第一章 整体设计
城市路口高清综合交通监测系统，按照各子系统实现任务的不同，可以简单划分为：前端子系统、网络子系统、中心子系统三部分。
前端子系统以高清智能机为主体，主要实现违法车辆监测、抓拍、车辆识别、数据存储和上传等系统任务。
网络子系统，主要为前端数据采集子系统提供监测数据、识别结果的中心回传提供通讯传输通道，同时也是中心通讯管理服务子系统对前端子系统设备控制、状态采集、数据调用的必经之路。常用的传输方式有:光纤点对点传输、ONU节点自愈环网传输、3G/4G无线通信传输等多种类型，用户可根据本地通讯特点、数据实时性需求灵活进行选择。
中心子系统主要包含中心平台服务器、数据库服务器、WEB服务器、客户查询终端、中心平台操作软件客户端等。
整个系统根据管理布局、任务分配模式的差异又可以分为分布系统结构、垂直系统结构、复合系统结构。
1 系统工作原理
系统中主要设备由嵌入式一体化高清智能摄像机、智能控制终端、LED补光设备、高精度滤光设备、网络传输设备、中心管理服务器等部分组成。系统核心设备为嵌入式一体化高清摄像机，该摄像机为我公司自主研发，具有完全自主知识产权，集抓拍、控制、识别、录像、压缩、传输于一体，具备先进的视频检测功能，可以对视频图像进行逐帧识别，同时自动匹配对应车道，对过往车辆进行轨迹跟踪并做行为判断。
前端摄像机可以实现多种违章行为的检测判定，并进行抓拍、车牌识别、录像和存储，处理结果上传到后台，同时还可以对绿灯正常行驶的车辆进行抓拍记录。
智能终端管理设备可以实现卡口抓拍记录和电警违章记录的自动关联，根据车牌号码、车身颜色和过车时间等多种条件进行智能化的规则关联比较，形成证据确凿的符合新国标的违章图片记录，既可以明确反映车辆违章过程，也可以清晰反映驾驶员面部特征，并将最终数据上传至平台中心。
中心平台对路口高清综合交通监测系统前端设备进行远程管理、网络监控、抓拍图像和数据处理，以及违章车辆的处罚等工作，支持与外部系统进行数据对接。
2 系统结构
系统架构主要是由前端子系统、网络子系统、平台子系统三大部分组成。
系统拓扑图
2.1 前端子系统
本产品基于自主核心技术研发而成，拥有完全自主知识产权。电子警察系统抓拍单元中的摄像机采用CCD/CMOS+ISP+DSP结构，集图像采集、图像处理和车牌识别、H.264高清编码、I/O控制、实时通讯于一体，前端高清智能机基于高清视频流车辆触发，系统在图片抓拍后可直接进行车牌识别，并可以对识别数据、抓拍图片进行实时存储和上传指挥中心平台，支持断点续传功能。同时，系统智能控制终端可以对高清智能像机输出数据进行二次分析，并进行分布式数据存储，违法图片合成、视频转发服务、数据加密传输等必要功能。
考虑到前端子系统都部署在室外，环境比较恶劣，而且需要全天24小时不间断工作，对系统的稳定性和可靠性要求很高，因此前端高清智能摄像机基于嵌入式ARM结构设计，采用RTOS平台和开源Liunx操作系统，不存在知识产权争议和经济纠纷，无需面临系统崩溃、程序软件报错、程序退出、系统病毒等常规技术困扰。软件系统的写入采用专用的编程设备进行更新，与传统的通讯网络、存储设备有效隔离，因此基本杜绝了计算机病毒侵扰，确保了系统的稳定性。
违法前端抓拍过程
卡口前端抓拍过程
前端子系统主要由高清智能摄像机、智能控制终端、LED补光设备、高精度滤光设备和网络传输设备等组成。
- 高清智能摄像机机：本系统采用600万CCD高清双码流抓拍智能摄像主机，分辨率最高3296×2472，可覆盖1-3个车道。具备高帧率、低照度、低功耗、无Smear现象的特点，夜间在普通路灯照明下无需外置补光灯，解决普通高清电子警察系统带来的光污染问题。所有视频采集、各类交通行为视频触发、信号灯识别、双码流高清视频压缩、车流量统计等功能全部在该设备内完成。同时高清智能机可内置高达128GB的本地存储，当网络断开时仍然可以对采集数据、图片进行缓存。摄像机可以按照原始分辨率25fps输出视频，画面更清晰流畅。摄像机集成了多种自感知传感器，自动获取时间、地点、方向、突然震动、自身角度等变化，当摄像机预设的环境发生变化时，系统能够感应到细微的差距，从而达到主动报警的目的，便于维护。
- 智能控制终端：采用高性能前端NDR智能控制终端，设备配有主频2.3GHZ 高性嵌入式处理器、支持液晶屏、最多支持4 块盘、且高性能处理功耗不高于10W（不带硬盘），同时高性能NDR 满足更复杂的客户需求。支持软、硬件两级看门狗防护设计，可以监控系统电源闭合状态、软件模块的运行状态、主机cpu响应状态，并可以根据其状态的变化自动执行设备启动、重启、软件重启等操作，而无需人工进行干预。
