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  • 高清化、高集成度、智能化——道路监控一体机应用发展访谈

    2013-04-12 15:08:44 来源:智能交通管理杂志2013年1-2月刊 作者:董海龙 评论:
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      编者按:在整个智能交通构成版图中,城市智能交通是目前发展最成熟最迅速,也是市场份额最大的一个领域。在这个大领域中,以信号控制、道路监控为基础构成的城市交通管理系统却又是最为核心、建设力度最大的一个部分。


      通过道路监控设备取得交通违法执法依据,是建设道路监控设备的最初目的,最初的道路监控设备也仅能实现闯红灯抓拍的功能,外设巨大,仅在少数繁忙路口布设。但,道路监控领域是需求推动技术和产品升级的典型代表,从闯红灯开始,到变道、掉头、超速、卡口、压导流线、压实线、闯黄灯等等诸多交通违法行为都能被检测监控,而摄像机的像素也从几十万一路直奔千万,不仅推动了硬件产品本身的升级,也拉动了图像处理、无线传输、数据智能化处理等软件和配套产品的向前发展。


      科技愈加进步,人们对于智能化的需求也就越加渴望,对科技产品的要求也就越高,简单、舒适、功能强大、易操控。不论是消费产品,还是我们的管理用科技产品,都将适应这种需求。


      道路监控一体机无疑是这种趋势下驱生的产品,高度集成、智能化,同时产品小型化,尽管还在发展当中,但一体机在道路监控领域的未来,却将是注定辉煌。据了解,一体机的部颁标准已经出台,虽然到目前为止还未召开相关的标准宣贯会议,但相信这只是时间的问题。


      最早的一体机雏形无从考究,但是江苏"320"工程,无疑是一体机从幕后走向台前的最重要推手。几年过去之后,一体机发展情况如何?未来又会如何发展?


      本期专题邀请了海康、大华、高新兴、博康四家在业内具有较高知名度的道路监控设备提供企业,希望他们的回答,能对您有所启发,有所收获。

    管中窥豹--道路监控一体机产品现状


      模块化是产品生产的一个趋势,模块化解决了产品批量化生产与特殊定制的矛盾,有利于产品的升级换代及降低后期维护成本。

    高新兴产品管理部副总监陈刚

      智能交通管理:请介绍一下贵公司一体机产品及其应用情况。


      郑鹏:大华股份从2006年进入智能交通行业以来,一直坚持走嵌入式一体化道路,在国内是首家推出了嵌入式一体化高清摄像机。在当时工控机模式风靡天下的情况下,大华股份坚持一体化道路,不断完善产品及丰富产品线,推动智能交通监控行业的工控机模式向一体机模式的不断转变,时至今日,一体机已被市场接受并成为市场发展趋势,各监控设备厂家纷纷推出一体机设备,一体机模式已替代工控机模式成为市场主流。

    大华股份抓住市场发展趋势,2012年年底推出了高帧率一体化摄像机,引领智能交通行业进入高帧率时代。200万一体机,在同行厂家大多在做25帧的情况下率先做到50帧;500万一体机,做到了25帧,高于市场同行最高的15帧。大华股份凭借在智能交通行业的多年积累,在智能交通行业取得长足发展,目前已经实现了全国布局,各省、直辖市均设有大华智能交通行业技术团队,为客户提供专业的技术支持。

      徐彬:目前,海康威视一体机已经拥有全系列产品,包括200万、300万、500万像素,分别可覆盖2车道、3车道,可视频检测闯红灯、逆行、不按导向行驶、压线等违章类型。可广泛应用于交通通行车辆监控、闯红灯记录,能有效遏制车辆的超速行驶、逆向行驶、闯红灯等违章行为,并能为治安案件的侦破提供有力的线索证据,成为现代交通管理的高效助手。海康威视一体机已经大批量应用在全国各省市交通项目中。


