基于Android平臺(tái)的移動(dòng)智能執(zhí)法系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/汪祖云 劉文平 陳迪 劉影

基于Android平臺(tái)的移動(dòng)智能執(zhí)法系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/汪祖云1劉文平1陳迪2劉影2

針對(duì)當(dāng)前移動(dòng)執(zhí)法攜帶設(shè)備多、文書現(xiàn)場(chǎng)打印困難的問題，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于Android平臺(tái)的移動(dòng)智能執(zhí)法系統(tǒng)。基于先進(jìn)的OCR技術(shù)，采用視頻預(yù)覽模式，利用視頻流捕捉圖片實(shí)現(xiàn)了證件的快速識(shí)別和信息的自動(dòng)采集；基于NFC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電子營(yíng)運(yùn)證件的快速識(shí)別和信息采集；基于Java平臺(tái)的JODConverter組件和PDFView組件，將執(zhí)法文書轉(zhuǎn)換為圖像格式，借助相關(guān)庫函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了A4幅面文書的無線打印；最后，采用基于總線式模式對(duì)執(zhí)法設(shè)備的數(shù)據(jù)通信協(xié)議與接口集成，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)執(zhí)法裝備的網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)。該系統(tǒng)的成功研發(fā)，實(shí)現(xiàn)交通行業(yè)行政執(zhí)法和信息技術(shù)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新。

移動(dòng)終端 證件識(shí)別 Android平臺(tái)無線打印

1 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、城市規(guī)模及流動(dòng)人口的快速增長(zhǎng)，交通執(zhí)法面臨著執(zhí)法區(qū)域不斷增加、執(zhí)法環(huán)境日益復(fù)雜等問題。然而，當(dāng)前執(zhí)法人員查處各類違法違章行為缺乏有效的科技手段，只能憑借經(jīng)驗(yàn)從外觀上查驗(yàn)證件的真?zhèn)巍⒂行В瑹o法實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集相關(guān)數(shù)據(jù)，更無法快速甄別車輛真?zhèn)危F(xiàn)有傳統(tǒng)執(zhí)法手段已難以滿足監(jiān)管需要。

移動(dòng)執(zhí)法的出現(xiàn)擺脫了傳統(tǒng)執(zhí)法的諸多弊端，顯著提高了辦事效率，降低了作業(yè)成本。同時(shí)作為政府部門信息化建設(shè)的一部分，促進(jìn)了信息良性的雙向流通。作為入口，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法取證的記錄保存到平臺(tái)數(shù)據(jù)庫；作為出口，能夠?qū)⑵脚_(tái)匯總處理的結(jié)果呈現(xiàn)到客戶端，提供現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法的參考依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)的發(fā)展，移動(dòng)智能執(zhí)法執(zhí)法部門提高執(zhí)法效率的一個(gè)重要手段。

圖1：移動(dòng)智能執(zhí)法系統(tǒng)總體框架

圖2：字符識(shí)別系統(tǒng)流程圖

圖3：基于視頻預(yù)覽模式的證件識(shí)別及信息智能讀取

當(dāng)前，國內(nèi)已有一些部門和行業(yè)對(duì)移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)進(jìn)行了研究和應(yīng)用。早期的很多移動(dòng)執(zhí)法應(yīng)用是運(yùn)行在基于Linux OS、Palm OS和Windows Mobile(Pocket PC)操作系統(tǒng)的掌上電腦(Personal Digital Assistant,簡(jiǎn)稱PDA)上，而國內(nèi)大部分PDA都是使用Win CE 系統(tǒng)，并外置了條碼掃描、射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）讀寫器等。因?yàn)榫邆淞嗽S多PC上的功能，并且方便攜帶，一經(jīng)推出并深受市場(chǎng)青睞。但同時(shí)也顯示出一些缺點(diǎn)：待機(jī)時(shí)間短、第三方軟件不夠穩(wěn)定、適用范圍小、硬件性能低等問題。而隨著Android平臺(tái)的快速發(fā)展，催生了許多移動(dòng)執(zhí)法的應(yīng)用。如公安部門外勤執(zhí)法人員通過PDA實(shí)現(xiàn)身份證識(shí)讀和人員信息核錄。交管部門外勤執(zhí)法人員通過PDA及外置式便攜打印機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)打印違法通知書和處罰決定書。一些省市交通行政執(zhí)法部門外勤執(zhí)法人員利用PDA實(shí)現(xiàn)被檢查對(duì)象信息實(shí)時(shí)調(diào)取和執(zhí)法信息錄入，配合應(yīng)用筆記本電腦及打印機(jī)實(shí)現(xiàn)文書現(xiàn)場(chǎng)制作打印，提高了執(zhí)法效率和文書規(guī)范化水平。但是，當(dāng)前移動(dòng)執(zhí)法也存在一些不足：

