基于Android平台的移动智能执法系统设计

文/汪祖云 刘文平 陈迪 刘影

基于Android平台的移动智能执法系统设计

文/汪祖云1刘文平1陈迪2刘影2

针对当前移动执法携带设备多、文书现场打印困难的问题，提出并实现了一种基于Android平台的移动智能执法系统。基于先进的OCR技术，采用视频预览模式，利用视频流捕捉图片实现了证件的快速识别和信息的自动采集；基于NFC技术，实现了电子营运证件的快速识别和信息采集；基于Java平台的JODConverter组件和PDFView组件，将执法文书转换为图像格式，借助相关库函数，实现了A4幅面文书的无线打印；最后，采用基于总线式模式对执法设备的数据通信协议与接口集成，实现了多个执法装备的网络物联。该系统的成功研发，实现交通行业行政执法和信息技术领域的集成创新。

移动终端 证件识别 Android平台无线打印

1 引言

随着城市经济社会的发展、城市规模及流动人口的快速增长，交通执法面临着执法区域不断增加、执法环境日益复杂等问题。然而，当前执法人员查处各类违法违章行为缺乏有效的科技手段，只能凭借经验从外观上查验证件的真伪、有效，无法实时、准确采集相关数据，更无法快速甄别车辆真伪，现有传统执法手段已难以满足监管需要。

移动执法的出现摆脱了传统执法的诸多弊端，显著提高了办事效率，降低了作业成本。同时作为政府部门信息化建设的一部分，促进了信息良性的双向流通。作为入口，能够将现场执法取证的记录保存到平台数据库；作为出口，能够将平台汇总处理的结果呈现到客户端，提供现场执法的参考依据。随着计算机硬件技术、无线网络和移动网的发展，移动智能执法执法部门提高执法效率的一个重要手段。

图1：移动智能执法系统总体框架

图2：字符识别系统流程图

图3：基于视频预览模式的证件识别及信息智能读取

当前，国内已有一些部门和行业对移动执法系统进行了研究和应用。早期的很多移动执法应用是运行在基于Linux OS、Palm OS和Windows Mobile(Pocket PC)操作系统的掌上电脑(Personal Digital Assistant,简称PDA)上，而国内大部分PDA都是使用Win CE 系统，并外置了条码扫描、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）读写器等。因为具备了许多PC上的功能，并且方便携带，一经推出并深受市场青睐。但同时也显示出一些缺点：待机时间短、第三方软件不够稳定、适用范围小、硬件性能低等问题。而随着Android平台的快速发展，催生了许多移动执法的应用。如公安部门外勤执法人员通过PDA实现身份证识读和人员信息核录。交管部门外勤执法人员通过PDA及外置式便携打印机实现现场打印违法通知书和处罚决定书。一些省市交通行政执法部门外勤执法人员利用PDA实现被检查对象信息实时调取和执法信息录入，配合应用笔记本电脑及打印机实现文书现场制作打印，提高了执法效率和文书规范化水平。但是，当前移动执法也存在一些不足：

（1）由于PDA功能单一，外挂设备多，互不通用，便捷性大打折扣。

（2）执法车内需要携带笔记本电脑和打印机等设备，安装比较复杂，设备占用空间过大，对于采用小型轿车作为执法车辆的北京等城市，该系统不适用。

（3）交通行政执法采用A4幅面制式文书，由于未实现无线打印，需要执法人员在车内通过笔记本电脑驱动打印机，实现文书现场打印，操作较为繁琐。

为此，本文通过多功能执法终端以及嵌入式无线打印等关键技术研究，研发了一种基于Android平台的移动智能执法系统，实现了执法装备的物联整合，形成了智能化、实时化、移动化的执法新模式，为提升交通运输行业执法效能和行业监管水平提供了技术支持。

2 系统总体框架及模块功能

移动智能执法终端系统以Android平台为基础，基于SOA架构设计，采用第三、四代移动访问技术，融合无线通信、数字图像处理、网络安全和数据库等前沿技术，以近距离无线通信（Near Field Communication， 简称NFC）、3G/4G及Wi-Fi相结合无线通信技术为依托，以移动执法终端设备为载体，结合嵌入式应用软件开发，采用标准的模块设计方法，各模块间有严格的接口定义，通过整体设计部署，实现系统无缝集成，系统总体框架如图1所示。

