孫繼山

利用射頻識別技術實現人車一致性的車聯網

孫繼山

本文探討車聯網系統(tǒng)建設，利用無線射頻技術，建立電子行駛證發(fā)射源，整合駕駛證數據，響應移動或者固定的射頻讀寫器，進行交互通信，后臺云計算中心獲取車輛和駕駛員的信息，將獲取的車駕管信息進行登記，形成智慧交通大數據。同時，控制停車場、加油站、修理廠、收費路口和物流等與車輛相關的通行、收費等。本文嘗試突破傳統(tǒng)的城市指揮交通管理技術，實現車輛運行安全隱患分析及應用，建立基于交通大數據的人—車匹配技術，讓機動車管理全面進入物聯網時代。

交通管理面臨的問題

交通智能化是智慧城市建設中重要的組成部分，隨著信息化技術的發(fā)展，單純依靠攝像機、電子警察、卡口等設備采集的信息已經無法滿足交通管理中實時同時獲取人車信息的需求。道路設施的不斷完善和機動車輛的急劇增加，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行分析。

從公安機關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)獲取機動車軌跡的同時無法同時獲取駕駛員軌跡；（2）機動車號牌被遮擋后，系統(tǒng)無法分辨機動車號牌；（3）機動車的超速現象無法通過均衡的多點計算獲取，只能通過攝錄像技術單點獲??；（4）無證駕駛、疲勞駕駛等，缺乏認定依據，從而無法實行處罰；（5）城市車流量無法全面感應，影響了智能化交通系統(tǒng)的完整設計；（6）機動車到達報廢期限后，無法強制報廢，大量的報廢車輛上路行駛；（7）機動車修理后，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輸、校車、公車等實現特殊的管理要求；（9）針對車輛布控難以實時獲得結果，缺乏預見性，對駕駛人無法布控，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，效率低下，收費標準不一，各自為政，缺乏數據支撐；（2）而作為智能交通節(jié)點的ETC技術，一般要通過車型檢測（AVC），然后才與RFID進行通信，所以導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、經濟管理部門、環(huán)保部門以及能源戰(zhàn)略等不同角度看，現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施車聯網需求。

車聯網整體框架

本文設想的車聯網模式為2個證，4個網。2個證是電子行駛證、電子駕駛證，4個網分別為車聯網、公安網、政府政務網和互聯網。就車聯網來說，在感知層，利用射頻識別來識別人——車，在網絡層，通過加密的傳輸進入公安網、政務網和互聯網，在應用層，供公安網、政務網和互聯網內的受眾——公安部門、政府各部門、企業(yè)和民眾應用，形成完整的物聯網應用閉環(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，調制加密形成電子碼。

圖1 車聯網工作原理框架圖

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），進行數據交換，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)調結果，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，計算車輛的行駛速度、位置信息，加上時間數據，調制加密后通過有線和無線網絡，經過公安安全接入平臺進入公安網絡。特殊情況下，還記載傳輸扣款、違章等信息加密傳輸。

公安應用

在公安網內的大數據平臺，利用獲取的車輛駕駛員信息進行各種應用，如交通誘導、布控、違章記錄等。同時，根據國務院相關數據共享規(guī)定，將數據傳入政務網。

政府應用

政府部門在政務網對數據進行應用，如停車場管理、環(huán)保、交通等部門應用，同時，數據進行互聯網大數據運營平臺。

企業(yè)和民眾應用

在互聯網大數據運營平臺，互聯網金融機構根據規(guī)定形成自己的數據源，如記載車輛軌跡、車輛付款信息解析，供企業(yè)和民眾應用。企業(yè)和民眾利用數字證書，進行查詢、付款等操作。

目前，由于監(jiān)控物聯網、公安網、政務網、互聯網的連接已經完成，山東省的警務云計算、大數據平臺業(yè)已建成，車聯網建設重點為前端基本構件，即射頻識別相關技術和設備。

車聯網基本構件

射頻識別技術

射頻識別 （RFID， Radio Frequency Identification）從二十世紀九十年興起以來，已成為物聯網核心組件，在交通方面，已廣泛應用于內河船舶、動車高鐵等方面。射頻識別系統(tǒng)由射頻卡、讀寫器兩部分組成。射頻卡在一個芯片中集成了幾個主要模塊，芯片上有內存，內存主要用來儲存識別號碼等數據，其容量取決于單片機的容量，從比特到百兆或者更多。射頻識別技術分為有源射頻和無源射頻，有源射頻靠內部電池供電工作，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)需要遠距離識別，因此采用有源射頻識別技術。讀寫器是閱讀、擦寫射頻卡或者IC卡的終端設備。

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

機動車電子行駛證設計為有源射頻卡，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，它能夠響應讀寫器要求，進行雙向數據傳遞，由公安交管部門寫入車輛信息，每部車輛發(fā)放一個電子行駛證，它安裝在機動車內擋風玻璃上端，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執(zhí)法裝置的民警重置生效。電子行駛證平時處于待機低功耗狀態(tài)，通過讀寫器激活后才進行通信，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，預制語音提醒，提醒駕駛員駕駛時間，駕駛速度、事故易發(fā)地和路況等。

