Файл: Контроля.pdf

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ
НАРУШЕНИЙ ПРАВИЛ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ RFID-ТЕХНОЛОГИЙ
И НОВЕЙШИХ БЕСПРОВОДНЫХ СРЕДСТВ
В. М. Вишневский, Р. Н. Минниханов
∗
Научно-производственная фирма “Информационные и сетевые технологии”,
129626, Москва, Россия
∗
Управление Государственной инспекции безопасности дорожного движения
Министерства внутренних дел по Республике Татарстан, 420059, Казань, Россия
УДК 004.057.4
Предложен подход к построению автоматизированных систем безопасности на автодорогах,
обеспечивающих существенное повышение вероятности обнаружения нарушителей правил до- рожного движения (ПДД). Повышение вероятности обнаружения нарушений ПДД достига- ется за счет использования RFID-технологий и новейших беспроводных средств. Описывает- ся архитектура нового модуля фиксации нарушений ПДД, включающего RFID-считыватель,
радар и видеокамеру, а также технические и правовые аспекты возможности расположения
RFID-метки на номерном знаке автомобиля. Предлагается методология построения высоко- скоростной широкополосной беспроводной сети передачи мультимедийной информации, обес- печивающей связь в реальном масштабе времени стационарных и мобильных устройств фикса- ции нарушений ПДД с центром управления. Для оценки эффективности работы сети передачи данных автоматизированной системы безопасности предложена модель многофазной стохасти- ческой системы обслуживания. Рассмотрены практические аспекты разработки и внедрения новой автоматизированной системы контроля нарушений ПДД с использованием RFID-тех- нологии и новейших беспроводных средств.
Ключевые слова: RFID-технология, широкополосная беспроводная связь, многофазная стохастическая система, математическая модель.
The article describes a novel approach for automated roads security systems design, significantly increasing the chances to reveal traffic rules violators. The probability of violation registration is increased through RFID and novel wireless technologies utilization. The paper covers architecture of traffic rules violations registration module enclosing RFID-reader, radar and video camera, along with technical and legal aspects of RFID tags mounting on vehicles license plates. A methodology of building high speed broadband wireless network, transmitting multimedia data and providing real time connections between stationary and mobile traffic rules violations registration devices with control center, is proposed. To estimate network productivity characteristics a multiphase stochastic queueing system model is proposed. The discussion of practical aspects of research and implementation of the automated traffic rules violation registration system with RFID and novel wireless technologies utilization concludes the paper.
Key words: RFID, broadband wireless networks, multiphase stochastic system, mathematical modeling.
5
Вычислительные и сетевые ресурсы
2

Введение. Во многих странах мира, в том числе в России, одним из наиболее эффек- тивных способов решения проблемы аварийности на автодорогах является создание систем автоматической фиксации нарушений правил дорожного движения (ПДД). В мировой прак- тике для автоматизированного контроля правонарушений на автодорогах широко использу- ется аппаратура видеофиксации, включающая радарное устройство для измерения скорости движения транспортного средства (ТС) и оптическую фотокамеру для фиксации номерного знака (идентификации) ТС.
Однако указанная аппаратура имеет ряд существенных недостатков, которые затрудня- ют, а иногда делают невозможной идентификацию автомобиля — нарушителя ПДД:
— отсутствие возможности распознавания сильнозагрязненных государственных реги- страционных знаков (ГРЗ) в плохих погодных условиях (туман, дождь, снег) или намеренно загрязненных номерных знаков;
— отсутствие оперативной передачи информации в центр управления и контроля, что лишает возможности реагирования на правонарушения в реальном масштабе времени.
