張席洲 邱永涵

（華中科技大學土木學院 武漢 430074）

近年來許多城市發(fā)展起來的IC卡、磁卡、條碼卡等智能系統(tǒng)，在一定程度上提高了停車場出入管理和收費工作的效率，但在停車路徑誘導方面還多為人工實現(xiàn)，智能化停車路徑誘導［1］的具體研究和應用還缺少更深入的探索.本文通過研究射頻識別（radio frequency identification，RFID）［2］技術(shù)特性，設(shè)計了基于RFID的停車場停車誘導硬件和軟件系統(tǒng)，并以實際工作流程為例展示了系統(tǒng)程序的響應，基于RFID的停車誘導系統(tǒng)設(shè)計，為停車場管理者、司機和相關(guān)利益體提供了新的停車管理思路，為減少停車尋泊時間，高效利用停車場和建設(shè)低碳交通體系做出了一定研究.

1 RFID技術(shù)概述

1.1 概述

RFID是一種利用電磁感應或微波進行非接觸的雙向通信方式，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，可工作于各種惡劣環(huán)境的自動識別技術(shù).RFID系統(tǒng)一般由讀寫器、標簽和天線三部分組成.

目前國內(nèi)RFID的應用以低頻和高頻為主［3］，技術(shù)成熟且實現(xiàn)了多樣性應用.應用范圍覆蓋了政府、物流行業(yè)（含郵政）、制造業(yè)、交通運輸業(yè)、通信業(yè)等多個行業(yè).超高頻遠距離自動識別技術(shù)具有更加優(yōu)良的特性，但由于成本和技術(shù)的原因，國內(nèi)應用還不是很廣泛.

1.2 RFID工作原理

當RFID標簽進入讀寫器發(fā)出的無線射頻信號區(qū)后，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號.無源標簽或被動標簽憑借線圈上的感應電流獲得能量啟動標簽控制電路和射頻電路發(fā)送出存儲在芯片中的數(shù)據(jù)信息.有源標簽或主動標簽主動發(fā)送某一頻率的信號，讀寫器直接接受標簽發(fā)射的信號進行解碼后，恢復為標簽的原始信息，然后送至中央計算機等應用系統(tǒng)，進行有關(guān)數(shù)據(jù)分析處理，最后應用系統(tǒng)得到所需要的信息，實現(xiàn)系統(tǒng)識別.RFID基本工作原理和基本組成如圖1所示.

圖1 RFID基本組成及工作原理

1.3 RFID技術(shù)特點

1）非接觸性 標簽的讀、寫皆可在非接觸狀態(tài)下完成，標簽閱讀距離從幾厘米到幾十米，適用于相對較短距離無線傳輸信息的場合，如正在尋泊的汽車和地面之間的點式信息交換［4］.

2）高可靠性和耐用性 標簽與讀寫器之間無機械式接觸，減少了因為接觸不良所造成的讀寫錯誤等操作，即使外部環(huán)境惡劣也不影響對卡的讀寫.特別是芯片擁有防止脫落，靜電擊穿和彎曲損壞等問題的保護層，卡的使用壽命比較長.

3）操作方便、讀寫速度快 非接觸通信可以讓讀寫器在幾厘米至幾十米范圍內(nèi)對卡片操作，不必像IC卡那樣進行機械式接觸工作.非接觸使用時不考慮方向性，卡片只要在讀寫器工作范圍之內(nèi)即可，在非常短的時間內(nèi)就可完成讀和寫的操作.

4）信息容量大，可一卡多用 標簽信息容量可達到268億個碼，與現(xiàn)行的一維EAN／UPC條形碼（容量小于100bit）和最多只能存儲2 725個數(shù)字的二維條形碼（PDF417）相比，容量非常之大.同時，射頻中可有多個分區(qū)，且每個分區(qū)又各自有密碼，可以將不同的分區(qū)進行不同的應用.

除此之外，RFID的優(yōu)勢還體現(xiàn)在：有防止標簽之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾的防沖突機制、運用標簽和讀卡器雙認證的良好安全加密性能，成本低等特點.而且隨著RFID技術(shù)的應用越來越廣泛，配套功能也將進一步開發(fā).

2 停誘導系統(tǒng)設(shè)計

停車誘導系統(tǒng)以單片機和RFID發(fā)送／接收芯片為核心，在相應外設(shè)和接口電路的基礎(chǔ)上組成硬件系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)庫進行儲存、解密和分析數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)停車場、區(qū)域停車體系和同城停車場三個層次的停車管理提供數(shù)據(jù)支持，同時為居民提供停車誘導、信息發(fā)布和停車查詢等服務.

