依托NFC技術(shù)的路邊停車自動(dòng)扣費(fèi)系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目立項(xiàng)書

項(xiàng)目編號(hào)：2542-13741

項(xiàng)目名稱：淺表嵌入式NFC路邊停車自動(dòng)扣費(fèi)系統(tǒng)

項(xiàng)目來源：自選課題

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：蘇悅、蕭逸、覃高旻

項(xiàng)目立項(xiàng)起止時(shí)間：2543年7月8日至2545年9月30日

項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算（萬元）：80

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

隨著2535年，國(guó)家建成大團(tuán)圓社會(huì)，近年來，群眾的生活越來越好，人民對(duì)美好生活的期盼也水漲船高，為了減緩社會(huì)交通停車壓力，為人民創(chuàng)造美好生活貢獻(xiàn)一份力量，我們擬計(jì)劃設(shè)計(jì)一款依托于NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別車輛信息，計(jì)算車輛停靠時(shí)長(zhǎng)與計(jì)算停車費(fèi)用，進(jìn)行自動(dòng)扣費(fèi)的系統(tǒng)。

項(xiàng)目背景與市場(chǎng)分析

從市場(chǎng)規(guī)模層面來看，全球停車費(fèi)自動(dòng)扣款市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到數(shù)百億美元，預(yù)計(jì)到2550年將增長(zhǎng)至3000億T幣，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到20%。在我們H市，停車費(fèi)自動(dòng)扣款市場(chǎng)增長(zhǎng)尤為迅速，2540年我們市市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到70億元機(jī)械幣，預(yù)計(jì)到2549年將超過200億元機(jī)械幣。

從技術(shù)發(fā)展層面來看，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的不斷融合創(chuàng)新，路邊停車收費(fèi)智能系統(tǒng)將不斷升級(jí)完善。高位視頻技術(shù)、邊緣計(jì)算與深度學(xué)習(xí)算法等技術(shù)的應(yīng)用，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的車輛識(shí)別和停車管理。

從政治層面看，據(jù)我們考察，自2542年3月起，海城、梅縣、石城等多個(gè)地區(qū)陸續(xù)發(fā)布利用ETC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路邊停車自動(dòng)扣費(fèi)的政策，因此我們認(rèn)為依托這一龐大政治背景建造一個(gè)能夠自動(dòng)識(shí)別自動(dòng)扣費(fèi)的系統(tǒng)，其未來幾年的市場(chǎng)應(yīng)是相當(dāng)寬廣的。

從社會(huì)層面看，現(xiàn)在車價(jià)相較于往年要便宜許多，一戶人家至少擁有一到兩輛車的現(xiàn)象在整個(gè)社會(huì)中較為普遍，因此我們認(rèn)為在價(jià)格的下降帶動(dòng)需求的提升的背景下，人們對(duì)汽車消費(fèi)應(yīng)會(huì)有所提升，這樣就會(huì)帶來人們對(duì)路邊停車位的需求提升，因此我們認(rèn)為路邊停車自動(dòng)扣費(fèi)系統(tǒng)的市場(chǎng)在未來幾年中會(huì)持續(xù)上升。

項(xiàng)目目標(biāo)

我們的項(xiàng)目目標(biāo)為建造一個(gè)能夠自動(dòng)識(shí)別車輛信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扣費(fèi)的路邊停車系統(tǒng)，其各階段的基本目標(biāo)具體如下：

第一階段為時(shí)一個(gè)月，在這一個(gè)月里我們的目標(biāo)是學(xué)習(xí)了解相應(yīng)的原理，以便更好地設(shè)計(jì)這套系統(tǒng)

第二階段為時(shí)兩到三個(gè)月，在這期間，我們的主要目標(biāo)為完成相關(guān)硬件采購(gòu)與系統(tǒng)邏輯的設(shè)計(jì)

第三階段為時(shí)一個(gè)月，在這期間我們主要目標(biāo)為找到相關(guān)的合作方，并與之進(jìn)行討論與修改方案

第四階段為時(shí)兩到三個(gè)月，在這期間我們的主要目標(biāo)為完成硬件的組裝和第一次的性能測(cè)試。

第五階段時(shí)長(zhǎng)未定，在這期間，我們的主要目標(biāo)為完成所有的性能測(cè)試與上市，同時(shí)進(jìn)一步將系統(tǒng)性能優(yōu)化升級(jí)。