      陈刚:高新兴高清抓拍一体机是针对智能交通领域对车辆监控、管理以及违章处罚而设计的一款高科技产品。它集成了CCD成像技术、嵌入式技术、数字信号处理技术、网络技术等多项先进的技术手段,实现对行驶车辆的抓拍、处理、传输和存储,同时依托中心服务器实现对一体机的智能化管理和控制。

    高新兴抓拍一体机主要技术特点:强大的ISP处理能力;线圈检测与视频检测双重保证,系统运行更加可靠;摄像机内置车牌识别功能;多车道、多车辆同时号牌识别;车牌识别像素、角度容忍度高;准确抓拍无牌或者号牌遮挡车辆;图像源头水印加密防篡改;双码流摄像机,同步支持抓拍和录像;强光抑制功能。

    罗军:博康的智能一体机智能相机内部集成了图像传感器、高速DSP系统、FPGA图像预处理单元、大容量存储器、以太网接口等部件。我们通过标准C语言在摄像机内部实现嵌入式开发,把各种图像算法和控制程序嵌入到智能相机的DSP中运行,例如车辆监测、车牌识别、车型识别、违规变道、人脸识别、综合控制等。我们提供详尽的技术文档和透彻的技术支持,帮助用户快速实现自己的嵌入式智能交融系统。


      智能交通管理:贵司的一体机在核心处理器和操作系统上,是如何考虑产品配型的?

    郑鹏:核心处理器是一体机的核心部件,大华股份力求为市场提供经济实用的产品,在处理器选型上遵循满足一体机日常管理功能、智能分析功能及一定冗余基础上综合考虑技术成熟度、后续扩展性及性价比的原则。

    大华股份产品经理郑鹏

    操作系统是一体机的灵魂,操作系统的稳定可靠决定了一体机整体功能能否实现。大华智能交通摄像机采用单任务、稳定性非常好的专用嵌入式操作系统Linux,而不依赖于常见的微机操作系统(Windows和DOS等),系统稳定可靠,可有效防止病毒入侵。


      徐彬:海康威视一体机采用最新的TI多核处理器,内置独立的ISP处理核、编码核、DSP处理核等。设备可以提供优质的图像质量、高效的编码性能,还可以让用户灵活进行智能算法二次开发,具有性能卓越、功能强大、功耗低等特点。操作系统采用嵌入式linux操作系统,更稳定、更安全。


      陈刚:高新兴一体机采用了领先的双处理器设计,其核心思想是将摄像机主控、视频编码与智能分析应用分开,由不同的处理器来完成。其中一块处理器为高度集成的视频处理系统,内置前端图像硬件处理模块,具备超强的编码能力,能够满足高清视频高帧率编码需求;另外一块处理器采用集成的视频与影像协处理器,支持前端处理功能,能与主DSP内核并行工作,实现高效色彩空间转换、图形缩放、解隔行扫描与智能视频分析等功能。这一设计使得智能交通应用最根本也是最核心的视频编码与智能分析需求获得了充分的运算资源保障,尤其为车牌识别、车身颜色识别、交通行为检测等智能分析应用提供了很好的基础。

    高新兴一体机采用全嵌入式结构、无风扇设计,充分利用我公司在视频图像监控领域的技术优势,主机硬件电路采用高新兴公司已在安防领域产品上应用成熟的硬件平台,并根据道路抓拍实际应用需要,对硬件电路进行了改进和优化,在元器件选择上全部采用工业级或军工级芯片,降低了功耗,保证了系统在恶劣条件下长时间可靠运行。系统采用LINUX操作系统,并专门针对抓拍功能需要对代码进行了裁减和优化,软件功能较为专一,提升了CPU的工作效率和整机的工作稳定性。

    罗军:博康智能网络科技选用的一体机DSP采用多核设计,性能高于市面平均水平,处理能力更强,这样在前端集成的功能也越多。专业化的结构设计解决了光学方面的弊端以及散热等问题。