（1）由于PDA功能單一，外掛設(shè)備多，互不通用，便捷性大打折扣。

（2）執(zhí)法車內(nèi)需要攜帶筆記本電腦和打印機(jī)等設(shè)備，安裝比較復(fù)雜，設(shè)備占用空間過大，對(duì)于采用小型轎車作為執(zhí)法車輛的北京等城市，該系統(tǒng)不適用。

（3）交通行政執(zhí)法采用A4幅面制式文書，由于未實(shí)現(xiàn)無線打印，需要執(zhí)法人員在車內(nèi)通過筆記本電腦驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)文書現(xiàn)場(chǎng)打印，操作較為繁瑣。

為此，本文通過多功能執(zhí)法終端以及嵌入式無線打印等關(guān)鍵技術(shù)研究，研發(fā)了一種基于Android平臺(tái)的移動(dòng)智能執(zhí)法系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了執(zhí)法裝備的物聯(lián)整合，形成了智能化、實(shí)時(shí)化、移動(dòng)化的執(zhí)法新模式，為提升交通運(yùn)輸行業(yè)執(zhí)法效能和行業(yè)監(jiān)管水平提供了技術(shù)支持。

2 系統(tǒng)總體框架及模塊功能

移動(dòng)智能執(zhí)法終端系統(tǒng)以Android平臺(tái)為基礎(chǔ)，基于SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用第三、四代移動(dòng)訪問技術(shù)，融合無線通信、數(shù)字圖像處理、網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)庫等前沿技術(shù)，以近距離無線通信（Near Field Communication， 簡(jiǎn)稱NFC）、3G/4G及Wi-Fi相結(jié)合無線通信技術(shù)為依托，以移動(dòng)執(zhí)法終端設(shè)備為載體，結(jié)合嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)，采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊設(shè)計(jì)方法，各模塊間有嚴(yán)格的接口定義，通過整體設(shè)計(jì)部署，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無縫集成，系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

移動(dòng)智能執(zhí)法終端系統(tǒng)整體上主要包括運(yùn)行在各個(gè)嵌入式設(shè)備上的客戶端和后臺(tái)服務(wù)器端，交通執(zhí)法人員攜帶移動(dòng)智能執(zhí)法終端對(duì)違規(guī)違法機(jī)動(dòng)車輛進(jìn)行排查,移動(dòng)終端向服務(wù)器同步回傳執(zhí)法數(shù)據(jù)。

2.1 移動(dòng)執(zhí)法終端

啟動(dòng)外置攝錄儀進(jìn)行執(zhí)法取證，對(duì)駕駛證、從業(yè)資格證、營(yíng)運(yùn)證、及身份證等證件進(jìn)行識(shí)別及相關(guān)信息提取；如果屬于違規(guī)違法機(jī)動(dòng)車輛，則進(jìn)行案件的自動(dòng)創(chuàng)建，然后將案件最終在外勤文書電子化系統(tǒng)中生成A4幅面制式文書并進(jìn)行無線打印，實(shí)現(xiàn)執(zhí)法文書的現(xiàn)場(chǎng)打印；同時(shí)將執(zhí)法案件數(shù)據(jù)及取證視頻數(shù)據(jù)進(jìn)傳輸保存服務(wù)器端。終端各模塊多對(duì)應(yīng)功能如下：

