利用射频识别技术实现人车一致性的车联网

孙继山

利用射频识别技术实现人车一致性的车联网

孙继山

本文探讨车联网系统建设，利用无线射频技术，建立电子行驶证发射源，整合驾驶证数据，响应移动或者固定的射频读写器，进行交互通信，后台云计算中心获取车辆和驾驶员的信息，将获取的车驾管信息进行登记，形成智慧交通大数据。同时，控制停车场、加油站、修理厂、收费路口和物流等与车辆相关的通行、收费等。本文尝试突破传统的城市指挥交通管理技术，实现车辆运行安全隐患分析及应用，建立基于交通大数据的人—车匹配技术，让机动车管理全面进入物联网时代。

交通管理面临的问题

交通智能化是智慧城市建设中重要的组成部分，随着信息化技术的发展，单纯依靠摄像机、电子警察、卡口等设备采集的信息已经无法满足交通管理中实时同时获取人车信息的需求。道路设施的不断完善和机动车辆的急剧增加，交通管理面临前所未有的挑战，传统的信息化方法已经无法解决由交通问题而引发的社会矛盾。下面从不同视角出发对交通管理存在的问题进行分析。

从公安机关交通管理部门的视角看

新形势下交通管理所面临的问题主要包括：（1）卡口系统获取机动车轨迹的同时无法同时获取驾驶员轨迹；（2）机动车号牌被遮挡后，系统无法分辨机动车号牌；（3）机动车的超速现象无法通过均衡的多点计算获取，只能通过摄录像技术单点获取；（4）无证驾驶、疲劳驾驶等，缺乏认定依据，从而无法实行处罚；（5）城市车流量无法全面感应，影响了智能化交通系统的完整设计；（6）机动车到达报废期限后，无法强制报废，大量的报废车辆上路行驶；（7）机动车修理后，其零配件等信息无法获取，造成交通隐患；（8）无法针对危爆物品运输、校车、公车等实现特殊的管理要求；（9）针对车辆布控难以实时获得结果，缺乏预见性，对驾驶人无法布控，等等。

从政府交通管理部门的视角看

从政府交通管理角度，存在的问题包括（1）人工收费，效率低下，收费标准不一，各自为政，缺乏数据支撑；（2）而作为智能交通节点的ETC技术，一般要通过车型检测（AVC），然后才与RFID进行通信，所以导致车辆无法快速通行；（3）车辆超载只能通过过磅查处，效率低下。

另外，从市政停车场、经济管理部门、环保部门以及能源战略等不同角度看，现有的交通管理方式都存在不可避免的问题。因此，催生了以公安管理的驾驶证和行驶证的电子化实施车联网需求。

车联网整体框架

本文设想的车联网模式为2个证，4个网。2个证是电子行驶证、电子驾驶证，4个网分别为车联网、公安网、政府政务网和互联网。就车联网来说，在感知层，利用射频识别来识别人——车，在网络层，通过加密的传输进入公安网、政务网和互联网，在应用层，供公安网、政务网和互联网内的受众——公安部门、政府各部门、企业和民众应用，形成完整的物联网应用闭环。其工作模式为：

车辆行驶前

车辆行驶前，带有电子射频的行驶证读取插入的电子驾驶证，调制加密形成电子码。

图1 车联网工作原理框架图

车辆行驶中

车辆在行驶中，路边的射频读写器激活车载电子射频卡（电子行驶证），进行数据交换，其工作频率取决于公安部交通研究所和中国智能交通协会（ITS）协调结果，目前暂为840MHz～845MHz。一般情况下，射频读写器获得车辆的车牌号、驾驶员姓名，计算车辆的行驶速度、位置信息，加上时间数据，调制加密后通过有线和无线网络，经过公安安全接入平台进入公安网络。特殊情况下，还记载传输扣款、违章等信息加密传输。