    目前一体机的处理能力还达不到整个行业的要求,在DSP内部,只有小部分公司能够在借助外部设备触发抓模式下把车牌识别以及简单的分析做到了一体机内部。这样无疑也减低不了整个系统的整体成本。博康智能在一体机这块经过几年的沉淀,真正做到了视频触发模式,通过对算法的优化,占用的DSP资源越来越少。随着DSP处理能力的发展,DSP的步伐将慢慢取代工控机的时代。后期工控机在系统中将慢慢扮演存储的角色。

    在CCD选型这块,博康智能还是一如既往的选择跟SONY以及KODA合作,我们有专业的图像处理团队,在图像方面,2013年我们将推出500万25帧以及800万10帧的DSP一体摄像机,此相机将集成车辆监测、车牌识别、车型识别、违规变道、人脸识别等一系列功能。同时,我们后期将优化宽动态,降噪以及移植更多的算法到DSP,打造一台真正属于智能交通的一体机。


      智能交通管理:贵司的一体机集成了哪些处理模块?如果以后需要再集成一些处理模块,是否可以做到?

    海康威视技术支持工程师徐彬

    徐彬:海康威视一体机具有ISP处理、违章检测、车辆跟踪、车牌识别、图片存储、视频编码等模块。根据道路交通违章违法行为图像取证技术规范,我们必须对违章车辆的抓拍、车牌识别、图片的存储并保证优质的图像质量。根据需要,我们可以增加更多的功能模块。

    郑鹏:大华一体机由CCD板、预处理板、DSP板、电源板、接口板等模块组成。光线经相机镜头进入CCD板转为模拟信号输出,模拟信号经A/D转换模块后,数字视频流进入预处理板做预处理,经预处理后的视频数据流进入DSP核心板,进行一系列图象算法实现、ISP处理、视频编解码、网络传输等处理,电源板负责整个系统的供电,从接口板引出相应的外部接口到相机面板。模块化是产品生产的一个趋势,模块化解决了产品批量化生产与特殊定制的矛盾,有利于产品的升级换代及降低后期维护成本。我司产品在设计之初就考虑到了产品后续的升级换代及扩展,我司产品根据需求还可再集成一些模块,比如用于特殊场景中的需要GPS定位信息的,我司可在产品中集成GPS模块。

    陈刚:对嵌入式一体化产品来说,其设备的独立性使其可以很灵活地嵌入到各类管理系统中,作为其中的一个功能模块。对新系统来说,大大减少了整个系统的藕合性,降低了其复杂性和故障发生概率,提高了系统的稳定性和易维护性,对旧系统改造和升级中,可以尽可能地利用原有系统或设备,添加或升级其中某一个功能模块,对整个系统也只需很小的改动(如接口部分等),从整体上大大节约了技资,增加了系统效益。

    车牌识别速度决定了车牌识别系统是否能够满足实时实际应用的要求。一个识别率很高的系统,如果需要几秒钟,甚至几分钟才能识别出结果,那么这个系统就会因为满足不了实际应用中的实时要求而毫无实用意义。

    高新兴一体机车牌识别算法具有极高的识别效率,单车牌识别时间平均在40ms左右,如此之快的识别速度能够很好地避免车牌漏识别,同时能够及时地为其他智能分析应用释放出更多的系统资源。

    江山代有人才出--一体机不是工控机的2.5版本


      一体机不仅仅是简单的将工控机融合入相机中,它是通过模块化设计,将工控机的"头脑"(分析能力)融入了相机中,而支持"头脑"运行所需的"养料"利用了相机本身运行所需的设备,所以一体化的难点是满足强大智能分析需求的前提下,充分考虑整体系统兼容性、稳定性、可扩展性。

    智能交通管理:一般来说,集成度越高,其安装越简单,但维护也越需要专业化。请问贵司如何看待这个问题。如何提升一体机工作的稳定性。


      郑鹏:大华一体化像机集成度极高,不仅自身具备工控机智能分析功能,而且接口板融合了丰富的接口功能,带有5个闪光灯接口、1个LED灯同步接口、6个I/O输入接口、1个报警输入接口、1个报警输出接口、1个雨刷输出接口、4个RS232串口、1个RS485接口、1个100/1000M以太网口、1个自动光圈接口及1个CVBS接口或HD-SDI接口。集成度的提高,大大降低了安装了复杂度,利于现场安装调试。

