前言   

自行車、電動車、三輪車(以下簡稱非機動車輛)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渠道買車又間接促使被盜案的高發，從而形成一個惡性循環。課題組和所在城市非機動車輛管理部門一起，就建立城市 非機動車輛管理系統、實現非機動車輛科學有效管理的可行性進行了廣泛的調研，學習借鑒了部分城市的管理辦法 ^[1]，設計并實現了基于網絡環境的，綜合各類技術，并輔之必要管理制度的城市非機動車輛管理系統(以下簡稱NVMS)。   

1 系統設計   

1．1 NVMS設計原則   
1．1．1 先進性和可靠性原則   
由于NVMS生命期長，覆蓋范圍廣，運行環境多樣復雜，因此NVMS采用的各項技術應適度先進、可靠。   
1．1．2 經濟性原則   
物價部門對非機動車輛的牌照收費有嚴格規定，不得突破。因此NVMS方案必須盡可能降低系統研發和運行成本。   
1．1．3 通用性和擴展性原則   
隨著系統的成熟運行，NVMS可以應用于其它城市，其它交通工具。因此在系統設計中應當考慮系統的通用性和擴展性。   
1．2 NVMS設計目標   
廣泛調研后建立的NVMS綜合各類技術，輔之必要管理制度，建立一個覆蓋全市范圍，對3類非機動車輛實現從購車到報廢全過程管理的管理系統。   
(1)車輛牌照電子化。采用無線射頻識別技術(RFID)制作射頻標簽嵌入車牌內，提高系統信息化程度。   
(2)車輛管理網絡化。借助現有的公安網絡建立覆蓋整個城市的非機動車輛管理系統。   
(3)降低被盜率，提高破案率。這是建立NVMS最終目標。   
1．3 系統運行模式和設計方案   
NVMS運行模式如下。   
(1)非機動車輛購置后在車輛管理部門辦理手續領取車輛牌照，管理系統錄入相應數據。   
(2)數據管理系統通過車輛管理制度及時反映車輛的當前狀態。   
(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，與數據庫數據比對，確定被檢車輛的當前狀態。   
(4)對NVMS網絡暫時無法到達的檢查點，使用手持式無線閱讀器進行檢查。   
NVMS的運行模式確定了系統由兩大子系統組成：基于射頻識別技術的車輛牌照子系統和基于網絡的數據管理子系統。   
1．3．1 基于射頻識別技術的車輛牌照子系統設計   
RFID射頻識別是已廣泛應用的一種非接觸式的自動識別技術^[2]。由射頻標簽(Tag)、閱讀器(Reader)以及天線(Antenna)三部分組成。工作原理見圖1   

車輛牌照的結構設計為母子卡抽插式，母卡安裝在車輛的規定位置。子卡可插入母卡內，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字，且很難從母卡剩余的部分數字猜出車牌號碼(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網絡平臺設計   
目前非機動車輛由公安部門管理。為降低NVMS建立和運行成本，提高系統的安全性以及和公安其它管理系統的集成性，NVMS建立在公安原有專用網絡平臺上。服務器設立在車輛管理部門。各派出所、聯網的治安卡口沿用原有終端、配置固定式閱讀器與系統相連。   
1．3．3 NVMS數據管理子系統設計   
NVMS系統以Windows2000 Server+IIS5．0+．NET為平臺，以SQL Server 2000為后臺數據庫，采用ASP．NET和VC．NET構造程序框架。NVMS采用了傳統的3層體系架構：表示層、業務邏輯層和數據層。這種體系結構可以方便地實現對系統數據的管理、應用和發布。   
1．3．4 數據庫設計   
依據數據庫理論^[3]，關系高范式能避免數據冗余，消除了各種寫操作異常。但考慮到本系統在應用過程中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行大量的連接操作，占用大量CPU和I/0時間，影響系統響應時間。因此，在權衡了規范化和系統運行效率得失后，本系統中關系均符合2NF。同時，為了縮小數據表的體積，提高數據庫系統查詢效率，3類非機動車輛分別存放在3個數據表中。   
1．3．5 數據管理系統設計   
經過對NVMS運行模式、需求分析后確定整個系統由8個子功能組成(見圖3)。

