新型城鎮(zhèn)化視角下智慧交通的規(guī)劃技術(shù)研究-以湖南湘潭高清電子警察設(shè)計為例

新型城鎮(zhèn)化視角下智慧交通的規(guī)劃技術(shù)研究 ——以湖南湘潭高清電子警察設(shè)計為例 【摘要】本文主要是以湖南湘潭高清電子警察設(shè)計為例，敘述新型城鎮(zhèn)化下的智慧交通的規(guī) 劃技術(shù)。首先簡要介紹了湘潭地理、人文和政策相關(guān)情況，同時歸納出現(xiàn)場調(diào)研的112個路 口的各類交通問題。運用智慧交通手段解決湘潭交通的擁堵和秩序混亂，針對兩大片區(qū)的 55個重要路口點位進(jìn)行高清電子警察設(shè)計，實現(xiàn)了壓雙黃線、直行闖紅燈、借左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū) 闖紅燈、逆向行駛、借用公交專用道、壓實線變道等檢測功能。最后對高清電子警察安裝的 清晰度進(jìn)行專題技術(shù)分析，只有合適的距離才能發(fā)揮其最佳效果。總之，新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展 離不開智慧交通的發(fā)展，高清電子警察的設(shè)計保證了交通的有序發(fā)展，掀起智能化產(chǎn)業(yè)的新 浪潮，對城鎮(zhèn)的發(fā)展具有重要意義。 【關(guān)鍵詞】智慧交通；高清電子警察；系統(tǒng)設(shè)計；城鎮(zhèn)化；信息化 1 引言 隨著新型城鎮(zhèn)戰(zhàn)略的提出，經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)快速發(fā)展，人民群眾收入不斷增加，機(jī)動車 和駕駛?cè)说臄?shù)量必將迅猛增長。同時帶來了機(jī)動車闖紅燈、超速等各類交通違法行為，嚴(yán)重 影響道路使用效率，造成道路交通事故和擁堵現(xiàn)象頻頻發(fā)生。在信息化浪潮的推動和科技強(qiáng) 警戰(zhàn)略的指引下，用于應(yīng)對交通擁堵和交通事故的智慧交通應(yīng)運而生。 智慧交通每個人理解不同，主要是將交通變得越來越越智能化和信息化，通過物聯(lián)網(wǎng)的 感知層和網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)而應(yīng)用到實際生活中的一種新體驗。其中作為重要應(yīng)用子系統(tǒng)“高清電子 警察”頗受好評，通過信息技術(shù)和計算機(jī)圖像處理技術(shù)來保證道路交通安全和有序。作為現(xiàn) 代高科技的非現(xiàn)場執(zhí)法手段，在智慧交通管理工作中發(fā)揮著越來越大的作用。 2 概述 2.1 區(qū)位特色 湘潭位于湖南中部，為湖南省直轄市和全國甲類開放城市。歷史悠久，自古以來便是湘 中重要的商業(yè)中心，早在十七世紀(jì)就是全國著名的“米市”和“藥都”。隨著長株潭城市群 的發(fā)展，帶動湘潭城市的綜合性發(fā)展。地處湘江中下游，全部水系均屬湘江水系，以一江兩 水（漣水、涓水）為主干，總長603公里的36條大小河川呈樹枝狀分布市境。湘潭中心城 區(qū)充分利用并強(qiáng)化湘江生態(tài)軸，以交通干線隔離帶、綠化及生態(tài)廊道等分隔城市片區(qū)，中心 城區(qū)以湘江為紐帶，串聯(lián)城市各個片區(qū)和城市中心區(qū)。同時湘潭是享譽中外的湖湘文化發(fā)源 地，風(fēng)光秀麗，人杰地靈，旅游資源十分豐富，是一代偉人毛澤東主席、著名軍事家彭德懷 元帥、世界文化名人齊白石大師的故鄉(xiāng)。 1。同時，“十二五”確定的“1162”工程，具體包括:一個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)基地；一個平臺。