基于射頻技術(shù)的芯片駕照及其擴(kuò)展功能應(yīng)用

陳月

摘要： 駕照芯片化，可以實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T在駕駛車輛的過程中，其駕駛信息直接與當(dāng)?shù)亟煌ú块T進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而有利于實(shí)現(xiàn)駕駛規(guī)范化，提高駕駛員的駕駛嚴(yán)謹(jǐn)性，進(jìn)而減少交通駕駛事故，提高行車和行人安全。由于芯片駕照具有射頻能力，在交通執(zhí)法過程中可實(shí)現(xiàn)快速讀取，甚至可以實(shí)現(xiàn)行駛中讀取其駕駛信息，不僅有利于執(zhí)法規(guī)范化，還能減少執(zhí)法工作量。與之同步發(fā)展的道路信息收發(fā)器，對后續(xù)實(shí)現(xiàn)智能交通和發(fā)展自動駕駛有重要的過渡和引導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞： 芯片 駕照 安全 智能交通

中圖分類號： TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0040-04

近年來，隨著社會的飛速進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國全面跨入汽車社會。交通出行方式發(fā)生了根本性變化，汽車已經(jīng)成為公民出行的主要的交通工具，與之而來的是大家開始考駕照，學(xué)習(xí)怎樣駕駛汽車。從中國公安部交管局獲悉，截至2023 年6 月底，全國機(jī)動車駕駛?cè)藬?shù)量已經(jīng)超過5.13 億人，已位居世界第一位，其中汽車駕駛?cè)说臄?shù)量達(dá)到4.75 億人；2023 年上半年全國新注冊登記機(jī)動車1 688 萬輛，新領(lǐng)證駕駛?cè)? 191萬人。目前，我國駕駛?cè)藬?shù)量占成年人數(shù)量近50%，平均每兩個成年人中即有一人持有駕照。與此同時(shí)，汽車保有量同步迅猛增長，全國汽車機(jī)動車保有量達(dá)4.26 億輛，其中汽車保有量達(dá)到3.28 億輛［1］。我國汽車保有量已達(dá)到234 輛/千人，家庭擁有汽車量約為60輛/百戶，汽車已經(jīng)由幾十年前少數(shù)人擁有的奢侈品，變成了眾多普通家庭的生活品。汽車逐步走進(jìn)了千家萬戶，駕駛技能也開始由職業(yè)技能轉(zhuǎn)變成為基本的生活技能。

我國持有駕照的人數(shù)眾多，但仍有無證駕駛、疲勞駕駛和駕駛不符合所駕車型等行為出現(xiàn)。這些行為對社會交通、駕駛員和乘客以及行人出行都形成了一個巨大的安全隱患。部分駕駛員在收到交通執(zhí)法部門開出的罰單后，會找他人進(jìn)行代替罰款扣分，造成一些買分賣分等惡劣現(xiàn)象的存在，從而無法起到對這些駕駛員的警示作用，進(jìn)而無法督促這些駕駛員養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣。

本文提出了一種芯片駕照在駕駛員中的應(yīng)用，即將駕駛員的信息存儲在芯片駕照內(nèi)。當(dāng)駕駛員在駕駛汽車時(shí)，需要將芯片駕照插入車載駕照座的駕照卡槽內(nèi)，輸入密碼或識別指紋后才能發(fā)動汽車。駕駛?cè)藛T的信息會通過車載駕照座和道路信息收發(fā)器實(shí)時(shí)傳送到交通部門，當(dāng)駕駛員違規(guī)后，駕駛員信息會被鎖定并傳送到交管后臺，從而在一定程度上解決了違規(guī)人找他人代扣分?jǐn)?shù)的可能性。芯片駕照的出現(xiàn)，在后期可以通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車流量實(shí)時(shí)監(jiān)測、車輛定位等功能，從而有利于加快智能化城市的發(fā)展步伐。因此，將駕照實(shí)行芯片化具有極大的應(yīng)用價(jià)值與發(fā)展前景。