2.1 系統(tǒng)需求分析

基于RFID的停車場停車誘導系統(tǒng)，通過利用RFID工作原理，在硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的配合下，滿足從入庫到出庫等多環(huán)節(jié)的誘導需求.首先是單個停車場的停車誘導需求，主要包括：（1）車輛進入停車場的身份確認；（2）停車場對車輛情況分析，記錄入庫時間并分配停車位；（3）聯(lián)動LED顯示給予實時路徑誘導；（4）停車狀態(tài)確認并更新停車場狀態(tài)；（5）車輛離開停車位時計算停車時間與費用，進行收費并更新停車場狀態(tài)［5］.其次，是滿足車主或者管理員的相關(guān)查詢功能，如停車與收費記錄.最后，是能滿足停車場之間的信息互聯(lián)，形成區(qū)域性停車系統(tǒng)網(wǎng)絡，方便居民查詢城區(qū)各個停車場車位狀況.

2.2 硬件系統(tǒng)

基于RFID的停車誘導系統(tǒng)可以按照覆蓋范圍的不同分為不同層次，其硬件系統(tǒng)分布為數(shù)據(jù)庫服務器、控制中心主機、因特網(wǎng)、同城停車場數(shù)據(jù)中心和各個停車場數(shù)據(jù)中心等要素，其結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布

單個停車場的停車誘導系統(tǒng)主要由中心數(shù)據(jù)庫、閱讀器、傳輸天線和誘導顯示系統(tǒng)組成，按照其不同功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 停車場內(nèi)部硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 軟件系統(tǒng)

根據(jù)停車場停車誘導系統(tǒng)的需求和RFID的技術(shù)特性，該軟件系統(tǒng)根據(jù)服務范圍大小可以分為停車場內(nèi)尋泊誘導、區(qū)域停車誘導和停車信息平臺三個層次.

1）尋泊路徑誘導.終端式停車場內(nèi)系統(tǒng)響應如圖4所示，停車場數(shù)據(jù)庫通過RFID采集進出該停車場車輛的主要數(shù)據(jù)，分配停車位和制定LED路徑誘導燈的誘導方案；系統(tǒng)每檢測到車輛出入變化，就實時的更新系統(tǒng)響應程序，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至區(qū)域控制器和場外信息板.

圖4 場內(nèi)誘導系統(tǒng)響應結(jié)構(gòu)圖

2）區(qū)域停車誘導.通過中心控制器和數(shù)據(jù)庫的動態(tài)響應，并檢測各個區(qū)域的停車需求，通過路徑誘導，擴大相鄰停車場的協(xié)作能力.一般的，這種區(qū)域路徑誘導采取GIS和電子信息板相結(jié)合的方式實現(xiàn).

3）停車信息平臺.停車誘導系統(tǒng)是實現(xiàn)交通需求管理的重要基礎(chǔ)，通過停車位供需數(shù)據(jù)的采集，讓交通使用者主動的遠離停車緊張地段或者采用其他方式進入該區(qū)域.而且道路使用者可以借助信息平臺，規(guī)劃或者查詢停車行為.

根據(jù)目前的研究情況，采用VC＋＋、SQL數(shù)據(jù)庫以及多線程技術(shù)［6］，可以分層的實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能.

3 系統(tǒng)工作流程

3.1 車輛進入

當車輛進入停車場入口通道時，入口處的多個射頻卡讀卡器會進行連續(xù)檢測，再將數(shù)據(jù)傳送到停車場數(shù)據(jù)庫，當數(shù)據(jù)庫檢測到車輛安有有效的標簽標識卡（RFID）時，開啟拍照或視頻器材進行拍照記錄并核實車輛信息.當各項信息準確，入口處會顯示車輛相關(guān)信息并記錄入庫時間，欄桿自動打開放行；如果檢測到車輛的電子標簽標識卡（RFID）無效（過期、不是本停車場停車卡或者無法識別）時，LED提示牌根據(jù)錯誤原因提示，持續(xù)一段時間后自動清除，停車場入口不會主動放行，需要人工發(fā)放臨時停車標簽標示卡（RFID），管理員對標簽進行相關(guān)信息寫入，發(fā)卡、記錄并給予放行［7］.

3.2 車輛尋泊誘導

在入口處的欄桿抬起后，檢測器自動將入場車輛信息（進場時間、卡號、圖象等）傳送到停車場數(shù)據(jù)服務器以及通過網(wǎng)絡傳送到控制中心數(shù)據(jù)服務器.停車場數(shù)據(jù)服務器將及時的把這一停車需求和本身數(shù)據(jù)結(jié)合起來，經(jīng)過計算分析后，給該入場車輛分配停車位.再把這一分配結(jié)果編制為LED顯示方案，發(fā)送至車輛行駛路徑上的LED顯示裝置，在車輛到分配泊位的路徑上進行動態(tài)提示誘導，LED顯示裝置同時也配備RFID讀卡器，車輛進入其工作范圍時才進行顯示，車輛離開其工作范圍時即停止顯示，已接受下一個新的顯示任務，直到該車輛進入指定停車位，被停車位的射頻讀卡器檢測到時，系統(tǒng)完成此次尋泊誘導，系統(tǒng)開始記錄停車時間［8］.

