利用射頻識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)人車一致性的車聯(lián)網(wǎng)

孫繼山

利用射頻識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)人車一致性的車聯(lián)網(wǎng)

孫繼山

本文探討車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，利用無線射頻技術(shù)，建立電子行駛證發(fā)射源，整合駕駛證數(shù)據(jù)，響應(yīng)移動(dòng)或者固定的射頻讀寫器，進(jìn)行交互通信，后臺云計(jì)算中心獲取車輛和駕駛員的信息，將獲取的車駕管信息進(jìn)行登記，形成智慧交通大數(shù)據(jù)。同時(shí)，控制停車場、加油站、修理廠、收費(fèi)路口和物流等與車輛相關(guān)的通行、收費(fèi)等。本文嘗試突破傳統(tǒng)的城市指揮交通管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行安全隱患分析及應(yīng)用，建立基于交通大數(shù)據(jù)的人—車匹配技術(shù)，讓機(jī)動(dòng)車管理全面進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

交通管理面臨的問題

交通智能化是智慧城市建設(shè)中重要的組成部分，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，單純依靠攝像機(jī)、電子警察、卡口等設(shè)備采集的信息已經(jīng)無法滿足交通管理中實(shí)時(shí)同時(shí)獲取人車信息的需求。道路設(shè)施的不斷完善和機(jī)動(dòng)車輛的急劇增加，交通管理面臨前所未有的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的信息化方法已經(jīng)無法解決由交通問題而引發(fā)的社會矛盾。下面從不同視角出發(fā)對交通管理存在的問題進(jìn)行分析。

從公安機(jī)關(guān)交通管理部門的視角看

新形勢下交通管理所面臨的問題主要包括：（1）卡口系統(tǒng)獲取機(jī)動(dòng)車軌跡的同時(shí)無法同時(shí)獲取駕駛員軌跡；（2）機(jī)動(dòng)車號牌被遮擋后，系統(tǒng)無法分辨機(jī)動(dòng)車號牌；（3）機(jī)動(dòng)車的超速現(xiàn)象無法通過均衡的多點(diǎn)計(jì)算獲取，只能通過攝錄像技術(shù)單點(diǎn)獲?。唬?）無證駕駛、疲勞駕駛等，缺乏認(rèn)定依據(jù)，從而無法實(shí)行處罰；（5）城市車流量無法全面感應(yīng)，影響了智能化交通系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)；（6）機(jī)動(dòng)車到達(dá)報(bào)廢期限后，無法強(qiáng)制報(bào)廢，大量的報(bào)廢車輛上路行駛；（7）機(jī)動(dòng)車修理后，其零配件等信息無法獲取，造成交通隱患；（8）無法針對危爆物品運(yùn)輸、校車、公車等實(shí)現(xiàn)特殊的管理要求；（9）針對車輛布控難以實(shí)時(shí)獲得結(jié)果，缺乏預(yù)見性，對駕駛?cè)藷o法布控，等等。

從政府交通管理部門的視角看

從政府交通管理角度，存在的問題包括（1）人工收費(fèi)，效率低下，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不一，各自為政，缺乏數(shù)據(jù)支撐；（2）而作為智能交通節(jié)點(diǎn)的ETC技術(shù)，一般要通過車型檢測（AVC），然后才與RFID進(jìn)行通信，所以導(dǎo)致車輛無法快速通行；（3）車輛超載只能通過過磅查處，效率低下。

另外，從市政停車場、經(jīng)濟(jì)管理部門、環(huán)保部門以及能源戰(zhàn)略等不同角度看，現(xiàn)有的交通管理方式都存在不可避免的問題。因此，催生了以公安管理的駕駛證和行駛證的電子化實(shí)施車聯(lián)網(wǎng)需求。

車聯(lián)網(wǎng)整體框架

本文設(shè)想的車聯(lián)網(wǎng)模式為2個(gè)證，4個(gè)網(wǎng)。2個(gè)證是電子行駛證、電子駕駛證，4個(gè)網(wǎng)分別為車聯(lián)網(wǎng)、公安網(wǎng)、政府政務(wù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。就車聯(lián)網(wǎng)來說，在感知層，利用射頻識別來識別人——車，在網(wǎng)絡(luò)層，通過加密的傳輸進(jìn)入公安網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，在應(yīng)用層，供公安網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的受眾——公安部門、政府各部門、企業(yè)和民眾應(yīng)用，形成完整的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用閉環(huán)。其工作模式為：

