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五类车辆超速监控技术的性能比较及综合系统的设想

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    交通事故的频繁发生,已经成为不可忽视的社会问题,对此,视频监控将在道路及车辆超速监控中发挥巨大作用。本文就固定式与移动式超速监控设备进行了全面比较,及对其他自动设备的性能作了介绍,为车辆超速监控系统提供了良好的设想,希望能给读者一些启示。

车辆通行与超速监控技术应用现状
    “十次事故九次快”,作为交通肇事的主因,抓道路通行监控和机动车超速一直被交警部门作为交通执法工作的重点。但由于超速违法的人工取证较难,因此出现了诸多半自动或全自动产品,帮助取得机动车超速违法的证据(包括车辆的通过时间、地点、车速、行驶方向、号牌号码、车型、颜色及装载情况特征的图像等数据)。

    目前超速监控产品主要有两大类:移动式超速监控设备和固定式超速监控设备。移动式超速监控设备一般安装在警用车辆顶端,由交警手动控制抓拍与监控方向,无法自动工作,抓拍效果与抓拍率因人为因素存在难以保证,由于种种原因存在,目前移动式超速监控逐渐被固定式超速监控设备所取代。固定式超速监控设备与移动式超速监控设备相比具有以下优点(以雷达测速为例)。

1、测速更准确
    固定测速设备中雷达位于车道正上方,与车流方向平行,对相临车道的抗干扰能力强。移动测速只能在车道侧面,只能对相临车道的车辆拍照,但可测得所有车道的车速,所以经常发生对速度“张冠李戴”的现象,车主对此问题反应强烈。并且,移动测速时,雷达与车辆夹角较大(一般为45度),这种大角度测速非常容易产生雷达“两次反射”的问题,使测得的速度是实际车速的两倍,这是移动测速在技术上无法克服的难题。

2、运营成本低
    固定测速运营时,属于无人值守,并且不需要车辆搭载。移动测速每次工作时,必须有专车搭载并需调用警力,否则无法工作。而移动测速厂商在宣传自己产品价格低廉时,对这一问题往往避而不谈,因为加上一辆车的价值后才算是移动测速设备的整体造价,其性价比太低。另外,移动设备在使用时,驱车往返路上的油耗、车辆维修保养费用,特别是冬夏空调的耗油费用更是高的惊人。

3、有效工作时间长
    固定测速为全天候24小时工作,即使在没有补光的情况下,也可从早5:00到晚19:00,工作达14小时,且永无中断。移动测速一般只工作在8小时上班时间内,但每天有效工作时间常少于6小时。例如,即使8点钟上班,马上驱车赶往抓拍地点,调好机位,一般已9点多钟,还要扣除午间休息和下午返回单位的时间,另外还要扣除双修日和法定节假日(每年约120天)。这样,其有效工作时间不到固定设备的七分之一,如果考虑雨雪雾等天气原因和其他人为因素,其实际工作时间往往不到固定设备的十分之一。 [nextpage]

4、监控车道多
    固定抓拍一套设备可同时监控四条车道,做到无一遗漏。移动测速只能抓拍一条车道,对车道的监控率只有固定设备的四分之一。固定设备监控车道多,是因为硬件设备投入高及技术优势,所以按一比一的公式比较两类设备的价格是不公平的,如果按实际的1:4的比例比较,固定设备的价格是远低于移动设备的。

5、安全性高
    固定设备安装于车道上方5米处,依附于路桥或龙门架,不影响其下方车辆正常通行。移动测速车辆必然要占用一条车道,在高速公路上长时间停放,有极大的危险性。如果停车时没有依交通法的规定在200米、100米及50米处摆放明显的警示标志(而且移动设备大多要求车头对准来车方向,这属于逆向停车,也是违法的),一旦发生交通事故将承担主要责任。

6、隐蔽性强
    固定抓拍设备依附于路桥或龙门架,目标不明显,且每隔一段时间可以更换一次安装地点。移动测速必然由车辆搭载,在高速公路上极为醒目,如果是警车则隐蔽性就更差,而且若使用了如上所述的警示标志,车辆通行速度必受影响。

7、自动化程度高
    固定测速由专业人员一次性安装完成后,完全不用人工干预,随时将违法记录传到指定计算机上,其产品内在技术含量之高与移动测速自不可同日而语。移动测速产品本身技术含量就比较低,每天机位(包括雷达和摄像机)都需重新较准,抓拍时也须人工干预,操作人员(往往都是非专业人员)的素质对抓拍的质量和数量有较大影响。

