道路交通监控技术在交通管理中的应用

　　0 引言

　　道路交通监控技术在交通管理中的应用可以追溯到上世纪90年代。1996年，我国第一套"抢红灯自动拍摄器"在北京试验成功；同年，上海从德国引进"追飞拍"光学照相电子警察；接着，北京、上海、广州、深圳等地均开始安装和使用"闯红灯电子警察"。10余年来，道路交通监控技术取得了较大发展，安装和应用逐渐发展到城市、县城、乡镇的网络化，已经成为公安交通管理的重要手段之一。

　　2004年颁布实施的《中华人民共和国道路交通安全法》第一百一十四条规定，"公安机关交通管理部门根据交通技术监控记录资料，可以对违法的机动车所有人或者管理人依法予以处罚"，至此确立了交通监控技术在交通管理，特别是交通执法领域的法律地位，极大的促进了交通监控技术行业的发展。

　　1 分类及工作原理

　　道路交通监控技术从用途上分，主要可以分为：治安卡口监控类和交通违法监控类。

　　1.1 治安卡口监控类的工作原理

　　治安卡口监控类，主要是指公路车辆智能监测记录系统，俗称"治安卡口监控系统"，是对受监控路面的车辆信息进行自动采集和处理的设备。系统可实现24小时不间断地对行驶的车辆进行监控，实时记录每辆车的车牌号码和车牌分类等信息；可以设置布控缉查车辆号牌，能实现现场报警和远程报警功能；并且可以提供车流量数据统计、车辆超速记录、车辆逆行记录等。

　　以常见的两个车道公路车辆智能监测记录系统的情况为例，介绍其工作原理（见图1）。

　　系统类型：双感应线圈检测车辆、摄像机组（2个）采集图像。

　　工作原理：当车辆通过检测区域时，依次通过两个感应线圈，车辆检测器会产生四个触发信号，分别是：车辆进入第一个线圈、车辆离开第一个线圈、车辆进入第二个线圈和车辆离开第二个线圈。系统可以根据摄像机有效视频区域的位置，任意选择其中两个触发信号，分别拍摄一个全景图像和一个特征图像。其中，全景图像应包含车辆全貌、车型、颜色及装载情况等，特征图像是用于号牌识别的彩色图像，图像中应包含车辆前部特征。当车辆通过第二个线圈后，系统根据车辆通过两个线圈间的时间和线圈之间的对应距离，可计算得到车辆通过线圈时的平均速度。

　　需要说明的是，随着近年来高分辨率摄像机在公路车辆智能监测记录系统中的逐步应用，其较高的清晰度、更宽的监控区域，已经成为不少地方建设该类系统的首选。

　　1.2 交通违法监控类的工作原理

　　交通违法监控类，主要包括：闯红灯自动记录系统、机动车测速

　　仪、违反禁行标志（违法闯单行车道、违法闯公交车道、违法闯应急车道等）记录系统、路口违法变向记录系统等。

　　闯红灯自动记录系统，俗称"电子警察"，是应用时间最早、应用范围最广的交通违法监控系统，是安装在具有交通信号控制的交叉路口和路段上，对机动车闯红灯行为进行不间断自动检测和记录的系统。

　　以双线圈检测车辆、摄像机（视频）采集图像的方式为例，具体介绍闯红灯自动记录系统的工作原理：

　　首先，在对应红灯相位，机动车进入第一个线圈时，摄像机拍摄第一个位置的全景照片，照片信息能够清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和机动车压在停止线的情况，如右图2所示。

　　需要指出的是：考虑到机动车在第一个位置未越过停止线的要求，可以将一个线圈设置在停止线上或停止线内0.5～1m处，用于提供摄像机拍摄第一个位置的触发信号。

　　其次，在对应红灯相位，机动车离开第一个线圈时，摄像机拍摄第二个位置的全景照片，照片信息能够清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个车身已经越过停止线的情况，如右图3所示。

　　需要指出的是：通常选择在这个位置的时候，同时另一个摄像机拍摄一张对应的特写照片，图片信息能够清晰辨别机动车的号牌号码。

　　最后，在对应红灯相位，机动车进入（或离开）第二个线圈时，拍摄第三个位置的全景照片，能够清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个车身已经越过停止线的情况，如右图4所示。

