上海世博会车辆管理应用系统设计方案解析.docx

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上海世博会车辆管理应用系统设计方案解析

世博园区

施工车辆管理应用系统

设计方案

公安部第三研究所防伪事业部

北京标准信源科技有限公司

二OO八年八月

1．引言

为进一步推进世博会车证管理技术系统的项目建设，加强园区筹办期建设过程中施工车辆进出工地时人工验的管理，本方案拟采用以RFID技术为主，建设一套施工车辆身份自动识别管理的信息系统，用于记录、验放、跟踪和追溯进出园区建设工地的施工车辆。

方案包括需求说明、建设环境说明、应用方案设计、系统建设周期、培训及维护等五部份，为解决筹办期建设过程中施工车辆的进出管理提供了可依靠的技术手段。

2．需求说明

世博园区正处于筹办期建设过程，对进出园区工地的施工车辆管理目前有如下需求：

（%Ñ园区建设工地出入口岗亭有保安24小时执勤；

（%Ñ进出车辆必须要在停车登记和检查后才能予以放行；

（%Ñ停车登记和检查信息有5项包括：

车牌号码、通行证编号、车型、装载何物和进入园区事由，其中涉及到车证管理的只有前三项；

（%Ñ对进出园区工地车辆需有验放的历史记录数据，以便在发现问题时能追溯查核；

（%Ñ每日登记的车辆检查信息都会由各岗亭汇总至安保部。

此次系统建设按安保部要求，需要实现对2000辆施工车辆进出园区的信息记录、跟踪和追溯。

当施工车辆进出各工地出入口时，系统自动识别和记录配装有电子标签的车辆，并通过LED户外显示屏向执勤保安提示车辆相关信息，经保安确认后，人工放行施工车辆。

对未配装电子标签的车辆仍按人工登记验放的管理方式进行。

3．建设环境说明

本实施方案拟建设世博园以下五个施工出入口，分别是：

浦东南路莲南路、洪山路雪野路、雪野路上南路、耀华路历城路、耀华支路。

其中耀华支路将作为第一个系统建设的出入口。

该出入口会作为园区建设工地出入口验放的原型模型来设计，用于验证和测试系统各类设备的技术性能、电子标签使用及配装方式、固定式及临设式基站实际应用效果的比对，以及施工车辆系统验放流程与人工验放流程的结合比较等。

在与世博园实际施工环境相结合的过程中，该出入口模型的各项工程技术性能和验放流程将不断的被优化完善，当安保部最终认可后，此原型模型将被推广应用到其它各出入口。

目前，进入园区的施工车辆以土方、材料运载车、工程机械车为主，各出入口的道路均有不同程度的破损，出入口过车通道无法设置地感线圈等硬件设备，路面不允许开挖。

各出入口岗亭光纤终端均已到位，但还未开通网络，因此，基站通信设计需采用脱网人工同步的方式，系统预留网络接口，待光纤网开通后各基站可无缝接入并汇聚到安保部监管中心。

4．应用方案设计

4．1设计目标及说明

4．1．1设计目标

本系统设计目的有如下两个：

（%Ñ满足当前施工环境条件下对施工车辆的管理和应用需求，即对2000辆施工车辆进出工地的通行信息能予以自动记录、跟踪和追溯，实现施工车辆信息采集的应用。

（%Ñ为后期车证管理系统的各项功能全面实施和扩展应用预留升级空间及接口。

4．1．2设计说明

各出入口基站都是脱网运行的应用模式，除各出入口硬件布局有差异外，其他的系统设计、硬件配置、验放流程基本一致，故本方案以耀华支路出入口为主要设计对象进行原型设计。

4．2系统组成及设计

系统在物理结构上设计由“信源层（无源陶基型车卡）”、“信息采集及执行层（固定式侧装信息采集基站及临设式手持检验基站）”、“信息传输层（数据交换、同步及更新）”和“信息存储处理服务层（后台数据服务及控制）”组成。

