高 強(qiáng)，段晨東，張 猛，張 多，張東力

(長安大學(xué) a.汽車學(xué)院;b.電子與控制工程學(xué)院，西安 710064)

隨著經(jīng)濟(jì)的繁榮和汽車工業(yè)的高速發(fā)展，近年來我國汽車產(chǎn)銷量快速增長，自1999年起連續(xù)4年位居世界第一，已經(jīng)成為名副其實(shí)的“汽車大國”。但是，汽車數(shù)量增長引起的社會、環(huán)境及能源問題也日漸突出。其中，停車難是目前我國許多城市面臨的一大難題。由于早期城市規(guī)劃和建設(shè)中對汽車數(shù)量猛增的估計(jì)不足，因此在很多城市特別是市中心及繁華地帶規(guī)劃和修建的停車場嚴(yán)重不足，這是造成城市停車難的首要原因。近年來，國內(nèi)一些學(xué)者對智能停車場系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，綜合運(yùn)用無線射頻識別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對傳統(tǒng)停車場進(jìn)行智能化改造［1－2］。智能停車場雖然能提高現(xiàn)有停車場的利用效率和管理水平，規(guī)范計(jì)收費(fèi)過程，增強(qiáng)停車場安全性，使其服務(wù)更加人性化，但不能改變單個(gè)停車場各自孤立經(jīng)營、信息與外界隔絕的狀況。對駕車人來說，目的地附近究竟有哪些停車場，哪些停車場有空置車位等信息難以掌握，道路不熟的駕車人對如何到達(dá)該停車場也無從得知，因而產(chǎn)生了嚴(yán)重的信息阻塞，導(dǎo)致某些有車位的停車場不能得到充分利用，從而使停車難問題變得更加嚴(yán)峻。

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了一種新的城市停車場智能管理系統(tǒng)，通過對城市停車場信息的搜集和整合，為駕車人提供全方位的停車服務(wù)。該系統(tǒng)對提高城市交通管理水平，保證城市交通便捷具有重要的意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)

簡單地說，物聯(lián)網(wǎng)(internet of things)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是指將具有標(biāo)識、感知和智能處理能力的各種傳感器及系統(tǒng)，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線射頻識別裝置、條碼與二維碼設(shè)備、全球定位系統(tǒng)GPS和其他基于物－物通信模式的無線自組織網(wǎng)絡(luò)，通過各種方式接入互聯(lián)網(wǎng)而組成的巨大的智能網(wǎng)絡(luò)［3］。物聯(lián)網(wǎng)并非全新的網(wǎng)絡(luò)，其核心是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上將用戶端延伸到了任何物體與物體之間。因此，物聯(lián)網(wǎng)將之前互聯(lián)網(wǎng)時(shí)期的人－人通信擴(kuò)展到了人－人、人－物和物－物通信，從而實(shí)現(xiàn)對任何物體的智能識別、定位追蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)測及遠(yuǎn)程控制等功能［3－5］。

根據(jù)UNS模型，物聯(lián)網(wǎng)在體系結(jié)構(gòu)上自底向上分為5層，即感知層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層、中間層和應(yīng)用層。其中，感知層由攝像頭、射頻識別標(biāo)簽及讀寫器、二維碼標(biāo)簽、GPS及各種傳感器構(gòu)成，其功能是采集信息和進(jìn)行身份識別;接入層由一些網(wǎng)關(guān)和匯聚節(jié)點(diǎn)組成，為感知層與外部網(wǎng)絡(luò)或控制中心進(jìn)行通信提供基礎(chǔ)設(shè)施;網(wǎng)絡(luò)層包括無線網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)及與之相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，其功能是為物聯(lián)網(wǎng)各部分提供通信服務(wù);中間層由負(fù)責(zé)大規(guī)模數(shù)據(jù)采集和處理的軟件組成;應(yīng)用層涉及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各個(gè)行業(yè)及用戶，為用戶提供物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用［6－7］。