其中，有2個最關鍵的功能。   
(1)車輛查驗模塊。通過RFID閱讀器讀入車輛牌照中車牌號，通過RS232接口送入網絡終端，產生通信中斷。車輛查驗模塊中斷處理函數接收車牌號，根據車牌號查詢相應數據表，確定被檢車輛的當前狀態(正常、丟失、被盜等)。檢查人員可以根據車輛當前狀態確定處理方式(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 系統設計中采用的關鍵技術   

2．1 基于射頻識別技術的車輛牌照子系統設計   
NVMS中車輛牌照采用了射頻識別技術。   
2．1．1 射頻標簽設計   
NVMS中射頻標簽基于IS0／IEC15693協議，工作頻率為13．56MHz(中頻)只讀(RO)被動式型無源標簽。設計成圓形鈕扣狀，直徑13mm，厚0．5mm。主要由感應線圈、只讀存儲器以及射頻收發及相關電路組成，存儲器芯片內只存有經加密算法加密后的車牌號。射頻標簽永久性嵌入在牌照母卡中。   
2．1．2 閱讀器設計   
閱讀器的主芯片為$6700。主要由89S52單片機、電平轉換電路、電源電路、MAX232與PC接口電路、外圍其它控制電路(蜂嗚器，復位鍵)等組成(見圖5)。

為了保證車牌照子系統的可靠性，在閱讀器軟硬件設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，經過試驗和查閱國外有關文獻^[4]，在應用中沒有按照常規做法采用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)閱讀器的單片機內編寫了數據校驗程序。閱讀器對讀人數據采用CRC16多項式進行CRC校驗，提高數據讀人的準確率。   
2．2 采用面向對象的軟件工程方法進行軟件和數據庫設計   
在軟件系統設計過程中采用了面向對象的方法。對所處理對象進行抽象，形成了三個實體—— 車輛、人員、車輛處理。所有實體設計為基類，經派生產出相應子類。例如設計車輛基類，經派生產生3個非機動車子類。基類中的行為大都設計成虛函數形式，派生類給出虛函數實現。車輛類及其派生類的UML示意圖見圖6。   

在數據庫設計中，除采用建立索引，存儲過程等減少數據的連接操作等常規方法外，還采取了以下2項主要技術。   
2．2．1 數據庫聯接池   
為了減少數據庫的連接和關閉產生的系統開銷，在NVMS中解決的方法是建立一個可重用的數據庫聯接池^[5]。應用系統一啟動就在內存中建立一些數據庫聯接，存儲到數據庫聯接池。當應用程序需要建立數據庫聯接時，只需從內存中取一個來用而不用新建。經測試，采用數據庫聯接池大大提升了系統效率。   
2．2．2 高速緩存   
在NVMS中為了減少數據訪問次數、增加數據的共享性從而提高訪問效率，采用設置緩存來達到數據共享的目的。根據需要定義各塊緩存的大小及其所存放的內容。第一次訪問數據時，數據從數據庫讀出并存于緩存。當客戶端網頁需要數據時，先到緩存讀取信息，緩存根據客戶端提供的條件來對應緩存的索引，查找相關信息。   
2．3 串口數據讀取及檢索   
射頻標簽閱讀器將解密后的車牌號以ASCII形式經RS 232串口送人NVMS數據處理系統。在系統中采用MSComm通用串口通信控件讀取車牌號數據。并根據車牌號首字符確定機動車類型，檢索相應的數據表。   
2．4 安全機制設計   
2．4．1 射頻標簽安全性設計   
射頻標簽中的車輛號經加密后寫入射頻標簽。閱讀器讀出標簽信息經閱讀器解碼程序解碼后送人數據管理子系統。這樣即使車輛被盜，偷竊者通過其它非法手段獲得射頻標簽信息也無法獲取車牌號信息。   
2．4．2 數據管理子系統安全性設計   
數據管理子系統安全性包括兩個方面。   
(1)系統內部對系統的操作要在自己的權限下進行。在系統管理子系統內為不同的用戶(包括系統管理員)分配了不同的角色，每個角色有不同的操作權限。登錄系統時不同的用戶進入的界面也不同。   
(2)服務器應用程序要采取措施防止對其惡意的攻擊。對于一般用戶，除了用防火墻等網絡安全產品外還在應用程序中采用了身份驗證機制和加密技術。   

3 結 論   
由于NVMS系統在實施前經過了廣泛的調研和科學論證，系統所采用的關鍵技術相對先進和可靠。該系統在網絡系統上進行了模擬試驗，試驗數據表明系統運行結果初步達到方案設計目標。   

參考文獻：   
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