包括如下子系统：

（%Ñ卡及卡管系统

（%Ñ卡发行基站及车、卡装配检验确认基站

（%Ñ固定式侧装信息采集基站

（%Ñ临设式手持检验基站

（%Ñ后台数据服务系统

4．2．1系统布局及框架

4．2．1．1系统工作原理图

4．2．1．2原型系统出入口硬件布局图

原型系统出入口设计的卡发行基站、固定式侧装信息采集基站和车、卡装配检验确认基站在物理环境中共用硬件设备，共用关系及其布局如下图所示：

4．2．1．3网络结构拓扑图

各出入口的光端机均已放置在各岗亭内，一旦网络开通，系统即可联网运行。

系统对各出入口的网络接口需求如下：

（1）需提供2~3个RJ45接口；

（2）各出入口基站和后台服务器需在同一网段下；

（3）后台服务器能稳定、可靠的与各基站互联互通。

网络部分需安保部给予协调和支持，以便系统能顺利联网运行。

其网络结构拓扑图如下所示：

4．2．1．4系统结构框架示意图

4．2．2卡及卡管系统

卡指在应用系统中对被管理施工车辆配装可唯一标识车辆信息的、基于RFID技术的无源陶基型电子标签（也称“汽车数字化标准信源”），或给司机配装（挂在胸前）基于RFID技术的无源PVC电子标签。

卡管系统是针对卡进行物理及系统两阶段生命周期进行管理的子系统，并配合卡发行基站和车、卡装配检验确认基站实现发卡、验卡等系统功能。

卡管系统组成示意图如下：

4．2．3卡发行及车、卡装配检验确认基站

卡发行及车、卡装配检验确认基站是系统能正常运行的关键部分。

这两种基站是在卡管基础上建设的特殊基站及其对应的管理程序。

4．2．3．1卡发行基站

卡发行基站是负责园区施工车辆的所有电子标签的发放。

一旦电子标签与被标识物体固联一体，形成唯一对应关系后，标签开始进入到系统的生命运行周期。

卡发行基站有对应的信息录入程序、快速检索程序等，确保卡发行时写入信息的准确可靠，经授权的操作员可对进入系统的各类电子标签实现注册、发行、写入、授权、修改、复用、收回挂失等管理。

卡发行基站是室内桌面小型基站，由工控机、UHF频段读写器及桌面写卡天线组成。

本系统出入口原型模型的卡发行基站与后台数据库共用一台工控机。

当系统应用模式被安保部最终确认后，卡发行基站将与后台数据库在硬件上共用一台服务器，并按照安保部要求放置在指定位置，由授权人员专门管理。

其效果图如下所示：

4．2．3．2车、卡装配检验确认基站

车、卡装配检验确认基站作为汽车标准信源（无源陶基型车卡）与车辆匹配安装后检验认证使用，是确认“卡”与车形成唯一对应关系（“绑定”）的关键设备，由人工专门值守伺服，有基站操作启动的“授权密码”装置，并具有“工作进程自动记录”功能。

通过图像抓拍系统和存储装置，能与RFID同步采集同一目标信息，通过“时间互证锁定”被采集目标，并实时将获取的信息传至“卡管系统”，在后台数据库生成相应的被标识物的“电子镜像”，被确认的车卡信息即为该车卡“系统生命运行周期”的首次有效信息，成为该车卡在系统中开始运行的落地标志。

车、卡装配检验确认基站对“标准信源（车卡）”的“读”、“写”性能是所有基站中技术指标最严格的极限指标，以确保该基站所检验合格的车卡能在所有设计的基站中运行，满足“一通百通”的需求。

本系统出入口原型模型的发卡验证的工作量不大，车、卡装配检验确认基站可借用出入口原型模型的固定式侧装信息采集基站的硬件设备，并在其工控机上安装专用程序后实现，不需建设专门的独立基站。