移动智能执法终端系统整体上主要包括运行在各个嵌入式设备上的客户端和后台服务器端，交通执法人员携带移动智能执法终端对违规违法机动车辆进行排查,移动终端向服务器同步回传执法数据。

2.1 移动执法终端

启动外置摄录仪进行执法取证，对驾驶证、从业资格证、营运证、及身份证等证件进行识别及相关信息提取；如果属于违规违法机动车辆，则进行案件的自动创建，然后将案件最终在外勤文书电子化系统中生成A4幅面制式文书并进行无线打印，实现执法文书的现场打印；同时将执法案件数据及取证视频数据进传输保存服务器端。终端各模块多对应功能如下：

通信模块：移动终端同后台服务器、移动终端同便携式打印机、移动终端同电子营运证件之间的无线通信。

基于视频图像的证件识别模块：对驾驶证、身份证、从业资格进行视频拍摄，通过视频图像对其进行快速识别；同时提取相关文本信息，以为案件创建自动填充必要信息。

无线打印模块：基于Android平台和移动终端，直接对电子化A4幅面制式文书并进行无线打印，而无需借助传统的PC机和USB连接打印。

外挂摄录取证模块：基于流驱动程序接口，通过建立设备之间的底层通信交互，实现摄像头数据流采集、视频数据传输、JPEG图像解码、位图显示，支持视频图像的同步传输。

基于NFC的运营证件识别模块：基于NFC的读卡器模式，实现电子营运智能卡信息的快速识别；同时提取相关文本信息，以为案件创建自动填充必要信息。

2.2 后台服务器

执法终端设备通过无线网络同后台服务器进行数据的传输和交换，主要有两方面的作用。一是根据执法终端读取的证件信息，查询后台数据库数据，实现对营运车辆和驾驶人的排查；二是更新和保存违规违法车辆相关信息，实现对执法案件数据和取证视频数据的存储和查询。

3 主要系统模块设计分析与实现

移动智能执法系统终端采用Android 6.0操作平台进行开发，服务器端采用Visual Studio 2015进行WebService接口的开发，主数据库采用SQL Server 2014。整个系统在视频图像证件识别、NFC电子证件验证、基于移动终端制式文书无线打印，以及数据传输加密、多线程数据传输等多个技术领域进行深入研究，完成整个系统的开发实践。

3.1 基于视频图像的证件快速识别

对违规违法的车辆案件创建时，需要输入繁杂冗长的人、车信息，如身份证信息、车辆信息等，利用Android平台自带的摄像头功能，结合光学字符识别技术（Optical Character Recognition，OCR），通过证件信息的自动采集，可以显著提高效率。传统的证件识别方法通常是拍照识别模式，用户需要手动拍摄一张证件图片，然后进行OCR识别，对拍摄图片的质量要求高。为此，本系统利用视频流捕捉图片，将其作为要处理的输入图像，采用视频预览模式识别，综合使用灰度变换、对比度增强、二值化、图像校正、字符定位、字符切割、特征提取、字符匹配等技术（识别流程框图如图2所示），实现了证件信息的精确、快速的智能读取。如图3显示了二代身份证信息采集并自动带入案件创建的过程，其中图3(a)是视频预览模式捕捉图片，图3(b)是识别过程，图3(c)是信息智能采集并自动带入案件创建中。

3.2 基于NFC的电子营运证件识别

NFC提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观的交换信息、访问内容与服务。由于NFC采取了独特的信号衰减技术，具有安全性高、距离近、带宽高、能耗低等特点，适用于对安全性较高的敏感数据的传输和交换，如电子支付、智能卡信息读取等。NFC设备具有卡模拟、读卡器和点对点三种工作模式，在读卡器模式下，开启NFC功能的移动终端可以读写任何支持的标签，读取其中的NFC标准格式的数据。

图4：基于NFC的电子营运证件信息读取

图5：word文书转换翻译流程

电子营运证件包括智能道路运输证和从业资格证，是一种接触式CPU智能卡，不仅具有数据存储功能，同时具有命令处理和数据安全保护等功能，该卡存取数据受到更加严格的控制，安全性最高。为此，本系统借助移动终端NFC的读卡器工作模式对证件信息进行读取，首先通过移动终端远程向后端服务器请求认证，认证通过后将信息读出，过程如图4所示。