　　这样就形成了一组完整的机动车闯红灯过程的图片。

　　需要指出的是：在这个过程中，如果机动车进入第一个线圈后没有离开（实际上相当于红灯压线），或相应的红灯相位有变化（变为绿灯相位或黄灯相位），系统不能将其视为闯红灯行为。

　　对于仅采用一个线圈进行检测车辆的模式，其前两个位置的情况与双线圈模式相同，如果需要采集第三个位置的信息，可以采用拍摄第二个位置图片后延时拍摄第三个位置图片的方式。

　　对于视频检测方式的闯红灯自动记录系统，通常采用以下两种车辆检测方式：一种是采用模拟线圈的方式，即在有效的视频区域内模拟感应线圈检测，设置一至二个模拟线圈进行车辆检测；另一种方式是基于车辆号牌识别模式的车辆检测，即对进入视频区域的图像进行车辆号牌分析，当视频检测有机动车进入视频区域，则进行相应的视频采集动作。

　　2 交通监控技术的应用现状

　　据不完全统计，全国累计安装有各类交通监控技术系统约20000套，其中主要包括闯红灯自动记录系统、公路车辆智能监测记录系统和机动车测速仪。

　　下面以北京、深圳和上海为例介绍交通监控技术系统的应用情况：

　　（1）北京市的应用情况

　　北京市已经安装并投入使用了8期交通监控技术系统，累计1150套，监控1800余个车道，主要类型有：闯红灯自动记录系统、公路车辆智能监测记录系统、机动车测速仪、违法闯单行线监控系统、违法闯应急道监控系统、违法闯公交道监控系统、违法闯导流带监控系统、不按规定悬挂号牌记录系统等，多采用视频检测车辆、视频采集图像类型，数据采用定时自动传输方式。此外，北京市正在进行违法停车自动监控记录系统的试运行。

　　（2）深圳市的应用情况

　　深圳市安装交通监控技术系统1000余套，监控3000余个车道，基本覆盖了城区主要信号控制路口。深圳市的交通监控技术系统主要为闯红灯记录系统、机动车测速仪，采用感应线圈检测车辆、数码相机采集图片类型，数据采集采用现场数据下载方式。另外，在深圳城区的各交警大队安装了10余套视频监控设备，开展车辆违法停车、违法变道、违法闯禁行等交通违法行为的监控和记录。

　　（3）上海市的应用情况

　　上海市安装交通监控技术系统1200余套，监控覆盖约3000个车道，并计划到2010年建设达到1800套，主要类型包括：闯红灯自动记录系统、公路车辆智能监测记录系统、违法变道记录系统为主，辅以监控违法逆行、违法闯非机动车道、货车违法通行、违法遮挡号牌等监控系统，多采用环形感应线圈检测车辆、视频采集图像类型。

　　3 交通监控技术存在的主要问题及原因分析

　　交通监控技术的主要问题表现为：功能方面的问题和性能方面的问题两类。

　　3.1常见功能问题

　　（1）交通违法监控系统的违法行为判定逻辑不严密。如闯红灯自动记录系统判定逻辑不能区分车辆的闯红灯违法行为和红灯压线违法行为；机动车测速仪采集的图像中反映的机动车与被测定速度的机动车不能准确对应；违法闯应急车道记录系统存在不能区分在应急车道违法行驶和在应急车道违法停车情形。

　　（2）交通违法监控系统对违法车辆的取证信息不完整。如违法闯单行线监控系统取证信息没有包含禁行标志；闯红灯自动记录系统取证信息没有清晰反映红灯信号、停止线等要素或者车辆号牌号码不清晰。

　　（3）交通监控技术系统时钟存在误差。监控系统的系统时间与实际时间误差较大，有时相差数小时，导致信息记录的是白天时间，而抓拍图片却反映的是晚上场景；对于分时段控制的单行线、专用道监控系统，当时钟误差较大时，往往会将正常通行的车辆误记录为交通违法。

