馮 軒，梁 歡

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

截至2020-10-26，全國(guó)高速公路ETC使用率超過(guò)65.98%[1]，隨著ETC的快速普及，全國(guó)高速公路通行效率進(jìn)一步提升，出行更為便捷。在2020年實(shí)現(xiàn)取消省界站以及ETC費(fèi)顯和清分結(jié)算系統(tǒng)優(yōu)化工程之后，全國(guó)高速公路網(wǎng)運(yùn)行總體平穩(wěn)有序，交通量持續(xù)增加，高速公路出入口的收費(fèi)站擁堵緩行狀況得到全面緩解。高速公路省界交通擁堵現(xiàn)象徹底根除，全國(guó)高速公路真正實(shí)現(xiàn)了一網(wǎng)通行，極大地提高了高速公路的通行效率。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化改造的前端混合車道收費(fèi)系統(tǒng)，也增加了大量特情車輛處理功能，包括入口稱重復(fù)核、外省入口信息查詢、ETC轉(zhuǎn)人工收費(fèi)、集裝箱預(yù)約及綠通車輛查驗(yàn)等[2]。但目前，特情車輛的處理需要收費(fèi)員和收費(fèi)班長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)及授權(quán)，而車道收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)特情處理人員的身份認(rèn)證授權(quán)是通過(guò)用戶名和密碼的方式來(lái)進(jìn)行，這種需要手動(dòng)輸入的方式對(duì)于大量的特情處理授權(quán)造成了不便，從而影響車輛通行效率。

隨著指紋識(shí)別技術(shù)軟硬件的成熟，現(xiàn)代電子集成電路技術(shù)已經(jīng)滿足制造超小型指紋獲取設(shè)備的需求，能夠運(yùn)行大量運(yùn)算的指紋模糊匹配算法，使指紋識(shí)別技術(shù)被廣泛應(yīng)用到日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。本文利用指紋識(shí)別技術(shù)，提出了基于指紋識(shí)別的車道收費(fèi)系統(tǒng)認(rèn)證授權(quán)優(yōu)化方案并實(shí)際應(yīng)用于試點(diǎn)車道，對(duì)提升和優(yōu)化車道收費(fèi)特情處理業(yè)務(wù)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 車道收費(fèi)系統(tǒng)授權(quán)認(rèn)證的現(xiàn)狀

目前車道收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)收費(fèi)員、收費(fèi)班長(zhǎng)、維護(hù)員等人員的授權(quán)認(rèn)證主要是采用工號(hào)+密碼的技術(shù)模式進(jìn)行管理。各類人員的個(gè)人工號(hào)、密碼信息存放在站級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的人員表中，由各個(gè)收費(fèi)站通過(guò)站級(jí)管理系統(tǒng)錄入和維護(hù)，并同步下發(fā)到各條車道，車道收費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)用戶輸入的工號(hào)、密碼與人員表數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配完成授權(quán)認(rèn)證?，F(xiàn)行車道收費(fèi)系統(tǒng)的授權(quán)認(rèn)證方式存在以下幾點(diǎn)缺陷：

(1)授權(quán)認(rèn)證對(duì)象真實(shí)身份無(wú)法確認(rèn)，存在管理問(wèn)題。工號(hào)+密碼的認(rèn)證方式，其關(guān)聯(lián)的是賦予個(gè)人的工號(hào)及與之匹配的密碼，無(wú)法確認(rèn)輸入工號(hào)、密碼的人的真正身份，若收費(fèi)員、收費(fèi)班長(zhǎng)、維護(hù)員之間互相告知工號(hào)、密碼，使得身份被其他人借用或冒用，會(huì)導(dǎo)致濫用對(duì)應(yīng)的處理權(quán)限，影響特情稽查和追溯，給收費(fèi)管理帶來(lái)困難[3]。