競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

首先是技術(shù)優(yōu)勢(shì)，我們清楚現(xiàn)在很多地方會(huì)引進(jìn)ETC系統(tǒng)，但通過對(duì)高速公路ETC自動(dòng)付費(fèi)系統(tǒng)的考究，我們團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)ETC系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間沒用的話，是會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠模式的，而恰巧這一特征與路邊停車過程中出現(xiàn)的很多現(xiàn)象都不太適配，所以我們團(tuán)隊(duì)選擇了可以持續(xù)發(fā)送接收信號(hào)的NFC系統(tǒng)，通過NFC系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)出現(xiàn)、持續(xù)與消失的時(shí)間，再通過NFC系統(tǒng)總控制臺(tái)內(nèi)置的分析、運(yùn)算與支付扣費(fèi)功能，實(shí)現(xiàn)汽車停車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)扣費(fèi)，我們認(rèn)為這將會(huì)是我們項(xiàng)目的一大亮點(diǎn)與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

其次，是設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)，目前許多地方有過用NFC系統(tǒng)進(jìn)行扣費(fèi)的案例，但其被識(shí)別端主要還是利用手機(jī)自身附帶的NFC識(shí)別功能，我們認(rèn)為，以手機(jī)為被識(shí)別端，依舊無法避免停車錯(cuò)收費(fèi)、漏收費(fèi)的情況。因此，我們提出了以汽車電路系統(tǒng)代替NFC的電子標(biāo)簽的電源，通過汽車開啟與汽車關(guān)閉電路系統(tǒng)來控制信號(hào)的出現(xiàn)與消失，并借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的后處理功能記錄信號(hào)的消失時(shí)長(zhǎng)。我們認(rèn)為這樣可以比較切實(shí)地確定車輛狀態(tài)，從而盡可能地避免錯(cuò)收費(fèi)、漏收費(fèi)的情況。我們認(rèn)為這將會(huì)是我們項(xiàng)目的第二大亮點(diǎn)。

最后是價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，目前市面流行的無線通信技術(shù)主要由華為、小米兩家公司研發(fā)的UWB（超寬帶）技術(shù)，可通過對(duì)UWB技術(shù)價(jià)格的考察，我們發(fā)現(xiàn)市面上超寬帶系統(tǒng)的零件比較昂貴，市面價(jià)一般在三百元往上，很難大范圍地推廣，與之相比，NFC系統(tǒng)就便宜太多了。據(jù)DS調(diào)查顯示，單個(gè)NFC芯片成本大概在10到20元左右，NFC天線及相應(yīng)設(shè)備單價(jià)更是在20元以內(nèi)，以此可見，依托NFC技術(shù)的路邊停車自動(dòng)扣費(fèi)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，是我們項(xiàng)目的第三大亮點(diǎn)。

技術(shù)方案

（一）硬件組成

NFC控制器、天線、射頻前端、電源管理單元、外部電路、擴(kuò)展塢、傳導(dǎo)線外側(cè)連接鎖扣

（二）設(shè)計(jì)想法

系統(tǒng)運(yùn)行思路：

用汽車電路系統(tǒng)替代NFC有源標(biāo)簽的電源以達(dá)到通過汽車啟動(dòng)與熄火控制標(biāo)簽與感應(yīng)器之間信息傳遞的起始與結(jié)束確定汽車停靠的開始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間的目的，并利用電腦處理功能在每個(gè)信號(hào)消失節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行分析信號(hào)歸零所需要的時(shí)間，以此確定汽車為熄火狀態(tài)還是行駛離開的狀態(tài)，從而避免出現(xiàn)扣費(fèi)后熄火繼續(xù)停靠的情況，同時(shí)，利用NFC系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)送接收信號(hào)的特性與前文所提到的信號(hào)消失方式確定方法，確定汽車引擎開啟時(shí)停靠的時(shí)間。

外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

將NFC標(biāo)簽、天線等相關(guān)被識(shí)別裝置集合到U盤大小的裝置中（以下統(tǒng)稱芯盤）再將芯盤插入到擴(kuò)展塢特定端口處進(jìn)行鎖定形成NFC組件，通過連接鎖扣將擴(kuò)展塢接口下端數(shù)據(jù)線和汽車USB接口下端數(shù)據(jù)線“鎖”在一起，鎖扣鑰匙由蕭氏集團(tuán)與商家保留，不下發(fā)給各個(gè)用戶。

工作流程：NFC的工作流程包括四個(gè)主要階段：標(biāo)簽初始化、連接建立、數(shù)據(jù)交換和斷開連接。

1.標(biāo)簽初始化：當(dāng)NFC設(shè)備靠近標(biāo)簽時(shí)，設(shè)備發(fā)送初始化信號(hào)，激活標(biāo)簽并使其進(jìn)入工作狀態(tài)。

2.連接建立：設(shè)備發(fā)送包含自身信息的請(qǐng)求，標(biāo)簽回復(fù)包含自身信息的響應(yīng)。通過這種雙向通信，設(shè)備和標(biāo)簽之間建立起安全的通信連接。

