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摘要：随着物联网技术的发展，利用各种数据感知技术采集人、车、物的轨迹数据，借助大数据技术进行数据存储与数据分析，推动上层各种物联网数据应用，是这个时代的必然趋势。本文通过智能小区车辆管理应用，重点研究如何有效利用RFID技术、智能视频分析算法技术进行车辆信息数据感知采集，通过多种网络传输方式，实现小区车辆进入智能化管控。当然，本文所描述的智能小区车辆管理应用及相关技术研究，仍有偏颇之处，相关技术自身也面临诸多问题需要持续优化改进，但互联感知、智能管理的物联网时代已悄然来临，正影响着我们的工作生活习惯。
关键词：物联网；RFID；智能分析算法；智能小区；车辆管理1.智能小区车辆管理概述
随着社会进步和科学技术的飞跃发展，车辆作为民众出行的主要交通工具，带来极大便利的同时，因车辆数量的急剧增加以及引发的其他原因问题，也给社会各个方面都带来巨大压力。
停车场管理作为车辆管理工作中除了路面车辆交通管理之外的重要环节，为了提升停车场进出车辆安全管理效率，单纯依靠传统人力或单机版的车辆管理软件系统已無法满足要求，一方面是管理效率低、高错误率、高强度，一方面是因人工放行造成乱收费的现象也时常发生。
智能小区车辆管理系统便应需而生，其工作思路是对接传统停车场进出控制器设备，利用视频智能分析算法进行车辆车牌自动识别，利用RFID技术作为第二层安全保障，系统自动读取RFID卡预存储车辆和车主信息，与停车场管理系统登记车辆信息进行二次识别核实，确保车辆进出安全可控，同时配以完善的车辆信息登记、历史纪录统计分析、访客车辆管理等应用功能，提高车辆管理安全、提升进出同行效率，真正意义上实现车辆自动化管理。
2.关键技术点
2.1环路感应器及地感线圈技术
“地感线圈”本身就是一个振荡电路。其实现原理是在地面上先整理出一个矩形的沟槽，长约1米，宽约0.5米，然后在这个矩形沟槽中埋入2-3匝导线，这样一个埋于地表的电感线圈就做成了。由这个线圈和电容共同组成一个完整振荡电路，要求振荡稳定可靠，单片机通过振荡信号通过变换送到单片机组成的频率测量电路，就可以测量检测振荡器的频率了。
当有汽车或其他大型金属物体从上面经过时，由于空间介质发生变化引起了振荡频率突然升高，就可以当作目标物体经过的检测证实信号数据，同时还可以通过信号变化的起止时间间隔，计算获得车辆的运动速度。
2.2RFID技术
RFID（射频识别）技术被广泛应用到公共交通管理（如高速路ETC收费）、工业生产制造、商品供应链管理、商品防伪商标、目标身份识别、物品安全管理等诸多领域。RFID技术可被用于识别、跟踪大部分物理目标对象，并构建组成一个广泛连接万物的物联、感知网络。
一套完整的RFID识别系统由三部分组成，分别是电子标签（Tag）、读写器（Reader）和微波天线（Antenna）。在电子标签和读取器之间，利用天线进行无线电波的传播传输射频信号。
电子标签一般分两种——有源标签和无源标签。基础都是由耦合元件及芯片构成，每个电子标签被赋予唯一电子编码，安装在物体上标识目标对象。通常用的是一种存有数据的小型电子标签，它具有智能读写及加密通信的能力，主要优点是抗干扰能力强、穿透能力强（非金属物体），适应于各种复杂环境（不受风雪、冰雹、灰尘等的影响），可以全天候、无接触的进行自动识别、跟踪与管理。
2.3无线网络通信技术
无线网络通信技术，总体分为短距离无线通信和远距离的移动通信技术两大类。其中，短距离无线通信技术主要指RFID感传识别及类似Wi-Fi等2.4G通信技术，而远距离通信技术则主要包括GPRS、3G、LTE、4G等移动通信技术。这两类通信技术不是物联网、车联网的独有技术，主要是这些通信技术的推广应用，包括高速公路及停车厂自动缴费、无线设备互联等短距离无线通信应用、VOIP应用、监控调度数据传输和移动视频监控等无线通信技术应用。
2.4智能车辆信息检测算法技术
通过调用智能车辆信息检测分析算法，对监控视频进行实时检测，自动检测图像中的运动车辆目标，识别提取车牌号码、车标、车身颜色等车辆特征信息。