通信模塊：移動(dòng)終端同后臺(tái)服務(wù)器、移動(dòng)終端同便攜式打印機(jī)、移動(dòng)終端同電子營(yíng)運(yùn)證件之間的無線通信。

基于視頻圖像的證件識(shí)別模塊：對(duì)駕駛證、身份證、從業(yè)資格進(jìn)行視頻拍攝，通過視頻圖像對(duì)其進(jìn)行快速識(shí)別；同時(shí)提取相關(guān)文本信息，以為案件創(chuàng)建自動(dòng)填充必要信息。

無線打印模塊：基于Android平臺(tái)和移動(dòng)終端，直接對(duì)電子化A4幅面制式文書并進(jìn)行無線打印，而無需借助傳統(tǒng)的PC機(jī)和USB連接打印。

外掛攝錄取證模塊：基于流驅(qū)動(dòng)程序接口，通過建立設(shè)備之間的底層通信交互，實(shí)現(xiàn)攝像頭數(shù)據(jù)流采集、視頻數(shù)據(jù)傳輸、JPEG圖像解碼、位圖顯示，支持視頻圖像的同步傳輸。

基于NFC的運(yùn)營(yíng)證件識(shí)別模塊：基于NFC的讀卡器模式，實(shí)現(xiàn)電子營(yíng)運(yùn)智能卡信息的快速識(shí)別；同時(shí)提取相關(guān)文本信息，以為案件創(chuàng)建自動(dòng)填充必要信息。

2.2 后臺(tái)服務(wù)器

執(zhí)法終端設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)同后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交換，主要有兩方面的作用。一是根據(jù)執(zhí)法終端讀取的證件信息，查詢后臺(tái)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)營(yíng)運(yùn)車輛和駕駛?cè)说呐挪椋欢歉潞捅４孢`規(guī)違法車輛相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)法案件數(shù)據(jù)和取證視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢。

3 主要系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)分析與實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)智能執(zhí)法系統(tǒng)終端采用Android 6.0操作平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，服務(wù)器端采用Visual Studio 2015進(jìn)行WebService接口的開發(fā)，主數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2014。整個(gè)系統(tǒng)在視頻圖像證件識(shí)別、NFC電子證件驗(yàn)證、基于移動(dòng)終端制式文書無線打印，以及數(shù)據(jù)傳輸加密、多線程數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠€(gè)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，完成整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)踐。

3.1 基于視頻圖像的證件快速識(shí)別

對(duì)違規(guī)違法的車輛案件創(chuàng)建時(shí)，需要輸入繁雜冗長(zhǎng)的人、車信息，如身份證信息、車輛信息等，利用Android平臺(tái)自帶的攝像頭功能，結(jié)合光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)（Optical Character Recognition，OCR），通過證件信息的自動(dòng)采集，可以顯著提高效率。傳統(tǒng)的證件識(shí)別方法通常是拍照識(shí)別模式，用戶需要手動(dòng)拍攝一張證件圖片，然后進(jìn)行OCR識(shí)別，對(duì)拍攝圖片的質(zhì)量要求高。為此，本系統(tǒng)利用視頻流捕捉圖片，將其作為要處理的輸入圖像，采用視頻預(yù)覽模式識(shí)別，綜合使用灰度變換、對(duì)比度增強(qiáng)、二值化、圖像校正、字符定位、字符切割、特征提取、字符匹配等技術(shù)（識(shí)別流程框圖如圖2所示），實(shí)現(xiàn)了證件信息的精確、快速的智能讀取。如圖3顯示了二代身份證信息采集并自動(dòng)帶入案件創(chuàng)建的過程，其中圖3(a)是視頻預(yù)覽模式捕捉圖片，圖3(b)是識(shí)別過程，圖3(c)是信息智能采集并自動(dòng)帶入案件創(chuàng)建中。

