宗 琳，宗 瑋，戴海燕

（1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所，湖北 武漢 430079；2.上海師范大學(xué)旅游學(xué)院，上海 200234；3.湖北省超高壓輸變電公司，湖北 武漢 430050）

現(xiàn)在大型停車場(chǎng)的管理模式已非常成熟，但是大型停車場(chǎng)的數(shù)量有限，且主要分布在商業(yè)中心和寫字樓附近，對(duì)短時(shí)間停車的車主而言，路邊停車泊位是最佳的選擇，因此路邊停車泊位的管理對(duì)靜態(tài)交通的影響非常重要［1－2］。

由于路邊停車泊位所處環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)泊位的監(jiān)控也會(huì)受到很多因素的影響，例如，路過(guò)的車輛、行人、天氣、溫度、濕度等都會(huì)對(duì)不同的泊位監(jiān)控方式產(chǎn)生不同的影響，選擇正確的監(jiān)控方式是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。筆者設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用地磁場(chǎng)監(jiān)控方式，其在路邊泊位監(jiān)控中的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)詳細(xì)敘述［3－4］。

一個(gè)路邊停車場(chǎng)的泊位數(shù)量一般為10～50個(gè)不等，因此需要誘導(dǎo)基站通過(guò)LED顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前空閑的泊位數(shù)以提高車主找到合適停車泊位的效率，從而緩解由于車主尋找泊位而帶來(lái)的交通壓力。

收費(fèi)方式主要依靠收費(fèi)人員通過(guò)收費(fèi)手持終端對(duì)停車的車輛進(jìn)行簽到和按時(shí)收費(fèi)，所有的收費(fèi)信息都會(huì)發(fā)送到泊位信息管理中心，中心對(duì)收費(fèi)人員的上下崗位和收費(fèi)情況進(jìn)行管理和特殊情況的及時(shí)處理。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

路邊停車泊位監(jiān)控系統(tǒng)由泊位傳感器、泊位中繼基站、泊位誘導(dǎo)基站、收費(fèi)手持機(jī)、用戶手機(jī)客戶端和信息管理中心等6個(gè)部分組成。該系統(tǒng)中，信息管理中心是系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，通常安裝在監(jiān)控室。泊位傳感器通過(guò)443 MHz的無(wú)線射頻方式進(jìn)行信息的傳輸，泊位中繼基站通過(guò)無(wú)線射頻的中繼接收各個(gè)傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后，再通過(guò)GPRS/3G的遠(yuǎn)距離無(wú)線方式將整合后的信息發(fā)送到信息管理中心，同時(shí)泊位中繼基站通過(guò)串口總線的方式傳輸給泊位誘導(dǎo)基站，誘導(dǎo)基站可以實(shí)時(shí)監(jiān)控泊位上是否有車，最后信息管理中心將停車位信息通過(guò)Internet公布到互聯(lián)網(wǎng)上［5－6］。管理人員利用 WIFI的通信方式在有限的通信范圍內(nèi)通過(guò)手持設(shè)備進(jìn)行路邊停車收費(fèi)，而用戶可以通過(guò)手機(jī)客戶端或智能終端對(duì)路邊泊位情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，也可以對(duì)用戶自由確定區(qū)域里所有泊位的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行查詢。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

該系統(tǒng)中各部分的功能如下:

（1）泊位采集。泊位采集由泊位傳感器和泊位中繼基站構(gòu)成。泊位傳感器采用AMR磁阻傳感器，可以很好地感測(cè)地磁范圍內(nèi)低于1高斯的磁場(chǎng)，根據(jù)一些鐵、磁物體對(duì)地磁的擾動(dòng)檢測(cè)車輛的存在，從而對(duì)泊位是否被占用進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 路邊泊位監(jiān)控與誘導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

泊位中繼基站首先從接收中繼獲取所有傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將所有的傳感器數(shù)據(jù)按照確定好的協(xié)議組成通信幀進(jìn)行發(fā)送，通過(guò)GPRS/3G的方式傳輸?shù)叫畔⒐芾碇行模?］。