车辆信息的检测原理：
采用基于运动检测的车辆检测方法，通过学习建立周边环境背景模型，将当前一帧图像与背景模型进行背景差分得到运动前景像素点，然后对这些运动前景像素进行处理得到车辆信息。该方法效果的优劣依赖于背景建模算法的性能。
主要用到以下几个智能视频分析算法：
1）车牌定位分析算法：系统从车辆进入检测区域的开始，对视频图像进行逐帧分析（车牌定位、跟踪、识别），通过对车牌照的跟踪分析获取车牌信息，在车牌没有遮挡、污损的情况下，可以利用该算法准确捕获车辆。
2）车辆运动轨迹跟踪算法：系统从车辆进入监测区域的第一帧开始，跟踪分析车辆的运动轨迹，通过轨迹跟踪来获取车辆信息。此算法在无首尾相接的情况下，可以保持较高的识别准确率。
3）车灯运动轨迹跟踪算法：系统采用车灯光线轨迹跟踪技术，通过对车灯光线由远及近的运动轨迹进行跟踪，来确定车辆的运动轨迹，获取车辆的信息。可以保证在不加频闪灯的方式下，具有较高的捕捉率。
3.智能小区车辆管理系统设计
3.1系统网络拓扑
3.2工作原理
车辆入场时，通过RFID远距离读卡器读取车辆RFID电子标签信息，数据传入智能车辆检测控制器，同时，智能车辆检测控制器通过网络摄像机捕获到车辆图片，进行车牌号码、车标及车身颜色等特征提取，与RFID信息一起，进行本地数据库查询比对，当两类数据与车辆档案数据匹配成功时，由控制器发起放行指令，道闸闸杆自动抬起，允许车辆进入，地感线圈自动检测车辆是否完全驶离出闸杆的范围，但车辆通过入口处的道闸后，闸杆自动下落，封闭入口车道。 当车辆出场时，出口处的RFID读卡器将会自动读取车辆RFID电子标签信息，同时通过网络摄像机捕获抓拍到车辆图片，一起传入智能车辆检测控制器，提取车辆信息，并进行本地查询比对，数据匹配成功则由控制器发起放行指令，道闸闸杆自动抬起，允许车辆离开，地感线圈自动检测车辆通过已完全驶离，闸杆自动下落，封闭出口车道。
3.3功能设计
3.3.1智能小区综合应用终端
（1）智能监控
系统视频监控管理模块，实现对授权范围内监控视频的实时、历史图像进行远程访问和应用，监控方式提供传统分屏监控和电子地图图上可视监控两种。
采用高分辨率的小区平面图作为基础地图，叠加标注小区中各类信息数据，如摄像头、门禁、停车场、报警器、消防设施等。
（2）停车场管理
小区车辆进出管理子系统，实现停车场车辆登记和计费管理功能，小区业主的月卡登记管理，并接受手机等移动应用App提交的会客车辆预约申请等。
（3）智能门禁系统
小区人员进出管理子系统，实现人员登记和智能比对放行，提供访客登记功能，并接受手机等移动应用App提交的会客人员预约申请等。
（4）物业管理
实现基础小区物业管理功能，如物业故障报修、派工处理流程管理等。
3.3.2移动应用App
3.3.2.1移动监控
系统提供2种移动监控功能，一是通过手机远程访问小区所有授权监控视频，二是通过手机拍摄实时视频上传中心。
（1）会客预约
通过会客预约界面，填写要到访的会客人员信息及正面照片，提交管理系统登记确认，登录时须进行动态密码（或密钥提示、指纹信息、人像信息等）进行安全验证。
（2）物业管理
通过物业管理界面，系统用户可以提前对物业管理处的常规上门维修服务进行预约登记，包括家庭水、电、煤气等物业维护范围内的维修保养。
（3）人像比对
通过手机抓拍人像进行识别比对，支持本次存储比对和中心比对两种。
（4）车辆检测
通过手机抓拍路边临时车辆，进行车牌识别，自动显示小区管理系统中的车辆登记信息，如何时从哪个入口进入小区，方便物业管理人员进行机动排查管理。
（5）信息通告
通过信息通告模块，可以接受小区物业管理处实时推送的安全提醒、通知通告，以及会客到访时的提醒信息等。
3.3.3中心管理系统
（1）人员管理
对系统人员的登记录入管理。创建多个系统应用角色，并授予不同操作权限，实现对系统人员、设备资源、操作控制等进行精细化权限认证管理。
（2）设备管理
对接入系统的小区设备进行分类统计、录入管理。
（3）告警策略管理
提供告警联动策略配置页面，方便管理人员灵活自定义配置各类联动告警策略，实现系统自动采集告警信息，自动执行告警预案，达到智能化防控的目的。