8、照片质量高
    固定测速拍摄车牌一般采用专用的枪机,清晰度高,每套设备可支持两个雷达和六个摄像机,照片中车牌角度中正,车辆位置理想,违法证据充分。移动测速一般只有一个雷达和一个摄像机,最多外加一个家用手持机,而为降低成本,其摄像机都是选用便宜的一体机,其照片成像质量较差,而且车辆和车牌照片只是一个倾斜的车头或车尾,常常难于识别号牌,也经常为此产生证据不足的问题。

    现有固定式超速监控设备多为单点式测速。单点式测速是指测量车辆通过某一点的瞬时速度是否超过允许的速度范围,如果车辆超速,则将车辆图片上传到中心服务器及相应的执法终端,以便于对超速车辆进行处罚。由于单点式测速只能监控车辆通过一固定地点时的瞬时速度,无法全面体现车辆在整段监控路面上行驶的速度情况,加上固定式监控地点多被机动车驾驶人所熟知,常发生机动车到达监控点前减速规避的情况,难以实现对布控路段超速现象的彻底监控,针对这一现象,在结合单点式监控的基础上,提出了区间测速的概念。区间测速的原理是,测速某一车辆通过两个固定监测点的时间差T,已知两点间的距离S,可求取车辆通过这一路段的平均速度V=S/T。

    即使车辆通过固定监控点的瞬时速度不超速,但平均速度超过了允许的速度范围,该车辆仍是超速车辆,其车辆的超速数据和图片会自动上传到服务器和执法终端作为处罚的依据,这样就真正作到了对超速违法行为的违法必纠。区间测速方式是目前公认的最先进、证据最充分的测速方式,驾驶员普遍认为,这种测速方法更客观、更公平。[nextpage]

各类固定式全自动超速监控产品的性能比较
    由于测速单元是超速取证产品的核心,因此按照测速方法的不同,可以把固定式全自动测速产品分为视频测速、地感线圈测速、多普勒雷达声学测速、红外激光雷达光学测速、区间测速产品(见表1)。

 

1.视频类测速产品
    利用全景或近景摄像机以每秒N帧(我国及罗马尼亚PAL制N=25,其他国家NTSC制N=30)的方式拍摄影像,再根据每两帧中同一车的不同位置求其位置差,此值除以两帧间隔1/N秒求出其瞬时速度。

    这种方法的好处是节省设备,监控一条车道只需要一个全景摄像机及一个近景摄像机,不需要雷达线圈等,可以降低造价。但其存在的问题也是明显的:车辆位置的确定因为受到摄像机安装倾角、路面倾斜度产生的梯形误差,以及车身形状、车身阴影、摄像机自身抖晃、雨雪等的影响而会有较大的误差,这种测速产品已面临淘汰。

2.地感线圈类测速产品
    这种产品用在路面下预埋的线圈感应车辆的通过,用时间间距法测出车辆通行的瞬时速度。

这种方法的好处是成本较低;缺点是预埋线圈的施工难度较大,施工封路破坏路面,且线圈的破损率较高(在当前车辆超速和重载较多的情况下,线圈平均寿命仅数月),还易受到雨水的干扰而误报。

3.多普勒雷达声学类测速产品
    需要在全景、近景摄像机的基础上外加多普勒雷达,利用雷达测量车辆通过的瞬时速度,并用摄像机拍照。

    雷达测速的原理是应用多谱勒效应,即移动物体对所接收的电磁波有频移的效应,雷达测速仪是根据接收到的反射波频移量的计算,而得出被测物体的运动速度,因此,具有以下特点。

·雷达波束较激光光束的照射面大,因此雷达测速易于捕捉目标,无需精确瞄准;
·雷达测速设备可安装在巡逻车上,在运动中实现检测车速,是“流动电子警察”非常重要的组成部分;
·雷达固定测速误差为±1Km/h,运动时测误差为±2Km/h,完全可以满足对交通违章查处的要求;
·雷达发射的电磁波波束有一定的张角,其有效测速距离相对于激光测速较近,最远测速距离为800M(针对大车);
·雷达测速仪因技术成熟,价格适中;
·雷达测速仪发射波束的张角是一个很重要的技术指标。张角越大,测速准确率越易受影响;反之,则影响较小。[nextpage]