（2）支撐平臺(tái)。支撐平臺(tái)主要由各類虛擬服務(wù)器構(gòu)成云平臺(tái)，該云平臺(tái)對(duì)大量的泊位相關(guān)信息進(jìn)行分類處理，并提供各種服務(wù)，用戶可以使用手機(jī)終端來(lái)獲得所需的各種服務(wù)［8－9］。

通信服務(wù)器與所有的路邊泊位監(jiān)控基站進(jìn)行通信，單獨(dú)設(shè)立一個(gè)服務(wù)器以保證通信的質(zhì)量，通信的成功是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

應(yīng)用服務(wù)器是提供給應(yīng)用程序的服務(wù)器，例如，智能手機(jī)安裝了用戶客戶端應(yīng)用程序，就可以實(shí)時(shí)查看自己當(dāng)前位置附近的空閑泊位情況，以及從自己當(dāng)前位置到達(dá)目的地的最優(yōu)路線［10］。

LDAP（lightweight directory access protocol）與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合使用，數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用通過(guò)LDAP方式，該存貯模式和訪問(wèn)協(xié)議可大大優(yōu)化查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)間。

數(shù)據(jù)集群主要用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和備份。運(yùn)行與維護(hù)管理和資源與安全管理是管理員直接控制服務(wù)器的渠道，在需要進(jìn)行服務(wù)器的更改、維護(hù)和修理等情況時(shí)進(jìn)行人為控制。

（3）路邊停車。路邊停車由路邊停車收費(fèi)終端、監(jiān)控系統(tǒng)和路邊誘導(dǎo)基站構(gòu)成，各自的功能分別為完成停車收費(fèi)、所有泊位的總體監(jiān)控管理和對(duì)車輛進(jìn)行路線引導(dǎo)。

（4）停車場(chǎng)加盟。雖然該系統(tǒng)主要是針對(duì)路邊泊位停車系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，但是隨著系統(tǒng)的完善，停車場(chǎng)的加盟會(huì)為用戶的出行停車帶來(lái)更大的方便，用戶可根據(jù)自己的?？繒r(shí)間來(lái)自由選擇停車的位置，如長(zhǎng)時(shí)間停車就選擇停車場(chǎng)，短時(shí)間停車就選擇路邊停車泊位。更加靈活的停車方式選擇和更加全面的停車信息會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生巨大的吸引力，商家也會(huì)由此加入，從而使系統(tǒng)更完善。

停車場(chǎng)與路邊泊位的最大區(qū)別是收費(fèi)方式大大簡(jiǎn)化，基本可以脫離人員操作收費(fèi)，節(jié)省人力。

（5）公眾服務(wù)?？缙脚_(tái)的各種終端應(yīng)用為使用不同平臺(tái)的用戶提供了便捷的出行體驗(yàn)，無(wú)論是智能手機(jī)、平板電腦，還是車載終端都可以方便地查看任意停車場(chǎng)或者路邊泊位的實(shí)時(shí)情況，并且可以查看自己的實(shí)時(shí)消費(fèi)記錄、歷史記錄、所剩余額等個(gè)人信息。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器選型和設(shè)計(jì)

為了準(zhǔn)確地獲得泊位信息，每一個(gè)泊位的狀態(tài)都應(yīng)有效、可靠和穩(wěn)定地被檢測(cè)到，因此選擇一個(gè)適合的傳感器非常重要，除了可以完成上述要求，還要考慮成本因素。路邊泊位傳感器可選類型及其優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

表1 路邊泊位傳感器可選類型及優(yōu)缺點(diǎn)

由于路邊泊位周邊可能有大量行人和車輛經(jīng)過(guò)，以及四季變化和天氣影響都會(huì)對(duì)泊位信息采集產(chǎn)生干擾，將這些干擾最小化的傳感器類型才是所需要的，雖然磁阻傳感有一些缺點(diǎn)，但是它對(duì)路邊的干擾因素并不敏感，因此選擇磁阻傳感器進(jìn)行泊位采集。