同時，“十二五”確定的“1162”工程，具體包括:一個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)基地；一個平臺(九[1] 圖2-1地理區(qū)位圖（左圖為城市群圖，右圖為湘潭水系圖） 2.2 政策倡導(dǎo) 湖南省于2005年10月正式公布了《長株潭城市群區(qū)域規(guī)劃》等一系列規(guī)劃發(fā)展文件， 從城市群快速協(xié)同發(fā)展的角度提出了對長株潭經(jīng)濟(jì)一體化的新的具體規(guī)劃。湘潭是長株潭城 市群地區(qū)的中心城市之一，湖南省重要的工業(yè)、科教和旅游城市，長株潭城市群的核心片區(qū) 之一。 2011 年，《“智慧湘潭”建設(shè)發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)》和《“智慧湘潭”實施方案》均已 出爐 華物聯(lián)網(wǎng)基地)；六個示范工程；2015 年信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá) 200 億元。2012 年湘潭市政府工 作報告中提出，啟動“智慧城市”管理系統(tǒng)建設(shè)，推進(jìn)“數(shù)字城市地理空間框架”、政府服 務(wù)呼叫指揮中心、數(shù)字化協(xié)同管理平臺等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立統(tǒng)籌高效的城市管理監(jiān)督指揮 機(jī)制。 當(dāng)然，智慧交通是湘潭信息化中的重要組成部分，這將對切實提高城市交通管理水平和 城市運行效率，創(chuàng)建城市交通管理新模式，促進(jìn)政府的職能轉(zhuǎn)變和管理創(chuàng)新，實現(xiàn)城市交通 的新突破。 3 現(xiàn)狀交通問題 近幾年來，湘潭經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展迅速，居民生活水平的不斷提高，機(jī)動車擁有量迅速增 長，交通需求極大增加，原有的交通供需平衡被打破，基礎(chǔ)設(shè)施、交通管理設(shè)施和管理能力 的提高跟不上交通需求發(fā)展速度，嚴(yán)重影響城鎮(zhèn)化發(fā)展。當(dāng)?shù)卣块T積極采取行動，開展 了二期智能交通的建設(shè)。對湘潭的兩個主要片區(qū)（主要包括雨湖區(qū)、岳塘區(qū)）的112個交叉 口進(jìn)行了初步的勘探與調(diào)查，了解了包括道路擁堵情況、信號燈等系統(tǒng)的設(shè)置、標(biāo)志標(biāo)線等 多方面的路口基本情況。 2 圖3-1湘潭調(diào)研路口示意圖 3.1 岳塘區(qū)情況 位于湘江以東，屬于新城片區(qū)，共調(diào)研了60個路口，總體建設(shè)條件較好，路面較寬， 但道路新建過程中存在不少問題，主要表現(xiàn)在新建道路路網(wǎng)與土地開發(fā)結(jié)合不佳，道路線形 與原有道路結(jié)合不佳，道路景觀與安全要求結(jié)合不佳給本期智能交通設(shè)施布設(shè)提出了較高的 需求。對各個路口進(jìn)行問題總結(jié)分類，主要包括四大類。具體是客貨運通道混合造成的安全 隱患和秩序問題；新建道路與原有道路銜接不佳問題；道路建設(shè)中對交通管理專業(yè)重視不足， 安全設(shè)施不齊全問題；道路流量增加，需提出新的管理對策問題。分別對各類問題進(jìn)行分析， 并提出相對應(yīng)的智能交通建設(shè)改造方案。 3.2 雨湖區(qū)情況 位于湘江以西，屬于老城片區(qū)，共調(diào)研了52個路口，總體路網(wǎng)條件差，改造難度高， 歷史遺留問題較嚴(yán)重。對各個路口進(jìn)行問題總結(jié)分類，主要包括五大類。具體是道路較窄， 交叉口間距小，交通流相互之間有較強(qiáng)的聯(lián)動關(guān)系；部分交叉口通行能力不足引發(fā)交通擁堵； 違章停車現(xiàn)象比較嚴(yán)重，動靜交通相互影響；秩序混亂，電警系統(tǒng)缺失；外圍公路交通事故 頻發(fā)路段。