摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，港口業(yè)務(wù)增長(zhǎng)迅猛，提高吞吐量的需要也越來(lái)越強(qiáng)烈。而目前依靠人工管理的方式顯得捉襟見(jiàn)肘，所以采用高新技術(shù)改善港口管理模式勢(shì)在必然。RFID港口車(chē)輛管理系統(tǒng)通過(guò)給港口車(chē)輛綁定電子身份芯片，把車(chē)輛的相關(guān)信息記錄到系統(tǒng)中，由系統(tǒng)統(tǒng)一管理港口車(chē)輛的進(jìn)出行為，從實(shí)際上解決人工管理車(chē)輛所帶來(lái)的效率與效益的問(wèn)題。系統(tǒng)利用高性能的超高頻讀寫(xiě)器，采用基于C/S模式分層結(jié)構(gòu)，利用緩存，雙數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，使系統(tǒng)的可操作性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，數(shù)據(jù)交互便捷。從而很好地提高了港口碼頭的管理效率與服務(wù)水平。

關(guān)鍵詞： 港口車(chē)輛管理系統(tǒng)； RFID技術(shù)； 車(chē)牌識(shí)別； 電子標(biāo)簽

中圖分類(lèi)號(hào)：TN91134； TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004373X(2012)04008304

Design and realization of RFIDbased port vehicle management system

LIANG Yongyu1， ZHONG Jingwei1，2， LUO Gengqiang2

(1. Shenzhen Invengo Information Technology Co. Ltd.， Shenzhen 518057， China;

2. National University of Defense Technology， Changsha 410073， China)

Abstract： With the sustained economic development in China， port business is growing rapidly， so that it is more intensive to improve throughput， but the traditional management modes， labor management， cannot meet the practical demands nowadays. Therefore， it is very important to improve the port management mode with hightech. It is an irresistible trend to combine the port vehicle management mode with RFID， which has the unique advantages of remote distance read， large information capacity， rewritble performance， high security， readable capability in motion， allweather， small volume and so on. A scheme of RFIDbased ports vehicle management system is put forward. It is necessary to apply system to improve the port management efficiency and service level with RFID technology. RFID application makes ports play a greater function.

Keywords： port vehicle management system; RFID technology; licence plate; electronic tag

收稿日期：20110817

基金項(xiàng)目：2010年廣州市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2010Y1C741）；廣州市重大科技專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目(2009A1D151)0引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，快速增長(zhǎng)的港口業(yè)務(wù)量對(duì)港口碼頭管理系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。將RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、地感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合，建設(shè)基于RFID技術(shù)的港口車(chē)輛管理系統(tǒng)能大大提高港口的效率與效益\\[12\\]。

傳統(tǒng)的人工管理手段存在很多缺陷，港口使用RFID技術(shù)等管理能有效地解決以下問(wèn)題：

（1） 人工管理存在著人為的過(guò)失與耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題，而使用計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)讀取RFID存儲(chǔ)信息，在系統(tǒng)正常運(yùn)行中不存在失誤的問(wèn)題，計(jì)算機(jī)的高性能也使單位流程的作業(yè)時(shí)間減少到最優(yōu)。

（2） 在遇到不實(shí)時(shí)的問(wèn)題時(shí)可通過(guò)系統(tǒng)調(diào)出歷史記錄，防止無(wú)法追溯問(wèn)題的出現(xiàn)，減少不必要的分爭(zhēng)端。

（3） 在遇到網(wǎng)絡(luò)故障等問(wèn)題時(shí)，車(chē)輛身份的信息可直接通過(guò)讀取寫(xiě)入RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)區(qū)獲取，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。

（4） 減少司機(jī)的工作量，RFID技術(shù)的遠(yuǎn)距離、可移動(dòng)的讀取方式可使司機(jī)不下車(chē)，不等待便可以通行。

（5） 可防偽性，系統(tǒng)根據(jù)一定的規(guī)則向每張車(chē)輛身份卡寫(xiě)入數(shù)據(jù)，他人不可效仿。

1RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，RFID技術(shù)迅速發(fā)展，因其具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，穿透力強(qiáng)，讀寫(xiě)距離遠(yuǎn)，讀取速率快，使用壽命長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于身份識(shí)別、物流管理、物品追蹤、防偽、交通、動(dòng)物管理等諸多領(lǐng)域。

