某单位园区车辆出入管理的设计与实现

吴亚峰

（安徽四创电子股份有限公司，安徽 合肥 230088）

【摘要】随着汽车数量的急增，单位园区的车辆出入管理问题越来越突出。本文针对某单位园区车辆出入管理需求，利用远距离无源RFID技术和视频识别技术相结合，提出园区车辆出入管理的系统设计和工程实现方案，实现车辆出入管理的智能化和信息化。

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关键词 车辆出入管理；RFID；视频识别

0引言

近些年来，随着国民经济的快速发展及居民可支配收入的不断增加，消费能力的提升导致汽车逐渐成为人们日常生活的代步工具。汽车尤其是私家车数量的急增，单位园区的车辆出入管理问题越来越突出。传统方式上，单位的安全保卫部门通过发放园区通行证的方式授权员工车辆出入园区，此做法需要安保人员在园区出入口人工验证，效率低下，容易造成堵车，且通行证有伪造和外借的风险。

车辆出入管理为停车场智能化管理[1]的一部分。国外学者对此做了较为深入的理论研究。M.Y.I.Idris,Y.Y.Leng,E.M.Tamil研究了停车场智能管理系统，说明了停车场智能管理系统的技术和应用[2]；Massaki Wade,Kang Sup Yoon等提出了停车场智能管理系统的发展趋势，并介绍了停车引导系统的最新技术和算法[3]。国内方面，随着停车需求的不断增长，对智能停车场也进行了大量的研究，东南大学的朱凌、路小波将不停车收费（ETC）技术应用于停车场智能管理系统中，介绍了针对不同用户设计的系统程序工作流程[4]；北京理工大学的李传军对计算机视觉技术在智能停车场中的应用进行了相关的应用研究[5]；华中科技大学的刘勃、宋庆恒、胡三庆结合停车场管理的特点提出基于RFID的停车场智能管理系统的框架并分析系统功能、整体方案[6]。本文针对某单位园区的车辆出入管理的需求，提出系统的总体设计方案和工作流程。

1总体设计方案

1.1硬件系统

园区对车辆出入管理的需求：

（１）园区员工车辆及公车需授权进入（原有发放通行证车辆）；

（２）由于高峰时段（早高峰：7:50-8:40，晚高峰：17:00-17:30）车辆出入数量巨大，需不停车实现园区进出（车速为10km/h-20km/h）；

（３）园区每个门均为一进一出双通道设计，早高峰时段两通道均可变换为双进通道，禁止车辆驶出，晚高峰时段两通道均可变换为双出通道，禁止车辆驶入。

针对以上需求，传统刷IC卡方式的出入管理已无法满足要求，必须采用远距离识别系统。目前，频段为900MHz的无源RFID技术已用于城市的交通流量采集系统，识别距离（＞20m）及识别时对应的车辆速度（＞20 km/h）均满足要求。系统的原理图1如下：

图1系统原理图

上述图中为通道一和通道二，每个通道配有5个地感线圈、两个远距离读卡器和两个摄像机：

（１）因读卡器的读卡距离较远，为避免道闸的误操作，系统采用地感线圈和远距离射频识别（RFID）双触发的方式，进出车辆在地感线圈触发有效的情况下读到授权标签方可通行；

（2）在高峰时段，为防止出入车辆相隔距离较近，采用双线圈触发的方式。一般情况下，离道闸7.3m处的线圈触发道闸起杆，但在高峰时段，如前车在7.3m处触发道闸起杆，前车通过后道闸自动落杆，如后车已驶入7.3m线圈以内，此时通过1.1m处线圈作用起杆。两线圈之间的距离为5m（因高峰时段出入园区的车辆基本上为私家轿车，车长大致为5m）；

（3）采用时间电源控制器来控制电源的通断。早高峰时段，园区大门外侧两通道道闸控制器及读卡器处于通电状态（工作状态），而内侧两通道道闸控制器及读卡器处于断电状态；晚高峰时段，园区大门内侧两通道道闸控制器及读卡器处于通电状态（工作状态），而外侧两通道道闸控制器及读卡器处于断电状态。其他时段两侧各一处道闸控制器及读卡器处于通电状态（工作状态）；