3.3 基于智能终端的制式文书无线打印

现有的无线打印通常针对某一类型打印机和特定的操作系统如Windows系统,同时需将打印机和移动设备连接到同一个无线路由器，这种方式难以在移动智能执法终端系统推广应用。另外一些研究通过构建无线打印模块的硬件平台，实现基于移动终端的无线打印，这种方式平台构建复杂，成本高。

基于Android平台，在移动终端直接驱动打印程序，通过APP打印A4幅面文书，在交通及其他执法部门尚属先例。在无线打印技术中，将各式各样待打印文档中的内容翻译为打印机能够识别的语言是核心技术之一，其关键是如何将待打印的文档转换为打印设备能够解析并打印的格式。

当执法队员需要将执法文书进行打印时，根据当前用户所点击的文书来获取文书详细信息，并将信息逐条绑定在文书中。理论上讲，数据绑定完成后，可在后台生成此文书的网页文件，并将该网页文件所在路径传送给打印驱动，在由打印程序连接打印机并发送当前需要打印文件的数据流。然而遗憾的是，打印设备暂不支持该种网页打印。为此，通过依据文书模版生成标准的word格式文书，然后依次调用Java跨平台的JODConverter组件和PDFView组件，将Word文档转换为图片格式，然后通过Converter命令，将图片格式翻译成PCL,整个转换流程如图5所示。

启动打印机驱动，通过调用libeprinterdriver库来实现驱动连接。并根据接收信息获取当前打印文件、打印人等信息。首先，启动搜索，查找附近可用的打印设备，连接上设备之后，通过打印机的相关设置进行文书打印。图6显示了执法文书打印页面。

图6：执法文书打印页面

3.4 终端与服务器数据传输

由于无线传输的特殊性，不能确保移动终端实时保持同后台服务器端的连接，同时较大的数据如视频数据的传输也需要分批次传输利用WebService技术，在实现与服务器通信的同时，也方便客户端在不同操作系统上的扩展。服务器端采用IIS服务器、Memcached缓存、Sqlserver数据库，如图1所示。通过服务器接口，利用存储过程访问底层数据，并将结果返回给客户端，服务器端除了对客户端的请求做出响应，还要做好数据的冲突检测和处理，保证了服务器端数据的一致完整性。Memcached是一个高性能的分布式的内存对象缓存系统，通过把部分信息保存在内存中，可以进行快速存取，能有效缓解数据库的压力。而通过存储过程对数据进行访问，相对于直接使用SQL语句，不仅能够具有更快的执行速度；而且支持重复使用，减少数据库开发的工作量；同时具有良好的可维护性和安全性。

4 系统集成与对接整合

本系统集成方案采用基于总线式的应用系统集成环境设计模式，集成模式如图7所示。服务总线是一种体系结构模式，支持虚拟化通信参与方之间的服务交互并对其进行管理。总线负责将请求交付给提供所需功能，提供者接收它们要响应的请求，而不知道消息的来源。企业服务总线本身对使用它的服务请求者和提供者均不可见。应用程序逻辑可以使用各种编程模型和技术调用或交付服务，而无需考虑是直接连接还是通过总线传递的。应用组件和应用功能可根据各类用户的需要，按照统一的规范包装成WebService注册到总线上，由企业服务总线统一管理，统一编排，统一提供外部服务。

图7：总线集成模式

5 结语

本文针对当前单兵交通移动执法携带外部设备多、文书打印不方便、执法效率低等问题，设计并实现了一种基于Android平台的移动智能执法终端系统。该系统有效集成了最新的OCR和NFC技术，实现了证件的快速精确识别和自动信息采集；研制了基于移动终端的无线打印驱动，实现了A4幅面文书的无线便捷打印；基于总线式的应用系统集成环境设计模式，实现了系统各模块的有效集成。该系统的成功研发，不仅有效减少了移动执法设备外挂设备的数量，而且能够对执法文书进行无线便捷打印，实现了交通行业行政执法和信息技术领域的集成创新，为提高执法效率、提升监管水平，推进行政执法精细化、智能化管理提供技术支撑。

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作者单位1.北京市交通执法总队 北京市 100044
2.北京首电创新应用技术有限公司 北京市100080

●课题：北京市交通委员会科技项目——交通执法总队移动智能执法终端相关应用技术研究。