高速公路隧道变道及测速抓拍技术方案V4.0


7. 图像采集和存储

抓拍照片包含车辆全景、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、速度等相关执法数据。设备抓拍的违法信息(图片+文本)自动上传到本地交通违法证据库进行存储。所有抓拍图片均以 JPEG 格式中储存,图片保存时间不少于三个月,当超出规定的储存量时,系统自动对前面的数据进行覆盖保存。

8. 车牌识别

在实时记录通行车辆图像的同时,还具备对民用车牌、警用车牌、军用车牌、武警车牌的车牌计算机自动识别能力,包括 2002 式号牌。所能识别的字符包括:

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在环境无雾、车牌挂放规范、无污损且不含五小车辆情况下,系统白天车牌识别率应不小于 97%,号牌识别准确率不小于 93%;晚上车牌识别率不小于 97%,号牌识别准确率不小于 88%。

1) 车牌颜色自动识别系统能识别黑、白、蓝、黄四种车牌颜色。

2) 系统识别的车牌类型部分示例:

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4.6 网络设计

依据系统独立建设,独立运行,安全稳定的系统设计原则。

根据目前隧道的情况,每个抓拍点位的设备通过光收发器或交换机汇聚到隧道的前端交换机,通过监控网络汇聚到隧道所的核心交换机,然后通过 VLAN 将违法数据传输给交警网络,接入公安六合一网络。

目前承唐高速承德段的光缆资源现状如下:

1. 通信管道使用情况

承唐高速公路敷设通信管道 12 孔,规格为Ф40/33mm 的硅芯管,目前已使用 5 孔管道,其中收费系统、监控系统和隧道机电系统各占用一孔管道,移动公司和电信公司各租用一孔管道,剩下 7 孔为备用管道。

另外在安匠、李家营、白马川、半壁山互通至收费站均敷设 6 根硅芯管,其中安匠站、半壁山站无空余的下站管道,白马川站、李家营站各有两孔空余的下站管道。

2.光缆使用情况

从路段起点到终点敷设 1 根 48 芯的主干光缆和 1 根 36 芯的监控光缆,隧道机电系统单敷设一根光缆,监控外场设备至路中间通信人井采用的是 4 芯光缆。

1)主干通信光缆(48 芯)使用情况(收费、通信业务)

管理处至安匠,使用 24 芯,空余 24 芯;

安匠至李家营,使用 31 芯,空余 17 芯;

李家营至白马川,使用 21 芯,空余 27 芯;

白马川至半壁山,使用 33 芯,空余 15 芯;

半壁山至主线,使用 31 芯,空余 17 芯。

2)监控光缆(36 芯)使用情况(外场摄像机、广播、情报板等)

管理处至安匠,使用 20 芯,空余 16 芯;

安匠至李家营,使用 25 芯,空余 11 芯;

李家营至白马川,使用 15 芯,空余 21 芯;

白马川至半壁山,使用 16 芯,空余 20 芯;

半壁山至主线,使用 20 芯,空余 16 芯。

3)隧道光缆(48 芯、36 芯、24 芯)使用情况

起点至安匠分中心,使用 26 芯,空余 10 芯;

安匠分中心至小凿子岭隧道,使用 27 芯,空余 21 芯;

小凿子岭隧道至半壁山分中心,使用 40 芯,空余 14 芯;

半壁山分中心至终点,使用 18 芯,空余 6 芯。


4.7 标志标牌设计

1. 固定超速抓拍及变道抓拍告知标志

“测速提示标牌应当设置在来车方向距离测速点 200 米以外”, “标志牌为铝合金板带反光膜,每个测速点前只需设置一块,统一固定安装在右侧路肩护栏外,不得无故遮挡或者掩盖,达到显著、清晰、明显的视认要求。” 共设置 10 套,如果隧道入口前方 200 米是桥梁,则将此标志牌放置于桥梁入口前方。

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限速标志。隧道固定测速 80km/h; 放置在隧道入口前方。共计 10 套。

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2. 区间测速抓拍告知标志

区间测速起点:东营子隧道入口;区间测速终点:五道岭隧道出口。全程长度 18km。

分车型限速:小车 100km/h,大车 80km/h。限速标志如下:

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“实施区间测速的路段应在起点前方 200m~1000m 处设置预告标志,并在起点和终点分别设置起点标志和终点标志,标志采用白底、黑字、黑边框、白衬边,样式参见 GA/T959-2011《机动车区间测速技术规范》,但是版面中的图形标识颜色为绿底、白图形、白边框、绿色”

