Система контроля транспортных средств с максимально достоверной идентификацией транспортного средства в пункте контроля

Изобретение относится к автоматизированным системам контроля потока автотранспортных средств на дорогах во время их движения и предназначено для автоматической идентификации транспортных средств и выработки алгоритма действий в отношении их дальнейшей эксплуатации, а также для информирования водителя в реальном масштабе времени обо всех замечаниях, касающихся транспортного средства как участника дорожного движения.

Известны автоматизированные (аппаратно-программные) системы контроля автотранспортных средств, основанные на принципах распознавания образов, которые содержат видеокамеры, компьютеры идентификации автотранспортного средства, каждый из которых соединен с соответствующей видеокамерой, и сервер для управления и поиска автотранспортного средства в базе данных, связанный с указанными компьютерами посредством локальной вычислительной сети. Эти системы могут отличаться местом расположения видеокамер (сверху, сбоку), но их общим признаком является недостаточно высокий процент безошибочно распознанных государственных регистрационных знаков (особенно в условиях плохой видимости и ночью), сравнительно легкое введение в заблуждение (грязный номер, умышленное визуальное искажение), требование наличия специального компьютера идентификации автотранспортного средства и мощных осветительных приборов. По техническим характеристикам аппаратно-програмного комплекса «Поток-С» (патенты РФ N°N° 2137202-2137204) процент безошибочно распознаваемых государственных регистрационных знаков (чистых и без изъянов) в дневное время суток- не менее 95%, в ночное время суток - не менее 60 %, при освещенности в зоне контроля в вертикальной плоскости не менее 60 лк.

Известны стационарные посты контроля за движением автотранспортных средств, оснащенные устройствами или системами контроля, основанными на различных физических принципах: радиолокационном, фотоэлектрическом, индукционном, Доплера и др. (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 492211 , кл. G 08 G 1/01, 1973). Данные системы требуют невысокой скорости движения транспортного средства, не имеют возможности однозначно идентифицировать транспортное средство или требуют оснащения транспортных средств устройствами, которые можно легко вывести из строя. Вследствие этого такие системы используются только при парковке автотранспортных средств или при их проезде через охраняемые объекты.

Системы, основанные на спутниковой навигации и идентификации, дорогостоящи и также не обладают стопроцентной надежностью. Точность измерений таких систем зависит от конструкции и класса приёмника, числа и расположения спутников (в реальном времени), состояния ионосферы и атмосферы Земли (сильной облачности и т.д.), наличия помех и других факторов. Качество измерений ухудшается, если спутники располагаются на небе плотным пучком или на одной линии и "далеко" - у линии горизонта (всё это называется "плохая геометрия") и есть помехи сигналу (закрывающие, отражающие сигнал высотные здания, деревья, горы поблизости). Выход находят в создании группировки из нескольких десятков спутников. Наиболее широко распространенными спутниковыми системами позиционирования являются системы GPS (за рубежом) и российский аналог этой системы «Глонасс» (Глобальная навигационная спутниковая система)

Как недостаток, препятствующий широкому использованию таких систем для нужд контроля дорожного движения, кроме недостаточной точности, следует отметить симплексный по своей физической сущности канал связи, по которому происходит определение местоположения. Незащищённость этого канала от постороннего вмешательства приводит к тому, что такие устройства применяются только при личной заинтересованности водителей в их присутствии на транспортном средстве либо в транспортных компаниях, где можно осуществлять постоянный контроль отсутствия внешнего вмешательства в их работу.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является высокодостоверная защищённая система контроля транспортных средств с возможностью осуществления обратной связи с водителем в пункте контроля (см. RU 2522418 CI, G08G1/017 (2006.01), B60R25/00 (2013.01), публикация 10.07.2014).

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании обладающей достаточной степенью надежности, достоверности и защиты от несанкционированного доступа информационно-телекоммуникацио� �ной технологии, реализующей максимально достоверную идентификацию транспортного средства с возможностью осуществления обратной связи с водителем в пункте контроля с целью его оперативного информирования о всех замечаниях, касающихся эксплуатации транспортного средства как участника дорожного движения.