（4）安全审计分析
对系统用户操作日志及系统运行日志数据进行安全审计分析，属于数据分析类功能。
4.系统存在的问题与进一步展望
本文所描述的智能小区车辆管理应用及相关技术研究，仍有偏颇之处，相关技术自身也面临诸多问题需要持续优化改进，现列举几个方面的问题。
1）车辆联网相关技术标准的缺失
包括无线网络传输通信模块标准化和车辆信息特征描述字段规范化等，这些细分技术领域的规范标准并没有统一，造成跨区域的车辆信息应用及网络传输需要二次解析、封装转发。
2）RFID安全问题
首先，因为最廉价和最流行的RFID芯片都没有电池，它们在扫描时由读卡机提供能量，缺乏自己的动力系统，也容易受到“能耗途径窃取”的攻击，破解成本比较低。
其次是安全问题，对RFID系统的各类攻击，如重写标签以篡改物品信息；使用特制设备伪造标签应答欺骗读写器，以制造物品存在的假相等。
最后是实施标准开放问题，当前国际上在UHF频段的RFID技术主要使用430MHz左右和860～960MHz两段频率，但在我国430MHz频段属于专用频段，现阶段开放此频段的RFID业务的条件不成熟。860～960MHz频段的主要业务为固定和移动，次要业务为无线电定位。我国在这个频段上已经没有空闲的频率直接规划给RFID使用。
3）智能车辆信息检测算法的持续优化
算法的正确识别率：智能车辆信息检测算法仍有持续优化改善的空间，在特定较好的应用场景下，车辆信息检测可以达到98%以上，一旦环境稍微恶劣，如逆光或光线较暗环境下，算法识别率将会陡然下降。
車辆属性精准采集：除车牌号码以外，智能识别算法对车标、车身颜色、标志物品等精细特征信息的提取还需要学习完善。
虽然技术上存在上述诸多问题需要优化解决，但是仍然深信，随着互联网络技术及智能算法的优化进步，物-物相连、互联感知和智能化管理的物联网产品已悄然进入我们的视野，影响着我们的日常工作和生活习惯。
参考文献：
[1]刘鹏. 中国云计算发展概况与趋势[J].中国计算机学会，2012，03：01-02.
[2]赵莹. 基于物联网架构的EPC无线通讯协议研究.山东：山东大学，2005.
[3]田美花. 基于RFID技术的生产执行系统关键技术研究.青岛：中国海洋大学，2007.
[4]肖慧彬. 物联网中企业信息交互中间件技术开发研究.北京：北方工业大学，2009.
[5]马宇健. 基于电子标签的签名系统设计与实现.北京：北方工业大学，2009.
关键词：物联网；RFID；智能分析算法；智能小区；车辆管理1.智能小区车辆管理概述
随着社会进步和科学技术的飞跃发展，车辆作为民众出行的主要交通工具，带来极大便利的同时，因车辆数量的急剧增加以及引发的其他原因问题，也给社会各个方面都带来巨大压力。
停车场管理作为车辆管理工作中除了路面车辆交通管理之外的重要环节，为了提升停车场进出车辆安全管理效率，单纯依靠传统人力或单机版的车辆管理软件系统已無法满足要求，一方面是管理效率低、高错误率、高强度，一方面是因人工放行造成乱收费的现象也时常发生。
智能小区车辆管理系统便应需而生，其工作思路是对接传统停车场进出控制器设备，利用视频智能分析算法进行车辆车牌自动识别，利用RFID技术作为第二层安全保障，系统自动读取RFID卡预存储车辆和车主信息，与停车场管理系统登记车辆信息进行二次识别核实，确保车辆进出安全可控，同时配以完善的车辆信息登记、历史纪录统计分析、访客车辆管理等应用功能，提高车辆管理安全、提升进出同行效率，真正意义上实现车辆自动化管理。
2.关键技术点
2.1环路感应器及地感线圈技术
“地感线圈”本身就是一个振荡电路。其实现原理是在地面上先整理出一个矩形的沟槽，长约1米，宽约0.5米，然后在这个矩形沟槽中埋入2-3匝导线，这样一个埋于地表的电感线圈就做成了。由这个线圈和电容共同组成一个完整振荡电路，要求振荡稳定可靠，单片机通过振荡信号通过变换送到单片机组成的频率测量电路，就可以测量检测振荡器的频率了。
当有汽车或其他大型金属物体从上面经过时，由于空间介质发生变化引起了振荡频率突然升高，就可以当作目标物体经过的检测证实信号数据，同时还可以通过信号变化的起止时间间隔，计算获得车辆的运动速度。