Вследствие указанных недостатков вероятность обнаружения автомобиля, нарушивше- го скоростной режим, составляет менее 50 %. В настоящей работе приводится описание автоматизированной системы контроля безопасности на автодорогах, разработанной с ис- пользованием RFID-технологии и широкополосных беспроводных средств, обеспечивающих значительное повышение вероятности обнаружения нарушителя ПДД. Повышение качества идентификации ТС на автодорогах достигается за счет применения метода радиочастотной идентификации, обладающего рядом существенных преимуществ по сравнению с другими известными методами бесконтактной идентификации автомобилей:
— активные радиометки, расположенные на номерном знаке автомобиля, читаются через грязь, воду, туман, пластмассу и т. д.;
— радиометки, содержащие большой объем информации о ТС, допускают не только чте- ние, но и возможность записи (перезаписи) информации;
— практически полное исключение подделки и разрушения информации за счет исполь- зования различных систем шифрации радиометки;
— возможность считывания информации ридером на большом расстоянии (до 50 м) от активной метки, расположенной на ГРЗ автомобиля.
Для ликвидации второго из указанных выше недостатков существующих систем видео- фиксации в настоящей работе предлагается методология построения высокоскоростной бес- проводной связи вдоль автодорог для передачи информации от систем фиксации нарушений
ПДД в центр управления и контроля в реальном масштабе времени. Таким образом, будет обеспечена высокоскоростная связь не только с разрабатываемой стационарной и подвиж- ной аппаратурой идентификации нарушений ПДД, но и с патрульными машинами и постами
ГИБДД вдоль всей трассы.
Несмотря на широкое развитие и применение систем видеофиксации [1], широкополосной беспроводной связи [2] и RFID-технологий [3], в настоящее время не существует аналогов автоматизированной системы, предлагаемой в данной работе. Новизна и оригинальность разрабатываемой системы подтверждены проведенным патентным поиском и получением патента № 99207 от 10 ноября 2010 г. “Автоматизированная система контроля нарушений
ПДД на базе широкополосных беспроводных сетей передачи информации и RFID-техно- логий” [4].
1. Краткое описание RFID-технологии, возможность использования ее для фиксации нарушений ПДД. Термин “радиочастотная идентификация” (radio frequency
В. М. Вишневский, Р. Н. Минниханов
53

54
Вычислительные и сетевые ресурсы
identification (RFID)) используется с 60-х гг. XX в. Однако лишь в последнее десятилетие радиочастотная идентификация получила широкое распространение и стала одним из наи- более интенсивно развивающихся направлений в области автоматической идентификации объектов и беспроводной связи.
Радиочастотная идентификация позволяет осуществлять автоматическую идентифика- цию объекта в реальном времени, автоматизировать процесс сбора и обработки информации бесконтактным способом, а также вести временной учет событий с участием данного объек- та. RFID-технология используется для того, чтобы идентифицировать, проследить, рассор- тировать и обнаружить неограниченное количество предметов включая документы, транс- портные средства, одежду, контейнеры и т. д. Кроме того, она может быть использована для автоматизации производственных процессов, автоматизации систем управления, организа- ции систем контроля доступа и систем безопасности, контроля и учета рабочего времени,
построения дисконтных и логистических систем, защиты товаров и документов от подделок.
Использование технологии радиочастотной идентификации предполагает наличие трех основных компонентов:
— радиометки или RFID-метки (транспондера, иногда также применяется термин “RFID- тег” (RFID-tag)) — средства маркировки отслеживаемого объекта;
— устройства для чтения и записи таких радиометок (считывателя, ридера (reader) или интеррогатора);
— серверного программного обеспечения, которое расшифровывает полученную со счи- тывателей информацию о радиометках и представляет ее в формате, подходящем для систем управления, образующих информационную инфраструктуру.
Принцип работы системы радиочастотной идентификации состоит в следующем: антенна считывателя излучает электромагнитные волны, которые принимает антенна радиометки.
