CN110287662A - 一种工程机械电子身份识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

一种工程机械电子身份识别系统，包括授权服务器，授权服务器通信连接有若干个一一对应地设置在操作人员身上的人员识别单元和若干个一一对应地设置在工程机械上的设备识别单元，人员识别单元包括用于表征操作人员身份的电子标签，设备识别单元包括用于读取电子标签的读取器。本发明提供一种工程机械电子身份识别系统及识别方法，安全性能高，能够有效解决工程机械被非法使用造成财产损失和人员伤亡的问题。

Description

一种工程机械电子身份识别系统及识别方法

技术领域

本发明涉及领域，具体的说是一种工程机械电子身份识别系统及识别方法。

背景技术

众所周知，起重机等工程机械的操作具有相当高的技术难度、危险性较高，需要专业的驾驶人员进行操作。但在现有技术中，起重机等工程机械上大多未设置相应的身份识别系统，使得非专业人员上车后也可以进行相关操作，从而存在着安全隐患，容易造成安全事故；另外，也使起重机等工程机械容易被盗，进而给用户造成重大损失。

也有部分工程机械配备了身份识别装置，但是大多采用的是简单的射频卡等装置，虽然能够实现身份识别的目的，但是仍然存在很多的不足。主要体现在两个方面，一是识别装置本身安全性差，比如射频卡很容易复制，这就导致很容易被无关人员获取到工程机械的使用权限，二是识别内容单一，仅仅考虑了使用者身份，在实际使用时，通常采用人休息而设备不休息的方式，即同一工程机械具有多个合法的使用者，不同使用者具有不同的使用时间，这就导致容易出现使用者在错误的时间内使用工程机械，同样存在很大的安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种工程机械电子身份识别系统及识别方法，安全性能高，能够有效解决工程机械被非法使用造成财产损失和人员伤亡的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种工程机械电子身份识别系统，包括授权服务器，授权服务器通信连接有若干个一一对应地设置在操作人员身上的人员识别单元和若干个一一对应地设置在工程机械上的设备识别单元，人员识别单元包括用于表征操作人员身份的电子标签，设备识别单元包括用于读取电子标签的读取器。

所述人员识别单元通过中继机构与所述授权服务器无线通信连接，中继机构包括若干个固定设置的中继器，相邻的两个中继器无线通信连接，所述人员识别单元包括第一处理器、第一存储器、第一无线通信模块和第一电池，第一处理器与所述电子标签、第一存储器和第一无线通信模块均电性连接，第一无线通信模块与其中一个中继器无线通信连接。

所述设备识别单元包括第二处理器、第二存储器、第二无线通信模块、第二电池和充电模组，第二处理器与所述读取器、第二存储器、第二无线通信模块均电性连接，第二无线通信模块与所述授权服务器无线通信连接，第二电池通过充电模组与工程机械的车载电源电性连接。

一种工程机械电子身份识别系统的识别方法，包括如下步骤：

S1、初始化所述身份识别系统，分配设备识别单元和人员识别单元，并且在人员识别单元录入操作人员信息；

S2、通过所述授权服务器建立操作人员与工程机械的关联表；

S3、所述授权服务器将所述关联表发送给所述人员识别单元和所述设备识别单元；

S4、所述人员识别单元和所述设备识别单元初始配对，配对时人员识别单元将操作人员信息发送给设备识别单元，并且设定动态加密规则；

S5、所述人员识别单元和所述设备识别单元依据动态加密规则分别对操作人员信息进行动态加密，得到实时校验信息；

S6、所述人员识别单元将实时校验信息转化为电子标签；

S7、操作人员向所述人员识别单元再次输入操作人员信息，以激活人员识别单元，若人员识别单元激活成功则执行S8；

S8、操作人员选择工程机械，并且使所述设备识别单元的所述读取器读取电子标签，以使设备识别单元获取电子标签中的实时校验信息；

S9、所述设备识别单元将获取到的实时校验信息与自身持有的实时校验信息进行对比，若对比结果一致则允许操作人员使用，并且向所述授权服务器发送授权信息，若对比结果不一致则拒绝操作人员使用，并且向授权服务器发送拒绝信息；

