前言   

自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)、三輪車(chē)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)非機(jī)動(dòng)車(chē)輛)因缺乏有效管理而頻繁被盜已成為不少城市的一個(gè)頑疾。因案值低警方一般不予立案，一些市民因車(chē)輛頻繁被盜不買(mǎi)新車(chē)而從一些非正規(guī)渠道買(mǎi)車(chē)又間接促使被盜案的高發(fā)，從而形成一個(gè)惡性循環(huán)。課題組和所在城市非機(jī)動(dòng)車(chē)輛管理部門(mén)一起，就建立城市 非機(jī)動(dòng)車(chē)輛管理系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)非機(jī)動(dòng)車(chē)輛科學(xué)有效管理的可行性進(jìn)行了廣泛的調(diào)研，學(xué)習(xí)借鑒了部分城市的管理辦法 ^[1]，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的，綜合各類(lèi)技術(shù)，并輔之必要管理制度的城市非機(jī)動(dòng)車(chē)輛管理系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)NVMS)。   

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)   

1．1 NVMS設(shè)計(jì)原則   
1．1．1 先進(jìn)性和可靠性原則   
由于NVMS生命期長(zhǎng)，覆蓋范圍廣，運(yùn)行環(huán)境多樣復(fù)雜，因此NVMS采用的各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)適度先進(jìn)、可靠。   
1．1．2 經(jīng)濟(jì)性原則   
物價(jià)部門(mén)對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)輛的牌照收費(fèi)有嚴(yán)格規(guī)定，不得突破。因此NVMS方案必須盡可能降低系統(tǒng)研發(fā)和運(yùn)行成本。   
1．1．3 通用性和擴(kuò)展性原則   
隨著系統(tǒng)的成熟運(yùn)行，NVMS可以應(yīng)用于其它城市，其它交通工具。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)的通用性和擴(kuò)展性。   
1．2 NVMS設(shè)計(jì)目標(biāo)   
廣泛調(diào)研后建立的NVMS綜合各類(lèi)技術(shù)，輔之必要管理制度，建立一個(gè)覆蓋全市范圍，對(duì)3類(lèi)非機(jī)動(dòng)車(chē)輛實(shí)現(xiàn)從購(gòu)車(chē)到報(bào)廢全過(guò)程管理的管理系統(tǒng)。   
(1)車(chē)輛牌照電子化。采用無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)制作射頻標(biāo)簽嵌入車(chē)牌內(nèi)，提高系統(tǒng)信息化程度。   
(2)車(chē)輛管理網(wǎng)絡(luò)化。借助現(xiàn)有的公安網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋整個(gè)城市的非機(jī)動(dòng)車(chē)輛管理系統(tǒng)。   
(3)降低被盜率，提高破案率。這是建立NVMS最終目標(biāo)。   
1．3 系統(tǒng)運(yùn)行模式和設(shè)計(jì)方案   
NVMS運(yùn)行模式如下。   
(1)非機(jī)動(dòng)車(chē)輛購(gòu)置后在車(chē)輛管理部門(mén)辦理手續(xù)領(lǐng)取車(chē)輛牌照，管理系統(tǒng)錄入相應(yīng)數(shù)據(jù)。   
(2)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)通過(guò)車(chē)輛管理制度及時(shí)反映車(chē)輛的當(dāng)前狀態(tài)。   
(3)對(duì)行駛的可疑車(chē)輛檢查人員使用閱讀器讀取車(chē)牌中車(chē)牌號(hào)信息，與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)比對(duì)，確定被檢車(chē)輛的當(dāng)前狀態(tài)。   
(4)對(duì)NVMS網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)無(wú)法到達(dá)的檢查點(diǎn)，使用手持式無(wú)線(xiàn)閱讀器進(jìn)行檢查。   
NVMS的運(yùn)行模式確定了系統(tǒng)由兩大子系統(tǒng)組成：基于射頻識(shí)別技術(shù)的車(chē)輛牌照子系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。   
1．3．1 基于射頻識(shí)別技術(shù)的車(chē)輛牌照子系統(tǒng)設(shè)計(jì)   
RFID射頻識(shí)別是已廣泛應(yīng)用的一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)^[2]。由射頻標(biāo)簽(Tag)、閱讀器(Reader)以及天線(xiàn)(Antenna)三部分組成。工作原理見(jiàn)圖1   

車(chē)輛牌照的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為母子卡抽插式，母卡安裝在車(chē)輛的規(guī)定位置。子卡可插入母卡內(nèi)，亦可抽出。NVMS管理辦法要求車(chē)主離開(kāi)車(chē)輛時(shí)抽出子卡，使母卡上的車(chē)牌號(hào)形成不完整的數(shù)字，且很難從母卡剩余的部分?jǐn)?shù)字猜出車(chē)牌號(hào)碼(見(jiàn)圖2)。這樣即使車(chē)輛被盜，偷竊者也很難復(fù)制出正確車(chē)牌號(hào)的子卡，從而提高車(chē)輛的防盜性能。    