在鐵磁材料中會(huì)發(fā)生磁阻的非均質(zhì)現(xiàn)象（AMR），當(dāng)沿著一條長(zhǎng)而薄的鐵磁合金帶的長(zhǎng)度方向施加一個(gè)電流，在垂直于電流的方向施加一個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，合金帶自身的阻值會(huì)發(fā)生變化。

利用AMR磁阻效應(yīng)生產(chǎn)的AMR磁阻傳感器將三維方向（x，y，z）的單個(gè)傳感器件集成在同一個(gè)芯片上，并將傳感器與調(diào)節(jié)、補(bǔ)償電路集成一體化，可以較好地感測(cè)地磁范圍內(nèi)低于1高斯的磁場(chǎng)，根據(jù)一些鐵磁物體對(duì)地磁的擾動(dòng)來(lái)檢測(cè)車輛的存在，也可以根據(jù)不同車輛對(duì)地磁產(chǎn)生的不同擾動(dòng)來(lái)識(shí)別車輛類型。其靈敏度可以達(dá)到1 mV/V/高斯，線性度誤差達(dá)到0.05%FS，遲滯誤差和重復(fù)誤差也很小，都可以達(dá)到0.08%FS。

AMR磁阻傳感模塊的原理示意圖如圖2所示。系統(tǒng)采用HMC1022磁阻傳感器，它是一種雙軸傳感器，可以同時(shí)檢測(cè)到兩個(gè)垂直方向上的磁場(chǎng)變換，磁場(chǎng)范圍達(dá)到±6高斯（地磁場(chǎng)為0.5高斯）。如果需要同時(shí)檢測(cè)3個(gè)方向上的磁場(chǎng)變化，可以采用單軸和雙軸結(jié)合的方式。在路邊泊位中，一般只要考慮兩個(gè)方向上的磁場(chǎng)變化，因此采用一個(gè)HMC1022雙軸傳感器即可滿足需求。

圖2 ARM磁阻傳感模塊原理圖

HMC1022感應(yīng)到水平或者垂直方向上的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，產(chǎn)生變化的信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算放大器、濾波器的放大濾波作用，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入MCU（micro control unit），然后經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理，變?yōu)镽S232信號(hào)。

2.2 泊位監(jiān)控和誘導(dǎo)基站

泊位監(jiān)控基站主要是將在該基站監(jiān)控下的所有泊位信息進(jìn)行整合，然后通過(guò)GPRS/3G的方式遠(yuǎn)程發(fā)送到信息管理中心。泊位監(jiān)控基站的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 泊位監(jiān)控基站結(jié)構(gòu)圖

在圖3中，主控芯片采用 ARM7架構(gòu)的LPC2368微處理器，它具有512 kb的內(nèi)嵌式高速閃存，基本可以滿足30～50個(gè)泊位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如果數(shù)據(jù)量過(guò)大，還可以通過(guò)SD/MMC讀卡器進(jìn)行擴(kuò)充存儲(chǔ)空間；具有雙串口，滿足與中繼和GPRS/3G模塊的數(shù)據(jù)交換；功耗較小，采用小面積的太陽(yáng)能電池板供電基本可滿足基站的續(xù)航，同時(shí)也簡(jiǎn)化了安裝的過(guò)程，不需要使用市電而減小了工程量。

泊位誘導(dǎo)基站主要的功能是從信息管理中心獲取實(shí)時(shí)泊位剩余信息，并通過(guò)LED顯示屏顯示，可為車主的停車位置和線路選擇帶來(lái)方便，提高停車效率，泊位誘導(dǎo)基站結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 泊位誘導(dǎo)基站結(jié)構(gòu)圖

泊位誘導(dǎo)基站的功能并不復(fù)雜，由于其與監(jiān)控基站并不是安裝在一起，并且LED的耗電量較大，無(wú)法使用小面積太陽(yáng)能電池板供電，因此選擇一款具有基本功能，并且耗電量較低的單片機(jī)即可。STC12C5A60S是一款8位單片機(jī)，具有雙串口，既可以向LED屏幕發(fā)送剩余泊位數(shù)，還可以與信息管理中心通過(guò)GPRS/3G模塊進(jìn)行通信，成本也較低［11－12］。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 誘導(dǎo)基站協(xié)議