3.2 基于NFC的電子營(yíng)運(yùn)證件識(shí)別

NFC提供了一種簡(jiǎn)單、觸控式的解決方案，可以讓消費(fèi)者簡(jiǎn)單直觀的交換信息、訪問內(nèi)容與服務(wù)。由于NFC采取了獨(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，具有安全性高、距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)，適用于對(duì)安全性較高的敏感數(shù)據(jù)的傳輸和交換，如電子支付、智能卡信息讀取等。NFC設(shè)備具有卡模擬、讀卡器和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)三種工作模式，在讀卡器模式下，開啟NFC功能的移動(dòng)終端可以讀寫任何支持的標(biāo)簽，讀取其中的NFC標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)。

圖4：基于NFC的電子營(yíng)運(yùn)證件信息讀取

圖5：word文書轉(zhuǎn)換翻譯流程

電子營(yíng)運(yùn)證件包括智能道路運(yùn)輸證和從業(yè)資格證，是一種接觸式CPU智能卡，不僅具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，同時(shí)具有命令處理和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等功能，該卡存取數(shù)據(jù)受到更加嚴(yán)格的控制，安全性最高。為此，本系統(tǒng)借助移動(dòng)終端NFC的讀卡器工作模式對(duì)證件信息進(jìn)行讀取，首先通過移動(dòng)終端遠(yuǎn)程向后端服務(wù)器請(qǐng)求認(rèn)證，認(rèn)證通過后將信息讀出，過程如圖4所示。

3.3 基于智能終端的制式文書無線打印

現(xiàn)有的無線打印通常針對(duì)某一類型打印機(jī)和特定的操作系統(tǒng)如Windows系統(tǒng),同時(shí)需將打印機(jī)和移動(dòng)設(shè)備連接到同一個(gè)無線路由器，這種方式難以在移動(dòng)智能執(zhí)法終端系統(tǒng)推廣應(yīng)用。另外一些研究通過構(gòu)建無線打印模塊的硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于移動(dòng)終端的無線打印，這種方式平臺(tái)構(gòu)建復(fù)雜，成本高。

基于Android平臺(tái)，在移動(dòng)終端直接驅(qū)動(dòng)打印程序，通過APP打印A4幅面文書，在交通及其他執(zhí)法部門尚屬先例。在無線打印技術(shù)中，將各式各樣待打印文檔中的內(nèi)容翻譯為打印機(jī)能夠識(shí)別的語言是核心技術(shù)之一，其關(guān)鍵是如何將待打印的文檔轉(zhuǎn)換為打印設(shè)備能夠解析并打印的格式。

當(dāng)執(zhí)法隊(duì)員需要將執(zhí)法文書進(jìn)行打印時(shí)，根據(jù)當(dāng)前用戶所點(diǎn)擊的文書來獲取文書詳細(xì)信息，并將信息逐條綁定在文書中。理論上講，數(shù)據(jù)綁定完成后，可在后臺(tái)生成此文書的網(wǎng)頁文件，并將該網(wǎng)頁文件所在路徑傳送給打印驅(qū)動(dòng)，在由打印程序連接打印機(jī)并發(fā)送當(dāng)前需要打印文件的數(shù)據(jù)流。然而遺憾的是，打印設(shè)備暫不支持該種網(wǎng)頁打印。為此，通過依據(jù)文書模版生成標(biāo)準(zhǔn)的word格式文書，然后依次調(diào)用Java跨平臺(tái)的JODConverter組件和PDFView組件，將Word文檔轉(zhuǎn)換為圖片格式，然后通過Converter命令，將圖片格式翻譯成PCL,整個(gè)轉(zhuǎn)換流程如圖5所示。

啟動(dòng)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)用libeprinterdriver庫來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)連接。并根據(jù)接收信息獲取當(dāng)前打印文件、打印人等信息。首先，啟動(dòng)搜索，查找附近可用的打印設(shè)備，連接上設(shè)備之后，通過打印機(jī)的相關(guān)設(shè)置進(jìn)行文書打印。圖6顯示了執(zhí)法文書打印頁面。

