工程機械離線鎖車系統設計

吳利清，賀 姣，向艷芳，張家臣，師 統

（1.湖南工業職業技術學院，湖南 長沙，410208；2.湖南城建職業技術學院，湖南 湘潭，411104）

1 引言

隨著我國城市化進程的推進，工程機械行業得到充分發展，工程機械市場在起起落落之后仍然保持著強勁的增長勢頭，銷售模式也不斷升級[1]。因為工程機械設備單體價值較大， 所以在銷售過程中往往采取按揭、分期或融資租賃的銷售方式[2]。隨著工程機械行業越來越多地采用分期付款的銷售模式，以及設備租賃業務的發展，工程機械設備的安全問題越來越重要。其中客戶拖欠貸款，進而演變為惡意改變工程機械外形和涂裝顏色，導致設備身份無法識別，從而逃避法律制裁的問題尤為突出[3]。

法務部門通過法律途徑從工地現場找回來的欠款工程機械設備中，有部分工程機械的外觀和涂裝顏色已發生很大改變，通過觀察已無法辨識設備制造商。有部分工程機械的遠程在線裝置已被拆除，鎖車系統被專業人士破解，設備耗費了大量時間和金錢才被找回。通過工地現場的走訪和調查，破解鎖車系統的違法行為確實存在，客戶通過較低的首付獲得工程機械設備后，用違法手段雇傭專業人員破解遠程在線鎖車系統，拆除GPS定位裝置，并改變工程機械外觀和涂裝顏色，最后轉賣他人或在工地施工獲利[4]。遠程在線鎖車系統被破解拆除后，工程機械無法進行遠程在線鎖車操作，加上外觀和涂裝顏色的改變，要找到這樣的“非法身份”工程機械非常困難[5]。

針對這一實際情況，本文首先分析了目前工程機械上主要應用的幾種遠程在線鎖車系統工作原理以及優缺點；進而得出遠程在線鎖車系統在防破解上存在難以解決的問題；最后，設計了一種基于射頻識別技術的工程機械離線鎖車系統，該系統可以在沒有網絡信號的情況下，實現穩定可靠的離線鎖車功能。

2 現有技術分析

目前，大部分工程機械已經具有遠程在線鎖車功能[6]。通過該功能，可以實現遠程在線操作對工程機械進行鎖定，使其無法動作。工程機械遠程在線鎖車的控制方式主要有繼電器控制、脈沖信號控制和密碼匹配控制等幾種。

2.1 繼電器控制

在繼電器控制遠程在線鎖車的方式下，工程機械制造商通過GPRS 等無線通信網絡發送信號，該信號控制繼電器線圈的供電，繼電器觸點開啟或閉合的信號傳送至工程機械的移動控制器，由該移動控制器根據繼電器觸點的信號控制工程機械是否鎖車。

繼電器控制方式成本低、信號穩定可靠。但是，如果將繼電器拆除，或采用其他手段控制繼電器線圈的供電，則使得遠程發送的信號失去作用，設備無法被鎖定。

2.2 脈沖信號控制

在脈沖信號控制遠程在線鎖車的方式下，工程機械制造商通過GPRS 等無線通信網絡發送信號，該信號控制脈沖發生器產生特定脈沖，該特定脈沖傳送至工程機械的移動控制器，由該移動控制器根據該特定脈沖控制工程機械是否鎖車。脈沖信號控制有一定的防拆功能。但在實際應用中，也發現有專門的破解團隊采用另一個能夠產生同樣特定脈沖的脈沖發生器，從而替代遠程信號的作用，使其失去作用。

2.3 密碼匹配控制

在密碼匹配控制遠程在線鎖車的方式下，工程機械的遠程在線通信控制模塊通過無線通信網絡接收解鎖信息，然后發送給工程機械的移動控制器；移動控制器確認自身保存的解鎖密碼與接收到的解鎖信息相匹配，然后將工程機械置于解鎖狀態[7]。