Технический результат, обусловливающий решение задачи, заключается в обеспечении в реальном масштабе времени на уровне локального автоматизированного поста как непосредственно контроля всех проходящих через пост автотранспортных средств, так и принятия в автоматическом режиме оперативного решения по поводу эксплуатации транспортного средства как участника дорожного движения, а также сведение возможности несанкционированной эксплуатации транспортного средства к практически неосуществимой задаче. Поставленная задача решается тем, что в каждом пункте контроля осуществляется процедура взаимной аутентификации приёмопередающего устройства, установленного на транспортном средстве, выполненного функционально неотъёмным от него и содержащего микропроцессор и оперативное запоминающее устройство для проведения необходимых для осуществления данной процедуры вычислений, и, с другой стороны, приёмопередающего устройства пункта контроля (УПК), установленного в районах движения и/или стоянки транспортных средств, выполненного со способностью осуществления устойчивого сеанса связи между этими устройствами в любой точке зоны контроля. Причём запрашивающие устройства пунктов контроля связаны единой телекоммуникационной сетью с центром обработки данных (ЦОД), для чего создаётся единая распределённая база данных, состоящая из центральной базы данных, связанной через шлюзы для преобразования форматов данных с базами данных предприятий и организаций автотранспортной отрасли, и баз данных (БД) региональных центров обслуживания (РЦО), на которые замыкаются все пункты контроля региона. Такое дробление необходимо для оптимизации потоков информации и повышения устойчивости системы к возможным отказам и перегрузкам. Это даёт возможность уверенного осуществления в любом пункте процедуры взаимной аутентификации устройства пункта контроля и устройства транспортного средства (УТС) с использованием, по меньшей мере, одного криптоалгоритма. Одновременно в запоминающем устройстве УТС и в базе данных РЦО фиксируются географические координаты и/или условные координаты данного пункта и точное время его прохождения транспортным средством. С целью получения значения точного времени устройство транспортного средства и устройство пункта контроля выполняются с возможностью приёма сигналов, по меньшей мере, одного вида спутниковых систем навигации. Этот сигнал используется для синхронизации частот указанных устройств, а полученное значение точного времени, кроме того, и для других целей, в том числе в вычислительных процессах при выполнении некоторых видов криптоалгоритмов.

В ЦОД происходит анализ и обработка полученной информации, по результатам которой водителю в случае необходимости в реальном масштабе времени в виде аудио- и/или видео- сообщений передаётся информация, касающаяся замечаний по поводу эксплуатации транспортного средства как участника дорожного движения, для чего устройство транспортного средства оснащают аудио- или видео- устройством или обоими вместе.

При проведении процедуры первичной регистрации транспортного средства в системе, его уникальный идентификационный номер и другие необходимые данные записываются по защищенному протоколу в его оперативное запоминающее устройство вместе с результатом применения криптоалгоритма (как один из вариантов - ГОСТ 28147-89) к значению момента времени приёма сигнала от устройства пункта контроля в совокупности со значениями его координат. В данную совокупность значений могут вводиться и другие величины, в том числе и псевдослучайные.

В частных вариантах изобретения электронное устройство транспортного средства выполняется частично энергонезависимым, т. е. сохраняющим свою работоспособность при отключении питания от сети автомобиля на период, достаточный для выполнения действий, исключающих несанкционированную эксплуатацию транспортного средства. Данное электронное устройство защищается схемой, делающей его неотъемлемой частью транспортного средства при условии сохранения своей работоспособности (как один из вариантов, обеспечивающей прОжиг его оперативного запоминающего устройства при попытке его съема).

Устройство транспортного средства оснащается приёмной антенной с возможностью принятия сигнала без искажения от запрашивающего устройства пункта контроля на расстоянии порядка 100 м от последнего, причем частота сигнала может лежать в диапазоне 500-10000 МГц. в зависимости от варианта исполнения.

Устройство пункта контроля может оснащаться антеннами с искусственно ограниченной апертурой для контроля моментов пересечения условно контрольных линий: стоп- линии, разделительной линии, линии ограничения стоянки и т. д.. В общем случае оно расположено над проезжей частью с возможностью захвата транспортного средства, идущего по полосе движения, и удержания связи с ним до момента времени завершения процедуры взаимной аутентификации.

