前言   

自行車、電動車、三輪車(以下簡稱非機(jī)動車輛)因缺乏有效管理而頻繁被盜已成為不少城市的一個頑疾。因案值低警方一般不予立案，一些市民因車輛頻繁被盜不買新車而從一些非正規(guī)渠道買車又間接促使被盜案的高發(fā)，從而形成一個惡性循環(huán)。課題組和所在城市非機(jī)動車輛管理部門一起，就建立城市 非機(jī)動車輛管理系統(tǒng)、實現(xiàn)非機(jī)動車輛科學(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)計并實現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的，綜合各類技術(shù)，并輔之必要管理制度的城市非機(jī)動車輛管理系統(tǒng)(以下簡稱NVMS)。   

1 系統(tǒng)設(shè)計   

1．1 NVMS設(shè)計原則   
1．1．1 先進(jìn)性和可靠性原則   
由于NVMS生命期長，覆蓋范圍廣，運行環(huán)境多樣復(fù)雜，因此NVMS采用的各項技術(shù)應(yīng)適度先進(jìn)、可靠。   
1．1．2 經(jīng)濟(jì)性原則   
物價部門對非機(jī)動車輛的牌照收費有嚴(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)計目標(biāo)   
廣泛調(diào)研后建立的NVMS綜合各類技術(shù)，輔之必要管理制度，建立一個覆蓋全市范圍，對3類非機(jī)動車輛實現(xiàn)從購車到報廢全過程管理的管理系統(tǒng)。   
(1)車輛牌照電子化。采用無線射頻識別技術(shù)(RFID)制作射頻標(biāo)簽嵌入車牌內(nèi)，提高系統(tǒng)信息化程度。   
(2)車輛管理網(wǎng)絡(luò)化。借助現(xiàn)有的公安網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋整個城市的非機(jī)動車輛管理系統(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)運行模式和設(shè)計方案   
NVMS運行模式如下。   
(1)非機(jī)動車輛購置后在車輛管理部門辦理手續(xù)領(lǐng)取車輛牌照，管理系統(tǒng)錄入相應(yīng)數(shù)據(jù)。   
(2)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)通過車輛管理制度及時反映車輛的當(dāng)前狀態(tài)。   
(3)對行駛的可疑車輛檢查人員使用閱讀器讀取車牌中車牌號信息，與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)比對，確定被檢車輛的當(dāng)前狀態(tài)。   
(4)對NVMS網(wǎng)絡(luò)暫時無法到達(dá)的檢查點，使用手持式無線閱讀器進(jìn)行檢查。   
NVMS的運行模式確定了系統(tǒng)由兩大子系統(tǒng)組成：基于射頻識別技術(shù)的車輛牌照子系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。   
1．3．1 基于射頻識別技術(shù)的車輛牌照子系統(tǒng)設(shè)計   
RFID射頻識別是已廣泛應(yīng)用的一種非接觸式的自動識別技術(shù)^[2]。由射頻標(biāo)簽(Tag)、閱讀器(Reader)以及天線(Antenna)三部分組成。工作原理見圖1   

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

1．3．2 NVMS網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)計   
目前非機(jī)動車輛由公安部門管理。為降低NVMS建立和運行成本，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建立在公安原有專用網(wǎng)絡(luò)平臺上。服務(wù)器設(shè)立在車輛管理部門。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   
NVMS系統(tǒng)以Windows2000 Server+IIS5．0+．NET為平臺，以SQL Server 2000為后臺數(shù)據(jù)庫，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)可以方便地實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理、應(yīng)用和發(fā)布。   
1．3．4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計   
依據(jù)數(shù)據(jù)庫理論^[3]，關(guān)系高范式能避免數(shù)據(jù)冗余，消除了各種寫操作異常。但考慮到本系統(tǒng)在應(yīng)用過程中90％以上的操作是多字段的查詢操作，即讀操作。高范式使得查詢將進(jìn)行大量的連接操作，占用大量CPU和I/0時間，影響系統(tǒng)響應(yīng)時間。因此，在權(quán)衡了規(guī)范化和系統(tǒng)運行效率得失后，本系統(tǒng)中關(guān)系均符合2NF。同時，為了縮小數(shù)據(jù)表的體積，提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)查詢效率，3類非機(jī)動車輛分別存放在3個數(shù)據(jù)表中。   
1．3．5 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計   
經(jīng)過對NVMS運行模式、需求分析后確定整個系統(tǒng)由8個子功能組成(見圖3)。