車輛行駛前

車輛行駛前，帶有電子射頻的行駛證讀取插入的電子駕駛證，調(diào)制加密形成電子碼。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)工作原理框架圖

車輛行駛中

車輛在行駛中，路邊的射頻讀寫器激活車載電子射頻卡（電子行駛證），進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其工作頻率取決于公安部交通研究所和中國智能交通協(xié)會（ITS）協(xié)調(diào)結(jié)果，目前暫為840MHz～845MHz。一般情況下，射頻讀寫器獲得車輛的車牌號、駕駛員姓名，計(jì)算車輛的行駛速度、位置信息，加上時(shí)間數(shù)據(jù)，調(diào)制加密后通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過公安安全接入平臺進(jìn)入公安網(wǎng)絡(luò)。特殊情況下，還記載傳輸扣款、違章等信息加密傳輸。

公安應(yīng)用

在公安網(wǎng)內(nèi)的大數(shù)據(jù)平臺，利用獲取的車輛駕駛員信息進(jìn)行各種應(yīng)用，如交通誘導(dǎo)、布控、違章記錄等。同時(shí)，根據(jù)國務(wù)院相關(guān)數(shù)據(jù)共享規(guī)定，將數(shù)據(jù)傳入政務(wù)網(wǎng)。

政府應(yīng)用

政府部門在政務(wù)網(wǎng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，如停車場管理、環(huán)保、交通等部門應(yīng)用，同時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)運(yùn)營平臺。

企業(yè)和民眾應(yīng)用

在互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)運(yùn)營平臺，互聯(lián)網(wǎng)金融機(jī)構(gòu)根據(jù)規(guī)定形成自己的數(shù)據(jù)源，如記載車輛軌跡、車輛付款信息解析，供企業(yè)和民眾應(yīng)用。企業(yè)和民眾利用數(shù)字證書，進(jìn)行查詢、付款等操作。

目前，由于監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)、公安網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的連接已經(jīng)完成，山東省的警務(wù)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)平臺業(yè)已建成，車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)重點(diǎn)為前端基本構(gòu)件，即射頻識別相關(guān)技術(shù)和設(shè)備。

車聯(lián)網(wǎng)基本構(gòu)件

射頻識別技術(shù)

射頻識別 （RFID， Radio Frequency Identification）從二十世紀(jì)九十年興起以來，已成為物聯(lián)網(wǎng)核心組件，在交通方面，已廣泛應(yīng)用于內(nèi)河船舶、動(dòng)車高鐵等方面。射頻識別系統(tǒng)由射頻卡、讀寫器兩部分組成。射頻卡在一個(gè)芯片中集成了幾個(gè)主要模塊，芯片上有內(nèi)存，內(nèi)存主要用來儲存識別號碼等數(shù)據(jù)，其容量取決于單片機(jī)的容量，從比特到百兆或者更多。射頻識別技術(shù)分為有源射頻和無源射頻，有源射頻靠內(nèi)部電池供電工作，可在幾厘米到千米的距離上，與讀寫器快速建立起雙向通信。無源射頻不依靠電池工作，其距離在幾厘米到十幾米，由于本系統(tǒng)需要遠(yuǎn)距離識別，因此采用有源射頻識別技術(shù)。讀寫器是閱讀、擦寫射頻卡或者IC卡的終端設(shè)備。

電子行駛證和電子駕駛證

圖2 電子駕駛證和電子行駛證效果圖

圖3 基于FRID的電子行駛證和電子駕駛證工作原理圖

機(jī)動(dòng)車電子行駛證設(shè)計(jì)為有源射頻卡，其儲存芯片存放車輛登記信息、環(huán)保信息、維修信息、物流信息等，它能夠響應(yīng)讀寫器要求，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳遞，由公安交管部門寫入車輛信息，每部車輛發(fā)放一個(gè)電子行駛證，它安裝在機(jī)動(dòng)車內(nèi)擋風(fēng)玻璃上端，鋰電供電，太陽能充電，為防止人為損壞，取下或者斷電后信息失效，失效后，由駕駛員駕駛車輛到各公安交通管理部門或者找持有移動(dòng)執(zhí)法裝置的民警重置生效。電子行駛證平時(shí)處于待機(jī)低功耗狀態(tài)，通過讀寫器激活后才進(jìn)行通信，有低功耗、高安全、高速傳遞信息的特性。電子行駛證可帶有語音提示功能，預(yù)制語音提醒，提醒駕駛員駕駛時(shí)間，駕駛速度、事故易發(fā)地和路況等。