電子駕駛證設計為由授權互聯網金融機構發(fā)放的帶有駕駛員資料的金融借記卡。啟動車輛前插入電子行駛證內讀取信息，在行駛過程中保持，駕駛員離開時取下。電子駕駛證除包含金融信息、駕駛員信息外，可包含身份實名信息、eID1網絡實名信息、公民通信信息、網絡虛擬信息等，可以設計為接觸式的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制的電子碼進行遠距離讀寫操作的終端設備，分為手持和固定兩種形式。讀寫器采集信息后，通過有線網絡或者運營商4G/3G/GPRS/GSM通信網絡向數據中心實時上報信息，需要時，讀寫器發(fā)送指令給與其相關聯設備，如收放橫桿，發(fā)送信息、收費等。

車聯網基本工作原理

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，電子行駛證自動啟動，讀取駕駛證IC卡信息，如駕駛員信息準駕該車，電子行駛證會發(fā)出語音提示，準駕，按一定的規(guī)則將駕駛證信息和行駛證信息進行調制加密，如駕駛證與相駕駛車輛不符，則在提示后，將調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證機制，確保調制過程的安全。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記——安全起見，讀寫器不直接扣除款項，而是通知電子行駛證在電子駕駛證芯片做扣除標志。

車聯網數據采集

車輛行駛中，讀寫器激活電子行駛證并采集調制的信息，通過車聯網傳輸到公安網安全接入平臺，公安網內應用服務器將數據解調還原，送入大數據平臺，由于激活、數據交換在秒級完成，保證電子行駛證的低功耗、高安全特性。

后臺數據系統(tǒng)工作原理

部署Hadoop海量數據處理系統(tǒng)，用于收集讀寫器傳來的車輛駕駛員信息，一般情況下，這些信息包括時間、地點、駕駛員、車輛牌照、車速等基礎信息，還可包括收付款信息，采用這一系統(tǒng)還可與監(jiān)控數據相互印證。應用舉例，如接收到的信號中存在與所駕車型不符的情況，在經過第一個讀寫器后，系統(tǒng)后臺開始報警并傳遞給附近交警。

公安部門、政府部門、企業(yè)和民眾應用

獲取數據后，公安部門可進行車流檢測、布控等應用，完全將套牌、闖紅燈、肇事逃逸、超速、超載、行駛應急公交車道等現象杜絕；通過安全接入平臺進入政府大數據系統(tǒng)，供政府部門應用；再通過安全網關，接入互聯網和移動互聯網，供企業(yè)和民眾應用，如駕駛人收到扣款標記后，可登錄互聯網系統(tǒng)進行確認付款，超過默認期限后，系統(tǒng)自動扣款，確保了支付安全。這樣就形成完整的車聯網生態(tài)，該系統(tǒng)所積累的大數據，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項專利技術，在實施過程中，要本著安全第一的原則，妥善設計。

車聯網應用前景及實施方案

對于公安部門的意義

實現了人—車關聯性問題。解決了傳統(tǒng)卡口、電警系統(tǒng)只是對車輛行為進行記錄的問題，實現了人—車關聯。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。

政府其他部門應用前景

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

車聯網實施思路

如何在大范圍內推廣電子駕駛證和電子行駛證，是一個值得探討的社會管理問題。筆者認為，采用PPP模式2解決部署費用問題是一個可行的方案。因為金融運營部門和其他企業(yè)的介入，普通的機動車電子駕駛證和行駛證將不需要由個人來付費，甚至加裝北斗定位或者3G/4G無線網絡的車輛亦無需收費。個人的電子行駛證和駕駛證部署費用由互聯網金融運營等企業(yè)承擔。但采集管理信息設備、物聯網、云計算等費用，則由相關部門、公司負擔，其專利費用設立基金，對重大交通事故進行救助。PPP模式減輕了個人和企業(yè)負擔，將大大有利于普及電子證照系統(tǒng)的安裝。

結束語

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。云計算和交通大數據能夠很好地支撐眾多的讀寫器形成海量數據，這是物聯網催生的一次交通管理的革命。目前我市公安機關正在積極跟蹤全國物聯網、車聯網發(fā)展動態(tài)，并積極探索利用新技術解決現有難題的思路，已具備了試點這一新技術的條件。

1.eID的含義：eID即適用于網絡的電子身份證。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絡標識符和數字證書。

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，為了合作建設城市基礎設施項目或是為了提供某種公共物品和服務，以特許權協(xié)議為基礎，彼此之間形成一種伙伴式的合作關系，并通過簽署合同來明確雙方的權利和義務，以確保合作的順利完成，最終使合作各方達到比預期單獨行動更為有利的結果。

孫繼山

孫繼山（1965－）男，漢族，現任濰坊市公安局指揮中心副主任，曾經在信通、裝財、技偵等部門任職，參與了濰坊市公安機關大部分信息化建設。獲得省科技成果1、2、3等獎各1次。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.09.023