分別對各類問題進(jìn)行分析，并提出相對應(yīng)的智能交通建設(shè)改造方案。 4 智慧交通方案 如何解決湘潭城區(qū)兩大主要片區(qū)交通問題已迫在眉睫，為切實提高城市交通管理水平和 城市運行效率，除了交叉路口渠化方案，同時提出相應(yīng)的智慧交通方案，這里重點介紹高清 電子警察系統(tǒng)的設(shè)計。 4.1 系統(tǒng)設(shè)計 高清電子警察俗稱“闖紅燈自動記錄系統(tǒng)”，即可安裝在信號控制的交叉路口和路段上 并對指定車道內(nèi)機(jī)動車闖紅燈行為進(jìn)行不間斷自動檢測和記錄的系統(tǒng)。廣義的電子警察是指 可安裝在交叉路口和路段上并對指定車道內(nèi)機(jī)動車行駛行為進(jìn)行不間斷自動檢測和記錄的 3 系統(tǒng)。設(shè)計主要由前端自動取證系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、后臺管理系統(tǒng)三部分組成。前端自動取證 系統(tǒng)主要由高清檢測攝像機(jī)、高清抓拍攝像機(jī)、車檢器、交通專用頻閃補(bǔ)光燈、紅燈信號檢 測器、嵌入式主機(jī)、防護(hù)機(jī)箱等組成；傳輸系統(tǒng)主要是通訊設(shè)備（光纖收發(fā)器、光纖等）； 后臺管理系統(tǒng)主要由后臺管理軟件、計算機(jī)查詢管理端、應(yīng)用服務(wù)器、存儲設(shè)備、顯示設(shè)備 及打印機(jī)等組成。具體結(jié)構(gòu)構(gòu)架如圖4‐1所示。 圖4-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖 4.2 系統(tǒng)功能 高清電子警察系統(tǒng)采用地感線圈與視頻檢測相機(jī)結(jié)合方式進(jìn)行檢測。其中線圈檢測要求 保證系統(tǒng)闖紅燈抓拍率達(dá)到99%，另外同時啟用視頻方式進(jìn)行對車輛闖紅燈、支持逆向行駛 檢測不按規(guī)定車道行駛、違反禁止標(biāo)線指示行駛、停車線前違章停車、駛?cè)敕菣C(jī)動車道等違 法行為進(jìn)行檢測抓拍。本系統(tǒng)功能設(shè)計符合《闖紅燈自動記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》 （GA/T496‐2009）及其他國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實現(xiàn)對以下違章行為的抓拍，保證道路交通 的安全順暢，主要包括：壓雙黃線、直行闖紅燈、借左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)闖紅燈、逆向行駛、借用公 交專用道、壓實線變道等。 （1）壓雙黃線抓拍（2）直行闖紅燈抓拍 4 （3）借左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)闖紅燈抓拍（4）逆向行駛抓拍 （5）借公交專用道抓拍（6）壓實線變道抓拍 圖4-2高清電子警察功能示意圖 4.3 點位確定 結(jié)合實地調(diào)研情況，對重要路口進(jìn)行篩選，最終確定55個高清電子警察點位。其中岳 塘區(qū)原位升級高清電警14個，新建高清電警21個；雨湖區(qū)原位升級高清電警14個，新建 高清電警6個。一方面解決了現(xiàn)狀兩大片區(qū)的主要交通問題，另一方面把所有高清電子警察 點位都進(jìn)行后臺聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)計，真正實現(xiàn)智慧交通的理念，對湘潭城鎮(zhèn)的發(fā)展具有重要意義。 具體點位如圖4‐3所示。 