3.數(shù)據(jù)交換：連接建立后，雙方根據(jù)應(yīng)用需求交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交換方式包括讀取標(biāo)簽信息或向標(biāo)簽寫入信息。

4.斷開連接：當(dāng)設(shè)備離開標(biāo)簽的有效范圍后，通信鏈路自動(dòng)關(guān)閉，結(jié)束本次通信過程。

資源分配

首先，由于項(xiàng)目涉及到道路交通以及相關(guān)電子產(chǎn)品生產(chǎn)，因此，我們理想中，第一個(gè)合作對(duì)象便是從事道路交通的相關(guān)工作人員；其次，此項(xiàng)目與汽車行業(yè)有關(guān)，故此我們理想中第二個(gè)合作對(duì)象為相關(guān)的汽車廠商，再者，我們的項(xiàng)目新增設(shè)了U盤端口連接、擴(kuò)展塢以及保險(xiǎn)鎖兩大方面的內(nèi)容，因此，我們第三個(gè)合作對(duì)象為各類電器以及各類鎖的生產(chǎn)商，最后，因?yàn)槲覀兊捻?xiàng)目與收費(fèi)有關(guān)，所以我們第四個(gè)合作對(duì)象為微信、支付寶、銀聯(lián)等與支付相關(guān)的軟件。

目前的狀態(tài)及未來預(yù)測(cè)

目前項(xiàng)目處于創(chuàng)意階段，但一些目前我們可以預(yù)測(cè)到的系統(tǒng)未來運(yùn)營(yíng)時(shí)可能遇到的問題我們已進(jìn)行了相關(guān)的推演，并給出了較為合適較為合理的解決方案。

財(cái)務(wù)分析

1）設(shè)備采購(gòu)

包括NFC感應(yīng)設(shè)備、后臺(tái)服務(wù)器等，根據(jù)規(guī)模和功能需求不同，成本差異較大。通過在網(wǎng)上的搜索，我們知道一個(gè)NFC感應(yīng)系統(tǒng)價(jià)格區(qū)間大致在60到300元不等，因此我們計(jì)劃在采購(gòu)方面投入30萬元。

（2）安裝調(diào)試

涉及設(shè)備安裝、網(wǎng)絡(luò)部署和系統(tǒng)調(diào)試，可能需要支付專業(yè)服務(wù)費(fèi)用。目前由于影響這一項(xiàng)費(fèi)用的因素頗多，我們姑且預(yù)算投入到這方面的金額為20萬元。

（3）系統(tǒng)維護(hù)

包括設(shè)備維修、軟件更新和數(shù)據(jù)備份，需預(yù)留年度維護(hù)費(fèi)用。目前我們預(yù)計(jì)投入到系統(tǒng)維護(hù)的資金為3.5萬元

（4）技術(shù)支持

對(duì)于給予合作方技術(shù)支持費(fèi)用，我們的預(yù)算為20萬元。

（5）人員培訓(xùn)

對(duì)相關(guān)工作人員進(jìn)行系統(tǒng)操作和維護(hù)培訓(xùn)的費(fèi)用，我們預(yù)計(jì)會(huì)投入2萬元。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與應(yīng)對(duì)

風(fēng)險(xiǎn)分析：

１、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)干擾：

NFC信號(hào)可能會(huì)受到其他無線信號(hào)的干擾，導(dǎo)致車輛信息無法準(zhǔn)確識(shí)別或識(shí)別延遲，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。設(shè)備故障：讀寫器、天線等NFC設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)硬件故障，導(dǎo)致無法正常讀取車輛信息，影響車輛的進(jìn)出和費(fèi)用計(jì)算。

２、安全風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)泄露：

車輛信息和用戶支付信息等敏感數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)過程中可能會(huì)被黑客攻擊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露，給用戶帶來安全隱患。支付風(fēng)險(xiǎn)：NFC支付存在被破解的風(fēng)險(xiǎn)，黑客可能會(huì)利用技術(shù)手段竊取用戶的支付信息，進(jìn)行盜刷等違法活動(dòng)。

３、管理風(fēng)險(xiǎn)用戶操作不當(dāng)：

部分用戶可能不熟悉NFC技術(shù)或操作流程，導(dǎo)致無法正確使用系統(tǒng)，如未將卡片放置在正確位置、手機(jī)NFC功能未開啟等，影響車輛的正常進(jìn)出。系統(tǒng)維護(hù)：系統(tǒng)需要定期進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)，如果維護(hù)不及時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)漏洞和安全隱患，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