1 系統(tǒng)的基本組成及功能介紹

對于本文所設(shè)計(jì)的芯片駕照及其擴(kuò)展系統(tǒng)，需要由芯片駕照、車載駕照座、手持駕照檢具和道路信息收發(fā)器組成。芯片駕照具有RFID 射頻功能［2］，并具有儲存駕駛員相關(guān)信息的功能，且其所存儲的信息可以通過車載駕照座的駕照卡槽或手持駕照檢具進(jìn)行讀取。該讀取方式可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)讀取，車載駕照座用于確認(rèn)駕照的真實(shí)性和違規(guī)狀態(tài)，而手持駕照檢具由交警使用，可進(jìn)行不停車驗(yàn)證和違規(guī)處罰。道路兩側(cè)每隔一定距離就安裝一臺道路信息收發(fā)器，其安裝位置是固定不變的且位置信息是已知的。道路信息收發(fā)器與當(dāng)?shù)亟煌ú块T互聯(lián)。車載駕照座發(fā)出的信號或手持駕照檢具所采集到的信號均可以通過道路信息收發(fā)器實(shí)時(shí)與當(dāng)?shù)亟煌ú块T進(jìn)行雙向的信息傳輸。一些交通信息（如道路狀況、違規(guī)處罰等）也可以定向向某些芯片駕照的車載駕照座傳送，從而對駕駛員有提示作用。

1.1 芯片駕照

顧名思義，芯片駕照是駕照含有內(nèi)置芯片，用于存儲駕駛員信息、處罰信息等內(nèi)容。在駕駛員取得駕照時(shí)，需要在車管核對初始信息并對自己的駕照設(shè)置密碼和指紋。該芯片駕照內(nèi)將存儲駕駛員信息、所駕駛車型信息、交通處罰信息等，且均能被車載駕照座和手持駕照檢具識別與讀取。

目前主流的卡片類型主要分為：條碼卡（包括一維條碼和二維條碼）、磁條卡、IC 卡以及RFID 卡。表1 對上述幾種卡片的性能進(jìn)行對比［3］。

非接觸式IC 卡又分為邏輯加密IC 卡和CPU 卡。非接觸CPU 卡，也稱智能卡，卡內(nèi)的集成電路配備了微處理器CPU、存儲單元以及芯片操作系統(tǒng)COS。這種裝有操作系統(tǒng)的CPU 卡可以看成是一臺微型計(jì)算機(jī)，不僅具有數(shù)據(jù)存儲的功能，同時(shí)具有命令處理和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等功能［4］。表2對幾種CPU卡的性能進(jìn)行了對比。

可見，RFID 卡具有儲存量大，防偽能力強(qiáng)的特點(diǎn)，具有最好的發(fā)展?jié)摿?，本文所介紹的芯片駕照，將采用RFID 射頻技術(shù)的CPU 卡，一方面是為了方便信息和存儲和讀取，另一方面是為了后續(xù)智能交通和自動駕駛的發(fā)展進(jìn)行硬件支持。

1.2 車載駕照座

圖1 為車載駕照座，其安裝在中控面板上，與車載顯示屏進(jìn)行信息互通，其部分信息可以在車載顯示屏上進(jìn)行顯示以對駕駛員起到警示和提醒的作用。車載駕照座的主要功能是識別芯片駕照和駕駛?cè)藛T真實(shí)性和合法性，確認(rèn)駕照處罰程度是否仍在正常使用范圍內(nèi)。通過輸入密碼或錄入指紋來確定是否為駕照本人駕駛車輛，檢測該駕照是否有駕駛該種車型的資格，防止駕駛員駕駛不符合自己所能駕駛的車型。該裝置具有無線接收、發(fā)射器，因此具有信息傳輸功能，同時(shí)，具有芯片駕照插入記憶功能，可以發(fā)現(xiàn)駕照有沒有臨時(shí)被更換，以防駕駛員違規(guī)后人為更換他人駕照?！兜缆钒踩▽?shí)施條例》規(guī)定：駕駛?cè)藛T不能連續(xù)駕駛超過4h。為了防止一個駕駛?cè)藛T連續(xù)駕車，該車載裝置具有檢測芯片駕照使用時(shí)長的功能，當(dāng)檢測到芯片駕照持續(xù)工作時(shí)，會提前6 min 提醒駕駛員停車休息，以防駕駛員疲勞駕駛。

車載駕照座的第三個功能便是記錄行車功能，即相當(dāng)于汽車的“黑匣子”。它將會把行車狀態(tài)記錄下，包括汽車的使用、維護(hù)保養(yǎng)與年檢情況等信息。同時(shí)該車載駕照座具有自診斷功能，用于診斷汽車全車行駛狀態(tài)是否符合駕駛要求。如果車載駕照座檢測到汽車因存在故障隱患等原因不具有繼續(xù)行駛條件時(shí)，即使插入真實(shí)有效的芯片駕照也不能啟動汽車，這防止了駕駛員駕駛有安全隱患的汽車上路。