　　（4）交通监控技术系统的监控车道不匹配问题。如闯红灯自动记录系统的监测车道为设有左弯等待区的左转车道，或者监测车道为直行并右转的混行车道，易造成监控系统将正常进入左转弯待行和正常右转的车辆误记录为闯红灯。

　　3.2常见性能问题

　　（1）电气安全性能措施不到位。如交通监控技术系统没有接地端子，没有安装过载、漏电和短路保护装置，系统的耐压、绝缘性能不良等。

　　（2）电磁抗扰度性能相对较差。如交通监控技术系统缺乏必要的防雷装置、滤波装置等，导致雷击等干扰后出现系统故障。

　　（3）环境适应性不强。如交通监控技术系统的耐高温性能（如：70℃）和耐低温性能（如：-20℃）不良，导致在相对恶劣天气下出现系统故障。

　　3.3 原因分析

　　（1）对相关产品的技术标准的理解不到位。如一些监控系统的生产企业对标准缺乏了解，甚至存在理解偏差，导致监控系统工作逻辑性不严密、证据不完善；一些用户也不了解相关的技术标准，导致提出的建设要求与现行标准不相符。

　　（2）监控系统存在一定质量问题。由于监控系统安装在户外，工作环境条件比较恶劣，而工控机、摄像机（数码相机）等电气部件质量可靠受环境影响较大，导致有些监控系统时钟单元和图像质量等易出现故障。

　　（3）监控系统的验收工作不规范。监控系统的验收检测工作不到位，虽然一些地方在投入使用前经过质检部门检测或专家组验收。但由于地方质检部门的交通监控技术专业水准不高，验收合格的系统依然存在着设置、安装和调试不合理、不到位等问题。

　　（4）监控系统的日常维护不到位。监控系统的日常维护不及时，未根据现场条件的变化调整安装位置和参数，易导致错抓、误抓或漏抓现象。如路面分道线和停止线因磨损不易看清，道路因路面施工后标线有改动，标志有损坏未及时修复等。

　　4 交通监控技术的发展趋势

　　（1）交通违法监控系统的取证严密性。

　　闯红灯系统记录的车辆违法闯红灯行为应确保逻辑严密，确保闯红灯行为无任何争议。闯红灯系统记录的电子图片，应确保其作为执法证据的原始性，且应能通过加密等方式防止图片被篡改。测速仪采集的图像中反映的机动车应与被测定速度的机动车相对应。

　　（2）图像采集单元的高清晰化。

　　从技术角度看，解决图片清晰度不够的直接方法是采用高分辨率的图像采集单元，考虑到数字高清晰摄像机产品的逐步成熟，可靠性也有了很大的提高。此外，从经济角度看，随着高清晰摄像机的逐步量产，价格配置已经与普通的采集单元相接近。

　　（3）图像处理单元的嵌入式系统处理模式。

　　受制于普通操作系统的工作稳定性，交通监控技术系统的可靠性往往不够理想，特别是在较恶劣的气候条件时，系统工作稳定性不够。目前，随着嵌入式系统的逐步应用，闯红灯自动记录系统、机动车测速仪等监控系统的可靠性得到了一定的改善。

　　（4）系统的远程监控和维护。

　　交通监控技术系统的远程监控和维护功能，一定程度上解决了设备监控难、维护工作量大的缺陷。采取有效的远程监控方案，可确保监控系统的有效性；采取远程维护的方式，可确保监控系统的工作可靠性。

　　（5）图片信息的联网传输。

　　随着交通违法监控系统对违法证据的时效性要求，需要提高违法证据的采集效率。目前，已经有一些地方开始集中采集闯红灯系统的违法证据，缓解了数据现场下载所需的人力。

　　5 结束语

　　道路交通技术监控系统作为当前交通管理的有力助手，在"降事故、保安全、保畅通"方面发挥了积极的作用，较大的缓解了警力。当前，我们需要进一步加强"系统的工作可靠性"、"执法证据的严密性"和"系统使用的便捷性"等方面研究和改进，使道路交通技术监控技术在公安交通管理中发挥更大的、积极的作用。

　　孙巍公安部交通管理科学研究所工作，助理研究员，硕士研究生。从事交通安全产品技术检测和相关检测技术的研究等工作。