基于RFID技術的港口車輛管理系統設計與實現

摘要：隨著我國經濟持續發展，港口業務增長迅猛，提高吞吐量的需要也越來越強烈。而目前依靠人工管理的方式顯得捉襟見肘，所以采用高新技術改善港口管理模式勢在必然。RFID港口車輛管理系統通過給港口車輛綁定電子身份芯片，把車輛的相關信息記錄到系統中，由系統統一管理港口車輛的進出行為，從實際上解決人工管理車輛所帶來的效率與效益的問題。系統利用高性能的超高頻讀寫器，采用基于C/S模式分層結構，利用緩存，雙數據庫技術，使系統的可操作性強，穩定性高，數據交互便捷。從而很好地提高了港口碼頭的管理效率與服務水平。

關鍵詞： 港口車輛管理系統； RFID技術； 車牌識別； 電子標簽

中圖分類號：TN91134； TP319文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2012)04008304

Design and realization of RFIDbased port vehicle management system

LIANG Yongyu1， ZHONG Jingwei1，2， LUO Gengqiang2

(1. Shenzhen Invengo Information Technology Co. Ltd.， Shenzhen 518057， China;

2. National University of Defense Technology， Changsha 410073， China)

Abstract： With the sustained economic development in China， port business is growing rapidly， so that it is more intensive to improve throughput， but the traditional management modes， labor management， cannot meet the practical demands nowadays. Therefore， it is very important to improve the port management mode with hightech. It is an irresistible trend to combine the port vehicle management mode with RFID， which has the unique advantages of remote distance read， large information capacity， rewritble performance， high security， readable capability in motion， allweather， small volume and so on. A scheme of RFIDbased ports vehicle management system is put forward. It is necessary to apply system to improve the port management efficiency and service level with RFID technology. RFID application makes ports play a greater function.

Keywords： port vehicle management system; RFID technology; licence plate; electronic tag

收稿日期：20110817

基金項目：2010年廣州市應用基礎研究計劃項目（2010Y1C741）；廣州市重大科技專項計劃項目(2009A1D151)0引言

隨著世界經濟的發展，快速增長的港口業務量對港口碼頭管理系統的要求越來越高。將RFID無線射頻識別技術、計算機技術、車牌自動識別技術、地感技術、自動控制技術、視頻監控技術、數據庫技術、網絡技術緊密結合，建設基于RFID技術的港口車輛管理系統能大大提高港口的效率與效益\\[12\\]。

傳統的人工管理手段存在很多缺陷，港口使用RFID技術等管理能有效地解決以下問題：

（1） 人工管理存在著人為的過失與耗時長的問題，而使用計算機技術自動讀取RFID存儲信息，在系統正常運行中不存在失誤的問題，計算機的高性能也使單位流程的作業時間減少到最優。

（2） 在遇到不實時的問題時可通過系統調出歷史記錄，防止無法追溯問題的出現，減少不必要的分爭端。

（3） 在遇到網絡故障等問題時，車輛身份的信息可直接通過讀取寫入RFID標簽的數據區獲取，實現系統的不間斷運行。

（4） 減少司機的工作量，RFID技術的遠距離、可移動的讀取方式可使司機不下車，不等待便可以通行。

（5） 可防偽性，系統根據一定的規則向每張車輛身份卡寫入數據，他人不可效仿。

1RFID技術

RFID（Radio Frequency Identification）技術是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸式信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到自動識別的技術。20世紀90年代以來，RFID技術迅速發展，因其具有數據存儲量大，穿透力強，讀寫距離遠，讀取速率快，使用壽命長，環境適應性好等特點，已被廣泛應用于身份識別、物流管理、物品追蹤、防偽、交通、動物管理等諸多領域。

一個完整的RFID系統主要由限量的后臺計算機、若干讀寫器、閱讀器及電子標簽組成。其中，電子標簽是物品識別的載體，每個標簽具有惟一的電子編碼，其內部存放著物品的相關信息；讀寫器和閱讀器是系統的中間設備，它們通過射頻信息同電子標簽進行近距離通信，從而識別標簽指代的物品信息，通過接口把信息匯總給后臺計算機。讀寫器和閱讀器的區別在于，讀寫器可以對標簽進行讀寫操作，而閱讀器只能讀取標簽內部存放的信息；后臺計算機分析從中間設備傳來的信息，負責管理整個標簽系統的正常工作。