    但确实,集成度高也增加了维护的专业程度。对于智能交通行业来说,维护是必须要考虑的因素,我司产品从设计之初就考虑到这个问题,所以产品设计寿命、散热、环境适应性等方面做了精心设计,如无风扇设计、-30~70℃的环境适应性等都是大华产品降低维护的一个设计,同时大华在全国各地办事处配备了专业的智能交通技术服务团队,也是保证智能交通产品及系统正常稳定运行的坚实后盾。从目前大华产品的使用情况来看,当初的系统设计能够完全满足行业对产品的可靠性及稳定性要求。

      陈刚:由于采用一体化嵌入式设计的高清摄像机,无其他控制设备和繁琐的软件设置,只需安装摄像机及进行简单连线。摄像机设置也非常简单,减少了安装、维护的工作量,使用方的维护人员也更易上手。我们认为,一体机后期扩容也非常方便,只需增加相应摄像机即可,不影响原有系统的正常运行。

      徐彬:集成度高,系统复杂度会降低,在维护上反而简单,维护专业化主要体现在需求的增加。我们从客户使用角度考虑,开发出更便利的维护以及调试工具。海康威视还提供详细的操作说明书,全国各地的分公司技术人员也可以提供技术指导。

    海康威视一体机采用工业化设计,在产品开发期间,做了长期大量的稳定性测试、压力测试、硬件测试,确保产品的稳定可靠,完全可以适用于户外高温、高湿、震动等各种恶劣环境。

    智能交通管理:有观点认为,一体机只是嵌入式工控机的2.5版本。您怎么看?


      郑鹏:当然不是,一体机不仅仅是简单的将工控机融合入相机中,它是通过模块化设计,将工控机的"头脑"(分析能力)融入了相机中,而支持"头脑"运行所需的"养料"利用了相机本身运行所需的设备,所以一体化的难点是满足强大智能分析需求的前提下,充分考虑整体系统兼容性、稳定性、可扩展性。

    工控机的优势在于处理能力强大,能够进行大量的智能分析运算,劣势在于:1、增加了单独的工控机设备,增加了安装调试工作量,更重要的是增加了系统可能的故障点;2、工控机本身体积大,对环境要求高,传统的工控机还靠风扇散热,影响了整体的可靠性、稳定性;3、工控机模式成本偏高。虽然市场上后来出现了嵌入式工控机来弥补传统工控机的缺陷,如实现了无风扇散热,工作环境做到-20~80℃,减小了体积等,但总体上来看,相比一体机模式,成本还是偏高,施工及后续维护等都增加了工作量,最重要的是可靠性及稳定性远不如一体机,如一旦工控机故障,该工控机负责智能分析的点位将全部瘫痪,而一体机单独一机一系统,一台像机故障对其他设备无影响,极大降低了恶劣事态扩大的可能性。相比嵌入式工控机模式,一体机模式凭借优越的系统性及可靠的稳定性赢得了市场的信赖,我们坚信,一体化是未来的大势所趋,而且目前市场已经证明这个趋势,各厂家目前纷纷推出了一体机产品替代工控机模式产品。

    陈刚:传统的嵌入式工控机与一体机相比,相对存在以下的劣势:系统安装部署麻烦,走线复杂;车牌识别响应速度相对于一体机的要慢;嵌入式工控机软硬件没有针对具体应用做优化,系统稳定性不及一体机;监控点所有抓拍机的车牌识别都放在嵌入式工控机里,一旦工控机出问题将导致整个监控点不可用。

      徐彬:一体机是嵌入式工控机的发展和补充,一体机可以将智能分析放在前端处理,可以有效地解决对实时性处理要求比较高的模块,并可以将处理结果传送到后端,减少网络、存储等压力。

    嵌入式工控机和一体机各有优势,互有补充,不能完全取代。

    永无止境--追求100%的捕获率、识别率

    卡口应用中,100%的捕获率及识别率一直是智能交通监控像机追求的目标,一体机需要在这方面继续不断的提高完善。


      智能交通管理:有人说,一体机目前功能较单一、技术指标较低、后期的可扩展性较差、应对复杂情况的能力较弱,您认为是否如此?