公安应用

在公安网内的大数据平台，利用获取的车辆驾驶员信息进行各种应用，如交通诱导、布控、违章记录等。同时，根据国务院相关数据共享规定，将数据传入政务网。

政府应用

政府部门在政务网对数据进行应用，如停车场管理、环保、交通等部门应用，同时，数据进行互联网大数据运营平台。

企业和民众应用

在互联网大数据运营平台，互联网金融机构根据规定形成自己的数据源，如记载车辆轨迹、车辆付款信息解析，供企业和民众应用。企业和民众利用数字证书，进行查询、付款等操作。

目前，由于监控物联网、公安网、政务网、互联网的连接已经完成，山东省的警务云计算、大数据平台业已建成，车联网建设重点为前端基本构件，即射频识别相关技术和设备。

车联网基本构件

射频识别技术

射频识别 （RFID， Radio Frequency Identification）从二十世纪九十年兴起以来，已成为物联网核心组件，在交通方面，已广泛应用于内河船舶、动车高铁等方面。射频识别系统由射频卡、读写器两部分组成。射频卡在一个芯片中集成了几个主要模块，芯片上有内存，内存主要用来储存识别号码等数据，其容量取决于单片机的容量，从比特到百兆或者更多。射频识别技术分为有源射频和无源射频，有源射频靠内部电池供电工作，可在几厘米到千米的距离上，与读写器快速建立起双向通信。无源射频不依靠电池工作，其距离在几厘米到十几米，由于本系统需要远距离识别，因此采用有源射频识别技术。读写器是阅读、擦写射频卡或者IC卡的终端设备。

电子行驶证和电子驾驶证

图2 电子驾驶证和电子行驶证效果图

图3 基于FRID的电子行驶证和电子驾驶证工作原理图

机动车电子行驶证设计为有源射频卡，其储存芯片存放车辆登记信息、环保信息、维修信息、物流信息等，它能够响应读写器要求，进行双向数据传递，由公安交管部门写入车辆信息，每部车辆发放一个电子行驶证，它安装在机动车内挡风玻璃上端，锂电供电，太阳能充电，为防止人为损坏，取下或者断电后信息失效，失效后，由驾驶员驾驶车辆到各公安交通管理部门或者找持有移动执法装置的民警重置生效。电子行驶证平时处于待机低功耗状态，通过读写器激活后才进行通信，有低功耗、高安全、高速传递信息的特性。电子行驶证可带有语音提示功能，预制语音提醒，提醒驾驶员驾驶时间，驾驶速度、事故易发地和路况等。

电子驾驶证设计为由授权互联网金融机构发放的带有驾驶员资料的金融借记卡。启动车辆前插入电子行驶证内读取信息，在行驶过程中保持，驾驶员离开时取下。电子驾驶证除包含金融信息、驾驶员信息外，可包含身份实名信息、eID1网络实名信息、公民通信信息、网络虚拟信息等，可以设计为接触式的IC卡，也可以是非接触式的无源射频卡。

射频读写器

射频读写器是用于同电子行驶证所调制的电子码进行远距离读写操作的终端设备，分为手持和固定两种形式。读写器采集信息后，通过有线网络或者运营商4G/3G/GPRS/GSM通信网络向数据中心实时上报信息，需要时，读写器发送指令给与其相关联设备，如收放横杆，发送信息、收费等。

车联网基本工作原理

电子驾驶证和电子行驶证工作原理

电子驾驶证和电子驾驶证的工作原理可做这样的描述：

插入电子驾驶证后，电子行驶证自动启动，读取驾驶证IC卡信息，如驾驶员信息准驾该车，电子行驶证会发出语音提示，准驾，按一定的规则将驾驶证信息和行驶证信息进行调制加密，如驾驶证与相驾驶车辆不符，则在提示后，将调制行驶证信息和无效驾驶证信息。行驶证和驾驶证之间的多层认证机制，确保调制过程的安全。如读写器在道口发出扣款信息，则读写器通知电子行驶证在电子驾驶证上做扣款标记——安全起见，读写器不直接扣除款项，而是通知电子行驶证在电子驾驶证芯片做扣除标志。