1．3．2 NVMS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)   
目前非機(jī)動(dòng)車(chē)輛由公安部門(mén)管理。為降低NVMS建立和運(yùn)行成本，提高系統(tǒng)的安全性以及和公安其它管理系統(tǒng)的集成性，NVMS建立在公安原有專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。服務(wù)器設(shè)立在車(chē)輛管理部門(mén)。各派出所、聯(lián)網(wǎng)的治安卡口沿用原有終端、配置固定式閱讀器與系統(tǒng)相連。   
1．3．3 NVMS數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)   
NVMS系統(tǒng)以Windows2000 Server+IIS5．0+．NET為平臺(tái)，以SQL Server 2000為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用ASP．NET和VC．NET構(gòu)造程序框架。NVMS采用了傳統(tǒng)的3層體系架構(gòu)：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層。這種體系結(jié)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理、應(yīng)用和發(fā)布。   
1．3．4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)   
依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)理論^[3]，關(guān)系高范式能避免數(shù)據(jù)冗余，消除了各種寫(xiě)操作異常。但考慮到本系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中90％以上的操作是多字段的查詢(xún)操作，即讀操作。高范式使得查詢(xún)將進(jìn)行大量的連接操作，占用大量CPU和I/0時(shí)間，影響系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。因此，在權(quán)衡了規(guī)范化和系統(tǒng)運(yùn)行效率得失后，本系統(tǒng)中關(guān)系均符合2NF。同時(shí)，為了縮小數(shù)據(jù)表的體積，提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)查詢(xún)效率，3類(lèi)非機(jī)動(dòng)車(chē)輛分別存放在3個(gè)數(shù)據(jù)表中。   
1．3．5 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)   
經(jīng)過(guò)對(duì)NVMS運(yùn)行模式、需求分析后確定整個(gè)系統(tǒng)由8個(gè)子功能組成(見(jiàn)圖3)。

其中，有2個(gè)最關(guān)鍵的功能。   
(1)車(chē)輛查驗(yàn)?zāi)K。通過(guò)RFID閱讀器讀入車(chē)輛牌照中車(chē)牌號(hào)，通過(guò)RS232接口送入網(wǎng)絡(luò)終端，產(chǎn)生通信中斷。車(chē)輛查驗(yàn)?zāi)K中斷處理函數(shù)接收車(chē)牌號(hào)，根據(jù)車(chē)牌號(hào)查詢(xún)相應(yīng)數(shù)據(jù)表，確定被檢車(chē)輛的當(dāng)前狀態(tài)(正常、丟失、被盜等)。檢查人員可以根據(jù)車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)確定處理方式(放行，扣留)。流程圖見(jiàn)圖4。  

(2)失竊車(chē)輛信息下載模塊。通過(guò)該模塊定期向手持式無(wú)線(xiàn)閱讀器下載丟失和被盜車(chē)輛信息。   

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的關(guān)鍵技術(shù)   

2．1 基于射頻識(shí)別技術(shù)的車(chē)輛牌照子系統(tǒng)設(shè)計(jì)   
NVMS中車(chē)輛牌照采用了射頻識(shí)別技術(shù)。   
2．1．1 射頻標(biāo)簽設(shè)計(jì)   
NVMS中射頻標(biāo)簽基于IS0／IEC15693協(xié)議，工作頻率為13．56MHz(中頻)只讀(RO)被動(dòng)式型無(wú)源標(biāo)簽。設(shè)計(jì)成圓形鈕扣狀，直徑13mm，厚0．5mm。主要由感應(yīng)線(xiàn)圈、只讀存儲(chǔ)器以及射頻收發(fā)及相關(guān)電路組成，存儲(chǔ)器芯片內(nèi)只存有經(jīng)加密算法加密后的車(chē)牌號(hào)。射頻標(biāo)簽永久性嵌入在牌照母卡中。   
2．1．2 閱讀器設(shè)計(jì)   
閱讀器的主芯片為$6700。主要由89S52單片機(jī)、電平轉(zhuǎn)換電路、電源電路、MAX232與PC接口電路、外圍其它控制電路(蜂嗚器，復(fù)位鍵)等組成(見(jiàn)圖5)。