一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)主要由限量的后臺(tái)計(jì)算機(jī)、若干讀寫(xiě)器、閱讀器及電子標(biāo)簽組成。其中，電子標(biāo)簽是物品識(shí)別的載體，每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼，其內(nèi)部存放著物品的相關(guān)信息；讀寫(xiě)器和閱讀器是系統(tǒng)的中間設(shè)備，它們通過(guò)射頻信息同電子標(biāo)簽進(jìn)行近距離通信，從而識(shí)別標(biāo)簽指代的物品信息，通過(guò)接口把信息匯總給后臺(tái)計(jì)算機(jī)。讀寫(xiě)器和閱讀器的區(qū)別在于，讀寫(xiě)器可以對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀寫(xiě)操作，而閱讀器只能讀取標(biāo)簽內(nèi)部存放的信息；后臺(tái)計(jì)算機(jī)分析從中間設(shè)備傳來(lái)的信息，負(fù)責(zé)管理整個(gè)標(biāo)簽系統(tǒng)的正常工作。

RFID系統(tǒng)的硬件組成包括電子標(biāo)簽和電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器兩部分。讀寫(xiě)器通過(guò)射頻信息同電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，系統(tǒng)通過(guò)讀寫(xiě)器給電子標(biāo)簽發(fā)送指令，并通過(guò)讀寫(xiě)器分析電子標(biāo)簽返回的有關(guān)信息；電子標(biāo)簽是應(yīng)答器，用來(lái)響應(yīng)讀寫(xiě)器的指令，并報(bào)告處理結(jié)果。

電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片組成，標(biāo)簽天線是讀寫(xiě)器和標(biāo)簽芯片之間進(jìn)行信號(hào)和能量傳遞的終結(jié)。標(biāo)簽芯片則根據(jù)讀寫(xiě)器的指令，做出相應(yīng)的操作和響應(yīng)\\[310\\]。

2系統(tǒng)概述

系統(tǒng)分為軟件與硬件部分，硬件部分包括RFID讀寫(xiě)器、RFID電子標(biāo)簽、工控機(jī)、攝像機(jī)、硬盤(pán)錄像機(jī)、自動(dòng)道閘、LED顯示屏、地感等。軟件部分采用C/S模式設(shè)計(jì)，具有響應(yīng)速度快，操作界面漂亮等優(yōu)點(diǎn)。軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)合法用戶(hù)的管理，并允許對(duì)應(yīng)的用戶(hù)管理車(chē)輛的身份卡(RFID標(biāo)簽)，包含新增與注銷(xiāo)。另外，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)用戶(hù)可以監(jiān)控整個(gè)車(chē)輛的出入行為，必要時(shí)可進(jìn)行人工干預(yù)，超級(jí)用戶(hù)具有對(duì)這個(gè)系統(tǒng)所有功能的權(quán)限，具有對(duì)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)字典、過(guò)往歷史記錄的查閱統(tǒng)計(jì)等操作權(quán)限。另外，系統(tǒng)具有雙數(shù)據(jù)庫(kù)，即中心數(shù)據(jù)庫(kù)與本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。中心數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)正常情況下系統(tǒng)記錄信息與獲取信息的媒體，系統(tǒng)通過(guò)WebService服務(wù)與中心服務(wù)器進(jìn)行交互；本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具有與中心服務(wù)器相同的數(shù)據(jù)字典，以便于網(wǎng)絡(luò)異常情況下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)脫機(jī)運(yùn)行，系統(tǒng)在這一時(shí)期產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會(huì)暫時(shí)保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，待網(wǎng)絡(luò)正常后自動(dòng)上傳到中心服務(wù)器，保證記錄的完整，其物理結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

由圖1可以看出，系統(tǒng)主要運(yùn)行在局域網(wǎng)內(nèi)，一個(gè)網(wǎng)內(nèi)可分步多個(gè)閘口子系統(tǒng)，一般情況下一個(gè)子系統(tǒng)可包含一個(gè)出子系統(tǒng)與一個(gè)入子系統(tǒng)，圖中只畫(huà)出一個(gè)子系統(tǒng)的出與入子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)連接基礎(chǔ)硬件設(shè)備已達(dá)到系統(tǒng)全方位控制，讀寫(xiě)器與網(wǎng)絡(luò)相連，可通過(guò)讀寫(xiě)器的ID地址區(qū)分不同的子系統(tǒng)，同時(shí)安裝視頻監(jiān)控，實(shí)時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)的畫(huà)面并保存，通過(guò)串口服務(wù)器主要是要達(dá)到控制自動(dòng)道閘與LED顯示屏的目的。其系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1RFID港口車(chē)輛管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D圖2RFID港口車(chē)輛管理系統(tǒng)軟件體系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層包括與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的接口，如數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)或者其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)源，主要是存儲(chǔ)系統(tǒng)所產(chǎn)生與所需要的數(shù)據(jù)記錄。