(2)工號(hào)、密碼過(guò)于簡(jiǎn)單，易被盜取，存在安全隱患。車道收費(fèi)系統(tǒng)使用專用收費(fèi)鍵盤，不能直接輸入英文字母和漢字，工號(hào)、密碼全部為純數(shù)字組合，較易被他人獲取和記錄，他人一旦獲取工號(hào)密碼，就可以進(jìn)行上下班收費(fèi)業(yè)務(wù)和處理特情車輛，降低了收費(fèi)系統(tǒng)的安全性。

(3)人工輸入工號(hào)、密碼的操作較為繁瑣，影響工作效率。每次特情車輛授權(quán)處理時(shí)，收費(fèi)員或班長(zhǎng)都要輸入工號(hào)、密碼，收費(fèi)員為了避免工號(hào)、密碼被車道亭內(nèi)監(jiān)控拍到，輸入密碼時(shí)必須遮擋，降低了操作效率，當(dāng)處理的特情較多時(shí)，操作變得較為繁瑣。

2 指紋識(shí)別的優(yōu)勢(shì)

指紋識(shí)別已發(fā)展成為一項(xiàng)成熟可靠的生物識(shí)別技術(shù)，具備安全便捷的特性，在社會(huì)生產(chǎn)管理和人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。相對(duì)于傳統(tǒng)的口令認(rèn)證技術(shù)，指紋識(shí)別擁有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

(1)指紋是個(gè)人具備的獨(dú)一無(wú)二且穩(wěn)定的生物特征性狀。人的指紋在出生9個(gè)月后基本成型，終生不會(huì)改變，且同一個(gè)人不同手指上的皮膚紋路也各不相同。每個(gè)人的指紋是獨(dú)一無(wú)二的。人的指紋約存在70～150個(gè)特征點(diǎn)，一般依據(jù)13個(gè)指紋特征點(diǎn)的差異，即可區(qū)分識(shí)別不同個(gè)體[4]。指紋作為每個(gè)人獨(dú)立的生物特征，特別適合用于授權(quán)身份認(rèn)證，可以滿足認(rèn)證與人一一綁定的要求。

(2)指紋不易被復(fù)制，安全性強(qiáng)。相對(duì)于密碼口令，指紋無(wú)法被人直接獲取和輕易復(fù)制，具有較強(qiáng)的安全性，并且每個(gè)人不同手指的指紋不同，可以利用多個(gè)指紋構(gòu)成多重認(rèn)證，進(jìn)一步提高安全性。

(3)指紋識(shí)別操作便捷。指紋錄入成功后，指紋獲取和識(shí)別匹配速度快，穩(wěn)定性高[5]，收費(fèi)員易于操作，利于提高特情車輛處理效率。

3 基于指紋識(shí)別的授權(quán)認(rèn)證方案設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

基于現(xiàn)有的收費(fèi)系統(tǒng)軟硬件，在原有工號(hào)+密碼認(rèn)證流程的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加指紋獲取設(shè)備，兼容實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別認(rèn)證流程，指紋識(shí)別應(yīng)滿足以下要求：

(1)易操作性：指紋識(shí)別硬件設(shè)備和算法應(yīng)滿足實(shí)時(shí)性要求，獲取和識(shí)別速度快，流程簡(jiǎn)單，讓收費(fèi)員易于學(xué)習(xí)和操作，同時(shí)應(yīng)讓收費(fèi)員可以自由選擇工號(hào)密碼或指紋識(shí)別進(jìn)行認(rèn)證。

(2)可靠性：指紋識(shí)別匹配算法要滿足可靠性要求，在各種異常情況下能夠準(zhǔn)確獲取和匹配收費(fèi)員的指紋，最大限度保證系統(tǒng)的正確運(yùn)行。

(3)安全性：指紋識(shí)別數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)過(guò)加密存儲(chǔ)，不能被輕易復(fù)制盜取，保證系統(tǒng)的安全性。