RFID系統的硬件組成包括電子標簽和電子標簽讀寫器兩部分。讀寫器通過射頻信息同電子標簽進行通信，系統通過讀寫器給電子標簽發送指令，并通過讀寫器分析電子標簽返回的有關信息；電子標簽是應答器，用來響應讀寫器的指令，并報告處理結果。

電子標簽由標簽天線和標簽芯片組成，標簽天線是讀寫器和標簽芯片之間進行信號和能量傳遞的終結。標簽芯片則根據讀寫器的指令，做出相應的操作和響應\\[310\\]。

2系統概述

系統分為軟件與硬件部分，硬件部分包括RFID讀寫器、RFID電子標簽、工控機、攝像機、硬盤錄像機、自動道閘、LED顯示屏、地感等。軟件部分采用C/S模式設計，具有響應速度快，操作界面漂亮等優點。軟件實現對系統合法用戶的管理，并允許對應的用戶管理車輛的身份卡(RFID標簽)，包含新增與注銷。另外，對應的系統用戶可以監控整個車輛的出入行為，必要時可進行人工干預，超級用戶具有對這個系統所有功能的權限，具有對系統所有數據字典、過往歷史記錄的查閱統計等操作權限。另外，系統具有雙數據庫，即中心數據庫與本地數據庫。中心數據是網絡正常情況下系統記錄信息與獲取信息的媒體，系統通過WebService服務與中心服務器進行交互；本地數據庫應具有與中心服務器相同的數據字典，以便于網絡異常情況下，實現系統脫機運行，系統在這一時期產生的數據會暫時保存在本地數據庫，待網絡正常后自動上傳到中心服務器，保證記錄的完整，其物理結構模型如圖1所示。

由圖1可以看出，系統主要運行在局域網內，一個網內可分步多個閘口子系統，一般情況下一個子系統可包含一個出子系統與一個入子系統，圖中只畫出一個子系統的出與入子系統，每個子系統通過連接基礎硬件設備已達到系統全方位控制，讀寫器與網絡相連，可通過讀寫器的ID地址區分不同的子系統，同時安裝視頻監控，實時記錄現場的畫面并保存，通過串口服務器主要是要達到控制自動道閘與LED顯示屏的目的。其系統軟件體系結構如圖2所示。

圖1RFID港口車輛管理系統網絡拓撲圖圖2RFID港口車輛管理系統軟件體系數據存儲層包括與數據存儲系統的接口，如數據庫系統、文件系統或者其他類型的數據源，主要是存儲系統所產生與所需要的數據記錄。

數據接口層此層是為業務服務提供相應的數據服務，通過WebService接口實現與數據存儲層的連接。該層由一系列的數據訪問組件組成，它可以完成對數據對象的CRUD(增加、刪除、查詢、修改)操作，可抽象出數據訪問方式，分離數據訪問的實現與其他業務邏輯，上層的業務邏輯組件無需理會底層的數據庫訪問細節，專注于業務邏輯的實現

應用服務層此層是應用系統的核心，由系列的業務邏輯組件組成。它完成了系統所需的所有業務邏輯方法。業務邏輯層建立在數據接口層之上。為了分離業務邏輯層與數據接口層之間的耦合，即業務邏輯組件只調用數據接口層提供的接口，而不與具體的實現類耦合。使應用層僅僅與業務邏輯組件的接口耦合，而無需理會業務邏輯組件的實現。

用戶表示層表示層即UI，UI(User Interface)用戶界面，也稱人機界面。是指用戶和某些系統進行交互方法的集合，這些系統不單單指電腦程序，還包括某種特定的機器、設備、復雜的工具等。控制層接受用戶的輸入，并調用模型和視圖去完成用戶的需求，當用戶單擊系統界面中的按鈕等時，觸發相應的事件提交對應的模塊進行處理。

系統工作流程圖結構如圖3所示。

圖3RFID車輛管理系統工作流程圖上圖主要是從大的角度描述整個系統工作的流程，首先系統定義了身份卡的類型有2種：臨時卡、固定卡。臨時卡只有一個單位的生命周期，即只能完成1次車輛的出入操作，車輛進港口時發卡區提供如車牌等的必要信息后，發卡用戶確認無誤后發出該車輛對應的臨時卡。固定卡是代表長時間有效的，車輛持卡進入識別區，進行核對身份并進行相應的操作。臨時卡的車輛出閘口時，用戶應該在系統的提醒下回收身份卡后才能放行。

