汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源在道路公安交通管理
1 引 言
射頻識(shí)別(radio frequency identification,RFID)技術(shù),是一種利用射頻通信方式實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它是利用無(wú)線射頻信號(hào),通過(guò)閱讀器、天線和安裝在載體(車輛或設(shè)備或人員)上的電子標(biāo)簽¨ 來(lái)構(gòu)成RFID系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)對(duì)載體的非接觸識(shí)別和數(shù)據(jù)信息交換。它具有體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。由于其具有能對(duì)高速移動(dòng)的物體進(jìn)行識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別和非接觸識(shí)別等特點(diǎn),RFID技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間,被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。
2 用于汽車識(shí)別的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源
它全稱為“汽車身份特征信息和管理基礎(chǔ)信息的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源”,其具有“汽車電子身份證”功能,俗稱為“電子車牌” 。其實(shí)質(zhì)上為一種工作于UHF頻段,且具有多項(xiàng)應(yīng)用特性的無(wú)源陶基型汽車專用RFID電子標(biāo)簽。
2.1 現(xiàn)有的汽車標(biāo)準(zhǔn)信源
我國(guó)目前所運(yùn)行、使用的汽車上均裝配有法定的“標(biāo)準(zhǔn)信源”—— 這就是由公安交警部門發(fā)放、監(jiān)管的“汽車號(hào)牌”。它是目前提供給全社會(huì)識(shí)別汽車身份及獲取相關(guān)信息的唯一“標(biāo)準(zhǔn)信源”。這是一種為人們?cè)诔R?guī)氣候環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境下,基于人工目識(shí)辨別車輛而創(chuàng)設(shè)的“汽車標(biāo)準(zhǔn)信源”。它創(chuàng)建于1893年的法國(guó)巴黎,它產(chǎn)生于工業(yè)文明時(shí)代的技術(shù)環(huán)境,且基本滿足了當(dāng)時(shí)的社會(huì)所需,發(fā)揮了“標(biāo)準(zhǔn)信源”的巨大作用。它內(nèi)含:車輛身份號(hào)(車牌號(hào))、車輛的最初級(jí)分類、車輛屬地信息等。不過(guò)它對(duì)于信息時(shí)代和信息社會(huì)的今天,則存在以下4大缺陷:①所存儲(chǔ)的信息量極少而單一;② 對(duì)識(shí)讀環(huán)境(包括人文環(huán)境、氣候環(huán)境、汽車運(yùn)行環(huán)境)的變化“適應(yīng)度”極低;③ 對(duì)現(xiàn)代信息識(shí)別手段的“響應(yīng)度”極低,如數(shù)字識(shí)別、射頻識(shí)別等機(jī)器識(shí)別手段;④載體簡(jiǎn)單,技術(shù)含量低,防偽手段差,容易仿制,改制,使其真假難辨。正是由于以上缺陷,使它成為當(dāng)前獲取汽車信息和路網(wǎng)運(yùn)行信息的技術(shù)瓶頸,已成為一個(gè)不能支持?jǐn)?shù)字化信息采集手段的“標(biāo)準(zhǔn)信源”。因而必須創(chuàng)設(shè)一種新型的“標(biāo)準(zhǔn)信源”,作為技術(shù)基礎(chǔ)來(lái)支持道路交通信息資源的開發(fā)和應(yīng)用。
2.2 汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源的基本屬性及特點(diǎn)