База данных системы является распределённой. Она состоит из центральной базы данных (ЦБД), в которой консолидируется информация о каждом транспортном средстве на основе прошедшей предварительную обработку информации, поступившей через шлюзы (для преобразования форматов данных) из баз данных предприятий и организаций, так или иначе связанных с автотранспортной отраслью. Кроме этой функции в центральной базе данных отслеживается информация о текущем местоположении транспортного средства.

Серверы центральной базы данных посредством телекоммуникационных каналов связаны с серверами баз данных региональных центров обслуживания (РЦО). Пакет консолидированной информации о транспортном средстве поступает в РЦО того региона, где в данный момент оно находится. Серверы РЦО обслуживают все пункты контроля региона. Размеры региона определяются способностью проведения без задержек процедуры аутентификации любого транспортного средства, находящегося в зоне ответственности РЦО.

Для осуществления непрерывности обслуживания транспортных средств при их перемещении из одного региона в другой, информация о транспортном средстве копируется одновременно во все РЦО, граничащие с текущим. По мере перемещения транспортного средства из региона в регион происходит процесс копирования или, напротив, уничтожения информации в соответствующем РЦО. Данным процессом управляет центральная база данных.

Главным условием жизнеспособности любой информационной системы является её надёжность в плане взлома и достоверность получаемой информации. В предлагаемой системе это достигается несколькими уровнями защиты, причём не только применением стойких криптоалгоритмов, но и путём логического анализа получаемой информации. Это даёт защиту от несанкционированного доступа и попыток сканирования передаваемой информации с целью нарушения принципа уникальной идентификации транспортного средства в системе (создание клона).

Упрощённо обмен информацией между "ответчиком" (устройством транспортного средства - УТС) и "запросчиком" пункта контроля (УПК) можно представить следующим образом:

Пусть УТС при процедуре первичной регистрации был присвоен идентификатор ИД и некая парольная фраза К. В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) УТС было записано значение Х(К, СЛ1), где X - хэш-функция (как один из вариантов - ГОСТ Р 34.11-94), а СЛ1 - псевдослучайное число. Значение момента времени прохождения процедуры первоначальной регистрации (Т) и значения координат пункта контроля (М) были зашифрованы и записаны в ОЗУ УТС в виде значения Ш(Т, М), где Ш - криптоалгоритм (например, ГОСТ 28147-89), коды которого записываются в ОЗУ УТС наряду с кодами хэш-функции X.

Одновременно в центральную базу данных (ЦБД) было занесено значение Х(К, СЛ2), где X - уже упоминавшаяся хэш-функция, а СЛ2 - псевдослучайное, заранее выбранное, число. Кроме того, в ЦБД записывается значение Ш(Т,М). При прохождении транспортного средства через очередной пункт контроля УТС посылает свой идентификатор ИД, псевдослучайное, каждый раз новое, число СЛ1 и значение Ш(Т,М).

В ответ ЦБД посылает пакет информации, содержащий СЛ2, вычисленное значение Х(СЛ2,Х(К,СЛ1)) и значение Ш(Т+1 , М+1), где Т+1 и М+1 - соответственно значение момента времени прохождения текущего поста и код его местоположения..

УТС вычисляет значение хеш-функции Х(СЛ1,Х(К,СЛ2)) и посылает его принимающему устройству пункта контроля.

ЦБД также вычисляет значение Х(СЛ1 ,Х(К,СЛ2)) и сверяет его с полученным от УТС. Если значения совпадают— процедура аутентификации ТС прошла успешно.

Одновременно УТС вычисляет значение Х(СЛ2,Х(К,СЛ1)) и сверяет его с полученным от ПК, При совпадении ПК признаётся законным и значения Т+1 и М+1 обновляют стек ОЗУ УТС.

Таким образом парольная фраза К нигде не передаётся по эфиру в открытом виде и не хранится открыто в ЦБД, а передаваемые хеш-значения каждый раз разные.