3系統功能模塊結構

系統模塊結構圖如圖4所示。

圖4系統模塊結構圖3.1用戶管理

界面如圖5所示。

圖5用戶管理界面圖（1） 查詢：在用戶名稱文本框中輸入需要查詢用戶的用戶名稱，即對應詳細信息列表中的賬戶名，即可查詢對應的賬號信息，該查詢屬于精確查詢，默認文本框為空，則查詢系統所有的合法用戶。

（2） 添加：在添加信息中輸入用戶的必要信息，通過驗證，包含賬戶名不允許相同，2次輸入的密碼要一致等，即可完成用戶的添加。

（3） 刪除：在詳細信息列表中選中需要刪除的用戶，點擊刪除用戶按鈕完成用戶的刪除。

3.2卡片管理

界面如圖6所示。

圖6卡片管理界面圖（1） 添加新卡。首先保證軟件跟讀寫器設備正常連接，軟件左下角會提示當前的連接情況；然后拿一張新的標簽在讀寫器上讀取它的編號后，再根據界面的需求完成必要的信息填寫，點擊確認新增按鈕，即可完成發卡的功能，同時標簽內會寫入一些相關的信息，由于車牌部分設計漢字編碼，按照國際編碼規范轉換一個漢字得占用16 b，因為車牌漢字固定，故采用自定義編碼規則，有效節省標簽存儲空間，其他的寫入信息也按照定義的簡單類型進行寫入，所以讀取標簽時也要在此編碼規則下進行翻譯才能讀取有用的數據。

（2） 銷毀卡片。當卡片不再在系統中有效時，可先讀取標簽的編號，界面顯示這標簽的相關信息，待用戶確認并填寫相關的銷毀原因后點擊確認銷毀即可完成操作。

3.3車輛管理

界面如圖7所示。此模塊主要自動完成車輛持有效身份標簽后通過閘口的操作，可以對車輛進行有效的身份確認與記錄功能。閘口歷史記錄列表記錄允許通過閘口的車輛記錄，顯示最新的N條記錄。左下角是車牌識別模塊實時識別顯示，顯示當前車道的攝像槍的攝像內容，點擊切換按鈕可在出口通道與入口通道的視頻畫面中轉化。

圖7車輛管理界面圖右面顯示的區域是最新通過閘口車輛的截圖與狀態。右上區域顯示出口車輛的畫面，并在標簽車牌文本框中顯示當前車輛的身份卡中記錄的車牌號，系統會自動與車牌識別模塊中的識別結果進行匹配，如果識別成功則自動完成開閘、LED顯示、記錄行跡等相關操作；如果識別失敗則提示人工識別，如果識別成功則填寫開閘原因，并點擊手動開閘按鈕進行放行；如果識別的結果與身份卡的信息不匹配，則提示操作人員匹配失敗，操作人員人工確認后可進行相應的處理。

3.4統計查詢

車輛基本信息查詢界面、行跡信息查詢界面如圖8所示。

圖8查詢界面車輛基本信息查詢是查詢所有已發車輛身份卡的信息。行跡信息查詢是查詢所有允許通行的車輛的記錄信息。此模塊按照界面所能提供的屬性進行相應模塊的查詢操作，支持組合條件查詢，查詢部分為提供更快的查詢效率，添加緩存機制。根據搜索內容的關鍵字，可優先從本地緩存中取數據，不用向服務器請求。

除此之外，系統還有一些其他的功能模塊，菜單欄中的下載數據是指在網絡正常的情況下。從服務器下載最新的數據字典，達到本地數據與遠程服務器數據的一致性。上傳數據是指脫機運行時產生的數據，如行跡記錄等都暫時保存在本地，客戶端跟服務器恢復正常通信后通過“上傳數據”菜單把記錄保存到后臺服務器。切換用戶是指在模塊的管理員賬戶之間可以在不退出系統的情況下進行切換。修改密碼是指修改當前處于登錄狀態的用戶密碼，需要輸入原始密碼與新密碼。

4結語

RFID港口車輛管理系統是基于RFID的車輛管理應用解決方案，采用先進的RFID技術結合數據庫技術、電子技術、通信和信息技術等諸多高科技技術，能有效地解決港口車輛信息管理中的傳統問題，有效地提高閘口的管理水平和信息化水平，實現對車輛的自動識別和實時跟蹤，避免了人為的過失，提高了車輛在港口的通關速度。所以RFID技術應用于港口車輛的綜合服務與管理，具有多方面的戰略性積極影響與巨大的市場前景。

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