4．2．4固定式侧装信息采集基站及过车流程设计

固定式侧装信息采集基站用于采集施工车辆的图文信息，是应用系统信息来源的主要渠道。

该基站以射频自动识别技术为主，视频抓拍技术为辅，当车辆经过通道时基站自动获取过车信息。

本方案在被雪糕筒软渠化的耀华支路出入口用一个基站、两个读写器和两组天线构成了固定式侧装信息采集基站，分别管控出口和入口两个方向的过车通道。

该出入口基站设计示意图如下：

各出入口过车通道将分别设置一块LED户外高亮显示屏，以提示执勤人员进出施工车辆的车牌信息和通行证编号信息。

出入口过车通道采用人工验放为主，车辆身份自动识别信息采集为辅的方式。

过车通道的工作流程和管理流程需要针对性的设计，以确保系统能稳定可靠的运转。

对没有装配电子标签的非施工车辆由保安人工目识、记录进出信息和放行车辆。

对装配电子标签的施工车辆由系统采集车辆信息，需要配合LED显示系统提示执勤保安放行车辆。

车辆通行流程设计如下：

4．2．5临设式手持检验基站

临设式手持检验基站用于出入口或其它临时检查点对过往车辆做静态巡检时使用的“临检”设备，可用于查验安装于车上的普通电子标签，或查验特殊工程机械车辆（如：

吊车）。

该设备由内嵌WinCE操作系统的手持机组成，可在脱网环境下独立工作，采用间次使用模式，非长期常态使用，其工作时间受电池制约，工作环境受天气影响。

4．2．6后台管理服务系统

后台管理服务系统是SQLSever建立系统的数据库，用于对卡管基础数据，各基站的运行数据等的管理，是系统运行的核心，能对数据进行存储、查询和统计，并实现数据的整合与分配。

系统将对2000辆为世博园区建设的施工车辆进行管控，各出入口的固定式侧装信息采集基站采用脱网运行模式，每天由专人在指定时间对各基站和后台服务器进行数据更新、同步和维护，确保系统正常运行。

原型系统的后台管理服务系统将配置在工控机上，以便系统的改善和优化。

推广应用后的后台管理服务系统将配备专门的服务器，并托管在安保部指定的办公室。

4．3硬件配置设计

4．3．1前端基站控制系统

前端基站控制系统硬件由电子标签和基站两大部分构成。

其中电子标签分固联在施工车辆上的陶基型车卡和配装在司机胸前的PVC卡，基站则由固定式侧装信息采集基站、卡发行基站、车/卡配装检验确认基站和临设式手持检验基站组成。