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

(2)失竊車輛信息下載模塊。通過該模塊定期向手持式無線閱讀器下載丟失和被盜車輛信息。   

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

2．1 基于射頻識別技術(shù)的車輛牌照子系統(tǒng)設(shè)計   
NVMS中車輛牌照采用了射頻識別技術(shù)。   
2．1．1 射頻標(biāo)簽設(shè)計   
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)被動式型無源標(biāo)簽。設(shè)計成圓形鈕扣狀，直徑13mm，厚0．5mm。主要由感應(yīng)線圈、只讀存儲器以及射頻收發(fā)及相關(guān)電路組成，存儲器芯片內(nèi)只存有經(jīng)加密算法加密后的車牌號。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   
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(見圖5)。

為了保證車牌照子系統(tǒng)的可靠性，在閱讀器軟硬件設(shè)計中采取了以下措施：   
(1)為了保證閱讀器諧振在13．56MHz，提高閱讀器的可靠性，經(jīng)過試驗和查閱國外有關(guān)文獻(xiàn)^[4]，在應(yīng)用中沒有按照常規(guī)做法采用5012同軸電纜的方式將$6700與外部天線模塊相連，而是采用與天線直接相連的方式。   
(2)閱讀器的單片機(jī)內(nèi)編寫了數(shù)據(jù)校驗程序。閱讀器對讀人數(shù)據(jù)采用CRC16多項式進(jìn)行CRC校驗，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)庫設(shè)計   
在軟件系統(tǒng)設(shè)計過程中采用了面向?qū)ο蟮姆椒āλ幚韺ο筮M(jìn)行抽象，形成了三個實體—— 車輛、人員、車輛處理。所有實體設(shè)計為基類，經(jīng)派生產(chǎn)出相應(yīng)子類。例如設(shè)計車輛基類，經(jīng)派生產(chǎn)生3個非機(jī)動車子類。基類中的行為大都設(shè)計成虛函數(shù)形式，派生類給出虛函數(shù)實現(xiàn)。車輛類及其派生類的UML示意圖見圖6。   

在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，除采用建立索引，存儲過程等減少數(shù)據(jù)的連接操作等常規(guī)方法外，還采取了以下2項主要技術(shù)。   
2．2．1 數(shù)據(jù)庫聯(lián)接池   
為了減少數(shù)據(jù)庫的連接和關(guān)閉產(chǎn)生的系統(tǒng)開銷，在NVMS中解決的方法是建立一個可重用的數(shù)據(jù)庫聯(lián)接池^[5]。應(yīng)用系統(tǒng)一啟動就在內(nèi)存中建立一些數(shù)據(jù)庫聯(lián)接，存儲到數(shù)據(jù)庫聯(lián)接池。當(dāng)應(yīng)用程序需要建立數(shù)據(jù)庫聯(lián)接時，只需從內(nèi)存中取一個來用而不用新建。經(jīng)測試，采用數(shù)據(jù)庫聯(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)訪問次數(shù)、增加數(shù)據(jù)的共享性從而提高訪問效率，采用設(shè)置緩存來達(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。第一次訪問數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫讀出并存于緩存。當(dāng)客戶端網(wǎng)頁需要數(shù)據(jù)時，先到緩存讀取信息，緩存根據(jù)客戶端提供的條件來對應(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牌號以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牌號數(shù)據(jù)。并根據(jù)車牌號首字符確定機(jī)動車類型，檢索相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。   
2．4 安全機(jī)制設(shè)計   
2．4．1 射頻標(biāo)簽安全性設(shè)計   
射頻標(biāo)簽中的車輛號經(jīng)加密后寫入射頻標(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)。這樣即使車輛被盜，偷竊者通過其它非法手段獲得射頻標(biāo)簽信息也無法獲取車牌號信息。   
2．4．2 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)安全性設(shè)計   
數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)安全性包括兩個方面。   
(1)系統(tǒng)內(nèi)部對系統(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(包括系統(tǒng)管理員)分配了不同的角色，每個角色有不同的操作權(quán)限。登錄系統(tǒng)時不同的用戶進(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其惡意的攻擊。對于一般用戶，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證機(jī)制和加密技術(shù)。   

3 結(jié) 論   
由于NVMS系統(tǒng)在實施前經(jīng)過了廣泛的調(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，試驗數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)運行結(jié)果初步達(dá)到方案設(shè)計目標(biāo)。   

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