S10、所述授权服务器记录授权信息和拒绝信息，生成系统日志。

作为一种优选方案，S1中，操作人员信息为身份代码、面部图像或者指纹信息。

作为一种优选方案，S2中，关联表包括若干个与工程机械一一对应的子表，每个子表包括若干个条目，条目包括操作人员名单和操作时段。

作为一种优选方案，S4中，动态加密规则为

其中，P_i,0≤i≤n为加密结果，为操作人员信息的归一化结果，为操作时段的起始时刻的数字化结果，q为累加元，l为操作时段的长度，[*]表示取整运算。

作为一种优选方案，S6中，电子标签设置为二维码、条码或者RFID标签，当电子标签设置为二维码或者条码时，所述读取器设置为摄像头，当电子标签设置为RFID标签时，读取器设置为RFID读取装置。

作为一种优选方案，S7中，人员识别单元接收到操作人员信息后，与S1中录入的操作人员信息进行对比，若对比结果一致则完成激活，若对比结果不一致则拒绝激活。

作为一种优选方案，S10中，若所述授权服务器接收到了授权信息，则向发送该授权信息的所述设备识别单元反馈一个中止信息，设备识别单元接收到中止信息后休眠。

有益效果：首先，本发明综合考虑了人员信息和使用时段两个因素，即使是合法的操作人员也只能在规定的时间段内使用工程机械，从而提高安全性；其次，本发明通过动态加密生成实时校验信息来进行工程机械与操作人员的验证，即使成功复制了电子标签也会很快失效，从而有效规避了电子标签泄露带来的风险；再次，操作人员需要录入操作人员信息才能够激活人员识别单元，从而规避了人员识别单元丢失带来的风险；最后，本发明还可以对工程机械进行验证，进一步提升了安全性。

附图说明

图1是本发明电子身份识别系统的整体结构框图；

图2是本发明电子身份识别系统的人员识别单元结构框图；

图3是本发明电子身份识别系统的设备识别单元结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至3，一种工程机械电子身份识别系统，包括授权服务器，授权服务器通信连接有若干个一一对应地设置在操作人员身上的人员识别单元和若干个一一对应地设置在工程机械上的设备识别单元，人员识别单元包括用于表征操作人员身份的电子标签，设备识别单元包括用于读取电子标签的读取器。

在使用时，操作人员通过将电子标签与读取器匹配使读取器对电子标签进行读取，进而对操作人员的身份进行验证，验证通过后设备识别单元将验证结果发送给授权服务器，授权服务器一方面可以对设备识别单元发送的消息进行验证以对工程机械的身份进行验证，另一方面还能够获取设备识别单元对操作人员的验证结果，从而实现双方验证。

进一步的，人员识别单元通过中继机构与授权服务器无线通信连接，中继机构包括若干个固定设置的中继器，相邻的两个中继器无线通信连接，人员识别单元包括第一处理器、第一存储器、第一无线通信模块和第一电池，第一处理器与电子标签、第一存储器和第一无线通信模块均电性连接，第一无线通信模块与其中一个中继器无线通信连接。

第一电池承担着整个人员识别单元的供电任务，因为人员识别单元设置在操作人员身上，因此无法及时地对第一电池进行充电，本发明通过中继机构来协助人员识别单元与授权服务器进行通信，从而可以降低人员识别单元中第一无线通信模块的发射功率，降低人员识别单元的能耗，从而延长了人员识别单元单次充电的使用时间。在本实施例中，第一处理器可以采用STM32单片机，第一存储器可以采用具有高速读写能力的固态存储介质，例如SSD、EMMC或者UFS等，第一无线通信模块可以设置为WIFI模块，相应的中继器可以设置为WIFI放大器，均为成熟的现有技术，不再赘述。在本发明其它的实施方式中，第一无线通信模块还可以设置为蓝牙模块或者ZigBee模块等，本领域技术人员可以根据实际的需要进行选择。中继器可以设置在施工现场的固定位置，并且敷设线路以稳定供电。第一无线通信模块与其中一个中继器无线通信连接是指第一无线通信模块同一时刻仅与一个中继器无线通信连接，当人员识别单元随操作人员不断移动时会不断地发现新的中继器并且切断已有的连接，然后与新的中继器无线通信连接。