標(biāo)準(zhǔn)信源需具備以下特性:① 必須是汽車“電子身份證”;② 信源內(nèi)存信息是數(shù)字化的,并真實(shí)可靠、可信、盡可能標(biāo)準(zhǔn)化;③ 用跳頻方式工作在UHF頻段,與汽車使用壽命等效(10年),且在使用壽命期內(nèi)完全免維護(hù);④ 一經(jīng)裝配后與汽車即形成唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系;⑤ 能確保在汽車高速(180krn/)的行駛狀態(tài)下滿足基站設(shè)備對(duì)汽車身份信息進(jìn)行采集的需求,識(shí)別率不低于99.95% ;⑥ 能完全支持基站設(shè)備對(duì)其采集和回寫的要求;⑦ 在使用壽命期內(nèi)能完全支持基站對(duì)其進(jìn)行每天不低于1O0次的采集和回寫的需求;⑧ 能確保在汽車所能使用的全部氣候條件下實(shí)現(xiàn)全部設(shè)計(jì)功能;⑨ 能在基站定向通信的環(huán)境下,0~8m或0~15m的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)基站通信的全面響應(yīng)。
只有具備上述9種特性,才能使“汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源”在行政和社會(huì)管理領(lǐng)域內(nèi)的作用表現(xiàn)為“支持電子車牌管理體制”的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái),也就是一個(gè)“電子車牌”。在商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的作用則表現(xiàn)為“汽車道路交通涉車信息采集”的前端信息平臺(tái)。
3 用于汽車識(shí)別的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源系統(tǒng)在道路交通領(lǐng)域中涉及的關(guān)鍵技術(shù)
3.1 車卡和雙芯雙界面司機(jī)卡的研制及識(shí)別
汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源的定義是“工作于UHF頻段,且具有多項(xiàng)應(yīng)用特性的無(wú)源陶基型汽車專用RFID電子標(biāo)簽”,此標(biāo)簽與汽車擋風(fēng)玻璃“固聯(lián)一體” ,是緊貼擋風(fēng)玻璃安裝的。而駕駛員用的司機(jī)卡,則是一個(gè)在駕駛狀態(tài)下才臨時(shí)安置于車輛擋風(fēng)玻璃上的電子標(biāo)簽,為了攜帶方便和防止損壞,應(yīng)采用類似“銀行卡”或“身份證”的PVC,PET等材質(zhì)制作,為了功能擴(kuò)展和廣泛兼容,司機(jī)卡還應(yīng)考慮加入HF頻段(13.56MHz)工作的芯片及微帶天線,以形成“異頻異構(gòu)的RFID電子標(biāo)簽”,其在擋風(fēng)玻璃上的安裝方式是“抽取式”安裝,上述兩種標(biāo)簽在基材電氣特性、配裝方式、微波工作介質(zhì)層上完全不同,但是要互不干擾地工作于同一微波視場(chǎng),并被等效識(shí)別,這是“在車、駕各種運(yùn)行狀態(tài)下,特別是暢行條件下的身份自動(dòng)識(shí)別認(rèn)證和對(duì)車、駕對(duì)應(yīng)關(guān)系的判定認(rèn)證”的難點(diǎn)和關(guān)鍵。
3.2 不同車型擋風(fēng)玻璃上卡的安裝技術(shù)
現(xiàn)行市場(chǎng)上國(guó)家批準(zhǔn)銷售的車輛共有上百個(gè)品牌幾百種不同的型號(hào),其擋風(fēng)玻璃的傾角從2l。~93。不等,擋風(fēng)玻璃上沿高度距離地面從1~3m 以上不等,除此之外,還有貼裝了含金屬保護(hù)膜的車輛、擋風(fēng)玻璃含金屬夾層的車輛、車頂上帶金屬雨蓬的車輛,以及個(gè)別非常規(guī)的異型車輛。因此必須探索、研究不同車型上的裝卡位置和方法,使所有安裝“汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源”的車都能順利被基站所識(shí)別。
3.3 車卡和司機(jī)卡的自動(dòng)識(shí)別與認(rèn)證
由于車卡和司機(jī)卡對(duì)應(yīng)的是“車、駕”這兩大管理對(duì)象的身份,因此必須設(shè)計(jì)一種進(jìn)行“車、駕授權(quán)配對(duì)使用”機(jī)制、權(quán)限的認(rèn)證管理以及設(shè)計(jì)出基站對(duì)車駕的配對(duì)關(guān)系進(jìn)行實(shí)時(shí)認(rèn)證的技術(shù)。只有具備了這一技術(shù)手段,才能對(duì)“車和駕”這兩大管理對(duì)象做到“看得準(zhǔn)、認(rèn)得清、分得開、管得住”。
3.4 各種型譜基站研發(fā)