2.2RFID技术
RFID（射频识别）技术被广泛应用到公共交通管理（如高速路ETC收费）、工业生产制造、商品供应链管理、商品防伪商标、目标身份识别、物品安全管理等诸多领域。RFID技术可被用于识别、跟踪大部分物理目标对象，并构建组成一个广泛连接万物的物联、感知网络。
一套完整的RFID识别系统由三部分组成，分别是电子标签（Tag）、读写器（Reader）和微波天线（Antenna）。在电子标签和读取器之间，利用天线进行无线电波的传播传输射频信号。
电子标签一般分两种——有源标签和无源标签。基础都是由耦合元件及芯片构成，每个电子标签被赋予唯一电子编码，安装在物体上标识目标对象。通常用的是一种存有数据的小型电子标签，它具有智能读写及加密通信的能力，主要优点是抗干扰能力强、穿透能力强（非金属物体），适应于各种复杂环境（不受风雪、冰雹、灰尘等的影响），可以全天候、无接触的进行自动识别、跟踪与管理。
2.3无线网络通信技术
无线网络通信技术，总体分为短距离无线通信和远距离的移动通信技术两大类。其中，短距离无线通信技术主要指RFID感传识别及类似Wi-Fi等2.4G通信技术，而远距离通信技术则主要包括GPRS、3G、LTE、4G等移动通信技术。这两类通信技术不是物联网、车联网的独有技术，主要是这些通信技术的推广应用，包括高速公路及停车厂自动缴费、无线设备互联等短距离无线通信应用、VOIP应用、监控调度数据传输和移动视频监控等无线通信技术应用。
2.4智能车辆信息检测算法技术
通过调用智能车辆信息检测分析算法，对监控视频进行实时检测，自动检测图像中的运动车辆目标，识别提取车牌号码、车标、车身颜色等车辆特征信息。
车辆信息的检测原理：
采用基于运动检测的车辆检测方法，通过学习建立周边环境背景模型，将当前一帧图像与背景模型进行背景差分得到运动前景像素点，然后对这些运动前景像素进行处理得到车辆信息。该方法效果的优劣依赖于背景建模算法的性能。
主要用到以下几个智能视频分析算法：
1）车牌定位分析算法：系统从车辆进入检测区域的开始，对视频图像进行逐帧分析（车牌定位、跟踪、识别），通过对车牌照的跟踪分析获取车牌信息，在车牌没有遮挡、污损的情况下，可以利用该算法准确捕获车辆。
2）车辆运动轨迹跟踪算法：系统从车辆进入监测区域的第一帧开始，跟踪分析车辆的运动轨迹，通过轨迹跟踪来获取车辆信息。此算法在无首尾相接的情况下，可以保持较高的识别准确率。
3）车灯运动轨迹跟踪算法：系统采用车灯光线轨迹跟踪技术，通过对车灯光线由远及近的运动轨迹进行跟踪，来确定车辆的运动轨迹，获取车辆的信息。可以保证在不加频闪灯的方式下，具有较高的捕捉率。
3.智能小区车辆管理系统设计
3.1系统网络拓扑
3.2工作原理
车辆入场时，通过RFID远距离读卡器读取车辆RFID电子标签信息，数据传入智能车辆检测控制器，同时，智能车辆检测控制器通过网络摄像机捕获到车辆图片，进行车牌号码、车标及车身颜色等特征提取，与RFID信息一起，进行本地数据库查询比对，当两类数据与车辆档案数据匹配成功时，由控制器发起放行指令，道闸闸杆自动抬起，允许车辆进入，地感线圈自动检测车辆是否完全驶离出闸杆的范围，但车辆通过入口处的道闸后，闸杆自动下落，封闭入口车道。 当车辆出场时，出口处的RFID读卡器将会自动读取车辆RFID电子标签信息，同时通过网络摄像机捕获抓拍到车辆图片，一起传入智能车辆检测控制器，提取车辆信息，并进行本地查询比对，数据匹配成功则由控制器发起放行指令，道闸闸杆自动抬起，允许车辆离开，地感线圈自动检测车辆通过已完全驶离，闸杆自动下落，封闭出口车道。
3.3功能设计
3.3.1智能小区综合应用终端
（1）智能监控
系统视频监控管理模块，实现对授权范围内监控视频的实时、历史图像进行远程访问和应用，监控方式提供传统分屏监控和电子地图图上可视监控两种。
采用高分辨率的小区平面图作为基础地图，叠加标注小区中各类信息数据，如摄像头、门禁、停车场、报警器、消防设施等。
（2）停车场管理
小区车辆进出管理子系统，实现停车场车辆登记和计费管理功能，小区业主的月卡登记管理，并接受手机等移动应用App提交的会客车辆预约申请等。