进一步的，设备识别单元包括第二处理器、第二存储器、第二无线通信模块、第二电池和充电模组，第二处理器与读取器、第二存储器、第二无线通信模块均电性连接，第二无线通信模块与授权服务器无线通信连接，第二电池通过充电模组与工程机械的车载电源电性连接。

与人员识别单元不同的是，设备识别单元固定设置在工程机械上，而工程机械在运行过程中车载电源能够提供稳定的供电，因此设备识别单元无需采用中继的方式，可以直接与授权服务器无线通信连接，以降低通信延迟。在本实施例中，第二处理器也可以采用STM32单片机，第二存储器可以采用具有高速读写能力的固态存储介质，例如SSD、EMMC或者UFS等，第二无线通信模块也可以设置为WIFI模块。在第一无线通信模块和第二无线通信模块发射功率不同的基础上，还可以选用不同频率的信道，以减少串扰。

基于上述身份识别系统，本发明还提供一种工程机械电子身份识别系统的识别方法，包括S1至S10。

S1、初始化身份识别系统，分配设备识别单元和人员识别单元，并且在人员识别单元录入操作人员信息，操作人员信息为身份代码、面部图像或者指纹信息。操作人员信息可以以纯数字的方式进行存储，从而方便进行处理，例如在操作人员信息设置为身份代码时，可以采用[姓名代码，性别代码，随机码]的形式，例如对于名为张三的男性操作人员，姓名代码可以为2619、性别代码为1、随机码为298，其中26对应字母z的序号，19对应字母s的序号，1对应性别为男性，随机码用于区分同名同性的操作人员，则张三的操作人员信息为26191298。当操作人员信息为面部图像或者指纹信息时，可以采用现有的指纹模块或者摄像头来采集操作人员信息，而现有技术中，面部图像和指纹信息在采集之后均是处理成二进制字符串来进行存储和分析，因此，也可以将面部图像和指纹信息以纯数字的方式进行存储。假设处理得到的二进制字符串共有m位，然后可以将二进制字符串平均分成n个字符片段，并且有m为n的整倍数，以a表示每个字符片段的长度，之后对两个字符片段进行按位与运算并且进行迭代，直到将n个字符片段融合到一个字符片段为止。再将该字符片段平均分为b个片元，每个片元的长度为4位，然后将每个片元转换为十进制，则每个片元对应的十进制数的范围是0～15，将10～15分别记为0～5，则可以将该字符片段转换成一个十进制字符串，因为每个人的面部图像和指纹信息都是不同的，因此可以直接将该十进制字符串作为操作人员信息进行存储。本发明中，将以上不同类型的操作人员信息统一存储为十进制字符串的过程记为归一化过程。在本发明其它的实施方式中，操作人员信息还可以是虹膜信息等，归一化过程与面部图像和指纹信息一致，不再赘述。

S2、通过授权服务器建立操作人员与工程机械的关联表，关联表包括若干个与工程机械一一对应的子表，每个子表包括若干个条目，条目包括操作人员名单和操作时段。关联表主要用于对工程机械进行分配，因为一个工程机械可能有多个合法的操作人员，一个操作人员也可能合法地操作多个工程机械，为了减少计算分析的复杂度，将工程机械作为关联表的分割基础，从而将关联表分割成若干个子表。在子表中，操作人员名单可以直接由上述的操作人员信息组成，操作时段包括两个元素，分别是开始时刻和持续时间，其中开始时刻以二十四小时制来表示，例如08:00，持续时间以分钟记，例如360，仍以上述名为张三的操作人员为例，则子表中对应张三的一个条目可以表示为{26191298，08:00，360}，鉴于起始时刻不能直接进行计算处理，因此可以将子表进一步表示为{26191298，0800，360}，将该过程对起始时刻的数字化过程。