1.3 手持駕照檢具

交警在執(zhí)勤時(shí)使用該手持駕照檢具。該裝置體積小，便于攜帶，具有無線接收、發(fā)射功能，因此可以與道路信息收發(fā)器進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)傳輸［5］。當(dāng)用于檢測駕駛員芯片駕照時(shí)，交警可以通過檢具直接檢測駕照的真實(shí)性與合法性，同時(shí)可以在該手持駕照檢具上直接開罰單，且罰單信息將會立刻被傳輸?shù)降缆沸畔⑹瞻l(fā)器，進(jìn)而傳送至當(dāng)?shù)亟煌◤d。車載駕照座的信息同樣可以被檢具檢測。車載駕照座具有芯片駕照插入記憶功能，通過檢測車載駕照座，可以防止違規(guī)駕駛時(shí)駕駛員臨時(shí)更換他人駕照的作弊行為。圖2 是手持駕照檢具結(jié)構(gòu)及布局示意圖。

1.4 道路信息收發(fā)器

道路信息收發(fā)器具有無線接收和發(fā)射功能，不僅可以接收手持駕照檢具發(fā)出的信號，同時(shí)也可以接收車載駕照座所發(fā)出的信號，且均可以發(fā)出信號至上述兩種裝置進(jìn)行檢測信息通知。由于該設(shè)備直接與當(dāng)?shù)亟煌ú块T聯(lián)網(wǎng)，因此可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸。圖3是各結(jié)構(gòu)部分之間的相互關(guān)系示意圖。

道路信息收發(fā)器與當(dāng)?shù)亟煌◤d聯(lián)網(wǎng)，一方面可以接收手持駕照檢具發(fā)來的信息，另一方面也可以接收汽車車載駕照座發(fā)來的信息。道路信息收發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)與車輛的“點(diǎn)對多”或“點(diǎn)對點(diǎn)”通信。對于“點(diǎn)對多”的通信，如道路信息收發(fā)器將會為全部或該線路的車輛發(fā)布道路擁擠信息等，功能類似于交通廣播頻道，但內(nèi)容是當(dāng)?shù)亟煌◤d通過道路信息收發(fā)器獲取的道路信息，信息將會更實(shí)時(shí)與準(zhǔn)確。對于“點(diǎn)對點(diǎn)”通信，道路信號收發(fā)器可以識別所要通信的唯一芯片駕照所在的車載駕照座，駕駛狀態(tài)、駕駛時(shí)長、罰單信息等內(nèi)容將會準(zhǔn)確出現(xiàn)在對應(yīng)通信的車輛內(nèi)。不論是發(fā)送“點(diǎn)對點(diǎn)”信息還是“點(diǎn)對多”的信息，均可在車載顯示屏內(nèi)顯示，以對駕駛員起到警示和提醒的作用。

2 多種工作場景的應(yīng)用

2.1 汽車發(fā)動

駕駛員想要發(fā)動車輛，就必須持有真實(shí)有效的芯片駕照，并將其放置在汽車車載駕照座的駕照卡槽內(nèi)。通過指紋或輸入密碼的方式，汽車確定駕駛員身份及是否具有匹配車型的駕駛資格，之后便可以通過汽車鑰匙或無鑰匙系統(tǒng)啟動發(fā)動機(jī)，并開始駕駛車輛。關(guān)于這里所說的真實(shí)有效的駕照，是指駕照在有效期之內(nèi)，且未被掛失、禁駕、通緝等。通過這種模式，可以有效地防止偷車搶車、罪犯駕車逃逸的可能性。只要是以自己的駕照啟動車輛，便能通過車載駕照座的定位通信功能進(jìn)行實(shí)時(shí)定位追蹤，同時(shí)對駕車人員進(jìn)行鎖定，防止違規(guī)駕駛后找他人解決代扣代罰。

2.2 防違規(guī)駕駛

有些駕駛員經(jīng)常會違規(guī)駕駛，如長時(shí)間駕車會導(dǎo)致疲勞駕駛、在行人稀少的十字路口惡意闖紅燈、駕駛與自己準(zhǔn)駕車型不符合的汽車等。對于疲勞駕駛，當(dāng)芯片駕照放在車載駕照座內(nèi)超過4 h 便會自動提醒駕駛員停車休息，并在一定時(shí)間后熄火。當(dāng)放有芯片駕照的汽車在道路上行駛時(shí)，會不斷發(fā)出信號給道路信息收發(fā)器，以確定汽車的駕駛狀態(tài)和道路通流量。這樣，一方面可以為交通廳提供大量車流量信息，從而有效地進(jìn)行紅綠燈的調(diào)節(jié)，加速車輛通行率；另一方面如果汽車違規(guī)駕駛或出現(xiàn)惡意闖紅燈等行為，駕駛信息會被傳遞給當(dāng)?shù)亟煌◤d，并被記錄違規(guī)信息。如果駕駛員想要駕駛與自己準(zhǔn)駕車型不一致的車輛，將無法使用自己的芯片駕照啟動汽車，從而減少因駕駛能力不足而造成的交通事故。