在這種方式下，只有從無線通信網絡遠程在線獲取解鎖信息才能將工程機械置于解鎖狀態，因此在工程機械本體上的任何行為都不能使工程機械解鎖，從而提高了鎖車的可靠性。

而且，控制中心可以定期或不定期地對移動控制器保存的解鎖密碼進行更新，這樣即使解鎖密碼被破解也能在更新之后成功鎖車。

密碼匹配控制方式解決了拆除破解問題。但是，當工程機械處于無線網絡信號差或者沒有信號覆蓋的工地（如隧道、地下）施工時，則因無法接收到解鎖信號而錯誤鎖車。該方法只能依賴無線網絡遠程在線鎖車，要求工程機械必須實時遠程在線進行數據交互，確認解鎖密碼，因此無線通信網絡信息量較大。一旦網絡出現故障，將出現大面積錯誤鎖車，其造成的后果難以估量[8]。

3 技術方案

針對工程機械在線鎖車系統存在的問題，本文設計了一種工程機械離線鎖車的方法與系統，以解決工程機械被不法客戶通過非法途徑拆除無線通信模塊、破解鎖車系統、改變外觀和涂裝顏色從而導致工程機械“下落不明”而又無法鎖車的問題。

3.1 相關定義

工程機械離線鎖車系統的核心方法在于用“合法身份”的工程機械來檢測“非法身份”的工程機械。相關定義如下：

“合法身份”：是指出廠后沒有被拆卸、破解或改裝的正常工作的工程機械。

“非法身份”：是指出廠后被惡意拆卸、破解或改裝以牟取不正當利益的工程機械，該設備已不受遠程在線控制，不能進行遠程在線鎖車操作。

鎖車：通過特定的信號使工程機械停止所有動作。

3.2 工作原理

在工程項目現場，有大量的工程機械同時施工，其中絕大多數是具有“合法身份”的。而大部分工程項目都需要多臺設備配合使用才能完成施工任務，因此“非法身份”的工程機械難免要和其他工程機械在同一個工地施工。當“非法身份”的工程機械和“合法身份”的工程機械在同一片區域工作時，“合法身份”的工程機械通過身份識別系統檢測“非法身份”的工程機械身份信息（ID 號），若身份信息與“黑名單”匹配，則判斷此設備為“非法身份”，立即發送鎖車命令。“非法身份”的工程機械接收到鎖車命令后，立即進入鎖車倒計時（如20分鐘），駕駛室蜂鳴器開始報警，顯示屏上顯示鎖車警告，告知操作人員盡快將設備停靠在安全區域，該設備將在20 分鐘后停止所有動作，請馬上撥打公司電話進行解鎖。

圖1 工程機械身份識別流程圖

圖1 是工程機械身份識別方法的主要步驟流程圖。如圖所示，該方法主要包括如下步驟：

步驟S1：工程機械的身份識別模塊通過射頻通信網絡接收周圍其他工程機械的身份信息（ID號）；

步驟S2：身份識別模塊將接收到的身份信息（ID 號）發送給控制器；

步驟S3：控制器將接收到的信息進行初步處理，之后通過遠程在線通信模塊發送給遠程在線服務器；

步驟S4：遠程在線服務器通過遠程在線無線通信模塊接收信息，處理并判斷此車身份信息是否合法。

身份識別模塊可以遠距離讀取身份信息，這里采用的是射頻識別技術，此技術最早在軍事上被用來進行戰斗機敵我識別，現在已被廣泛應用，如門禁系統、考勤系統、第二代居民身份證等[9]。

工程機械出廠時都有一個編號（ID 號），遠程在線服務器數據庫內存儲了所有機械設備的相關信息。當某一臺設備出現逃款欠費，客戶無法聯系，也無法進行遠程在線鎖車時，此“非法身份”設備的ID 號被列入“黑名單”，服務器通過遠程無線網絡（如4G），定期地更新各工程機械控制器中的“黑名單”信息，增加新的或刪除已處理的。