S3、授权服务器将关联表发送给人员识别单元和设备识别单元。

S4、人员识别单元和设备识别单元按照关联表初始配对，配对时人员识别单元将操作人员信息发送给设备识别单元，并且设定动态加密规则，动态加密规则为

其中，P_i,0≤i≤n为加密结果，为操作人员信息的归一化结果，为操作时段的起始时刻的数字化结果，q为累加元，l为操作时段的长度，[*]表示取整运算。在该动态加密规则中，利用操作人员信息作为基础，即项是稳定的基础项，而项中涉及到了累加元q，所以是不断变化的，作为浮动项，通过基础项和浮动项的叠加，可以使加密结果P_i,0≤i≤n不断发生变化。累加元q需要小于操作时段长度l，并且l为q的整数倍。

S5、人员识别单元和设备识别单元依据动态加密规则分别对操作人员信息进行动态加密，得到实时校验信息，即将加密结果P_i,0≤i≤n作为实时校验信息。

S6、人员识别单元将实时校验信息转化为电子标签。电子标签设置为二维码、条码或者RFID标签，当电子标签设置为二维码或者条码时，读取器设置为摄像头，当电子标签设置为RFID标签时，读取器设置为RFID读取装置。当选择二维码或者条码时，人员识别单元需要进一步具有一个显示屏，当选择RFID标签时，人员识别单元需要进一步具有一个RFID读写器，显示屏、RFID读写器、二维码和条码的生成过程以及RFID标签的写入过程均为成熟的现有技术，在此不再赘述。

S7、操作人员向人员识别单元再次输入操作人员信息，以激活人员识别单元，若人员识别单元激活成功则执行S8。S7中，人员识别单元接收到操作人员信息后，与S1中录入的操作人员信息进行对比，若对比结果一致则完成激活，若对比结果不一致则拒绝激活。在不使用的时候，人员识别单元可以进入到休眠模式中，仅不断地计算实时校验信息，而暂时关停第一无线通信模块，从而进一步实现节能。同时，通过激活过程也能够实现对操作人员的初步验证，以避免人员识别单元丢失造成安全隐患。

S8、操作人员选择工程机械，并且使设备识别单元的读取器读取电子标签，以使设备识别单元获取电子标签中的实时校验信息。通过动态加密规则，可以使实时校验信息不断发生变化，因此即使有人复制了电子标签，也只能复制出当前的实时校验信息，而在人员识别单元和设备识别单元上，实时校验信息都在发生变化，因此复制出的实时校验信息会很快失效，进而导致复制者不能成功地通过验证。可以根据实际的需要调节累加元q的大小，q值越大则实时校验信息的更新频率越低，失效速度越慢，安全性越差，但是人员识别单元的能耗也越低，q值越小则实时校验信息的更新频率越高，失效速度越快，安全性越高，但是人员识别单元的能耗也越高。

S9、设备识别单元将获取到的实时校验信息与自身持有的实时校验信息进行对比，若对比结果一致则允许操作人员使用，并且向授权服务器发送授权信息，若对比结果不一致则拒绝操作人员使用，并且向授权服务器发送拒绝信息。因为实时验证信息在人员识别单元和设备识别单元中是采用相同的动态加密规则同步得到，外界无从得知，因此具有强安全性。

S10、授权服务器记录授权信息和拒绝信息，生成系统日志，系统日志用于记录操作人员对工程机械的使用情况，以备后续查验。若授权服务器接收到了授权信息，则向发送该授权信息的设备识别单元反馈一个中止信息，设备识别单元接收到中止信息后休眠，从而降低能耗。