    郑鹏:实际情况并非如此。一体机目前功能已经非常强大,大华一体机已经能够实现闯红灯、卡口、禁左、禁右、压线、变道、逆行等行为的分析抓拍,同时具备车牌识别、车身颜色识别、车标识别、视频分析等综合智能化功能。当然,目前一体机还有一些更复杂的功能还不能单独实现,但随着处理器芯片及配套设备的技术发展及不断推陈出新,一体机的智能化功能将越来越强大,在不久的将来,一体机势必具备甚至具备比工控机更强大的功能。一体机在捕获率及识别率上也实现了较高的指标,大华一体机纯视频捕获率实现了95%,白天车牌识别率达到97%,夜间车牌识别率达到95%。应该说,一体机目前的捕获率及识别率已经达到了较高的水平,但对于传统线圈模式99%的捕获率来看,一体机纯视频捕获率还有一定的提升空间,另外卡口应用中,100%的捕获率及识别率一直是智能交通监控像机追求的目标,一体机需要在这方面继续不断的提高完善。

    徐彬:这个说法比较片面。目前,我们的一体机性能可以满足道路交通安全违法行为视频取证技术规范的要求,可以对各种违章进行检测处理。随着技术的成熟,识别率也会越来越高。在扩展性方面,设备硬件接口丰富,完全可以满足各种智能交通监控需求。

    产品全系列包含200万、300万、500万像素,可以满足各种不同场景需求。


      智能交通管理:贵司是否有自主开发一体机机芯的项目和计划?

    郑鹏:一体机机芯目前主要还是应用在高速球摄像机上,大华IPC产品已经有自主开发的一体机机芯。智能交通监控像机因其使用场景主要是固定道路场景,主要对象是在固定道路场景中的机动车辆,目前一体机机芯应用需求较少,我司暂无智能交通相机一体机机芯的开发计划,但随着智能交通行业日新月异的发展,不排除后续开发智能交通一体机机芯的可能性。关于未来产品的发展,敬请持续关注。

    徐彬:我们的设备已经全系列发布,所有产品完全自主开发。


      智能交通管理:在您看来,理想化的一体机应该具备哪些必备技术指标。


      郑鹏:理想化的一体机必须具备以下技术指标:高清化(满足看清细节的需求,我司具备200万、500万、800万一体机,满足各种高清需求);智能化(至少能实现闯红灯、卡口、禁左、禁右、压线、变道、逆行、车牌识别、车身颜色识别、车标识别等智能分析功能);卡口捕获率(标准要求5km/h~120km/h行驶的车辆图像捕获率应达99%以上);闯红灯捕获率(标准要求不小于90%);闯红灯记录有效率(标准要求不小于80%);白天、夜间车牌识别率(标准要求号牌颜色识别率不低于90%,白天车辆号牌识别准确率应不小于90%;夜间车辆号牌识别准确率应不小于80%);数据安全指标(避免数据篡改,如我司具备了图片、视频水印功能);环境适应性(我司一体机达到-30~70℃的工作温度范围,10%~90%的湿度范围)。以上指标都是仅列出国家标准要求,实际应用中当然越高越好。

    徐彬:理想化的一体机需具备的技术指标主要由两个方面,一是违章处罚。用户当然是希望捕获得越多越好、越准越好,但实际应用做不到100%的违章捕获率和捕获有效率。从技术上讲,如果捕获率和有效率都大于95%,用户会比较满意。

    其次是卡口功能。卡口的国标要求,全天捕获率在99%以上,但是,对捕获有效率未做明确要求,一般来说,能达到99%以上是比较理想的。车牌识别正确率的国标要求较低,用户期望越高越好,全天98%以上是比较理想的。

  • 关键字: 道路监控 一体机 高清化 高集成度 智能化
  •    责任编辑:智能交通
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