（3）智能门禁系统
小区人员进出管理子系统，实现人员登记和智能比对放行，提供访客登记功能，并接受手机等移动应用App提交的会客人员预约申请等。
（4）物业管理
实现基础小区物业管理功能，如物业故障报修、派工处理流程管理等。
3.3.2移动应用App
3.3.2.1移动监控
系统提供2种移动监控功能，一是通过手机远程访问小区所有授权监控视频，二是通过手机拍摄实时视频上传中心。
（1）会客预约
通过会客预约界面，填写要到访的会客人员信息及正面照片，提交管理系统登记确认，登录时须进行动态密码（或密钥提示、指纹信息、人像信息等）进行安全验证。
（2）物业管理
通过物业管理界面，系统用户可以提前对物业管理处的常规上门维修服务进行预约登记，包括家庭水、电、煤气等物业维护范围内的维修保养。
（3）人像比对
通过手机抓拍人像进行识别比对，支持本次存储比对和中心比对两种。
（4）车辆检测
通过手机抓拍路边临时车辆，进行车牌识别，自动显示小区管理系统中的车辆登记信息，如何时从哪个入口进入小区，方便物业管理人员进行机动排查管理。
（5）信息通告
通过信息通告模块，可以接受小区物业管理处实时推送的安全提醒、通知通告，以及会客到访时的提醒信息等。
3.3.3中心管理系统
（1）人员管理
对系统人员的登记录入管理。创建多个系统应用角色，并授予不同操作权限，实现对系统人员、设备资源、操作控制等进行精细化权限认证管理。
（2）设备管理
对接入系统的小区设备进行分类统计、录入管理。
（3）告警策略管理
提供告警联动策略配置页面，方便管理人员灵活自定义配置各类联动告警策略，实现系统自动采集告警信息，自动执行告警预案，达到智能化防控的目的。
（4）安全审计分析
对系统用户操作日志及系统运行日志数据进行安全审计分析，属于数据分析类功能。
4.系统存在的问题与进一步展望
本文所描述的智能小区车辆管理应用及相关技术研究，仍有偏颇之处，相关技术自身也面临诸多问题需要持续优化改进，现列举几个方面的问题。
1）车辆联网相关技术标准的缺失
包括无线网络传输通信模块标准化和车辆信息特征描述字段规范化等，这些细分技术领域的规范标准并没有统一，造成跨区域的车辆信息应用及网络传输需要二次解析、封装转发。
2）RFID安全问题
首先，因为最廉价和最流行的RFID芯片都没有电池，它们在扫描时由读卡机提供能量，缺乏自己的动力系统，也容易受到“能耗途径窃取”的攻击，破解成本比较低。
其次是安全问题，对RFID系统的各类攻击，如重写标签以篡改物品信息；使用特制设备伪造标签应答欺骗读写器，以制造物品存在的假相等。
最后是实施标准开放问题，当前国际上在UHF频段的RFID技术主要使用430MHz左右和860～960MHz两段频率，但在我国430MHz频段属于专用频段，现阶段开放此频段的RFID业务的条件不成熟。860～960MHz频段的主要业务为固定和移动，次要业务为无线电定位。我国在这个频段上已经没有空闲的频率直接规划给RFID使用。
3）智能车辆信息检测算法的持续优化
算法的正确识别率：智能车辆信息检测算法仍有持续优化改善的空间，在特定较好的应用场景下，车辆信息检测可以达到98%以上，一旦环境稍微恶劣，如逆光或光线较暗环境下，算法识别率将会陡然下降。
車辆属性精准采集：除车牌号码以外，智能识别算法对车标、车身颜色、标志物品等精细特征信息的提取还需要学习完善。
虽然技术上存在上述诸多问题需要优化解决，但是仍然深信，随着互联网络技术及智能算法的优化进步，物-物相连、互联感知和智能化管理的物联网产品已悄然进入我们的视野，影响着我们的日常工作和生活习惯。
参考文献：
[1]刘鹏. 中国云计算发展概况与趋势[J].中国计算机学会，2012，03：01-02.
[2]赵莹. 基于物联网架构的EPC无线通讯协议研究.山东：山东大学，2005.
[3]田美花. 基于RFID技术的生产执行系统关键技术研究.青岛：中国海洋大学，2007.
[4]肖慧彬. 物联网中企业信息交互中间件技术开发研究.北京：北方工业大学，2009.
[5]马宇健. 基于电子标签的签名系统设计与实现.北京：北方工业大学，2009.