За счет энергии этих волн осуществляется питание чипа, встроенного в метку. В результа- те этого метка активизируется, вступает в радиообмен для самоидентификации и передает информацию считывающему устройству или производит запись информации, полученной от считывателя, в свою память. Основные компоненты метки — интегральная схема (чип),
управляющая связью со считывателем, и антенна. Чип имеет память, которая хранит иден- тификационный код или другие данные. RFID-метка размещается на объекте идентифика- ции и является источником информации о данном объекте. Метка может содержать данные о типе объекта, стоимости, весе, температуре, данные логистики, а также любую другую информацию об объекте. С учетом отсутствия потребности в контакте или прямой видимо- сти между считывателем и меткой, а также того, что радиосигнал легко проникает через многие материалы, метки могут быть скрыты внутри тех объектов, которые подлежат иден- тификации.
RFID-метки обладают возможностью многократной записи и считывания информации,
а также хранения большого объема информации (до 10 000 байт). При условии нахожде- ния метки в зоне считывателя скорость считывания достигает более 1000 меток в секун- ду с достоверной точностью до 100 %. При этом в зависимости от используемых модели метки и считывателя радиус считывания может достигать нескольких сотен метров. В на- стоящее время осуществляется промышленный выпуск пассивных меток, предназначенных для работы на небольших расстояниях от считывателя, и активных меток, обеспечивающих дальность считывания свыше 100 м.
Активные метки, обладающие собственным источником питания (время жизни батареи питания составляет от 3 до 10 лет), могут генерировать выходной сигнал большего уров-

Рис. 1. Зоны размещения RFID-метки на ГРЗ типа 1 с трехзначным кодом региона регистрации (габаритные размеры 520×112 мм):
зона А — 125×24 мм; зона В — 80×24 мм; зона С — 90×26 мм; зона D — 90×22 мм ня, чем пассивные, что позволяет применять их в более агрессивных для радиочастотного сигнала средах (воде, металлах), а также на воздухе на больших расстояниях.
Возможность работы на значительных расстояниях, большой объем памяти для запи- си (считывания) информации о ТС и его владельце (приблизительно 550 Мбайт), возмож- ность установки на ТС, движущемся со скоростью 120÷150 км/ч, определили целесооб- разность использования активных меток в автоматизированной системе контроля наруше- ний ПДД.
Активная RFID-метка может размещаться в различных местах установки на ТС: на но- мерном знаке; на решетке радиатора, на ветровом стекле; в корпусе зеркала заднего вида или бокового зеркала. Наиболее рациональным и перспективным вариантом является уста- новка RFID-метки на номерном знаке. Это обусловлено тем, что такое решение может быть тиражировано в промышленном масштабе, а также тем, что существующие системы ви- деоконтроля уже “нацелены” на фиксацию и считывание зоны, где расположен номерной знак.
На рис. 1 представлены габаритные размеры ГРЗ и возможные зоны размещения на его поверхности RFID-метки, работающей в частотном диапазоне 433 или 860÷930 МГц.
Представленные размеры четырех зон A, В, С, D полностью включаются в габаритные раз- меры номерного знака и не могут повлиять на его визуальную идентификацию (читаемость знака).
При размещении на номерном знаке необходимо использовать RFID-метку для метал- лических поверхностей (onMetal). Крепление RFID-метки к номерному знаку может быть выполнено с помощью заклепок, винтов или клея. На стадии внедрения такой техноло- гии данная процедура выполняется сотрудниками ГИБДД. В дальнейшем, при массовом использовании технологии RFID на автомобильном транспорте, установка метки на ГРЗ
может выполняться в промышленном масштабе.
После установки RFID-метки на ГРЗ сотрудники ГИБДД осуществляют процесс про- граммирования и записи информации на нее с помощью ридера. Весь объем записанной информации, а также идентификатор метки заносятся в базу данных (БД) ГИБДД, после чего ГРЗ с меткой выдается владельцу транспортного средства для крепления на авто- мобиль. Преимуществом такого размещения является то, что номерной знак совмещен с
RFID-меткой и представляет единое изделие.