Хотя взлом X и Ш является вычислительно трудноразрешимой задачей, в систему введён ещё один уровень защиты. Для его реализации в ЦБД расшифровывается полученное от УТС значение Ш(Т, М) и полученные значения момента времени прохождения пункта контроля (Т) и его код местоположения (М) сравниваются с имеющимися в ЦБД. При гипотетическом взломе УТС его стек будет обновлён новыми значениями ТН и МН, никак не совпадающими с хранящимися в ЦБД значениями Т и М. Из данного факта делается вывод, что произошёл взлом системы и данное ТС ставится на контроль.

Кроме того, полученные значения Т и М могут быть использованы в ЦБД для реализации более углублённых алгоритмов анализа движения ТС. Данное обстоятельство обусловлено свойством пространственно-временной детерминированности движения транспортного средства. А именно: оно не может появиться в определённом пункте контроля, не отметившись в соседних по ходу движения. Если этого не произошло, то делается вывод о преднамеренном вмешательстве в функционирование системы и выдаётся соответствующий сигнал контролирующим органам.

Дополнительно в системе предусмотрена периодическая смена алгоритмов X и Ш, а также кода К, т. е. в общем случае в формулах выше должны быть указаны Х(т), Ш(т) и К(т) вместо X, Ш и К соответственно, где т - время.

Существенными признаками способа реализации электронного государственного регистрационного знака являются:

в отличие от патента 2522418 (высокодостоверная защищённая система контроля транспортных средств с возможностью осуществления обратной связи с водителем в пункте контроля), УТС и УПК выполняются с возможностью приёма сигналов, по меньшей мере, одного вида спутниковых систем навигации. Принятый сигнал синхронизирует частоты приёмопередатчиков УТС и УПК. Данное обстоятельство существенно уменьшает время осуществления процедуры взаимной аутентификации, практически сводя к нулю вероятность срыва этого процесса при больших скоростях движения транспортных средств или при высокой плотности транспортного потока. Это повышает надёжность системы и снимает возможные ограничения. Кроме того, принятый сигнал служит для получения значения точного времени, которое используется как аргумент в процессах аутентификации и в некоторых криптоалгоритмах. В частных случаях УПК может не иметь отдельного модуля приёма сигналов спутниковой навигации, а получать этот сигнал централизованно от РЦО по каналам связи;

в отличие от патента 2522418 (высокодостоверная защищённая система контроля транспортных средств с возможностью осуществления обратной связи с водителем в пункте контроля), предполагающей цветовую индикацию состояния транспортного средства в видимом диапазоне волн, УТС дополнительно оснащаются модулем электронной индикации, по меньшей мере, одного конструктивного исполнения. Кроме того предусмотрено оснащение персонала контролирующих органов средствами считывания электронной индикации по меньшей мере одного конструктивного исполнения, результатом работы которых является их оперативное информирование о состоянии транспортного средства;

в отличие от патента 2185663 (система электронной идентификации автотранспортных средств), где обширная информация о транспортном средстве, владельце, грузе и пр. прописывается каждая в своей метке, в предлагаемой системе УТС содержит только информацию, необходимую и достаточную для проведения процедуры взаимной аутентификации. Для анализа информации о ТС используется то обстоятельство, что эта информация уже присутствует в базах данных различных предприятий и организаций автотранспортной отрасли и доступ к ней может быть осуществлён по уникальному идентификационному номеру транспортного средства. Поэтому отпадает необходимость в установлении специальной обратной связи с транспортным средством и в затратах времени для изменения информации в метках. Информация изменяется в централизованной распределённой базе (базах) данных по мере необходимости и становится доступной по уникальному идентификационному номеру;

инфраструктуру реализации системы контроля транспортных средств с максимально достоверной идентификацией транспортного средства можно с достаточной долей приближения назвать организованной по сетецентрическому принципу, поскольку все пункты контроля и транспортные средства составляют единую информационную сеть;

при прохождении пункта контроля каждый раз происходит процесс взаимной аутентификации УПК и устройства транспортного средства. При положительном результате этого процесса обмен информацией между УТС и УПК происходит по защищенному каналу связи;

