城軌車輛司機身份識別系統(tǒng)的應用設計

崔文成，于曉杰，王有杰

（中車青島四方機車車輛股份有限公司技術中心，山東 青島 266000）

城市軌道交通作為快速運輸高密集乘客的交通運輸設備，運營的安全性關系國計民生。當前，城市軌道交通車輛的駕駛授權主要通過對主控鑰匙的管理來實現(xiàn)，無法實現(xiàn)“授權的人”在“授權的時間段”駕駛“授權的車輛”這一安全管理目標，存在一定的安全隱患。本文設計和實現(xiàn)了一種基于指紋識別技術的司機身份識別系統(tǒng)，可以有效提高城軌車輛日常運營和管理的安全性。

1 城軌車輛駕駛授權管理現(xiàn)狀分析

目前，城市軌道交通車輛在日常管理中，一般同一系列或同一車輛段的車輛都使用相同的主控鑰匙，只要任何人獲得該主控鑰匙，就可以任意駕駛車輛。

通過對主控鑰匙的管理實現(xiàn)車輛駕駛授權的管理，即在“授權的時間”將主控鑰匙發(fā)給“授權的人”，這種方式存在如下三方面問題：

（1）無法辨別“授權的人”?？赡艽嬖谡`認、惡意騙取或復制主控鑰匙從而獲得駕駛權限的問題，理論上任何人只要獲得主控鑰匙，都可以成為授權的人。

（2）無法控制“授權的時間”?？赡艽嬖谔崆鞍l(fā)放鑰匙或交車后不及時歸還主控鑰匙的問題，即只要授權人員獲得主控鑰匙，無法實現(xiàn)對授權時間段的控制。

（3）無法指定“授權的車輛”。授權人員獲得主控鑰匙后，無法實現(xiàn)對駕駛指定編號列車的控制。

通過上述分析可知，該方式存在一定的安全管理漏洞，容易因疏忽或被惡意利用從而造成公共安全事故，因此，亟需一種技術手段來完善車輛駕駛授權的管理，提高車輛設備日常管理的安全性。

2 司機身份識別系統(tǒng)解決方案

2.1 司機身份識別系統(tǒng)設計目標

隨著人體生物識別技術的發(fā)展和廣泛應用，并借鑒指紋識別技術在汽車領域內的應用模式和在軌道交通領域內的應用模式，本文通過引入指紋識別技術，并充分利用軌道交通車輛已有的設備配置，設計了基于指紋識別技術的司機身份識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實現(xiàn)簡單的優(yōu)點，并且至少可以實現(xiàn)如下目標：（1）只有被授權的司機才能駕駛車輛；（2）只能在被授權的時間段內才能駕駛車輛；（3）只能駕駛被授權內指派的車輛。

為不失一般性，本文以指紋識別技術為例進行技術說明，虹膜識別、人臉識別亦可以相同方式進行應用。

2.2 司機身份識別系統(tǒng)實現(xiàn)原理

司機身份識別系統(tǒng)主要包括車載側設備和地面?zhèn)仍O備兩部分，車載側設備安裝在車輛上，主要完成司機指紋的采集，并將指紋信息和車輛信息利用車地無線傳輸通道發(fā)送到地面設備；地面?zhèn)仍O備集成到地面運營控制中心OCC(Operation Control Center）中，主要完成授權判斷，并將授權判斷結果利用車地無線傳輸通道發(fā)回到車輛上，OCC 是管轄范圍內所有車輛的授權中心。

2.2.1 車輛側設備

為實現(xiàn)司機身份識別功能，車載側設備主要包含如下四個功能模塊：（1）指紋識別裝置；（2）車載控制主機；（3）司控器；（4）車地無線傳輸裝置。

上述四個功能模塊通過如圖1 形式連接起來，司控器主控鑰匙觸點通過單芯電纜與車載控制主機相連接，其開、閉狀態(tài)可被車載控制主機采集；指紋識別裝置和車地無線傳輸裝置通過以太網(wǎng)與車載控制主機連接，三者之間可以進行雙向通信。

指紋識別裝置采集指紋信息，車載控制主機將車輛信息和指紋信息經(jīng)車地無線傳輸裝置發(fā)送給OCC，OCC 查詢授權規(guī)則，將查詢結果經(jīng)車地無線傳輸裝置發(fā)回到車載控制主機，車載控制主機如檢測到司控器主控鑰匙觸點為閉合狀態(tài)且OCC 授權查詢結果為有效狀態(tài)，則驅動車輛激活繼電器得電，表示車輛正常激活；如OCC 檢測到多次授權不通過，可自動報警，司機身份驗證流程如圖2 所示。

2.2.2 地面?zhèn)仍O備

地面?zhèn)仍O備主要提供駕駛授權判斷服務，通過管理員權限可查看、修改、增加或刪除駕駛授權規(guī)則庫中的規(guī)則，授權規(guī)則主要包含指紋名稱、授權時間段、授權車輛編號等要素。當車輛發(fā)來一次駕駛授權查詢請求時，將請求信息中的指紋名稱、時間信息、車輛編號信息在授權規(guī)則庫中查詢，若查找到相應的規(guī)則，則說明此次駕駛授權請求為合法的，通過車地無線傳輸通到將結果返回到車輛上；當車輛發(fā)來的駕駛授權請求多次查詢未通過時，可以在值班員電腦顯示屏上自動彈出報警提示。

因本方案需實時依靠車地無線傳輸通道傳輸駕駛授權查詢請求和查詢結果，如駕駛授權規(guī)則庫相對固定，可以將駕駛授權規(guī)則庫存儲于指紋識別裝置內，當指紋識別裝置讀取指紋信息后，可以直接查詢規(guī)則庫并將查詢結果發(fā)送給車載控制主機，該方式可避免使用車地無線傳輸通道，適合建成時間較長的既有車輛進行升級改造。

圖1 司機身份識別系統(tǒng)原理圖

圖2 司機身份驗證流程圖

3 試驗驗證

選用MORPHOACCESS 系列指紋識別裝置，其具有網(wǎng)絡接口豐富、存儲容量大和易編程的優(yōu)點，并具有防拆功能，適合應用于軌道交通車輛。將其安裝在操縱臺右下方，如圖3所示，按照上述方案搭建系統(tǒng)，通過試驗證明該系統(tǒng)可以快速識別司機身份并完成駕駛授權判斷。

4 結語

隨著城市軌道交通的發(fā)展，車輛管理和運營的安全問題日益突出，本文首先介紹了當前軌道交通車輛通過對鑰匙的管理來實現(xiàn)駕駛授權管理的不足之處，然后，提出了一種基于指紋識別技術的司機身份識別系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可將司機身份、駕駛時間、駕駛車輛聯(lián)系起來，充分保證“授權的人”在“授權的時間段”駕駛“授權的車輛”，并且該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、成本較低，即方便在既有車輛上加裝也適合新造車輛安裝，該套系統(tǒng)可以完善車輛段、車庫內車輛駕駛授權的管理，有效提高車輛日常管理與運營的安全性。

圖3 指紋識別裝置安裝位置