（4）道闸采用高速道闸，档杆的起落时间为1.9s；

（5）摄像机为一体化高清车牌识别系统。所有通过道闸的车辆均被抓拍，车辆车牌识别的结果与远距离标签识别结果比对，结果不一致在后台软件系统中即时报警，防止标签外借。

1.2软件系统

本方案采用VC++，Mysql数据库实现出入口数据采集和分析处理，可以对系统的各种控制参数进行设置、标签卡挂失和恢复，可以进行分类查询和打印统计报表，并能够对出入口数据进行管理。

管理系统具有图像对比功能，通过该功能可以将入场的车牌编号摄录下来自动识别并保存在服务器数据库中，当车辆入/出场读卡时，屏幕上自动出现车辆在入/出口处摄录图像，系统自动将读卡器的标签卡号和摄录的图像车牌识别的结果进行对比，若不一致系统将自动报警。整个管理系统的主要功能如下：

（１）系统管理：包含登录管理、系统配置等功能；

（2）资料管理：包含人事档案管理、固定车辆资料等功能；

（3）卡片管理：包含卡片发行、挂失与解挂、卡片退卡、卡片延期等功能；

（4）报表管理：包含卡片发行报表、挂失报表、延期报表、系统操作日志查询等功能。

1.3安全设计

系统安全模型的设计主要从标签数据安全进行设计和读写器安全设计进行设计和考虑。

本系统采用基于标签唯一ID即TID（tag identifier）的方式进行加密，TID全长96bit，TID在出厂的时出现重合的概率极低（1/562949953421312），可以称之为唯一，同时再通过密钥，经过多轮置换和多步位移实现类DES的对称式加密，以确保其安全性。标签的内存结构及功能划分如表1所示：

表1标签的内存结构及功能划分

（１）加密过程

①通过串口进行读写器密钥初始化；

②通过初始化发卡机对标签的TID进行加密数据运算生成EPC，初始化EPC；

③通过初始化发卡机对标签的EPC区域进行静态加密，防止恶意篡改EPC号码。

（２）解密过程

①获取车辆序列号（加密的EPC+序列号，72bit加密数据+24bit序列号）；

②获取标签的唯一ID，即TID（96bit TID）；

③根据TID反向解密出加密的EPC区前72bit数据，如果正确则输出24bit序列号，如果错误不输出。

系统的加密解密过程如图2所示。

图2系统的加密解密过程

2工作流程

当持电子标签卡用户车辆进入读卡器的感应范围时，读卡器即与标签卡之间建立起信息交换，标签卡向读卡器发送卡信息，读卡器判断标签卡的合法性，如有效则获取标签卡的ID且进入地感线圈范围内，自动抬杆，驶入园区，将其标签卡信息保存在主控板中并上传至数据处理中心保留，同时摄入车牌图像保存入计算机。车牌识别的结果与标签卡的结果比对，若不一致，软件系统自动报警。如标签卡的读卡信息不合法，道闸不抬杆，拒绝放行。通行车辆驶过落杆线圈，道闸控制器检测到车辆检测器信号出现“有车—无车”变化后，再将栏杆放下，有效防止砸车。系统工作流程如图3所示。

图3系统工作流程图

3结束语

本文所提出的单位园区的车辆出入管理的方案在实际使用中取得了良好的效果，大幅提高了车辆的通行效率，减轻了管理人员的劳动强度。系统在安全性方面的考虑，也杜绝了其他外来车辆的驶入园区。软件系统统计车辆出入数据，可使管理人员准确地查询各种信息，方便管理人员进行调度。物联网技术（RFID）、视频识别技术的结合在出入口控制领域的应用，突破了传统的停车场管理模式，为未来停车场管理的发展提供了新的思路。

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参考文献

［１］刘伟东.停车场智能化管理的探讨[J].铁道工程学报,2004,83(3):122-124.

［２］M.Y.I.Idris,Y.Y.Leng,E.M.Tamil.Car Park System:A Review of Smart Parking System and its Technology[J].Information Technology Jounal,2009,8(2):101-103.

［３］Massaki Wada,Kang Sup Yoon,Hideki Hashimoto.Development of Advanced Parking Assistance System[J].IEEE Transancation on Indrustrial Electronics,2003,5(1):4-17.

［4］朱凌,路小波.ETC技术在智能停车场管理中的应用研究[J].交通科技,2005,212(5):94-96.

［５］李传军.计算机视觉技术在智能停车场的应用研究[D].北京:北京理工大学,2003.

［６］刘勃,宋庆恒,胡三庆.基于FRID的停车场智能管理系统[J].计算机与数字工程,2008,36(5):153-155.

［责任编辑：汤静］