融合生物特征信息于RFID的智能交通监控模式研究

2012-08-29 16:16:07 来源：www.its114.com 作者:张爱华评论：人

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摘要:根据目前道路交通安全与监控管理工作所面临的严峻形势与极强的法律性挑战，分析了交通管理领域RFID应用与发展的现状，在此基础上提出了融合生物特征于RFID进行道路交通监控的科技管理理念，建立起道路交通机动车与车主驾驶"家族"成员的监控模式。尽管本文没有阐述具体的技术实现细节，但会起到抛砖引玉的作用，将为高等院校和科研机构的产、学、研融为一体提供丰富的内容，引起汽车业、交通管理业的重大革新，将成为向科技要警力的一个巨大推动力。

随着生物特征识别（Biometrics）技术的迅速发展，射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）的应用日趋深度化和广度化，相关信息的融合在智能交通监控管理中的应用已成为可能和必要。对于多项生物特征，需要结合交通管理实际将其优势和局限性互为补充,加以集成RFID信息,用于交通管理的信息化、网络化、智能化，对交通安全、畅通、便捷、文明和进一步促进经济与社会的和谐发展，势必会产生深远的重要影响。

一、多项生物特征在智能交通管理中的应用分析。

当前，城镇化飞速发展的中国，人口迁移与流动对城市道路管理的水准和要求越来越高，驾驶员与行人的素质、车辆的与日俱增、道路的建设等因素给交通管理问题带来严重的挑战，需要加强交叉性学科的综合研究，提升交通管理的科技应用能力。对于生物特征识别理论，比较系统地阐述了生物特征识别技术，特征图像的增强、特征信息的提取、图像的分类、图像的匹配处理算法、特征的识别算法，以及生物特征的标准化和生物特征识别的安全性等内容，交叉渗透多学科、多领域，可以指导交通管理科技工作者深入研究与运用生物特征于智能交通监控。

近日，全国信息技术标准化技术委员会召开了生物特征识别标准工作组成立大会，它标志着我国生物特征识别标准工作组正式开始运作，笔者据此分析并认为该生物特征识别Biometrics将得到更广泛的应用和发展,现对生物特征分为两种：一种是先天性的生理特征指纹、掌纹、掌形、面像、虹膜、视网膜、颈脉、DNA等;另一种是后天形成的行为特征步态、书写、语音等，其应用涉及到数据采集、数据处理、图形图像识别算法等技术。目前，已相继研发出基于虹膜、指纹、人脸等生物特征识别的系列产品，并实现了产业化，为加快在智能交通管理中的应用奠定了坚实基础。对于多项生物特征识别，有着各自的局限性,如DNA检测，具有获取结果成本高、时间长等缺点；指纹特征识别，并非适合残疾人；对人脸或虹膜特征的提取，受到患白内障或脸部损伤等因素的影响。因而，特征信息在交通管理领域的实际需要，将模式识别、数字信号处理和数字图像处理等内容进行有机结合，建构多项生物特征识别，运用于道路交通违章、违法或事故当事人的身份鉴别，在此以三种典型的人体生物特征DNA、人脸、指纹的识别为例进行分别阐述。

在交通事故研判中，微量物证的DNA识别尤为重要，曾经以毛发为微量物证特例探讨了微量物证的STR分型检验方法及其应用，并对毛发STR分型的影响因素进行分析研究，运用了chelex-100法提取DNA，使用AmpFLSTR?Identifiler?试剂盒检测样品15个STR基因座和Amelogenin性别基因座的基因型。研究表明，清洗毛发可防止污染，孵育1小时可消化完全毛囊，不用DTT不影响STR分型效果，室温放置半年也不会影响分型效果，成人毛发一般取1根提取DNA后进行STR分型可检测成功，婴幼儿毛囊较小者取2根或3根毛发扩增，或取1根毛发增加DNA模板用量可获得完整分型结果。对于毛发检材稳定、DNA提取方法简单、检材用量易于把握、不必对人体造成再次破坏便能严格公正执法与准确研判事故等优点而言，这一分型检验方法为分析微量物证数据库在交通事故处置实践中的应用奠定了重要基础。

在交通科技管理中，对于人脸特征的研究内容相当丰富，需要建立人脸图像库，搜寻特征点，对肤色分割的彩色图像人脸进行检测、多数据融合与特征定位，以便提取人脸特征，其特征点的定位与人脸识别、人脸表情识别、人脸三维建模密切相关，涉及计算机视觉、计算机图形学、模式识别等内容。在道路交通气候、环境多变等复杂情况下进行驾驶员、行人的人脸特征定位跟踪，效果很差，此时驾驶员面部图像融合了多种干扰信息，这需要采取特殊的算法对人脸图像特征进行统计程序训练分析,将信号进行傅立叶转换,生成用于人脸检测的分类器，在检测到的区域内利用颜色空间中的肤色模型进行人脸位置的精度定位，从多个角度增加必要的约束条件使得人脸特征检测获得满意的识别信息，然后形成人脸图象库信息的混沌数字化数据再进行远距离安全传输,以提高驾驶员脸部远端的识别能力。