    这类产品是目前全自动测速产品中最多见的。其优点是用雷达测速的同时用摄像机拍照,在证据上比较有说服力;缺点是因雷达不可能正对行驶中的车辆进行测速(安装在路面上的架子上有稍微的夹角,而对于移动车测速大到45度的夹角是微不足道的),因此会产生入射波的倾角误差(这一点上可以通过软件进行修正,对于在现场开发的软件才有实据),本系统单监控点即采用雷达测速。

4.红外激光雷达类光学测速产品
    在测速单元,改用红外激光雷达进行测速。激光测速仪是采用激光测距的原理。激光测距(即电磁波,其速度为30万公里/秒),是通过对被测物体发射激光光束,并接收该激光光束的反射波,记录该时间差,来确定被测物体与测试点的距离。激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距,取得在该一时段内被测物体的移动距离,从而得到该被测物体的移动速度。因此,激光测速具有以下几个特点。

·由于该激光光束基本为射线,故测速距离相对于雷达测速有效距离远,可测1000M外;但是没有任何视频能达到这个距离,目标根本没有办法锁定,所以实际应用的距离和雷达没有任何区别;
·测速精度高,误差<1公里(完全正对);
·鉴于激光测速的原理,激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点,又由于被测车辆距离太远、且处于移动状态,或者车体平面不大,而导致激光测速成功率低、难度大,特别是执勤警员的工作强度很大、很易疲劳;
·鉴于激光测速的原理,激光测速器不可能在运动中使用,只能在静止状态下应用;因此,激光测速仪不能称之为“流动电子警察”。在静止状态下使用时,司机很容易发现有检测,因此达不到预期目的;
·价格昂贵,现在经过正规途径进口的激光测速仪(不含取景和控制部分)价格至少在一万美金左右;
·目前市场上还没有发现成熟的结合激光测速仪研发的测速设备。而且由于红外激光的直线传播特性导致其测速盲区大,因而漏车率比较高。

5.区间测速类测速产品
    在公路的两个不同位置分别安装一套视频监控系统(包括全景、近景摄像机)。通过测量同一车辆通过两个监控点的时间差,利用已知两点间距离,求得车辆通过两点间的平均速度。

    区间测速的概念刚提出不久,除机动车通行自动记录系统有区间测速功能外,尚未见国内出现其他同类产品。此类产品的优点是可以有效解决多辆车同时通过问题、摄像机和雷达倾角误差问题、电子狗反测速或由于测速位置暴露而导致的机动车有意减速规避问题;缺点是无法实现分车道限速监控,而且由于需要安装两套设备导致成本提高。

机动车辆通行自动记录系统
    机动车通行自动记录系统(以下简称系统)采用多普勒雷达与区间测速相结合的设计方案,既解决了多普勒雷达测速难以解决的多车抓拍、防雷达侦测、防减速规避问题,又解决了两点式抓拍无法完成的分道限速监控问题,且满足了技术的先进性和证据的充分性,可以准确完成公路无人值守的智能化车辆通行与超速监控。

    机动车辆通行自动记录系统的核心是在单点式雷达测速的基础上结合区间测速技术开发而成,同时具备单点式雷达测速与区间测速的超速监控功能。系统单监控点采用运动物体触发技术,机动车通过会自动触发道路监控专用摄像机对过往车辆进行高速拍摄,并采用数字图像处理技术,以平均每秒不小于25帧的速度对图像中的机动车身份进行快速实时的辨识处理,并从有效识别的图像中选取车牌位置最佳的图片进行存储,通过GPRS或CDMA1X移动通信网络将机动车信息发送至超速管理中心服务器,与相临监控点进行特征比对,求取同一机动车的区间平均速度作为超速执法依据,再由服务器将信息实时发送至相关的工作站,进行分拣、执法、查询等项处理。既实现了超速监控,也可实现道路交通流量监控。且对嫌疑车辆可自动报警,如盗抢车辆、假牌、套牌车辆、超期未年检车辆、交通肇事逃逸车辆、违法未处理车辆等等。子系统同时提供网页查询、违法车辆登报管理、告知管理、处罚管理等后台非现场执法用软件,实现对违法车辆从抓拍、记录传输、分拣确认、现场执法、非现场执法的全过程管理等。

结语
    超速监控技术的使用能保证交通中车辆的正常有序行使,固定式超速监控设备与移动式超速监控设备在具体的使用中各有优劣,各种移动式测速产品也各具特色,若这些监控产品能投入实际系统中使用,那将会提高交通监管力度,减少车辆的违章超速的行使情况,大大缓解交通的压力,从而实现道路无人值守的智能化车辆通行与超速监控。

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