由于應(yīng)用環(huán)境的多樣化、復(fù)雜化以及不同的應(yīng)用功能需求,在充分考慮到各種可能的應(yīng)用環(huán)境和服務(wù)方式下,通過(guò)二次開發(fā)、設(shè)計(jì)、集成出型譜系列的基站 。本系統(tǒng)結(jié)合道路公安交通管理的各種需求,研發(fā)了像標(biāo)準(zhǔn)信源初裝檢驗(yàn)基站、信源和卡發(fā)行基站、信息采集基站、監(jiān)控管理基站、與用戶對(duì)話基站、超速監(jiān)控專用基站、便攜式和車載移動(dòng)式基站等型譜基站。
3.5 電子車牌內(nèi)存資源規(guī)劃
以“電子車牌”功能為基礎(chǔ)的面向社會(huì)化服務(wù)的“汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源系統(tǒng)”的資源規(guī)劃、調(diào)度管理 及信息服務(wù)技術(shù)的研究,就是對(duì)其芯片內(nèi)存字段資源的分配規(guī)劃、字段定義、內(nèi)存數(shù)據(jù)調(diào)度規(guī)劃及定義內(nèi)存信息服務(wù)范圍和服務(wù)方式進(jìn)行研究,使其能為公安、保險(xiǎn)、交通運(yùn)輸、環(huán)保和城建管理等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供服務(wù),以致于充分挖掘“汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源”在“資源型應(yīng)用” 方面的“核心價(jià)值”和突破電子車牌局限于“工具型應(yīng)用”的單一層面。
3.6 “汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源”信息安全和用戶隱私權(quán)防護(hù)技術(shù)
RFID標(biāo)簽采用的是信息交互技術(shù),其攜帶的“汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源”卡內(nèi)的用戶隱私可能被識(shí)別和被非法跟蹤¨ ,因此需要研發(fā)對(duì)汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源的內(nèi)存應(yīng)用分區(qū)“讀寫”的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)證及加密的技術(shù) 。由于在開放環(huán)境下使用的“電子標(biāo)簽”容易遭到同類讀寫設(shè)備的攻擊,致使“標(biāo)簽”內(nèi)數(shù)據(jù)全部丟失,因此需研發(fā)空中快速恢復(fù)原始數(shù)據(jù)的技術(shù),同時(shí)要研發(fā)國(guó)家機(jī)密事權(quán)車的涉密防護(hù)技術(shù),以便使裝有“標(biāo)準(zhǔn)信源”的國(guó)家機(jī)密事權(quán)車,既能以其真實(shí)身份活動(dòng)于機(jī)密事權(quán)環(huán)境中,又能以其法的“偽身份”活動(dòng)于公共環(huán)境中。
4 汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源系統(tǒng)在道路公安交通管理的應(yīng)用
我國(guó)創(chuàng)設(shè)“汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源”,也就從根本上突破了“汽車道路交通信息資源”開發(fā)的技術(shù)瓶頸。下面僅介紹汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源系統(tǒng)在區(qū)域性路網(wǎng)交通流信息查詢及動(dòng)態(tài)調(diào)度(精確到車種和車型)以及超速違章車的全路段監(jiān)控和配合“電子警察”系統(tǒng)辨別查證違章司機(jī)等道路公安交通管理方面的部分應(yīng)用。
4.1 區(qū)域性路網(wǎng)交通流信息查詢及動(dòng)態(tài)調(diào)度(精確到車種和車型)
信息采集網(wǎng)絡(luò)是由策略性分布在陸地交通系統(tǒng)中的重要交通監(jiān)測(cè)部位的信息采集基站點(diǎn)構(gòu)成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)信息采集點(diǎn)安裝一個(gè)由工控機(jī)集成研發(fā)的信息采集基站。它能對(duì)經(jīng)過(guò)該地點(diǎn)的車輛所配裝的電子車牌進(jìn)行識(shí)別,并可由分布在不同地點(diǎn)的識(shí)別裝置構(gòu)成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),當(dāng)采集點(diǎn)的分布達(dá)到一定的密度時(shí),采集網(wǎng)絡(luò)就可以有效地覆蓋一定區(qū)域內(nèi)的交通道路。它可為動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度和車輛擁堵提供好的技術(shù)支撐。路網(wǎng)交通流信息查詢功能的實(shí)現(xiàn)如圖1所示。