4．3．1．1电子标签封面设计及技术参数

PVC型电子标签封面设计由世博局证件管理中心指定专业公司设计。

陶基型电子标签封面设计由我方按客户要求负责设计制作，在此不予详述。

（1）无源陶基型电子标签技术参数如下：

Ø尺寸：

85mm×54mm（±0.2mm）（外观图案可定制）

Ø基材：

高频陶瓷

Ø内存：

2048Bit

Ø适用范围：

车辆管理

Ø频率：

902～928MHz

Ø兼容协议：

ISO18000-6B

Ø标签芯片：

UCODEHSL

Ø工作温度：

-40℃～+85℃

Ø动态识别性能：

在被标识物高速运行（>180公里/小时）状态下，其准确性>99.95％

Ø动态写卡性能：

在被标识物高速运行（>180公里/小时）状态下，其准确性>99.95％

Ø可读写次数：

>10万次

Ø数据保存年限：

>10年

Ø识别距离：

>15米

Ø最大上行传输速率：

40kbit/s

（2）无源PVC电子标签技术参数如下：

Ø识别距离：

>15米

Ø动态识别性能：

在被标识物高速运行（>180公里/小时）状态下，其准确性>99.95％

Ø写卡距离：

>10米

Ø动态写卡性能：

在被标识物高速运行（>180公里/小时）状态下，其准确性>99.95％

Ø工作温度：

-40℃~85℃

Ø尺寸：

84mm×54mm（±0.2mm）

Ø标签芯片：

UCODEHSL

Ø兼容协议：

ISO18000-6B

上述电子标签技术参数的读写距离及动态读写性能均在以下条件测得：

Ø单次识别内容16byte（含ID号）；

Ø单次写入内容8byte；

ØUHF读写器输出功率1W；

Ø采用线极化平板天线（增益12.0dBi，电压驻波比<1.3）；

Ø天线顶装（4.0m<安装高度<5.5m）。

4．3．1．2基站配置及主要设备技术参数

固定式侧装信息采集基站由UHF读写器及配套天线、工控机、IO控制模块及扩展接口、日蚀型低照度摄像机、红外投射器、LED户外高亮显示屏和各类辅助支架搭配而成。

原型系统的卡发行基站由工控机、UHF频段读写器及桌面写卡天线构成，其中工控机、UHF频段读写器与固定式侧装信息采集基站共享同一硬件设备。

原型系统的车、卡配装检验确认基站与固定式侧装信息采集基站共享同一硬件环境。

各主要设备技术参数如下：

（1）M4读写器

Ø适用范围：

汽车交通、物流、防伪，可升级和扩展的“软件无线电”策略

Ø频率：

840～845MHz920～925MHz902～928MHz13.56MHz（可选）

Ø体积：

25.4cmx25.4cmx3.8cm

Ø操作温度:

-0°C～40°C

Ø存储温度:

-20°C～70°C

Ø湿度（无冷凝）:

0%～95%

Ø天线接口：

8路标准SMA（接4副双路天线）

Ø通信接口：

RS-232/485，TCP/IPUSB，Wireless（可选）

Ø外置电源：

输出:

24VDC,2A

ØRF功率：

2瓦以内可调

Ø兼容协议：

EPCC0,C1,C1Gen2、ISO18000-6B/Ucode1.19、RewriteableClass0、ISO15693

（2）研华DVS-350工控机

Ø密封结构无风扇设计

Ø满足不同整合需求的坚固外壳和易安装设计

Ø确保最高可靠性的抗震抗冲击设计

Ø宽范围的电源输入（9-30VDC）

Ø用于可选移动通讯模块的CardBus接口

Ø全集成主板设计

ØDVS-350系列提供了一个在苛刻环境下应用的完美解决方案。

DVS-350系列是一种支持摄像机输入、尺寸最小的工业级PC的系统。

这种x86开放式平台可以非常方便的进行软件整合。

Ø无风扇、抗震、抗击的设计使其能够在任何苛刻环境下安装。

电压范围从9～30VDC，能够在恶劣环境下防止系统受电涌影响。

Ø这些特点与TV输出、WLAN、隔离DI和继电器DO相结合，使DVS-350系列成为嵌入式/移动应用场合的最佳解决方案。

（3）UAP2100读写器

Ø适用范围：

汽车交通、物流、门禁

Ø频率：

902～928MHz

Ø体积：

355mm×236mm×95mm

Ø操作温度:

0°C～50°C

Ø存储温度:

-20°C～70°C

Ø湿度（无冷凝）:

10%～95%

ØI/O：

并口，计算机辅助控制外设

Ø天线接口：

2个N型接口

Ø通信接口：

TCPIP，RS232（辅助控制）

Ø内置电源：

输入90-260VAC,50-60Hz，输出9VDC,2.6ADC

ØRF功率：

1W

Ø兼容协议：

ISO18000-6B

（4）平板天线RFA-900B/H-B

超薄板状微带天线，经过优化设计和精心调试，驻波性能好，增益高，前后比大，结构牢靠，具有很好的防振动冲击和防水防腐能力，安装方便。

Ø尺寸：

450mm×450mm×350mm

Ø天线重量：

3kg

Ø抱杆直径：

Φ50mm～110mm

Ø天线罩材：

玻璃钢

Ø水平：

360°

Ø俯仰：

0°～15°

Ø抗风速：

230km/h

Ø工作频率：

902～928MHz

Ø极化方式：

水平极化

Ø水平面3dB波束宽：

40°±2°

Ø垂直面3dB波束宽：

38°±2°

Ø增益：

12dBi

Ø前后比：

>18dB

Ø电压驻波比：

<1.5

Ø输入阻抗：

50Ω

Ø功率容量：

300W

Ø接头：

N（F）

Ø雷电防护：

直流接地

Ø工作温度：

-70℃～+55℃

（5）TDG-915-circle桌面写卡天线：

Ø适用范围：

门禁、交通

Ø用于系统发卡，读写距离0.5m～1.0m

Ø频率：

902～928MHz

Ø尺寸：

220mm×173mm×44mm

Ø工作频率：

902～928MHz

Ø极化：

圆极化

Ø增益：

6.5-7.0dBi

Ø电压驻波比：

<1.4

Ø水平3dB波束宽度：

75°

Ø垂直3dB波束宽度：

75°

Ø前后比：

>18dB

Ø输入阻抗：

50Ω

Ø功率容量：

100W

Ø接头：

N（F）或N（M）

Ø雷电防护：

直流接地

（6）K-6504日蚀型低照度专业摄像机

Ø水平分辨率：

彩色480线

Ø摄像机性能：

专看车牌日蚀型彩色转黑白枪式摄像机

Ø最低照度：

0.05-0.001LUX/F1.2

Ø图像传感器：

1/3″SONYSuperHADCCD

Ø制式：

PAL/NTSC

Ø镜头：

内置手动变倍镜头，F=3.5-8mm

Ø背光补偿：

开/关

Ø电子快门：

1/50（1/60）-1/100,000（sec）

Ø光圈驱动方式：

VIDEO/DC

Ø信噪比：

≥52dB

Ø同步系统：

内同步/外同步

Ø增益控制：

自动

Ø视频输出：

复合视频（1.0Vp-p75Ω）

Ø工作温度：

-20～+50℃RH95%MAX

Ø工作电压：

DC12V±10％,（<150mA）

Ø尺寸：

127mm×52mm×52mm

4．3．2施工车辆管理应用系统后台硬件配置

4．3．2．1原型模型后台管理服务硬件配置

原型模型后台管理服务硬件设备与固定式侧装信息采集基站共用同一台研华工控机。

4．3．2．2应用系统后台管理服务硬件配置

待原型模型优化完善后，应用系统后台管理服务硬件将由专业塔式服务器、UHF频段读写器及桌面写卡天线组成。

应用系统启用后，其卡发行基站、卡管系统和后台管理服务系统将共用专业塔式服务器。

4．4软件系统设计

本软件系统设计的目标是通过本系统实现在世博会筹办期的建设阶段对进出五个出入口的施工车辆进行管控。

系统由后台管理服务系统和前端基站控制系统两部份组成。

在世博会建设期的前期由于各子系统和基站间不具备网络联通环境，所以前端基站控制系统需要能够单机正常运行。

在世博会筹办期建设阶段建成网络环境条件下，前端基站系统需要能够和后台管理服务系统协同运行。

整个软件系统采用一个后台管理服务系统和五个前端基站控制系统的设计，后台管理服务系统与前端基站控制系统之间采用移动存储介质人工导入导出的方式实现数据交换与数据同步。