電子駕駛證設(shè)計(jì)為由授權(quán)互聯(lián)網(wǎng)金融機(jī)構(gòu)發(fā)放的帶有駕駛員資料的金融借記卡。啟動(dòng)車輛前插入電子行駛證內(nèi)讀取信息，在行駛過程中保持，駕駛員離開時(shí)取下。電子駕駛證除包含金融信息、駕駛員信息外，可包含身份實(shí)名信息、eID1網(wǎng)絡(luò)實(shí)名信息、公民通信信息、網(wǎng)絡(luò)虛擬信息等，可以設(shè)計(jì)為接觸式的IC卡，也可以是非接觸式的無源射頻卡。

射頻讀寫器

射頻讀寫器是用于同電子行駛證所調(diào)制的電子碼進(jìn)行遠(yuǎn)距離讀寫操作的終端設(shè)備，分為手持和固定兩種形式。讀寫器采集信息后，通過有線網(wǎng)絡(luò)或者運(yùn)營商4G/3G/GPRS/GSM通信網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)上報(bào)信息，需要時(shí)，讀寫器發(fā)送指令給與其相關(guān)聯(lián)設(shè)備，如收放橫桿，發(fā)送信息、收費(fèi)等。

車聯(lián)網(wǎng)基本工作原理

電子駕駛證和電子行駛證工作原理

電子駕駛證和電子駕駛證的工作原理可做這樣的描述：

插入電子駕駛證后，電子行駛證自動(dòng)啟動(dòng)，讀取駕駛證IC卡信息，如駕駛員信息準(zhǔn)駕該車，電子行駛證會發(fā)出語音提示，準(zhǔn)駕，按一定的規(guī)則將駕駛證信息和行駛證信息進(jìn)行調(diào)制加密，如駕駛證與相駕駛車輛不符，則在提示后，將調(diào)制行駛證信息和無效駕駛證信息。行駛證和駕駛證之間的多層認(rèn)證機(jī)制，確保調(diào)制過程的安全。如讀寫器在道口發(fā)出扣款信息，則讀寫器通知電子行駛證在電子駕駛證上做扣款標(biāo)記——安全起見，讀寫器不直接扣除款項(xiàng)，而是通知電子行駛證在電子駕駛證芯片做扣除標(biāo)志。

車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集

車輛行駛中，讀寫器激活電子行駛證并采集調(diào)制的信息，通過車聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)焦簿W(wǎng)安全接入平臺，公安網(wǎng)內(nèi)應(yīng)用服務(wù)器將數(shù)據(jù)解調(diào)還原，送入大數(shù)據(jù)平臺，由于激活、數(shù)據(jù)交換在秒級完成，保證電子行駛證的低功耗、高安全特性。

后臺數(shù)據(jù)系統(tǒng)工作原理

部署Hadoop海量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于收集讀寫器傳來的車輛駕駛員信息，一般情況下，這些信息包括時(shí)間、地點(diǎn)、駕駛員、車輛牌照、車速等基礎(chǔ)信息，還可包括收付款信息，采用這一系統(tǒng)還可與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)相互印證。應(yīng)用舉例，如接收到的信號中存在與所駕車型不符的情況，在經(jīng)過第一個(gè)讀寫器后，系統(tǒng)后臺開始報(bào)警并傳遞給附近交警。

公安部門、政府部門、企業(yè)和民眾應(yīng)用

獲取數(shù)據(jù)后，公安部門可進(jìn)行車流檢測、布控等應(yīng)用，完全將套牌、闖紅燈、肇事逃逸、超速、超載、行駛應(yīng)急公交車道等現(xiàn)象杜絕；通過安全接入平臺進(jìn)入政府大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，供政府部門應(yīng)用；再通過安全網(wǎng)關(guān)，接入互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，供企業(yè)和民眾應(yīng)用，如駕駛?cè)耸盏娇劭顦?biāo)記后，可登錄互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)付款，超過默認(rèn)期限后，系統(tǒng)自動(dòng)扣款，確保了支付安全。這樣就形成完整的車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)，該系統(tǒng)所積累的大數(shù)據(jù)，將為我國交通行業(yè)帶來一場革命。