2 城市停車場智能管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，不論是傳統(tǒng)停車場或經(jīng)過信息化改造的智能停車場，都處于一種信息孤立狀態(tài)。停車場是否有空余停車位，駕車人在遠(yuǎn)處一無所知，所以經(jīng)常出現(xiàn)開車抵達(dá)后沒有空余車位的情況，對駕車人造成很大的困擾。為解決這一問題，本文提出了一種城市停車場智能管理系統(tǒng)，對市區(qū)所有停車場信息進(jìn)行收集、整理，為駕車人提供停車信息服務(wù)。城市停車場智能管理系統(tǒng)由智能管理中心、停車場信息系統(tǒng)、車載終端、個(gè)人移動(dòng)終端(如手機(jī))、互聯(lián)網(wǎng)及無線3G網(wǎng)等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 城市停車場智能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出:該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為星形拓?fù)?，中央?jié)點(diǎn)為智能管理中心，所有信息及管理都匯集到該中央節(jié)點(diǎn)。停車場信息系統(tǒng)1～n將自身的空余車位等信息通過互聯(lián)網(wǎng)或3G網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳輸給管理中心，由管理中心服務(wù)器進(jìn)行匯總，并存儲在相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中。駕車人在需要時(shí)，利用車載終端或手機(jī)通過3G網(wǎng)向管理中心發(fā)送申請，查詢目的地附近的停車位信息。管理中心收到申請后，根據(jù)該目的地GPS信息，在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查詢，搜索到有空余車位的停車場，將停車場名稱、位置、空車位數(shù)量等信息返回給提出申請的終端。駕車人得到信息后，可直接駕車前往，也可在車載終端或手機(jī)上通過專用軟件直接發(fā)送確認(rèn)信息預(yù)定某一車位，以防抵達(dá)時(shí)該車位被占。

通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過程的分析可以看出:從停車場信息系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、管理中心到車載終端，城市停車場智能管理系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)從感知層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層到中間層、應(yīng)用層的完整的物聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)在城市交通領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。作為一個(gè)開放、智能化的系統(tǒng)，它也可作為城市智能交通系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

3.1 停車場信息系統(tǒng)

所述相似，停車場信息系統(tǒng)包括入口管理、出口管理、控制中心等功能模塊，通過局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 停車場信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)入口管理模塊:包括取卡讀卡機(jī)、攝像頭、車輛檢測器、入口道閘等。該模塊完成取卡讀卡、入場車輛圖像抓拍、車號識別、車輛通過檢測、道閘打開和關(guān)閉等功能，同時(shí)將卡信息、入場時(shí)間、車輛圖像、顏色及車號等信息通過局域網(wǎng)發(fā)送到控制中心。入口處也可安裝RIFD標(biāo)簽讀寫器，通過閱讀入場車輛的RFID標(biāo)簽獲得車輛基本信息。

2)出口管理模塊:包括出口讀卡機(jī)、攝像頭、車輛檢測器、收費(fèi)顯示屏、出口道閘等。該模塊完成出場讀卡、車輛抓拍、車號識別功能，并將車號及顏色與控制中心數(shù)據(jù)庫中存儲的與本卡對應(yīng)的車號及顏色信息進(jìn)行對比，如果相符，則計(jì)算并顯示收費(fèi)額，打開道閘放行，同時(shí)將上述信息通過局域網(wǎng)發(fā)送到控制中心。出口處也可安裝RFID標(biāo)簽讀寫器，通過射頻識別獲得標(biāo)簽中存儲的車輛信息。

3)控制中心:包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、電腦工作站、局域網(wǎng)交換機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)接口及3G通訊設(shè)備等。當(dāng)有車輛入場時(shí)，電腦工作站接收到入口管理模塊上傳的入口卡信息、入場時(shí)間、車號、車輛圖像及顏色信息，根據(jù)車號在預(yù)定車位數(shù)據(jù)庫中查詢該車是否預(yù)定過本停車場車位。如果未預(yù)定，則將上述信息存儲在控制中心的到場車輛數(shù)據(jù)庫中，然后將停車場空余車位數(shù)減1，將該車位信息通過互聯(lián)網(wǎng)或3G網(wǎng)發(fā)送到停車場智能管理中心;如果該車有預(yù)定車位，也會將車輛信息存儲在控制中心的到場車輛數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)注銷預(yù)定車位數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)記錄，此時(shí)停車場空余車位數(shù)不減1，同時(shí)將車輛到場信息發(fā)送到管理中心。