后台管理服务系统的制证数据获取由外部系统提供。

软件系统功能用例图如下所示：

4．4．1后台管理功能设计

后台管理中心需要完成以下几个方面的处理功能：

4．4．1．1电子标签（车证）制证数据获取

系统提供外部接口，外部系统通过调用接口将制证数据存入后台管理中心系统中。

4．4．1．2电子标签（车证）发放管理

电子标签发放管理实现对系统中使用的电子标签的初始化，并完成对电子标签的发放过程的管理。

在系统中使用的汽车电子标签必需先经过初始化处理后，才能进行电子标签的发放处理。

初始化处理主要是实现对电子标签的系统标识、卡内数据的定义以及数据初始化处理。

4．4．1．3电子标签（车证）生命周期管理

系统提供汽车电子标签（车证）的挂失、取消挂失、注销等证件生命周期管理的功能。

4．4．1．4数据导出管理

由于后台管理系统与前端基站控制系统之间没有采用网络连接，因此后台管理中心子系统提供专门的数据导入导出接口来实现与前端基站控制系统的数据同步需求。

在进行数据的导入导出处理时，系统将自动屏蔽重复的数据记录，以确保数据的一致性。

数据导出功能实现将后台管理中心内电子标签的发放信息及系统管理信息等数据存入指定的存储设备中。

4．4．1．5数据导入管理

数据导入功能实现将指定存储设备中的“前端基站控制系统的过车记录信息”存入后台管理中心内。

4．4．1．6基站过车管理及历史记录查询

基站过车记录管理实现对前端基站的过车记录数据信息的统一存储，并提供历史过车记录的查询统计分析与历史过车记录详细信息。

4．4．1．7系统管理

系统管理功能实现操作员用户注册登录、角色权限管理及系统日志等功能。

4．4．2前端基站功能设计

前端出入控制点基站负责实现对园区进出车辆的监控管理，并生成车辆通行记录信息，并通过移动介质、手动操作方式及时将车辆通行记录提交至后台管理中心存储。

其业务处理过程包含以下处理功能：

4．4．2．1设备自检与恢复功能

完成对基站硬件设备的工作状态检测与异常报警，并实现一般性设备一次状态的自我恢复处理。

4．4．2．2车辆检测处理

实现对基站施工车辆的来车检测判定，在确定来车信息后启动车辆身份自动识别处理。

4．4．2．3车辆身份自动识别功能

实现对基站RFID设备的控制处理，获取并确认基站当前来车身份信息，并根据施工车辆身份信息自动向执勤人员提示过车信息。

4．4．2．4视频抓拍处理

实现对基站视频设备的控制处理，对基站过车进行视频抓拍，所抓拍的视频图像将作为事后追溯的重要依据。

4．4．2．5现场LED显示处理

通过LED显示屏实时显示并提示执勤人员当前过车的信息。

4．4．2．6基站过车记录与本地缓存

结合来车信息、车辆身份信息、视频抓拍图像信息，形成基站车辆通行记录信息，并在本地数据库中临时缓存基站过车记录信息。

4．4．2．7基站数据导入导出处理

提供数据导入导出操作接口，一方面实现从移动存储介质中导入后台管理中心的电子标签发放记录，以保持与后台中心的数据同步；同时将本地缓存的基站过车记录信息导出至移动存储介质，以便提交至后台管理中心。

4．4．2．8基站本地历史数据查询

历史数据查询实现对本地前端过车记录数据信息的查询统计分析与历史过车记录详细信息。

4．4．2．9系统管理

系统管理功能实现操作员用户登录及系统日志等功能。

4．4．3软件系统工作流程示意图

5．建设周期

5．1原型模型出入口建设周期

建设时间：

在满足施工条件情况下3周内完工。

序号

筹办期建设阶段

工作任务

（原型系统出入口）

第1周

第2周

第3周

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

1

设备材料采购

、制作与初验

2

施工环境条件准备

3

设备安装调试

车证信息写入发行

4

软件开发

与单元测试

5

性能及功能调试

6

试运行与优化

5．2其它出入口建设周期

当原型模型最终确认定型后，其它4个出入口在满足施工条件的情况下3周内可完工。

序号

筹办期建设阶段

工作任务

（其它4个出入口）

第4周

第5周

第6周

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

1

设备材料采购

、制作与初验

2

施工环境条件准备

3

设备安装调试

4

车证安装及发行

5

单元测试及后台

安装调试

6

性能及功能

联合调试