數(shù)據(jù)接口層此層是為業(yè)務(wù)服務(wù)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)，通過(guò)WebService接口實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的連接。該層由一系列的數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件組成，它可以完成對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的CRUD(增加、刪除、查詢(xún)、修改)操作，可抽象出數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式，分離數(shù)據(jù)訪問(wèn)的實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)邏輯，上層的業(yè)務(wù)邏輯組件無(wú)需理會(huì)底層的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)細(xì)節(jié)，專(zhuān)注于業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用服務(wù)層此層是應(yīng)用系統(tǒng)的核心，由系列的業(yè)務(wù)邏輯組件組成。它完成了系統(tǒng)所需的所有業(yè)務(wù)邏輯方法。業(yè)務(wù)邏輯層建立在數(shù)據(jù)接口層之上。為了分離業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)接口層之間的耦合，即業(yè)務(wù)邏輯組件只調(diào)用數(shù)據(jù)接口層提供的接口，而不與具體的實(shí)現(xiàn)類(lèi)耦合。使應(yīng)用層僅僅與業(yè)務(wù)邏輯組件的接口耦合，而無(wú)需理會(huì)業(yè)務(wù)邏輯組件的實(shí)現(xiàn)。

用戶(hù)表示層表示層即UI，UI(User Interface)用戶(hù)界面，也稱(chēng)人機(jī)界面。是指用戶(hù)和某些系統(tǒng)進(jìn)行交互方法的集合，這些系統(tǒng)不單單指電腦程序，還包括某種特定的機(jī)器、設(shè)備、復(fù)雜的工具等?？刂茖咏邮苡脩?hù)的輸入，并調(diào)用模型和視圖去完成用戶(hù)的需求，當(dāng)用戶(hù)單擊系統(tǒng)界面中的按鈕等時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的事件提交對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行處理。

系統(tǒng)工作流程圖結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3RFID車(chē)輛管理系統(tǒng)工作流程圖上圖主要是從大的角度描述整個(gè)系統(tǒng)工作的流程，首先系統(tǒng)定義了身份卡的類(lèi)型有2種：臨時(shí)卡、固定卡。臨時(shí)卡只有一個(gè)單位的生命周期，即只能完成1次車(chē)輛的出入操作，車(chē)輛進(jìn)港口時(shí)發(fā)卡區(qū)提供如車(chē)牌等的必要信息后，發(fā)卡用戶(hù)確認(rèn)無(wú)誤后發(fā)出該車(chē)輛對(duì)應(yīng)的臨時(shí)卡。固定卡是代表長(zhǎng)時(shí)間有效的，車(chē)輛持卡進(jìn)入識(shí)別區(qū)，進(jìn)行核對(duì)身份并進(jìn)行相應(yīng)的操作。臨時(shí)卡的車(chē)輛出閘口時(shí)，用戶(hù)應(yīng)該在系統(tǒng)的提醒下回收身份卡后才能放行。

3系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖3.1用戶(hù)管理

界面如圖5所示。

圖5用戶(hù)管理界面圖（1） 查詢(xún)：在用戶(hù)名稱(chēng)文本框中輸入需要查詢(xún)用戶(hù)的用戶(hù)名稱(chēng)，即對(duì)應(yīng)詳細(xì)信息列表中的賬戶(hù)名，即可查詢(xún)對(duì)應(yīng)的賬號(hào)信息，該查詢(xún)屬于精確查詢(xún)，默認(rèn)文本框?yàn)榭?，則查詢(xún)系統(tǒng)所有的合法用戶(hù)。

（2） 添加：在添加信息中輸入用戶(hù)的必要信息，通過(guò)驗(yàn)證，包含賬戶(hù)名不允許相同，2次輸入的密碼要一致等，即可完成用戶(hù)的添加。

（3） 刪除：在詳細(xì)信息列表中選中需要?jiǎng)h除的用戶(hù)，點(diǎn)擊刪除用戶(hù)按鈕完成用戶(hù)的刪除。

3.2卡片管理

界面如圖6所示。

圖6卡片管理界面圖（1） 添加新卡。首先保證軟件跟讀寫(xiě)器設(shè)備正常連接，軟件左下角會(huì)提示當(dāng)前的連接情況；然后拿一張新的標(biāo)簽在讀寫(xiě)器上讀取它的編號(hào)后，再根據(jù)界面的需求完成必要的信息填寫(xiě)，點(diǎn)擊確認(rèn)新增按鈕，即可完成發(fā)卡的功能，同時(shí)標(biāo)簽內(nèi)會(huì)寫(xiě)入一些相關(guān)的信息，由于車(chē)牌部分設(shè)計(jì)漢字編碼，按照國(guó)際編碼規(guī)范轉(zhuǎn)換一個(gè)漢字得占用16 b，因?yàn)檐?chē)牌漢字固定，故采用自定義編碼規(guī)則，有效節(jié)省標(biāo)簽存儲(chǔ)空間，其他的寫(xiě)入信息也按照定義的簡(jiǎn)單類(lèi)型進(jìn)行寫(xiě)入，所以讀取標(biāo)簽時(shí)也要在此編碼規(guī)則下進(jìn)行翻譯才能讀取有用的數(shù)據(jù)。