进一步的，S9中，设备识别单元向授权服务器发送授权信息时，还可以发送一个认证信息，认证信息用于对工程机械进行认证，认证信息可以采用与实时校验信息相同的方式分别由设备识别单元和授权服务器动态加密得到，其中工程机械信息可以由预先设定好的标准代码来表示，具体过程不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种工程机械电子身份识别系统，其特征在于：包括授权服务器，授权服务器通信连接有若干个一一对应地设置在操作人员身上的人员识别单元和若干个一一对应地设置在工程机械上的设备识别单元，人员识别单元包括用于表征操作人员身份的电子标签，设备识别单元包括用于读取电子标签的读取器。

2.如权利要求1所述的一种工程机械电子身份识别系统，其特征在于：所述人员识别单元通过中继机构与所述授权服务器无线通信连接，中继机构包括若干个固定设置的中继器，相邻的两个中继器无线通信连接，所述人员识别单元包括第一处理器、第一存储器、第一无线通信模块和第一电池，第一处理器与所述电子标签、第一存储器和第一无线通信模块均电性连接，第一无线通信模块与其中一个中继器无线通信连接。

3.如权利要求2所述的一种工程机械电子身份识别系统，其特征在于：所述设备识别单元包括第二处理器、第二存储器、第二无线通信模块、第二电池和充电模组，第二处理器与所述读取器、第二存储器、第二无线通信模块均电性连接，第二无线通信模块与所述授权服务器无线通信连接，第二电池通过充电模组与工程机械的车载电源电性连接。

4.如权利要求3所述的一种工程机械电子身份识别系统的识别方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、初始化所述身份识别系统，分配设备识别单元和人员识别单元，并且在人员识别单元录入操作人员信息；

S2、通过所述授权服务器建立操作人员与工程机械的关联表；

S3、所述授权服务器将所述关联表发送给所述人员识别单元和所述设备识别单元；

S4、所述人员识别单元和所述设备识别单元初始配对，配对时人员识别单元将操作人员信息发送给设备识别单元，并且设定动态加密规则；

S5、所述人员识别单元和所述设备识别单元依据动态加密规则分别对操作人员信息进行动态加密，得到实时校验信息；

S6、所述人员识别单元将实时校验信息转化为电子标签；

S7、操作人员向所述人员识别单元再次输入操作人员信息，以激活人员识别单元，若人员识别单元激活成功则执行S8；

S8、操作人员选择工程机械，并且使所述设备识别单元的所述读取器读取电子标签，以使设备识别单元获取电子标签中的实时校验信息；

S9、所述设备识别单元将获取到的实时校验信息与自身持有的实时校验信息进行对比，若对比结果一致则允许操作人员使用，并且向所述授权服务器发送授权信息，若对比结果不一致则拒绝操作人员使用，并且向授权服务器发送拒绝信息；

S10、所述授权服务器记录授权信息和拒绝信息，生成系统日志。

5.如权利要求4所述的识别方法，其特征在于：S1中，操作人员信息为身份代码、面部图像或者指纹信息。

6.如权利要求5所述的识别方法，其特征在于：S2中，关联表包括若干个与工程机械一一对应的子表，每个子表包括若干个条目，条目包括操作人员名单和操作时段。

7.如权利要求6所述的识别方法，其特征在于：S4中，动态加密规则为

其中，P_i,0≤i≤n为加密结果，为操作人员信息的归一化结果，为操作时段的起始时刻的数字化结果，q为累加元，l为操作时段的长度，[*]表示取整运算。

8.如权利要求4所述的识别方法，其特征在于：S6中，电子标签设置为二维码、条码或者RFID标签，当电子标签设置为二维码或者条码时，所述读取器设置为摄像头，当电子标签设置为RFID标签时，读取器设置为RFID读取装置。

9.如权利要求4所述的识别方法，其特征在于：S7中，人员识别单元接收到操作人员信息后，与S1中录入的操作人员信息进行对比，若对比结果一致则完成激活，若对比结果不一致则拒绝激活。

10.如权利要求4所述的识别方法，其特征在于：S10中，若所述授权服务器接收到了授权信息，则向发送该授权信息的所述设备识别单元反馈一个中止信息，设备识别单元接收到中止信息后休眠。