車輛離場時(shí)，控制中心電腦工作站接收到出口管理模塊上傳的出口卡信息，將存儲在數(shù)據(jù)庫中的與該卡對應(yīng)的車號、車輛圖像及顏色等信息發(fā)送到出口管理模塊，供出口管理模塊與出口采集的相應(yīng)信息進(jìn)行對比。如果相符，則出口管理模塊打開道閘放行車輛，并通知控制中心?？刂浦行碾娔X工作站接收到放行信息后，將車輛離場時(shí)間、車輛圖像等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)將空余車位數(shù)加1，發(fā)送給智能管理中心。

3.2 智能管理中心

智能管理中心是整個(gè)系統(tǒng)的中央節(jié)點(diǎn)，由電腦工作站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及有線、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，通過互聯(lián)網(wǎng)及3G網(wǎng)與外界進(jìn)行通信。其功能主要包括兩部分:

1)維護(hù)數(shù)據(jù)庫中當(dāng)前市內(nèi)各停車場的車位信息。當(dāng)某一停車場有車輛進(jìn)入或離開時(shí)，停車場信息系統(tǒng)會通過互聯(lián)網(wǎng)或3G網(wǎng)發(fā)來最新的車位信息。管理中心接收到這一信息后，會及時(shí)更新數(shù)據(jù)庫的相關(guān)記錄。

2)為駕車人提供信息服務(wù)。駕車人若想了解目的地附近的停車位信息，可以通過車載終端或手機(jī)向停車場智能管理中心提出申請。管理中心接收到申請后，根據(jù)目的地的GPS信息對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢。由于管理中心數(shù)據(jù)庫中存儲了各停車場車位的實(shí)時(shí)信息，因此可以查詢到目的地附近當(dāng)前若干個(gè)停車場的最新信息，并將其返回給駕車人。這些信息包括若干條記錄，每一條記錄對應(yīng)一個(gè)停車場的信息，如停車場名稱、停車場位置、現(xiàn)有空余車位數(shù)、與目的地的距離、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、GPS信息等。其中的GPS信息用于向車載終端提供導(dǎo)航指引。接下來，如果駕車人對某一個(gè)停車場提出預(yù)定車位請求，管理中心則向該停車場控制中心轉(zhuǎn)發(fā)該請求，并將車載終端發(fā)來的該車輛圖像、車號、顏色等信息一并轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)停車場回復(fù)預(yù)定成功信息后，管理中心會向車載終端轉(zhuǎn)發(fā)確認(rèn)，并對本地?cái)?shù)據(jù)庫中該停車場車位信息進(jìn)行更新，其工作流程如圖3所示。

圖3 智能管理中心工作流程

3.3 車載終端及手機(jī)

在城市停車場智能管理系統(tǒng)中，車載終端和手機(jī)是用戶端設(shè)備，安裝了系統(tǒng)專用軟件。通過這些專用軟件及3G網(wǎng)絡(luò)，車載終端和手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)功能:①查詢目的地附近的空余車位信息;②預(yù)定停車位;③ 預(yù)定成功后，車載終端可依據(jù)智能管理中心發(fā)來的停車場GPS信息對比本地位置，啟動(dòng)導(dǎo)航軟件指引駕車路線。對于不熟悉停車場周圍環(huán)境的駕車人來說，這無疑是非常方便的。

4 結(jié)束語

提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的城市停車場智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，介紹了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及管理中心、停車場信息系統(tǒng)、車載終端等節(jié)點(diǎn)的硬件組成和功能模塊，分析了該管理系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)市內(nèi)停車場車位信息收集與整合、目的地停車位信息查詢、查詢信息返回及空余車位預(yù)定服務(wù)中的工作流程。本文提出的停車場智能管理系統(tǒng)能向駕車人提供目的地附近空余車位信息，可提高停車場利用率，并在一定程度上改善城市停車難的現(xiàn)狀，具有較大的實(shí)用價(jià)值和社會意義。

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