為了保證車(chē)牌照子系統(tǒng)的可靠性，在閱讀器軟硬件設(shè)計(jì)中采取了以下措施：   
(1)為了保證閱讀器諧振在13．56MHz，提高閱讀器的可靠性，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和查閱國(guó)外有關(guān)文獻(xiàn)^[4]，在應(yīng)用中沒(méi)有按照常規(guī)做法采用5012同軸電纜的方式將$6700與外部天線(xiàn)模塊相連，而是采用與天線(xiàn)直接相連的方式。   
(2)閱讀器的單片機(jī)內(nèi)編寫(xiě)了數(shù)據(jù)校驗(yàn)程序。閱讀器對(duì)讀人數(shù)據(jù)采用CRC16多項(xiàng)式進(jìn)行CRC校驗(yàn)，提高數(shù)據(jù)讀人的準(zhǔn)確率。   
2．2 采用面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ㄟM(jìn)行軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)   
在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了面向?qū)ο蟮姆椒?。?duì)所處理對(duì)象進(jìn)行抽象，形成了三個(gè)實(shí)體—— 車(chē)輛、人員、車(chē)輛處理。所有實(shí)體設(shè)計(jì)為基類(lèi)，經(jīng)派生產(chǎn)出相應(yīng)子類(lèi)。例如設(shè)計(jì)車(chē)輛基類(lèi)，經(jīng)派生產(chǎn)生3個(gè)非機(jī)動(dòng)車(chē)子類(lèi)?；?lèi)中的行為大都設(shè)計(jì)成虛函數(shù)形式，派生類(lèi)給出虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)。車(chē)輛類(lèi)及其派生類(lèi)的UML示意圖見(jiàn)圖6。   

在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，除采用建立索引，存儲(chǔ)過(guò)程等減少數(shù)據(jù)的連接操作等常規(guī)方法外，還采取了以下2項(xiàng)主要技術(shù)。   
2．2．1 數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接池   
為了減少數(shù)據(jù)庫(kù)的連接和關(guān)閉產(chǎn)生的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，在NVMS中解決的方法是建立一個(gè)可重用的數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接池^[5]。應(yīng)用系統(tǒng)一啟動(dòng)就在內(nèi)存中建立一些數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接池。當(dāng)應(yīng)用程序需要建立數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接時(shí)，只需從內(nèi)存中取一個(gè)來(lái)用而不用新建。經(jīng)測(cè)試，采用數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接池大大提升了系統(tǒng)效率。   
2．2．2 高速緩存   
在NVMS中為了減少數(shù)據(jù)訪問(wèn)次數(shù)、增加數(shù)據(jù)的共享性從而提高訪問(wèn)效率，采用設(shè)置緩存來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。根據(jù)需要定義各塊緩存的大小及其所存放的內(nèi)容。第一次訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)讀出并存于緩存。當(dāng)客戶(hù)端網(wǎng)頁(yè)需要數(shù)據(jù)時(shí)，先到緩存讀取信息，緩存根據(jù)客戶(hù)端提供的條件來(lái)對(duì)應(yīng)緩存的索引，查找相關(guān)信息。   
2．3 串口數(shù)據(jù)讀取及檢索   
射頻標(biāo)簽閱讀器將解密后的車(chē)牌號(hào)以ASCII形式經(jīng)RS 232串口送人NVMS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。在系統(tǒng)中采用MSComm通用串口通信控件讀取車(chē)牌號(hào)數(shù)據(jù)。并根據(jù)車(chē)牌號(hào)首字符確定機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)型，檢索相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。   
2．4 安全機(jī)制設(shè)計(jì)   
2．4．1 射頻標(biāo)簽安全性設(shè)計(jì)   
射頻標(biāo)簽中的車(chē)輛號(hào)經(jīng)加密后寫(xiě)入射頻標(biāo)簽。閱讀器讀出標(biāo)簽信息經(jīng)閱讀器解碼程序解碼后送人數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。這樣即使車(chē)輛被盜，偷竊者通過(guò)其它非法手段獲得射頻標(biāo)簽信息也無(wú)法獲取車(chē)牌號(hào)信息。   
2．4．2 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)   
數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)安全性包括兩個(gè)方面。   
(1)系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)系統(tǒng)的操作要在自己的權(quán)限下進(jìn)行。在系統(tǒng)管理子系統(tǒng)內(nèi)為不同的用戶(hù)(包括系統(tǒng)管理員)分配了不同的角色，每個(gè)角色有不同的操作權(quán)限。登錄系統(tǒng)時(shí)不同的用戶(hù)進(jìn)入的界面也不同。   
(2)服務(wù)器應(yīng)用程序要采取措施防止對(duì)其惡意的攻擊。對(duì)于一般用戶(hù)，除了用防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品外還在應(yīng)用程序中采用了身份驗(yàn)證機(jī)制和加密技術(shù)。   

3 結(jié) 論   
由于NVMS系統(tǒng)在實(shí)施前經(jīng)過(guò)了廣泛的調(diào)研和科學(xué)論證，系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)相對(duì)先進(jìn)和可靠。該系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果初步達(dá)到方案設(shè)計(jì)目標(biāo)。   

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