基于RFID技术的港口车辆管理系统设计与实现

摘要：随着我国经济持续发展，港口业务增长迅猛，提高吞吐量的需要也越来越强烈。而目前依靠人工管理的方式显得捉襟见肘，所以采用高新技术改善港口管理模式势在必然。RFID港口车辆管理系统通过给港口车辆绑定电子身份芯片，把车辆的相关信息记录到系统中，由系统统一管理港口车辆的进出行为，从实际上解决人工管理车辆所带来的效率与效益的问题。系统利用高性能的超高频读写器，采用基于C／S模式分层结构，利用缓存，双数据库技术，使系统的可操作性强，稳定性高，数据交互便捷。从而很好地提高了港口码头的管理效率与服务水平。
关键词：港口车辆管理系统；RFID技术；车牌识别；电子标签

0 引言
随着世界经济的发展，快速增长的港口业务量对港口码头管理系统的要求越来越高。将RFID无线射频识别技术、计算机技术、车牌自动识别技术、地感技术、自动控制技术、视频监控技术、数据库技术、网络技术紧密结合，建设基于RFID技术的港口车辆管理系统能大大提高港口的效率与效益。
传统的人工管理手段存在很多缺陷，港口使用RFID技术等管理能有效地解决以下问题：
(1)人工管理存在着人为的过失与耗时长的问题，而使用计算机技术自动读取RFID存储信息，在系统正常运行中不存在失误的问题，计算机的高性能也使单位流程的作业时间减少到最优。
(2)在遇到不实时的问题时可通过系统调出历史记录，防止无法追溯问题的出现，减少不必要的分争端。
(3)在遇到网络故障等问题时，车辆身份的信息可直接通过读取写入RFID标签的数据区获取，实现系统的不间断运行。
(4)减少司机的工作量，RFID技术的远距离、可移动的读取方式可使司机不下车，不等待便可以通行。
(5)可防伪性，系统根据一定的规则向每张车辆身份卡写入数据，他人不可效仿。

1 RFID技术
RFID(Radio Frequency Identification)技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触式信息传递，并通过所传递的信息达到自动识别的技术。20世纪90年代以来，RFID技术迅速发展，因其具有数据存储量大，穿透力强，读写距离远，读取速率快，使用寿命长，环境适应性好等特点，已被广泛应用于身份识别、物流管理、物品追踪、防伪、交通、动物管理等诸多领域。
一个完整的RFID系统主要由限量的后台计算机、若干读写器、阅读器及电子标签组成。其中，电子标签是物品识别的载体，每个标签具有惟一的电子编码，其内部存放着物品的相关信息；读写器和阅读器是系统的中间设备，它们通过射频信息同电子标签进行近距离通信，从而识别标签指代的物品信息，通过接口把信息汇总给后台计算机。读写器和阅读器的区别在于，读写器可以对标签进行读写操作，而阅读器只能读取标签内部存放的信息；后台计算机分析从中问设备传来的信息，负责管理整个标签系统的正常工作。
RFID系统的硬件组成包括电子标签和电子标签读写器两部分。读写器通过射频信息同电子标签进行通信，系统通过读写器给电子标签发送指令，并通过读写器分析电子标签返回的有关信息；电子标签是应答器，用来响应读写器的指令，并报告处理结果。
电子标签由标签天线和标签芯片组成，标签天线是读写器和标签芯片之间进行信号和能量传递的终结。标签芯片则根据读写器的指令，做出相应的操作和响应。

2 系统概述
系统分为软件与硬件部分，硬件部分包括RFID读写器、RFID电子标签、工控机、摄像机、硬盘录像机、自动道闸、LED显示屏、地感等。软件部分采用C／S模式设计，具有响应速度快，操作界面漂亮等优点。软件实现对系统合法用户的管理，并允许对应的用户管理车辆的身份卡(RFID标签)，包含新增与注销。另外，对应的系统用户可以监控整个车辆的出入行为，必要时可进行人工干预，超级用户具有对这个系统所有功能的权限，具有对系统所有数据字典、过往历史记录的查阅统计等操作权限。另外，系统具有双数据库，即中心数据库与本地数据库。中心数据是网络正常情况下系统记录信息与获取信息的媒体，系统通过WebService服务与中心服务器进行交互；本地数据库应具有与中心服务器相同的数据字典，以便于网络异常情况下，实现系统脱机运行，系统在这一时期产生的数据会暂时保存在本地数据库，待网络正常后自动上传到中心服务器，保证记录的完整，其物理结构模型如图1所示。

由图1可以看出，系统主要运行在局域网内，一个网内可分步多个闸口子系统，一般情况下一个子系统可包含一个出子系统与一个入子系统，图中只画出一个子系统的出与入子系统，每个子系统通过连接基础硬件设备已达到系统全方位控制，读写器与网络相连，可通过读写器的ID地址区分不同的子系统，同时安装视频监控，实时记录现场的画面并保存，通过串口服务器主要是要达到控制自动道闸与LED显示屏的目的。其系统软件体系结构如图2所示。
数据存储层 包括与数据存储系统的接口，如数据库系统、文件系统或者其他类型的数据源，主要是存储系统所产生与所需要的数据记录。
数据接口层 此层是为业务服务提供相应的数据服务，通过WebService接口实现与数据存储层的连接。该层由一系列的数据访问组件组成，它可以完成对数据对象的CRUD(增加、删除、查询、修改)操作，可抽象出数据访问方式，分离数据访问的实现与其他业务逻辑，上层的业务逻辑组件无需理会底层的数据库访问细节，专注于业务逻辑的实现。
应用服务层 此层是应用系统的核心，由系列的业务逻辑组件组成。它完成了系统所需的所有业务逻辑方法。业务逻辑层建立在数据接口层之上。为了分离业务逻辑层与数据接口层之间的耦合，即业务逻辑组件只调用数据接口层提供的接口，而不与具体的实现类耦合。使应用层仅仅与业务逻辑组件的接口耦合，而无需理会业务逻辑组件的实现。
用户表示层 表示层即UI，UI(User Interface)用户界面，也称人机界面。是指用户和某些系统进行交互方法的集合，这些系统不单单指电脑程序，还包括某种特定的机器、设备、复杂的工具等。控制层接受用户的输入，并调用模型和视图去完成用户的需求，当用户单击系统界面中的按钮等时，触发相应的事件提交对应的模块进行处理。
系统工作流程图结构如图3所示。