для осуществления непрерывности обслуживания транспортных средств при их перемещении из одного региона в другой, информация о транспортном средстве копируется одновременно во все РЦО, граничащие с текущим. По мере перемещения транспортного средства из региона в регион происходит процесс копирования или, напротив, уничтожения информации в соответствующем РЦО. Данным процессом управляет центральная база данных;

главным условием жизнеспособности любой информационной системы является её надёжность в плане взлома и достоверность получаемой информации. В нашем случае это достигается несколькими уровнями защиты, причём не только применением стойких криптоалгоритмов, но и путём логического анализа получаемой информации. Это даёт защиту от несанкционированного доступа и попыток сканирования передаваемой информации с целью нарушения принципа уникальной идентификации транспортного средства в системе (создание клона);

в системе предусмотрена обратная связь с водителем транспортного средства в режиме реального времени при прохождении пункта контроля в виде получаемых аудио- и/или видео- сообщений о всех замечаниях, возникших по поводу эксплуатации транспортного средства как участника дорожного движения. Для этого, как один из вариантов, УТС снабжается дисплеем и/или аудио динамиками. Кроме этого, как один из вариантов, возможно сопряжение с иммобилайзером, который может иметь различную конструкцию (влиять на систему зажигания, систему впрыска топлива, систему электроснабжения и т.д.). При необходимости, сигнал может дублироваться посылкой SMS-сообщения на абонентский телефонный номер водителя; цифровой характер циркулирующей в системе информации позволяет сопрячь её со специальными дополнительными датчиками, влияющими на безопасность движения. Как один из вариантов можно указать датчики пристёгнутых ремней, датчики количества пассажиров, датчики, сигнализирующие о состоянии здоровья водителя (как вариант, передающие результаты алкотестов), датчики личных карт водителя и/или водительских прав и т. д.

цифровой характер циркулирующей в системе информации позволяет сопрячь её с биллинговыми, платёжными и прочими системами, что позволит автоматизировать взимание платы за проезд по платным дорогам, за стоянку, взимание штрафов, оплату обязательных платежей (транспортный налог, ОСАГО);

предусмотрено оснащение УТС световыми индикаторами, сигнал которых может наблюдаться снаружи транспортного средства и которые, как один из вариантов, могут иметь зелёный цвет при отсутствии замечаний по ТС, жёлтый - при некритических замечаниях, о которых водитель поставлен в известность, красный - о необходимости немедленной остановки транспортного средства на стационарном пункте контроля сотрудниками ГИБДД.

Изобретение поясняется графически

На фиг.1 показано пространственное расположение элементов пункта контроля.

На фиг.2 показан процесс копирования-уничтожения информации о транспортном средстве по мере перемещения его из зоны ответственности одного РЦО в зону ответственности другого.

На фиг. 3 показана общая функциональная схема обработки информации в инфраструктуре реализации системы контроля транспортных средств с максимально достоверной идентификацией транспортного средства в пункте контроля. Пункт контроля за движением автотранспортных средств включает (фиг.1): кронштейн с приёмопередатчиком УПК 1 , расположенный таким образом, чтобы обеспечить осуществление процедуры взаимной аутентификации УПК и устройств транспортных средств 4, находящихся на полосах движения 2 в зоне контроля 3.

Принятая приёмником УПК 1 (фиг. 1 ) информация по каналам связи 5 поступает в базу данных регионального центра обслуживания (РЦО). База данных РЦО кроме функции оперативности обработки информации выполняет дополнительно функцию распределения информационной нагрузки во избежание перегрузки серверов центральной базы данных большим потоком информации. Также представляется целесообразным разнесение центральной и оперативной базы данных с целью резервирования (по крайней мере, на данном этапе развития вычислительной техники).

Транспортное средство отслеживается сервером текущего РЦО, передавая информацию о транспортном средстве по мере его движения по цепочке серверу следующего РЦО. Обновление информации в центральной базе данных проводится по мере возникающей необходимости из баз данных организаций и предприятий автотранспортной отрасли через шлюзы, выполняющие функции преобразования форматов данных.

Вышеизложенное проиллюстрировано на общей функциональной схеме обработки информации Фиг. 3.