2.3 違規(guī)處罰

駕駛員因違規(guī)駕駛，被交警指揮靠邊停車接受處罰時(shí)，可以直接將芯片駕照放在手持檢具的卡槽或感應(yīng)區(qū)內(nèi)。由于駕照采用了RFID 射頻芯片，且車載駕照座具有無線發(fā)射器，因此交警只需將手持駕照檢具靠近車載駕照座便能完成對芯片駕照真實(shí)性的檢測和對駕駛員信息等內(nèi)容讀取，同時(shí)也完成了對車載駕照座的信息讀取。如果駕駛員確實(shí)有違規(guī)駕駛的行為，交警將直接通過手持駕照檢具進(jìn)行處罰，如罰款或罰分，且處罰信息將會通過手持駕照檢具的無線發(fā)射器直接通過道路信息接收器傳遞給當(dāng)?shù)亟煌◤d。這樣真正的違規(guī)駕駛員便無法通過他人的駕照進(jìn)行分?jǐn)?shù)抵扣，消除了買分賣分和替人消分等行為，有利于讓駕駛員主動端正自己的駕駛態(tài)度，減少違規(guī)駕駛而不被處罰的僥幸心理。違規(guī)信息會直接通過車載駕照座所連接的車載顯示屏進(jìn)行顯示，能夠大大提高執(zhí)法效率，同時(shí)減少紙張的使用，有利于環(huán)?；?、無紙化執(zhí)法。

2.4 芯片駕照在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用

上文所述的車載駕照座、手持駕照檢具和道路信息收發(fā)器，作為該系統(tǒng)的硬件部分，能夠優(yōu)化道路交通，使交通管理智能化。由于道路信息收發(fā)器可以接收到經(jīng)過其附近的汽車信息，從而可對汽車通過數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，優(yōu)化道路紅綠燈的亮滅時(shí)長，進(jìn)而提高在行車高峰期提高道路通行率。此種方式能夠更加準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)快速交通，而非通過歷史車流量數(shù)據(jù)來控制交通，以此實(shí)現(xiàn)更為精確的交通信號燈控制。若遇到警車、救護(hù)車和消防救援車等特種車輛在執(zhí)行公務(wù)，同時(shí)檢測到此類特種車輛芯片駕照和公務(wù)執(zhí)行信號，此時(shí)可以在特種車輛通行時(shí)快速規(guī)劃行駛線路，控制紅綠燈，提高公務(wù)執(zhí)行效率。

2.5 芯片駕照在自動駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)車輛在道路行駛中，車載駕照座能將芯片駕照的信號發(fā)射出去，且道路中設(shè)置很多道路信息收發(fā)器，這些道路信息收發(fā)器不斷采集車載駕照座的射頻信號［6］。道路信號收發(fā)器位置參數(shù)是已知的，不斷采集每輛車的芯片駕照信號，通過非測距方法或測距方法對車輛進(jìn)行定位。基于測距的方法是指通過各種測距技術(shù)對目標(biāo)道路信號收發(fā)器與各芯片駕照之間的實(shí)際距離進(jìn)行估算，再通過幾何方式來估計(jì)目標(biāo)設(shè)備的位置［7］。常用的基于測距的定位方法主要有：利用到達(dá)時(shí)間信息的定位、基于信號強(qiáng)度信息定位、基于信號到達(dá)角定位等［8］。由于芯片駕照的射頻信號的傳播距離受到能量的約束而非常近，一般只有幾米到幾十米，所以需要車載駕照座對該信號進(jìn)行放大處理后才能實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳播距離，同時(shí)更容易被道路信號收發(fā)器接收。

3 結(jié)語

駕照實(shí)現(xiàn)芯片化是未來社會發(fā)展與科技進(jìn)步的必然趨勢，為了配合駕照芯片化的發(fā)展速度，與之配套的設(shè)備也應(yīng)與其同步發(fā)展。通過上文對芯片駕照的技術(shù)設(shè)計(jì)，不僅有利于駕駛員樹立正確的駕駛態(tài)度，還能有效保障駕駛員行車和路人安全。手持駕照檢具的使用可以簡化交通部門執(zhí)法難度，提高執(zhí)法效率。道路信息收發(fā)器，則有利于實(shí)現(xiàn)城市交通智能化，為后續(xù)的汽車自動駕駛提供道路數(shù)據(jù)支持。

基金項(xiàng)目： 上海民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院2023 年校級課題（項(xiàng)目編號：XJKT-2023-59）。

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