对于指纹识别,它是集生物技术、传感器技术、电子技术、图像处理、模式识别于一体,具有唯一性和不变性，作为道路交通行人与驾驶员的身份标志，其安全、可靠与高效性,将在交通科技管理领域得到广泛的应用，其应用可分为：指纹图像库的应用和个体或小群体指纹的应用。对于前者需要进行指纹图象采集、预处理、特征提取、数据库管理及比对分析，适用于对驾驶员档案库进行信息化管理；对于后者只是对驾驶员个体或小群体指纹图象进行采集、存储处理与比对，用于车辆防盗和道路监控。

二、RFID技术在智能交通管理中的监控作用。

在智能交通监控管理中，RFID技术可为道路交通安全提供科技保障。目前，发达的一些国家如美国道路交通机动化程度虽然很高，但其交通安全事故指标项方面却优于我国，这主要在于美国道路交通的科技应用与安全研究比较深入、层次较高、对基础研究得到了较高的重视。近些年，在我国基础设施建设的力度不断加大、道路里程和等级普遍提高,随着机动车辆的不断增加,有必要对道路交通科技应用和安全问题开展广泛深入的研究，大力发展智能交通。

在经济全球化的快速发展时期,残疾人车辆日益倍增，严重影响交通安全，从而交通智能化管理日显重要，RFID技术的研究、开发和应用成为必要。射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）技术，是利用无线射频方式进行非接触的双向通信技术，可达到识别目标并交换数据的目的，实现人们对各类物体或车辆在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理，关于RFID技术在残疾人车辆智能化道路交通管理中的应用是多方面的，如残疾人车辆跟踪监控管理、残疾人停车位与加油站的智能化管理、礼让信号设置与管理、行驶缴费及残疾人驾驶员智能化管理等等，其应用会极大地提高我国道路交通的管理水平，为残疾人的日常生活带来更多便利，更好地满足残疾人参与社会生活的需要与展示我国人权、残疾人人权保障状况的需要，同时对交通安全将会发挥着重要的积极作用。

对于RFID系统，由电子标签、读卡器（Reader）及后台信息应用系统构成。相关车辆如残疾人车辆的识别，采用RFID技术，其工作原理是在残疾人车上配置RFID识别卡，发出含有唯一识别码的射频信号在监测范围内被基站式识别器采集，通过残疾人专用机动车信息交换平台进行数据分析，准确判断车辆的身份、经过的地点和时间。RFID技术的应用，具有如下优越之处：通过射频信号自动识别残疾人车辆，无需可见光源;可以在恶劣环境下工作，透过被遮挡的大型车辆直接读取数据；支持写入数据，无需重新制作新的标签；使用防冲突技术，能够同时处理多个射频标签，适用于批量识别场合；可以对RFID标签所附着的残疾人车辆进行追踪，提供位置信息，加快信息收集处理的速度。在此基础上，把车牌等信息集成在电子标签中可促进电子车牌信息化管理的发展。

三、融合生物特征于RFID进行交通车辆监控的模式建立。

（一）融合生物特征于RFID进行道路交通监控思想产生的基础。

目前，基于网络测控系统的视频监控已得到广泛应用,基于微处理器的嵌入式网络视频监控，包括视频服务器端、视频客户端和视频控制端三大部分，开发平台具有体积小、智能判断运动目标等特点，涉及到多种道路监控设备，主要有：电视监控系统（分为模拟系统和数字系统），可抓拍压实线、违法停车、闯红灯、违法调头等交通违法行为；闯红灯自动记录仪（即闯红灯电子警察），包括光学相机型、数码相机型、摄像机型、数码型、高清晰数码摄像机型，应用在具备交通信号控制的交叉路口和路段对机动车闯红灯行为进行不间断自动检测和记录；超速抓拍系统，可分为普通型和高清晰型，通过雷达、激光或线圈感应对超过限速行驶车辆进行抓拍取证，可随时抓拍压实线、违法停车、违法调头等违法行为；车辆智能监测记录仪(俗称卡口)，实时记录经过监控区域的车辆，进行存储和处理，自动识别车辆号牌。以上设备实用性是很强的，运用雷达测速、高清晰数字视频检测技术，可提高对车辆、车身乃至驾驶人的准确检测与有效抓拍能力。利用先进高效的数字视频图像模糊识别技术，可提升机动车辆及特征车型牌号的识别能力。信息化网络技术的应用，及时进行车辆信息比对成为现实，对嫌疑车辆全方位监控。对于交通监控设备抓拍到的交通违法行为主要是现场处罚和非现场处罚，据有关部门统计，在全国范围内某年共查处道路交通违法行为2.5亿多人次，处罚机动车违法行为约1.5亿起，利用交通监控设备(包括静态和移动设备)查处机动车违法行为近7000万起，占全年查处机动车违法行为的46%以上，由此表明监控设施对道路交通管理发挥着重要的作用。