- 补光灯：辅助光源采用低色温、亮度可调补闪灯，减小光污染，并可通过摄像机远程调节补光灯亮度，适应不同亮度环境现场，也可实时记录补光灯工作状态，大大减少人工维护成本；同时采用的频闪技术，只在摄像机快门打开时才进行补光，从而大大降低了功耗，延长了补光灯使用寿命，并有效地减少了路面的光污染。
- 闪光灯：主要应用于卡口抓拍，普通LED频闪补光灯强度无法清楚拍摄车内乘员面部特征，因此，须采用气体闪光灯以一定的角度倾斜拍摄车辆，并防止造成车辆玻璃形成镜面反射。
- 高精度滤光设备：采用高精度滤光设备，解决了逆光、顺光难题，保证了全天侯捕获率、识别率、图片质量的高水准；
- 网络传输设备：包括交换机、光纤收发器或3G无线终端等，承担将前端设备记录的各种数据、视频流传输到后端管理中心的任务。
- 2.2 网络子系统
该系统主要是通过将各个路口的违法抓拍子系统集中联网并形成统一的专用网络，网络的整体结构采用星型拓扑结构，其结构容易管理维护、重新配置灵活、方便故障检测与隔离。
系统的网络结构可划分为一下4个部分：
- 前端接入：每个抓拍路口单独为一个局域网，并采用独立的IP地址网段，完成对路口前端高清摄像机和智能终端服务器的互联，并通过EPON传输方式接入至运营商机房内。
- 运营商传输接入：运营商通过其建设的接入网络接入了大量的前端设备，并将这些设备进行统一的汇聚，实现对前端设备的基础联网，同时运营商机房还提供各职能部门的接入。汇聚后通过其机房的核心交换机与公路管理局数据中心的核心交换机相连，形成整体传输网络。
- 数据中心：数据中心部署大量的服务器和存储设备，考虑到服务器及存储设备对网络接入的需求（稳定性、可靠性、网络带宽方面），数据中心网络将部署两台核心交换机组成集群交换机系统，为中心管理平台的统一接入提供基础保障，以便能够更好的服务于各项业务应用。
- 边界安全接入：视频专网与公路信息网之间进行安全隔离，实现单向通信。另外，政府其他部门需要共享视频资源时，可通过防火墙等逻辑隔离手段建立与视频专网的连接。
该子系统可采用光纤点对点传输、自愈通讯环网节点传输、3G/4G/WIFI无线传输等方式。用户可自建传输系统，或者租用运营商商用传输网络。若采用租用方式时，由运营商配置VPN虚拟专网，连接到系统中心管理子系统。针对网络系统的复杂性，网络传输子系统要支持断点续传功能，能够将网络故障期间缓存在前端设备上的数据上传到中心管理系统。
对于通讯基础设施条件较好的城市也可以采用点对点光纤传输方式，或者ONU自愈环网节点传输模式，专网专用以充分保证整个系统数据传输的实时性和安全性。
对于偏远地区或者不便于光纤布设的区域，而且用户没有高清实时视频监控需求时，也可以考虑采用3G无线通讯传输方式，系统只将违法图片和违法数据实时回传中心，而对于卡口图片、实时高清视频流在本地嵌入式智能控制终端进行缓冲存储，一旦出现交通事故或治安案件，可以再通过3G无线通道进行数据检索、远程调用。
根据已建项目经验，以及系统对于前端子系统数据实时性和稳定性要求，采用租赁运营商网络传输时每个路口带宽应不低于100M为宜，要求提供电信级的运维服务，充分保障网络通讯畅通。针对网络系统的复杂性，网络传输子系统要支持断点续传功能。能够将网络故障期间缓存在前端设备上的数据上传到中心管理系统。
2.3 平台子系统
平台子系统，包括接收服务器、数据库服务器、WEB服务器以及客户端工作站等硬件系统，同时还包括：数据接收服务软件、中心综合管理平台客户端、系统数据库等软件服务模块。
中心平台结构图
该子系统主要实现对路口高清综合交通监测系统前端设备进行远程管理、网络监控、抓拍图像和数据处理，以及违章车辆的处罚等工作，并充分考虑与其它交通管理软件系统的接口兼容问题。
客户访问管理系统采用一个中心管理服务器连接多个客户端的模式，中间架设了一个代理服务器，用来处理前端设备网络数据，一个代理服务器管辖多台前端设备。数据库用来记录中心服务器的各类参数和代理服务器的网络和识别信息。存储阵列用来存储前端设备抓拍的图片及相关数据信息。
管理中心须配备设备接收服务器，原则上每50 路600万像素高清智能机，须配备一台高性能接收服务器。主要用于接收前端智能机违法抓拍图片、卡口图片、车辆数据、前端设备配置信息、身份认证管理信息等功能。