3.2 模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，基于指紋識(shí)別的授權(quán)認(rèn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括三大部分，分別是站級(jí)指紋管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)和車道系統(tǒng)指紋認(rèn)證邏輯。其中，站級(jí)指紋管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)指紋獲取設(shè)備完成整個(gè)收費(fèi)站相關(guān)人員的指紋錄入、查看、刪除、更改功能，并將指紋數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在站級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)中；數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將站級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋數(shù)據(jù)同步下發(fā)到各個(gè)車道的車道數(shù)據(jù)庫(kù)；車道指紋認(rèn)證邏輯實(shí)現(xiàn)在需要認(rèn)證授權(quán)時(shí)通過(guò)指紋設(shè)備獲取指紋，并將獲取到的指紋與車道數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配完成授權(quán)認(rèn)證。整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下頁(yè)圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

3.3 流程設(shè)計(jì)

根據(jù)上述系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)，每一部分的功能流程設(shè)計(jì)如下。

3.3.1 指紋管理系統(tǒng)流程

3.3.1.1 權(quán)限認(rèn)證

使用現(xiàn)有收費(fèi)站的工號(hào)+密碼來(lái)進(jìn)行登錄驗(yàn)證，只有系統(tǒng)維護(hù)員等人員有權(quán)限登錄，其他用戶無(wú)法登錄。登錄系統(tǒng)后才能進(jìn)行查看、添加、刪除指紋等操作。

3.3.1.2 指紋查看

列表顯示人員表里面的人名、工號(hào)，以及是否已添加指紋等信息，用戶選中某一行后可以點(diǎn)擊“添加”“刪除”等按鈕進(jìn)行操作。

3.3.1.3 指紋添加

選中某人然后點(diǎn)擊“添加”按鈕后，先判斷該員工是否已添加指紋，若已有指紋則提示需要先刪除指紋才能重新錄入。若該員工還未錄入指紋則開(kāi)始進(jìn)入添加指紋流程。

進(jìn)行錄入指紋操作時(shí)，在界面提示用戶進(jìn)行按壓手指、抬起手指等操作，一般需要按壓3次(界面提示按壓進(jìn)度)，若某次按壓不規(guī)范(在界面提示用戶保持手指干凈并按壓準(zhǔn)確等)，則需要再次進(jìn)行按壓，直到注冊(cè)接口返回并判斷錄入成功或失敗。若用戶一直沒(méi)有按壓，則等待一段時(shí)間后超時(shí)自動(dòng)退出此次注冊(cè)流程。

如錄入成功則繼續(xù)讀取指紋模組內(nèi)上述錄入的指紋的特征數(shù)據(jù)，先進(jìn)行加密然后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)人員表的指紋字段內(nèi)，加密以提升安全性。

若存儲(chǔ)成功，則在界面顯示注冊(cè)成功，并將列表中該員工的是否已錄入指紋信息顯示成“是”。若存儲(chǔ)失敗則提示對(duì)應(yīng)的失敗信息。

3.3.1.4 指定指紋刪除

選中或者輸入對(duì)應(yīng)的工號(hào)或名字，可以選擇刪除該指紋，刪除成功后將列表中該員工的是否已錄入指紋信息顯示成“否”。

3.3.1.5 全部指紋刪除

刪除已錄入的全部指紋(彈窗進(jìn)行二次確認(rèn))，刪除成功后將全部員工的是否已錄入指紋信息都顯示成“否”。

指紋管理流程如圖2所示。

圖2 指紋管理系統(tǒng)流程圖

3.3.2 數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)流程

3.3.2.1 指紋數(shù)據(jù)下發(fā)

位于站級(jí)服務(wù)器的模塊將已錄入站級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的人員工號(hào)、指紋等信息下發(fā)到所選擇的車道工控機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。當(dāng)指紋錄入信息發(fā)生變更時(shí)(如刪除、添加等)，及時(shí)同步將更新后的指紋數(shù)據(jù)推送到車道工控機(jī)。

3.3.2.2 指紋數(shù)據(jù)接收

位于車道工控機(jī)的模塊接收站級(jí)服務(wù)器端下發(fā)的指紋信息，包括工號(hào)、指紋等，并且同步到車道數(shù)據(jù)庫(kù)中。

數(shù)據(jù)同步流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)同步流程圖

3.3.3 車道系統(tǒng)指紋認(rèn)證流程

在上班登錄或授權(quán)等需要用戶名密碼登錄的地方進(jìn)行調(diào)用指紋識(shí)別接口進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)支持原有的用戶名密碼登錄驗(yàn)證。