尽管交通监控设备有利于非现场执法，具有明显的优势，发挥了多方面的作用：实现对道路交通的全天候监控，扩大、延伸了交通管理的时空，避免了民警现场执法时所遇违法人的讨价还价甚至阻挠现象的发生，而且使想违法的驾驶人都能感到一种无形的压力，迫使其在看不到警察的时候也能对自已的驾驶行为进行约束，对交通事故责任认定、肇事逃逸案件、刑事治安案件侦破也能提供相关视频证据。但是，当前的交通监控设备存在着严重的缺陷：难以认定交通违法当事人员，由于非现场执法取证只能确认车辆违法的事实，难以获得具体驾驶员的清晰视频资料，在实际操作中，当事人即使是违法时的驾驶人也会矢口否认，只可确认是车主，使得相应吊证的处罚如扣分、复考等交通管理措施无从实施。除此之外，由于车辆的转让、买卖等情况将造成车辆登记车主的变化，有些车辆没有办理"过户"和"转籍"手续，带来处罚决定和执行上的困难，使法律的公正、严肃性遭受到极大的挑战。

在当代交通科技管理受到法律性的极大挑战的背景下，通过上述内容的研究分析，明确了目前单凭RFID技术是难以解决上述问题的，但与生物特征信息有机集成便可迎刃而解。这样，产生了融合生物特征于RFID进行道路交通监控的思想。

（二）融合生物特征于RFID进行机动车与驾驶人员的监控模式。

对于融合生物特征（DNA、人脸、指纹等）信息的RFID电子标签、读卡器（Reader）及后台信息应用系统，便可构成具有新用途的道路交通机动车与驾驶员监控平台。可设计足够小的电子标签（即射频卡）封装到汽车钥匙当中，并装有读写器，使特定驾驶人员（个体或小量群体）特征信息可写入射频卡，当钥匙插入到点火器中时，读写器能够辨别钥匙的身份和驾驶员的特征信息。若读写器接收不到电子标签发送来的两种特定信号（驾驶员的特征信息和钥匙的身份），将不能发动汽车的引擎。相关道路交通机动车辆与驾驶人员的监控操作程序是：首先识别驾驶人员的特征信息，再识别车辆钥匙的特征码，然后启动车辆，监控驾驶人员和机动车辆的交通管理信息，如图[1]所示。

融合生物特征的RFID电子标签系统，起到监控和防盗两个重要作用。驾驶人员通过自己的指纹、居民身份证、DNA等特征信息被封锁在机动车内的读卡器读取时，传输到被封装在车内的具有写入和比对识别功能的电子标签（包含一个微小的芯片Microchip用于存储特征号码信息），或者设置机动车驾驶员"家族"式多张具有各自生物特征信息的电子标签（即射频卡），发射的信号由车内读写器读取时，系统可发出允许启动驾驶机动车的警示，若读取不到车主预先设置的特征号码信息，系统可发出不允许打开车门启动驾驶机动车的警示。对于驾驶员离开汽车一定距离内车门没关或引擎处于工作状态，读写器便可读取驾驶员电子标签发出信号的对应特征码号，对于读写器读不到相关的特征码时,被封装在车内的电子标签如同单一的密钥会自动关闭引擎顺次关闭车门发出警报。

关于智能交通管理的监控技术是把生物特征识别、传感器、通讯、数据处理、网络、自动控制等技术有机结合用于交通管理，建立起实时、准确、高效的道路交通监控系统，实现多目标、大批量、快速的机动车与驾驶人员的识别与不停车收费、停车场管理、车辆类型及流量检测、车辆速度测算等功能，促使交通管理领域焕发新机，将得到长足发展。融合生物特征信息的RFID系统监控模式，如图[2]所示。

以上模式图标征了融合生物特征的RFID道路交通机动车与驾驶员监控系统结构及信息的流向，包括可携带的钥匙型能够存储驾驶员生物特征或特征码的电子标签Tag1、可封装到机动车内能够存储生物特征或特征码的电子标签Tag2、封装到机动车内可存储车辆信息的阅读器Reader1、设置安装在主要路口路段处的天线阅读器Reader2及后台控制与处理的计算机。每个标签均有一个微小的芯片（Microchip）用于存储单一驾驶员或车主"家族"驾驶成员的生物特征与特征码信息，天线（Antenna）可用于信号发射与接收，车内阅读器用来读取驾驶员的生物特征信息或特征码，通过车内短距离（约0.5m）无线传输到车内电子标签进行简单分析比对特征信息，处理后的信号再发射通过电感耦合来激活Reader2，确保机动车高速通过瞬间完整读出数据传输到系统后台。当载有融合生物特征信息的电子标签随机动车辆行驶时,经过设有RFID天线读写器的地方将会被自动记录相关交通管理信息，被传输到后台计算机中进行驾驶人员、机动车、交通状况等信息的分析比对，若违章驾驶，系统可比对出违章驾驶人员的身份，智能化的记录其驾驶状况，确认是车主还是当时违法驾驶人员，为非现场的交通违法处罚及时提供证据，使得相应吊证处罚如扣分、复考等交通管理措施得以实施。