车联网数据采集

车辆行驶中，读写器激活电子行驶证并采集调制的信息，通过车联网传输到公安网安全接入平台，公安网内应用服务器将数据解调还原，送入大数据平台，由于激活、数据交换在秒级完成，保证电子行驶证的低功耗、高安全特性。

后台数据系统工作原理

部署Hadoop海量数据处理系统，用于收集读写器传来的车辆驾驶员信息，一般情况下，这些信息包括时间、地点、驾驶员、车辆牌照、车速等基础信息，还可包括收付款信息，采用这一系统还可与监控数据相互印证。应用举例，如接收到的信号中存在与所驾车型不符的情况，在经过第一个读写器后，系统后台开始报警并传递给附近交警。

公安部门、政府部门、企业和民众应用

获取数据后，公安部门可进行车流检测、布控等应用，完全将套牌、闯红灯、肇事逃逸、超速、超载、行驶应急公交车道等现象杜绝；通过安全接入平台进入政府大数据系统，供政府部门应用；再通过安全网关，接入互联网和移动互联网，供企业和民众应用，如驾驶人收到扣款标记后，可登录互联网系统进行确认付款，超过默认期限后，系统自动扣款，确保了支付安全。这样就形成完整的车联网生态，该系统所积累的大数据，将为我国交通行业带来一场革命。

电子驾驶证、电子行驶证和射频读写器将会涉及约40项专利技术，在实施过程中，要本着安全第一的原则，妥善设计。

车联网应用前景及实施方案

对于公安部门的意义

实现了人—车关联性问题。解决了传统卡口、电警系统只是对车辆行为进行记录的问题，实现了人—车关联。这样就解决了大部分公安交通管理工作中的难题，对公共安全和公安特种行业的管理也提供了重要的载体。

政府其他部门应用前景

解决超载问题、环保、停车行车收费和车辆出入控制、特殊车辆管理调度等难题。

车联网实施思路

如何在大范围内推广电子驾驶证和电子行驶证，是一个值得探讨的社会管理问题。笔者认为，采用PPP模式2解决部署费用问题是一个可行的方案。因为金融运营部门和其他企业的介入，普通的机动车电子驾驶证和行驶证将不需要由个人来付费，甚至加装北斗定位或者3G/4G无线网络的车辆亦无需收费。个人的电子行驶证和驾驶证部署费用由互联网金融运营等企业承担。但采集管理信息设备、物联网、云计算等费用，则由相关部门、公司负担，其专利费用设立基金，对重大交通事故进行救助。PPP模式减轻了个人和企业负担，将大大有利于普及电子证照系统的安装。

结束语

交通管理特别是车辆驾驶员管理的一致性难题催生了实施电子驾驶证和电子行驶证的需求，用于解决车辆驾驶员管理中的信息采集、提醒、支付等问题，可以大大提升工作、通行效率。云计算和交通大数据能够很好地支撑众多的读写器形成海量数据，这是物联网催生的一次交通管理的革命。目前我市公安机关正在积极跟踪全国物联网、车联网发展动态，并积极探索利用新技术解决现有难题的思路，已具备了试点这一新技术的条件。

1.eID的含义：eID即适用于网络的电子身份证。系统依托公安部覆盖13亿人口的全国公民身份信息库，利用用户主动提交的各种身份信息建立不同的信用等级，生成了一组唯一的网络标识符和数字证书。

2.PPP模式的含义。即Public—Private—Partnership的字母缩写，是指政府与私人组织之间，为了合作建设城市基础设施项目或是为了提供某种公共物品和服务，以特许权协议为基础，彼此之间形成一种伙伴式的合作关系，并通过签署合同来明确双方的权利和义务，以确保合作的顺利完成，最终使合作各方达到比预期单独行动更为有利的结果。

孙继山

孙继山（1965－）男，汉族，现任潍坊市公安局指挥中心副主任，曾经在信通、装财、技侦等部门任职，参与了潍坊市公安机关大部分信息化建设。获得省科技成果1、2、3等奖各1次。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.09.023