在彈出輸入用戶名及密碼的界面，如檢測(cè)到指紋設(shè)備并啟用了指紋功能則在界面增加提示“請(qǐng)按壓指紋”，同時(shí)調(diào)用獲取指紋的接口，等待用戶按壓后返回指紋特征數(shù)據(jù)。此時(shí)用戶也可以直接使用用戶名密碼登錄而不使用指紋。

將此次按壓獲取到的指紋特征、人員表里的工號(hào)以及對(duì)應(yīng)的指紋特征數(shù)據(jù)傳入指紋識(shí)別算法接口進(jìn)行比對(duì)，并獲取比對(duì)結(jié)果，若識(shí)別成功則一同返回工號(hào)，若識(shí)別失敗則在界面提示“識(shí)別失敗，請(qǐng)重按”，此時(shí)軟件再次進(jìn)入等待用戶按壓指紋的狀態(tài)，按壓后獲取特征并再次進(jìn)行識(shí)別，以此循環(huán)，直至識(shí)別成功或用戶使用用戶名密碼進(jìn)行驗(yàn)證或用戶手動(dòng)關(guān)閉當(dāng)前界面。

在識(shí)別成功之后則自動(dòng)關(guān)閉輸入用戶名密碼的界面，并自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的登錄、權(quán)限驗(yàn)證、授權(quán)等。

車道系統(tǒng)指紋認(rèn)證流程如圖4所示。

圖4 車道系統(tǒng)指紋認(rèn)證流程圖

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)表格設(shè)計(jì)

在原有的人員表基礎(chǔ)上，加入了指紋相關(guān)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)庫(kù)表格設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 人員信息表

4 系統(tǒng)試點(diǎn)運(yùn)行結(jié)果分析

基于上述方案進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化改造后，在沿海高速南寧南收費(fèi)站的入口、出口車道收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行了試點(diǎn)升級(jí)，對(duì)收費(fèi)站相關(guān)人員進(jìn)行了培訓(xùn)。

截至目前，試點(diǎn)車道平穩(wěn)運(yùn)行一個(gè)月以上，各類特情處理統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。各類特情處理總共359次，其中，出口ETC轉(zhuǎn)人工收費(fèi)、入口拒超復(fù)核、綠通車輛查驗(yàn)免費(fèi)、出入口車輛信息不一致等特情出現(xiàn)較頻繁，占所有特情處理總數(shù)的70%以上，平均每次特情授權(quán)處理能減少約5 s左右的操作時(shí)間，使用指紋識(shí)別授權(quán)有效提高了特情業(yè)務(wù)的處理效率，得到了收費(fèi)站業(yè)主的好評(píng)。接下來(lái)準(zhǔn)備進(jìn)一步擴(kuò)大試點(diǎn)范圍，逐步推廣至全廣西。

表2 特情類型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前車道收費(fèi)系統(tǒng)授權(quán)認(rèn)證的缺陷和不足，本文提出了基于指紋識(shí)別的車道收費(fèi)系統(tǒng)授權(quán)認(rèn)證優(yōu)化方案，利用新增的指紋識(shí)別軟硬件模塊，在原有授權(quán)認(rèn)證方式基礎(chǔ)上加入指紋認(rèn)證流程，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)授權(quán)認(rèn)證流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)踐。通過(guò)實(shí)際部署運(yùn)行試點(diǎn)，驗(yàn)證了方案優(yōu)化的有效性，試點(diǎn)結(jié)果表明該方案能夠切實(shí)提高車道收費(fèi)系統(tǒng)特情車輛授權(quán)處理的效率?；诂F(xiàn)有指紋認(rèn)證方案，未來(lái)工作可以從設(shè)備選型和授權(quán)流程方面繼續(xù)研究，進(jìn)一步研究無(wú)線指紋識(shí)別進(jìn)行遠(yuǎn)程授權(quán)認(rèn)證等應(yīng)用場(chǎng)景，為提高車道收費(fèi)管理效率提供支持。