電子駕駛證、電子行駛證和射頻讀寫器將會涉及約40項(xiàng)專利技術(shù)，在實(shí)施過程中，要本著安全第一的原則，妥善設(shè)計(jì)。

車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景及實(shí)施方案

對于公安部門的意義

實(shí)現(xiàn)了人—車關(guān)聯(lián)性問題。解決了傳統(tǒng)卡口、電警系統(tǒng)只是對車輛行為進(jìn)行記錄的問題，實(shí)現(xiàn)了人—車關(guān)聯(lián)。這樣就解決了大部分公安交通管理工作中的難題，對公共安全和公安特種行業(yè)的管理也提供了重要的載體。

政府其他部門應(yīng)用前景

解決超載問題、環(huán)保、停車行車收費(fèi)和車輛出入控制、特殊車輛管理調(diào)度等難題。

車聯(lián)網(wǎng)實(shí)施思路

如何在大范圍內(nèi)推廣電子駕駛證和電子行駛證，是一個(gè)值得探討的社會管理問題。筆者認(rèn)為，采用PPP模式2解決部署費(fèi)用問題是一個(gè)可行的方案。因?yàn)榻鹑谶\(yùn)營部門和其他企業(yè)的介入，普通的機(jī)動(dòng)車電子駕駛證和行駛證將不需要由個(gè)人來付費(fèi)，甚至加裝北斗定位或者3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)的車輛亦無需收費(fèi)。個(gè)人的電子行駛證和駕駛證部署費(fèi)用由互聯(lián)網(wǎng)金融運(yùn)營等企業(yè)承擔(dān)。但采集管理信息設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等費(fèi)用，則由相關(guān)部門、公司負(fù)擔(dān)，其專利費(fèi)用設(shè)立基金，對重大交通事故進(jìn)行救助。PPP模式減輕了個(gè)人和企業(yè)負(fù)擔(dān)，將大大有利于普及電子證照系統(tǒng)的安裝。

結(jié)束語

交通管理特別是車輛駕駛員管理的一致性難題催生了實(shí)施電子駕駛證和電子行駛證的需求，用于解決車輛駕駛員管理中的信息采集、提醒、支付等問題，可以大大提升工作、通行效率。云計(jì)算和交通大數(shù)據(jù)能夠很好地支撐眾多的讀寫器形成海量數(shù)據(jù)，這是物聯(lián)網(wǎng)催生的一次交通管理的革命。目前我市公安機(jī)關(guān)正在積極跟蹤全國物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)，并積極探索利用新技術(shù)解決現(xiàn)有難題的思路，已具備了試點(diǎn)這一新技術(shù)的條件。

1.eID的含義：eID即適用于網(wǎng)絡(luò)的電子身份證。系統(tǒng)依托公安部覆蓋13億人口的全國公民身份信息庫，利用用戶主動(dòng)提交的各種身份信息建立不同的信用等級，生成了一組唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符和數(shù)字證書。

2.PPP模式的含義。即Public—Private—Partnership的字母縮寫，是指政府與私人組織之間，為了合作建設(shè)城市基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目或是為了提供某種公共物品和服務(wù)，以特許權(quán)協(xié)議為基礎(chǔ)，彼此之間形成一種伙伴式的合作關(guān)系，并通過簽署合同來明確雙方的權(quán)利和義務(wù)，以確保合作的順利完成，最終使合作各方達(dá)到比預(yù)期單獨(dú)行動(dòng)更為有利的結(jié)果。

孫繼山

孫繼山（1965－）男，漢族，現(xiàn)任濰坊市公安局指揮中心副主任，曾經(jīng)在信通、裝財(cái)、技偵等部門任職，參與了濰坊市公安機(jī)關(guān)大部分信息化建設(shè)。獲得省科技成果1、2、3等獎(jiǎng)各1次。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.09.023