圖I 查詢示意圖
Fig.1 Inquery sketch graph
.2 采用“時(shí)空差分法”對(duì)超速違章車進(jìn)行全路段監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)
可在某些事故多發(fā)地段和重要關(guān)口安裝監(jiān)控基站,當(dāng)路段車通過(guò)第1個(gè)監(jiān)控基站時(shí),閱讀器就開始識(shí)別路段車的電子標(biāo)簽的相關(guān)信息,并在后臺(tái)的超速監(jiān)控軟件中開始記錄識(shí)別車的相關(guān)信息;當(dāng)路段車到達(dá)第2個(gè)監(jiān)控基站時(shí),在已知的兩基站之間的距離和路段車通過(guò)的時(shí)間下,可得到此車在兩基站之間的平均速度,然后通過(guò)與路段車型的上限速度相比較,即可判定此車是否超速,若超速,則在司機(jī)卡的電子標(biāo)簽的對(duì)應(yīng)字段中寫入超速的相關(guān)信息,作為電子數(shù)字處罰單的憑據(jù),并還能在后臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)中打印出詳細(xì)的相關(guān)超速信息。由于在重要路段上安裝有監(jiān)控基站,因此可以查控車輛的區(qū)域性運(yùn)行狀態(tài)的全過(guò)程記錄及回溯。此技術(shù)的應(yīng)用有利于交通管理部門的數(shù)字化和智能化管理。超速違章車的全路段監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)如圖2所示。
2 監(jiān)控示意圖
Fig.2 Monitor sketch graph
4.3 配合“電子警察”系統(tǒng)辨別查證違章司機(jī)的功能
電子警察系統(tǒng)在ITMS(intelligent transportationmanagement systems)中占有重要的地位,它是交通執(zhí)法系統(tǒng)的組成部分,它所形成強(qiáng)大的威懾力,不僅可促使廣大駕駛員不敢隨意違章,同時(shí)也減輕了民警的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)配裝有電子車牌的司機(jī)卡,不僅能解決傳統(tǒng)只懲罰車主的不合理情況,而且通過(guò)配合“電子警察”,它還能把違規(guī)信息寫入司機(jī)卡,并啟動(dòng)違規(guī)的抓拍系統(tǒng)來(lái)抓拍違規(guī)現(xiàn)場(chǎng),以便為數(shù)字化的處罰管理提供依據(jù)和技術(shù)支撐。
汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源系統(tǒng)除了上述應(yīng)用外,它還具有與傳統(tǒng)車牌配合辨識(shí)假冒車牌(套牌車)的功能、區(qū)域交通動(dòng)態(tài)管制的組織功能、小區(qū)停車自動(dòng)收費(fèi)及防盜功能、限速路段的管控功能和數(shù)字化的路查路檢功能等。因此它在交通運(yùn)輸領(lǐng)域和城建領(lǐng)域?qū)⒂泻軓V闊的應(yīng)用前景。
5 結(jié) 論
開展汽車數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)信源系統(tǒng)的研究是為了探索我國(guó)在道路交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“電子車牌”管理體制的可能性和可行性,以期成為智能交通領(lǐng)域應(yīng)用的突破口,同時(shí)也能夠充分滿足公安部針對(duì)道路交通監(jiān)控系統(tǒng)的綜合管理效能而提出的“實(shí)時(shí)監(jiān)視,聯(lián)網(wǎng)布控,自動(dòng)報(bào)警,快速響應(yīng),科學(xué)高效,信息共享”的24字要求,使公安部門因得到智能交通系統(tǒng)技術(shù)的有力支持而真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的交通管理,從而為“科技強(qiáng)警”注入新的生機(jī)和活力。