（2） 銷(xiāo)毀卡片。當(dāng)卡片不再在系統(tǒng)中有效時(shí)，可先讀取標(biāo)簽的編號(hào)，界面顯示這標(biāo)簽的相關(guān)信息，待用戶(hù)確認(rèn)并填寫(xiě)相關(guān)的銷(xiāo)毀原因后點(diǎn)擊確認(rèn)銷(xiāo)毀即可完成操作。

3.3車(chē)輛管理

界面如圖7所示。此模塊主要自動(dòng)完成車(chē)輛持有效身份標(biāo)簽后通過(guò)閘口的操作，可以對(duì)車(chē)輛進(jìn)行有效的身份確認(rèn)與記錄功能。閘口歷史記錄列表記錄允許通過(guò)閘口的車(chē)輛記錄，顯示最新的N條記錄。左下角是車(chē)牌識(shí)別模塊實(shí)時(shí)識(shí)別顯示，顯示當(dāng)前車(chē)道的攝像槍的攝像內(nèi)容，點(diǎn)擊切換按鈕可在出口通道與入口通道的視頻畫(huà)面中轉(zhuǎn)化。

圖7車(chē)輛管理界面圖右面顯示的區(qū)域是最新通過(guò)閘口車(chē)輛的截圖與狀態(tài)。右上區(qū)域顯示出口車(chē)輛的畫(huà)面，并在標(biāo)簽車(chē)牌文本框中顯示當(dāng)前車(chē)輛的身份卡中記錄的車(chē)牌號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)與車(chē)牌識(shí)別模塊中的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行匹配，如果識(shí)別成功則自動(dòng)完成開(kāi)閘、LED顯示、記錄行跡等相關(guān)操作；如果識(shí)別失敗則提示人工識(shí)別，如果識(shí)別成功則填寫(xiě)開(kāi)閘原因，并點(diǎn)擊手動(dòng)開(kāi)閘按鈕進(jìn)行放行；如果識(shí)別的結(jié)果與身份卡的信息不匹配，則提示操作人員匹配失敗，操作人員人工確認(rèn)后可進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3.4統(tǒng)計(jì)查詢(xún)

車(chē)輛基本信息查詢(xún)界面、行跡信息查詢(xún)界面如圖8所示。

圖8查詢(xún)界面車(chē)輛基本信息查詢(xún)是查詢(xún)所有已發(fā)車(chē)輛身份卡的信息。行跡信息查詢(xún)是查詢(xún)所有允許通行的車(chē)輛的記錄信息。此模塊按照界面所能提供的屬性進(jìn)行相應(yīng)模塊的查詢(xún)操作，支持組合條件查詢(xún)，查詢(xún)部分為提供更快的查詢(xún)效率，添加緩存機(jī)制。根據(jù)搜索內(nèi)容的關(guān)鍵字，可優(yōu)先從本地緩存中取數(shù)據(jù)，不用向服務(wù)器請(qǐng)求。

除此之外，系統(tǒng)還有一些其他的功能模塊，菜單欄中的下載數(shù)據(jù)是指在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下。從服務(wù)器下載最新的數(shù)據(jù)字典，達(dá)到本地?cái)?shù)據(jù)與遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)的一致性。上傳數(shù)據(jù)是指脫機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如行跡記錄等都暫時(shí)保存在本地，客戶(hù)端跟服務(wù)器恢復(fù)正常通信后通過(guò)“上傳數(shù)據(jù)”菜單把記錄保存到后臺(tái)服務(wù)器。切換用戶(hù)是指在模塊的管理員賬戶(hù)之間可以在不退出系統(tǒng)的情況下進(jìn)行切換。修改密碼是指修改當(dāng)前處于登錄狀態(tài)的用戶(hù)密碼，需要輸入原始密碼與新密碼。

4結(jié)語(yǔ)

RFID港口車(chē)輛管理系統(tǒng)是基于RFID的車(chē)輛管理應(yīng)用解決方案，采用先進(jìn)的RFID技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、電子技術(shù)、通信和信息技術(shù)等諸多高科技技術(shù)，能有效地解決港口車(chē)輛信息管理中的傳統(tǒng)問(wèn)題，有效地提高閘口的管理水平和信息化水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的自動(dòng)識(shí)別和實(shí)時(shí)跟蹤，避免了人為的過(guò)失，提高了車(chē)輛在港口的通關(guān)速度。所以RFID技術(shù)應(yīng)用于港口車(chē)輛的綜合服務(wù)與管理，具有多方面的戰(zhàn)略性積極影響與巨大的市場(chǎng)前景。

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