圖6：執(zhí)法文書打印頁面

3.4 終端與服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸

由于無線傳輸?shù)奶厥庑裕荒艽_保移動(dòng)終端實(shí)時(shí)保持同后臺(tái)服務(wù)器端的連接，同時(shí)較大的數(shù)據(jù)如視頻數(shù)據(jù)的傳輸也需要分批次傳輸利用WebService技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器通信的同時(shí)，也方便客戶端在不同操作系統(tǒng)上的擴(kuò)展。服務(wù)器端采用IIS服務(wù)器、Memcached緩存、Sqlserver數(shù)據(jù)庫，如圖1所示。通過服務(wù)器接口，利用存儲(chǔ)過程訪問底層數(shù)據(jù)，并將結(jié)果返回給客戶端，服務(wù)器端除了對(duì)客戶端的請(qǐng)求做出響應(yīng)，還要做好數(shù)據(jù)的沖突檢測(cè)和處理，保證了服務(wù)器端數(shù)據(jù)的一致完整性。Memcached是一個(gè)高性能的分布式的內(nèi)存對(duì)象緩存系統(tǒng)，通過把部分信息保存在內(nèi)存中，可以進(jìn)行快速存取，能有效緩解數(shù)據(jù)庫的壓力。而通過存儲(chǔ)過程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，相對(duì)于直接使用SQL語句，不僅能夠具有更快的執(zhí)行速度；而且支持重復(fù)使用，減少數(shù)據(jù)庫開發(fā)的工作量；同時(shí)具有良好的可維護(hù)性和安全性。

4 系統(tǒng)集成與對(duì)接整合

本系統(tǒng)集成方案采用基于總線式的應(yīng)用系統(tǒng)集成環(huán)境設(shè)計(jì)模式，集成模式如圖7所示。服務(wù)總線是一種體系結(jié)構(gòu)模式，支持虛擬化通信參與方之間的服務(wù)交互并對(duì)其進(jìn)行管理。總線負(fù)責(zé)將請(qǐng)求交付給提供所需功能，提供者接收它們要響應(yīng)的請(qǐng)求，而不知道消息的來源。企業(yè)服務(wù)總線本身對(duì)使用它的服務(wù)請(qǐng)求者和提供者均不可見。應(yīng)用程序邏輯可以使用各種編程模型和技術(shù)調(diào)用或交付服務(wù)，而無需考慮是直接連接還是通過總線傳遞的。應(yīng)用組件和應(yīng)用功能可根據(jù)各類用戶的需要，按照統(tǒng)一的規(guī)范包裝成WebService注冊(cè)到總線上，由企業(yè)服務(wù)總線統(tǒng)一管理，統(tǒng)一編排，統(tǒng)一提供外部服務(wù)。

圖7：總線集成模式

5 結(jié)語

本文針對(duì)當(dāng)前單兵交通移動(dòng)執(zhí)法攜帶外部設(shè)備多、文書打印不方便、執(zhí)法效率低等問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Android平臺(tái)的移動(dòng)智能執(zhí)法終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效集成了最新的OCR和NFC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了證件的快速精確識(shí)別和自動(dòng)信息采集；研制了基于移動(dòng)終端的無線打印驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了A4幅面文書的無線便捷打印；基于總線式的應(yīng)用系統(tǒng)集成環(huán)境設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各模塊的有效集成。該系統(tǒng)的成功研發(fā)，不僅有效減少了移動(dòng)執(zhí)法設(shè)備外掛設(shè)備的數(shù)量，而且能夠?qū)?zhí)法文書進(jìn)行無線便捷打印，實(shí)現(xiàn)了交通行業(yè)行政執(zhí)法和信息技術(shù)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新，為提高執(zhí)法效率、提升監(jiān)管水平，推進(jìn)行政執(zhí)法精細(xì)化、智能化管理提供技術(shù)支撐。

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作者單位1.北京市交通執(zhí)法總隊(duì) 北京市 100044
2.北京首電創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)有限公司 北京市100080

●課題：北京市交通委員會(huì)科技項(xiàng)目——交通執(zhí)法總隊(duì)移動(dòng)智能執(zhí)法終端相關(guān)應(yīng)用技術(shù)研究。