當“非法身份”的工程機械ID 號被“合法身份”工程機械的身份檢測系統讀取到時，控制器進行身份匹配處理，若與“黑名單”中信息匹配，立即發送鎖車信號。從收到身份信息，到發送鎖車信號，整個處理過程不超過1 秒，根據硬件的速度可以更快。完成鎖車操作后，“合法身份”工程機械的控制器將本次鎖車操作的相關數據，包括自身ID、被鎖車ID、鎖車操作時間、鎖車GPS 位置等信息通過無線網絡發送給遠程在線服務器。根據傳回的數據，工作人員可以立即行動，找到被鎖定的工程機械。

上述鎖車過程，即使在沒有網絡信號覆蓋的區域，身份信息檢測系統仍然可以正常工作，從而實現離線鎖車功能。

3.3 系統實現

圖2 身份信息檢測系統與工程機械信息處理系統

圖2 是工程機械離線鎖車系統的主要模塊示意圖。如圖所示，該鎖車系統主要由身份信息檢測系統和工程機械信息處理系統組成。其中身份信息檢測系統安裝在工程機械上，主要包括射頻通信模塊、遠程在線無線通信模塊和控制器組成；工程機械信息處理系統在公司，主要包括遠程在線通信模塊和遠程在線服務器。其中遠程在線服務器具有信息處理、顯示、存儲、報警等功能，遠程在線服務器的數據庫中存儲了所有工程機械的相關信息。

圖3 “非法身份”工程機械控制系統結構圖

圖3 是“非法身份”的工程機械控制系統結構圖，其遠程在線通信模塊已被非法拆除，無法和遠程在線服務器直接通信。這里采用的是遠距離射頻通信模式，通信距離從幾百米到上千米可調。其中射頻通信模塊體積小，已集成在控制器內部，防止被人非法拆卸。當“非法身份”工程機械進入“合法身份”工程機械的射頻通信范圍時，射頻通信模塊通過射頻信號進行“通信握手”，“非法身份”工程機械將ID 號發送給“合法身份”工程機械進行驗證，若身份匹配結果為“黑名單”，“合法身份”工程機械立即發送鎖車信號。“非法身份”工程機械接收到鎖車信號后，通過顯示屏和蜂鳴器發布鎖車報警，并延遲一定時間（如20 分鐘）進行鎖車，防止突然鎖車引發事故，預留時間給操作人員將設備停到安全位置；同時反饋一個鎖車完成信號給“合法身份”工程機械，通信結束。

圖4 鎖車過程示意圖

圖4 是鎖車過程示意圖。如圖所示，001 號車和005 號車為“合法身份”工程機械， 002 號車為已被非法拆卸、破解和涂裝為“非法身份”的工程機械，其ID 號已被服務器列入“黑名單”并更新至各工程機械控制器存儲空間中。當002 號車進入005 號車射頻通信范圍時（圖中虛線圓圈即是005號車射頻通信范圍），002 號車的ID 號被讀取，通過圖1 所示的身份識別流程，005 號車發送鎖車指令，002 號車開始進入鎖車報警階段，一段時間后進入鎖車狀態。

當“合法身份”工程機械001 號車進入005 號車射頻通信范圍時（圖中虛線圓圈即是005 號車射頻通信范圍），001 號車的ID 號被讀取，通過圖1 所示的身份識別流程，001 號車為“合法身份”工程機械，不會進行鎖車操作。

4 結論

針對工程機械行業中，“非法身份”工程機械問題，本文提出了一種工程機械離線鎖車方法和系統。其主要特點是應用了射頻識別技術進行身份檢測，且不依賴于實時的無線通信網絡也能進行有效鎖車。該系統安裝靈活方便，既可以安裝在“合法身份”工程機械上，也可以安裝在設備廠家售后服務車上，在施工現場形成一個大范圍的離線檢測網絡，使“非法身份”工程機械很容易被檢測和鎖定。

該系統主要應用于極端情況下進行鎖車（如無網絡信號或遠程在線鎖車系統被拆除等情況），可以與遠程在線鎖車系統配合使用，提高工程機械設備的監管效率，降低設備銷售和租賃的風險。