В. М. Вишневский, Р. Н. Минниханов
55

56
Вычислительные и сетевые ресурсы
Рис. 2. Схема функционирования автоматизированной системы безопасности
2. Принципы построения автоматизированной системы и основного модуля идентификации нарушений ПДД. По сути, радиочастотная идентификация и видео- фиксация являются автономными системами, способными работать независимо друг от друга. Однако комбинированное использование этих систем позволит структурам ГИБДД
уменьшить вероятность ошибок, повысить достоверность информации и оперативно реаги- ровать на правонарушения.
Информация, полученная от системы видеофиксации и параллельно от системы радио- частотной идентификации, оперативно передается в центр управления и заносится в БД
ГИБДД. Поскольку эти системы функционируют в режиме реального времени, возможно проведение сравнительного анализа данных по одному и тому же ТС. В условиях плохой погоды и слабой читаемости номерного знака (на фото видны только несколько символов)
вступает в действие программная реализация алгоритма выборки и сравнения наиболее ве- роятных совпадений данных видеофиксации и радиочастотной идентификации (по времени фиксации, известным символам ГРЗ). Кроме того, возможно проведение сравнительного анализа полученных данных по цвету кузова ТС, его типу, марке или модели автомобиля.
Схема функционирования автоматизированной системы безопасности на автодорогах приведена на рис. 2. На данной схеме представлены модули идентификации двух типов,
установленные на автомобильной трассе: модуль идентификации стационарного типа (СТ)
и мобильный (МОБ) модуль идентификации. Данные модули осуществляют фотофиксацию

Рис. 3. Схема работы стационарного модуля идентификации:
1 — источник электропитания переменного тока; 2 — модуль идентификации;
3 — концентратор; 4 — сервер БД; 5 — рабочее место оператора
ТС, измерение их скорости, распознавание ГРЗ, радиочастотную идентификацию меток ТС,
а также запись и оперативное хранение полученной информации. Кроме того, модули иден- тификации содержат радиомаршрутизатор для настройки, управления и передачи инфор- мации на мобильный или стационарный пост.
Вся информация от указанных модулей по каналам связи передается на сервер иденти- фикации, расположенный в структурном подразделении управления ГИБДД (УГИБДД),
которое осуществляет сбор и обработку информации, поступающей от всех модулей иден- тификации данного подразделения. В целях осуществления проверки данных о ТС и его владельце, а также для принятия процессуального решения удаленный доступ к серверу имеют инспекторы ГИБДД. Кроме того, сервер идентификации осуществляет автоматиче- ский обмен данными с модулем интеграции, который осуществляет преобразование формата всех полученных данных. В свою очередь модуль интеграции осуществляет автоматический обмен данными с сервером регионального УГИБДД, в памяти которого содержатся базы данных владельцев ТС, базы розыска ТС, базы административных нарушений. Данный сервер осуществляет также учет оформленных нарушений и учет оплаты по квитанциям.
Инспекторы ГИБДД направляют владельцу ТС (нарушителю ПДД) через ФГУП “Почта
России” почтовое отправление с квитанцией об оплате штрафа. Владелец ТС производит оплату штрафа по данной квитанции в любом отделении банка. Информация об оплате передается из банка в Федеральное казначейство. По существующим каналам связи сервер регионального УГИБДД получает оперативную информацию из Федерального казначейства о подтверждении оплаты штрафа нарушителем ПДД.
На рис. 3 приведена схема работы стационарного модуля идентификации на участке ав- томобильной дороги. На данной схеме представлены два модуля идентификации, которые осуществляют работу в двух направлениях движения автотранспорта. Питание модулей осу- ществляется от источника электропитания переменного тока (220 В). Оба модуля подклю- чены к концентратору, который по каналам связи осуществляет передачу информации на центральный пост ГИБДД, где находятся сервер баз данных и рабочее место оператора.
ɐɟɧɬɪɚɥɶɧɵɣ
ɩɨɫɬ
В. М. Вишневский, Р. Н. Минниханов
57