４、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)惡劣天氣影響：

在惡劣天氣條件下，如暴雨、大雪、濃霧等，NFC信號(hào)的傳輸可能會(huì)受到影響，導(dǎo)致車輛信息識(shí)別困難。

電磁環(huán)境復(fù)雜：在一些電磁環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)所，如變電站附近、大型商場(chǎng)等，NFC設(shè)備可能會(huì)受到電磁干擾，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行

５、法律風(fēng)險(xiǎn)：

未明確公示收費(fèi)規(guī)則或未經(jīng)用戶同意自動(dòng)扣費(fèi)可能引發(fā)糾紛。用戶信息泄露可能違反隱私保護(hù)法規(guī)。

６、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)：

扣費(fèi)異常或系統(tǒng)漏洞可能導(dǎo)致用戶投訴和信任度下降。設(shè)備維護(hù)成本高可能影響運(yùn)營(yíng)可持續(xù)性。

7、人為風(fēng)險(xiǎn)：

存在用戶長(zhǎng)時(shí)間不繳納費(fèi)款的問題或商販拿POS機(jī)盜刷或私自拔出標(biāo)簽的問題

8、組裝不便利問題

存在已落地汽車難以再召回安裝的問題

9.部件老化

存在部件老化影響使用的問題。

解決方案：

1.技術(shù)優(yōu)化升級(jí)：

定期維護(hù)設(shè)備，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。定期升級(jí)系統(tǒng)性能與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低信號(hào)受環(huán)境干擾的可能性定期進(jìn)行系統(tǒng)防火墻系統(tǒng)的升級(jí)，并采用加密技術(shù)保障數(shù)據(jù)安全。

2.法律合規(guī)：

明確公示收費(fèi)規(guī)則，確保用戶授權(quán)。建立便捷的申訴和退費(fèi)渠道。

3.運(yùn)營(yíng)管理：

加強(qiáng)用戶服務(wù)，及時(shí)處理扣費(fèi)異常。優(yōu)化設(shè)備維護(hù)流程，降低成本。

4.多方面合作

系統(tǒng)與交管部門的數(shù)據(jù)系統(tǒng)相連接，讓警方通過我們的系統(tǒng)查看停車記錄與繳費(fèi)記錄，從而及時(shí)通知用戶進(jìn)行充值與補(bǔ)繳。

5.組裝便捷化

芯盤與NFC組件的設(shè)計(jì)能大大降低組裝時(shí)的難度，同時(shí)由于汽車內(nèi)置USB接口通常在高度較低且較為隱蔽的位置（如中控臺(tái)或副駕駛座的儲(chǔ)物箱），尋常紅外線poss機(jī)很難識(shí)別并掃描到，因此將NFC有源標(biāo)簽與汽車內(nèi)置USB接口相連接基本可以杜絕路邊商家盜刷的情況。

6.緊緊相扣的U盤卡扣與數(shù)據(jù)線鎖

U盤卡扣

主要用于芯盤與擴(kuò)展塢連接時(shí)的鎖定，U盤卡扣的設(shè)計(jì)主要借鑒了雨傘撐開不回彈的設(shè)計(jì)，在擴(kuò)展塢內(nèi)壁兩側(cè)分別增設(shè)一彈性圓形凸點(diǎn)，并在芯盤外殼相應(yīng)的位置增設(shè)兩個(gè)正好能容納凸點(diǎn)的圓形凹槽，當(dāng)芯盤插入接口時(shí)凸點(diǎn)回縮，待到達(dá)圓形凹槽時(shí)又迅速回彈從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展塢將芯盤“鎖”住。

連接鎖扣

主要用于將汽車內(nèi)置USB接口與擴(kuò)展塢USB接口牢牢“鎖”住。連接鎖扣主要參照了馬蹄鎖——通過鎖舌與防盜卡栓的機(jī)械咬合實(shí)現(xiàn)鎖定，并通過鑰匙控制卡栓位移完成上鎖與解鎖。

從結(jié)構(gòu)方面出發(fā)，我們計(jì)劃將這個(gè)鎖做成一個(gè)剛好容納一根USB線的圓柱形結(jié)構(gòu)，通過鑰匙控制方片狀卡栓位移完成上鎖和解鎖。同時(shí)，我們計(jì)劃將連接鎖扣做成一個(gè)線性結(jié)構(gòu)，鎖的兩端分別連接在汽車內(nèi)置USB接口外模下與擴(kuò)展塢外模下。

從材質(zhì)方面出發(fā)，我們采用一些較為堅(jiān)固且不易磨損的材料打造NFC組件的數(shù)據(jù)線，如此一來便可一定程度地避免車主借助外部工具剪斷數(shù)據(jù)線。

7.增添例行保養(yǎng)項(xiàng)目

在相關(guān)保養(yǎng)項(xiàng)目列表內(nèi)增設(shè)對(duì)NFC組件的測(cè)試、保養(yǎng)與更換。