當車輛沒有按照誘導路線進行尋泊時，車輛實際停車位的閱讀器會將車輛信息讀出并發(fā)至停車場數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫及時停止路徑誘導顯示方案，同時，更新停車場空余車位的信息以便下一個停車位的分配，并記錄車輛信息和停車時間.

3.3 車輛離庫

當車輛駛離停車泊位時，停車泊位處的讀卡器將這一檢測結(jié)果發(fā)至停車場數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫再次對車輛信息進行核對，計算停車時間和停車費用，如果用戶開通了賬戶扣費業(yè)務，系統(tǒng)可以直接從車主提供的相關(guān)賬戶進行扣費；如果檢測到賬戶余額不足等不能完成付費的現(xiàn)象，車輛在到達出口之時，出口的提示板會提示交費，通過人工繳費后，管理員給予人工放行并完成數(shù)據(jù)記錄.如果是臨時卡用戶，還需要交還臨時卡，并進行數(shù)據(jù)另存儲和停車場信息更新.

3.4 其他功能

停車場停車誘導系統(tǒng)不僅能實際的給庫內(nèi)停車提供路徑誘導，更能夠用數(shù)據(jù)庫對停車場停車位數(shù)據(jù)進行實時更新，提供場外顯示和客戶網(wǎng)上查詢，再者，通過互聯(lián)網(wǎng)將區(qū)域停車場數(shù)據(jù)相連，可進一步提高區(qū)域或者同城停車場的利用效率.用戶還可以通過因特網(wǎng)，查詢自己的停車及收費記錄，區(qū)域內(nèi)各停車場的泊位數(shù)，對用戶提供泊位時段預定等一系列公共服務.

3.5 系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)的正常運行需要一定的規(guī)則設(shè)置，其體現(xiàn)在系統(tǒng)功能的分別實現(xiàn).具體的有：（1）用戶管理.完成用戶登記與修改，臨時射頻卡辦理并將客戶信息寫入射頻卡，交費和進出場管理，特殊設(shè)置（如特殊任務的車輛等）；（2）登錄管理：用戶管理權(quán)限設(shè)置，密碼設(shè)置等；（3）員工管理：工作人員的注冊，資料修改，工作資料統(tǒng)計，權(quán)限設(shè)置等；（4）統(tǒng)計查詢：用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)查詢停車場信息，如：停車場車位數(shù)、車位預定、用戶交費規(guī)則與記錄查詢、客戶信息等；（5）系統(tǒng)設(shè)置：收費標準、數(shù)據(jù)導入／導出等.（6）視頻系統(tǒng)監(jiān)控管理和LED顯示系統(tǒng)的控制：實時進行車輛防盜監(jiān)控和路徑誘導.

4 結(jié) 論

本文以單個停車場的停車誘導過程為出發(fā)點，設(shè)計了基于RFID的停車場停車誘導系統(tǒng)，能夠較為方便的管理單個或者區(qū)域停車場，提高停車場的利用效率，對于大規(guī)模停車場（如立體停車場）具有較強的應用趨勢.但目前我國的RFID在車輛應用中還不是很廣，只是局部地區(qū)做了試點推廣，在RFID尚未大面積推廣之前，基于RFID的臨時標簽卡可以完成停車場的停車誘導功能.

［1］王澤河，樊月珍，毛恩榮.先進的城市停車誘導系統(tǒng)的研究［J］.計算機工程與設(shè)計，2006（2）：188－194.

［2］周曉光，王曉華.射頻識別（RFID）技術(shù)原理與應用實例［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

［3］齊文忠.RFID超高頻應用時代不容錯過［J］.金卡工程，2007（10）：55－59.

［4］Kim J，Oh D，Kim K.Indexing of tagged moving objects over localized trajectory with time intervals in RFID systems［J］.IEICE Transactions on Information and Systems，2010，E93D（9）：2639－2642.

［5］杜 中，張 琳，白志剛.基于RFID的停車場收費系統(tǒng)設(shè)計［J］.高科技與產(chǎn)業(yè)化.2008（9）：85－89.

［6］劉 勃，宋慶恒，胡三慶.基于RFID的停車場智能管理系統(tǒng)［J］.計算機與數(shù)字工程.2008（5）：153－155.

［7］RFID在交通中的應用［EB／OL］.［2010－10－15］.http：／／bbs.tranbbs.com／index.asp？boardid＝95.htm.

［8］Yu S S，Peng Y，Zhan Y J，Chen J L.The intelligence park inducing system of gymnasium based on RFID［C］／／International Pre－Olympic Congress on Computer Science，Nanjing，China，Aug.04－07，2008.