如下:

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5. 主要设备性能指标

5.1 高清抓拍机

本项目高清抓拍机采用大华的 DH-CP602-RU1A 型号,主要技术指标如下:

防护罩一体化卡口抓拍单元,700 万,3392 (H)×2008 (V),覆盖 3 车道。

高清视频格式:H.264H、H.264M、H.264B、MJEPG。 视频检测触发:支持。

车牌识别功能:支持。

卡口业务功能:支持。

车牌识别功能:支持。

OSD 信息叠加功能:支持,图片除时间与地点(通道地址)信息外,还具备车道信息(车道号/方向)、号牌信息(号牌及颜色)、车辆信息(车速、车长、车身颜色及车辆类型)、违章信息(违章事件名称及违法代码)等。 图像防篡改功能:支持,视频/图片均具备水印及校验功能。

外部电源同步:支持(同步相位支持微调)

网络防雷:支持,内置网络防雷模块

偏振镜自动控制:支持,内置偏振镜切换控制器

防护罩 IP 防护等级:IP66

5.2 补光灯

主要技术指标如下:

LED 灯珠:16 颗 Cree 高亮 LED

响应时间:相机同步信号输出至 LED 灯板响应的时间≤45us

光照度:20 米光照度<40lx

光通量:≥1800lm 色温:[6000, 6700]k

显色指数:≥80%

均匀度:0.4

功能:日夜功能

支持视频补光同步

支持抓拍补光同步

支持参数配置

支持频闪亮度调节

可通过相机远程控制 20 级亮度等级,控制补光灯点亮和熄灭频闪频率

支持频闪频率 50、60、75、90、100、120Hz

支持低照度下 6 级光敏检测自动开启补光

光斑覆盖范围:有效水平方向光斑根据型号可选 4 米、10 米、12 米(安装距离 23 米,安装高度 6 米)

1 路,支持 PC 或相机连接,支持最多 5 台 LED 灯串口同时并入相机接口

供电:AC90V-285V 供电

功耗:<40W

工作温度:-40℃~+80℃

工作湿度:10%~95%

照射距离:18~25 米


安装方式:支架安装

防护等级:IP66


5.3 终端管理设备

本项目终端管理设备采用 DH-ITSE0400-GN5A-B,技术指标要求如下:

操作系统:嵌入式 Linux 操作系统

操作界面:WEB 方式

视频输入:4 路网络压缩高清视频输入

报警输入:2 路报警输入

报警输出:2 路报警输出,继电器触点

存储:2 个内置 SATA 接口(2.5 英寸硬盘)

RS232 串口:2 个 RS232 串口,用于调试串口数据

RS485 接口:1 个 RS485 接口,支持多种协议

USB 接口:1 个外置 USB 2.0 接口

网络接口:双网卡。2 个 RJ45 100M/1000M自适应以太网口, 4 个 RJ45 100M 交换网络接口

电源接口:DC 12V±10% 电源开关:1 个电源开关,位于后面板上

时钟:内置实时时钟

指示灯:1 个状态运行指示灯

功耗:<20W(不含硬盘)/<30W(含硬盘)/<40W(加热,-10℃以下)

使用工作温度:-30℃~+70℃

使用湿度:10%~90%

大气压:86kpa~106kpa

尺 寸(mm):210mm×138mm×52mm

安装方式:台式安装


5.4 数据存储服务器

每模块配置 2 颗 CPU,处理器不低于 Intel Xeon E5-2603(1.7GHz 主频,四核四线程)

本项目内存配置为 16GB DDR4 DIMM 内存。

硬盘配置:4 个 SATAⅡ,1TB,7200rpm,2.5 英寸硬盘,支持热插拔硬盘。

RAID 阵列:支持 RAID0,1,5。

光驱:DVD 光驱。

网络控制器:双千兆以太网端口。

电源:不小于 750W输出功率,1+1 热插拔冗余电源。

预装操作系统:预装不低于 Windows Server2008 专业版 64 位,提供软件序列号和系统恢复光盘, 客户端不少于 25 个。

5.5 移动雷达测速仪

本项目的移动雷达测速仪采用 DH-HWS800A,技术指标要求如下:

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5.6 违法分析服务器

本项目的违法分析服务器采用 DH-DSS-T8100-B1,技术指标要求如下:

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