圖4-3高清電子警察點位示意圖 5物寬f 物寬f L W X cmw 4.4 技術(shù)提升 高清電子警察系統(tǒng)采用的高清攝像機(jī)種類和廠商都比較繁多，按照像素劃分主要有100 萬、130萬、300萬、500萬和1000萬等，按照工作原理劃分主要有視頻流方式和抓拍機(jī)方 式，根據(jù)圖像傳感器劃分主要有 CCD 和 CMOS 兩種類型，等等。綜合產(chǎn)品性價比、成像效 果和用戶需求等多方面，如何發(fā)揮高清電子警察的智慧交通作用成為公眾研究重心之一。針 對高清電子警察的各種類型，要想對智能交通和城鎮(zhèn)發(fā)展起到積極的作用，必須擴(kuò)大高清電 警的視角和像素，增加其清晰檢測的效果，更好的促進(jìn)城鎮(zhèn)交通發(fā)展。 4.4.1 視角計算 根據(jù)鏡頭光學(xué)原理，其大小與圖像傳感器的靶面尺寸、鏡頭焦距有關(guān)，如圖4‐4所示。 鏡頭光學(xué)透鏡中心 CCD 寬度 焦距 物距 圖4-4視角與鏡頭焦距、傳感器尺寸測算原理圖 4.4.2 像素點計算 要保證圖片所抓拍的違章信息有效性，主要考慮車牌和信號燈的清晰程度，及其所成像 的像素點。由于一定像素攝像機(jī)所拍攝的照片總像素點是不變的，因此所攝物體（此處為車 牌和信號燈）占照片比例大小就決定了其像素點大小。根據(jù)比例關(guān)系，有如下計算公式。 A s 45 其中：A為攝像機(jī)抓拍圖片的水平像素點；S為抓拍圖片上車牌的像素點；45cm為實際 車牌長度；X為攝像機(jī)監(jiān)控范圍。 為保證圖像自動識別能力，規(guī)范要求車牌的像素點不小于100像素，因此攝像頭鏡頭越 廣，即所拍攝范圍越大，則車牌的有效水平像素就會越小。 圖4-5高清電子警察系統(tǒng)平視圖 6：[2][3]：[2][3] 4.4.3 具體安裝 高清電子警察的定位安裝需要綜合考慮高清攝像機(jī)的立桿安裝位置、停止線、受控車道 寬度、信號燈位置、號牌大小等因素，重點要滿足以下幾項要求 （1）視場因素 視場大小需要容納拍攝對面信號燈（一般 6.5 米高），停車線及退停車線距離（單臺轎 車長度約 3.7‐5.2 米以上，一般為了保證抓拍效果，要求可視距離達(dá)到 7 米左右），可如圖 4‐6所示。 （2）清晰度因素 為保證車牌自動識別的精度，需要保證車牌水平像素在100點以上。 （3）補(bǔ)光因素 補(bǔ)光燈離停車線不應(yīng)超過25米，否則補(bǔ)光會不夠強(qiáng)，影響夜間拍攝效果。 （4）紅燈信號在畫面的投影像素大小 作為闖紅燈抓拍系統(tǒng)一個關(guān)鍵因素，紅燈信號在畫面的投影面積不應(yīng)過小，否則會影響 辨識。一般不能小于10個像素的寬度，否則不容易清晰識別。 圖4-6高清電子警察系統(tǒng)視場圖 所以，電子警察攝像機(jī)和鏡頭的選擇應(yīng)保證視角適中，視角過窄（傳感器尺寸與焦距之 比?。﹦t有可能無法既拍攝到停車線又拍攝到對象信號燈；視角過寬（傳感器尺寸與焦距之 比大）則容易引發(fā)，導(dǎo)致車牌有效像素點降低。只有不斷調(diào)試才更容易取得比較好的成像效 果，性價比也較高。 5 設(shè)計意義 高清電子警察采用先進(jìn)技術(shù)，建立完善的對交通違法行為進(jìn)行自動或手動抓拍記錄系 統(tǒng)，為公安交通管理部門提供強(qiáng)有力的執(zhí)法依據(jù)，進(jìn)一步改善交通秩序，保障交通安全，提 高道路交叉口通行能力，較少交通事故 。高清電子警察系統(tǒng)的記錄結(jié)果作為交通執(zhí)法依據(jù)， 對車輛違法判定的準(zhǔn)確性極為重要，其設(shè)計意義主要包括： （1）實現(xiàn)智慧交通的理念。對信號燈控制的路口發(fā)生的闖紅燈違章行為自動進(jìn)行實時 監(jiān)測記錄。同時利用視頻檢測技術(shù)或其他先進(jìn)檢測技術(shù)，對逆行、越線行駛、闖禁令等交通 違法車輛進(jìn)行實時監(jiān)測記錄，并將數(shù)據(jù)傳輸、存儲、處理和集成，在更信息化的時空范圍發(fā)