誘導(dǎo)基站協(xié)議如表2所示。

表2 誘導(dǎo)基站協(xié)議

3.2 傳感器通信協(xié)議

傳感器通信協(xié)議如表3所示，命令標(biāo)識(shí)如表4所示。

表3 傳感器通信協(xié)議

3.3 信息管理中心

信息管理中心是對(duì)路邊停車泊位監(jiān)控與誘導(dǎo)系統(tǒng)所有信息存儲(chǔ)、顯示與處理的核心，因此界面要非常醒目和便捷地顯示所有泊位信息，以便管理員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。筆者采用B/S（Browser/Server）模式，管理員通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，網(wǎng)頁(yè)的界面如圖5所示。

表4 命令標(biāo)識(shí)

圖5 信息管理中心的城市停車管理系統(tǒng)操作界面圖

在界面圖中可以看到所有加盟的停車場(chǎng)和路邊泊位的剩余情況，點(diǎn)擊任一剩余泊位數(shù)字，就可以出現(xiàn)該停車場(chǎng)的詳細(xì)泊位剩余情況，以圖像的形式顯示出來(lái)。

3.4 手持設(shè)備收費(fèi)軟件

手持設(shè)備收費(fèi)軟件是一款完成停車收費(fèi)功能的軟件，其不但要高效穩(wěn)定地完成收費(fèi)過(guò)程，還要便捷易懂，方便收費(fèi)人員操作。

收費(fèi)主要有簽到和收費(fèi)兩個(gè)過(guò)程。系統(tǒng)的收費(fèi)方式由收費(fèi)卡來(lái)完成。路邊收費(fèi)與停車場(chǎng)不同，停車場(chǎng)有進(jìn)場(chǎng)和出場(chǎng)兩個(gè)過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程的時(shí)間差，通過(guò)兩次刷卡完成收費(fèi)，而路邊停車沒(méi)有明確的入口和出口，因此系統(tǒng)采用簽到的方式，當(dāng)泊位檢測(cè)到車輛駛?cè)霑r(shí)，手持機(jī)的該泊位圖標(biāo)閃動(dòng)，管理員需要將駛?cè)胲囕v的停車卡卡號(hào)和車牌號(hào)與該泊位簽到綁定，圖標(biāo)不再閃動(dòng)，變?yōu)殪o止的綠色，表示已經(jīng)簽到。當(dāng)泊位檢測(cè)到車輛駛出時(shí)，就不用再次刷卡，后臺(tái)將自動(dòng)對(duì)已綁定卡的賬戶進(jìn)行扣費(fèi)，圖標(biāo)同時(shí)變灰，表示泊位空閑，用戶可以用自己的賬號(hào)在手機(jī)、平板電腦等客戶終端上查看自己的消費(fèi)記錄。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

路邊停車泊位監(jiān)控與誘導(dǎo)系統(tǒng)是一個(gè)以路邊泊位為基礎(chǔ)的城市停車監(jiān)管系統(tǒng)，筆者針對(duì)泊位傳感器和433 MHz無(wú)線射頻傳輸做了大量可靠性試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 無(wú)線射頻傳輸丟包率

基站的安裝位置與傳輸效率有著直接的關(guān)系，在試驗(yàn)中，監(jiān)控基站安裝在1號(hào)泊位附近，因此丟包率是隨著傳輸距離的增加而增加的，如果提高無(wú)線射頻的功率，可以增加有效的傳輸距離，但是會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生較大的傷害，因此在距離和功率兩個(gè)點(diǎn)上達(dá)到平衡才可以更加有效地解決丟包的問(wèn)題。除此之外，在大型車輛駛?cè)氩次粫r(shí)，例如SUV，信號(hào)馬上就會(huì)減弱，可見(jiàn)障礙物的體積也會(huì)對(duì)傳輸帶來(lái)一定的干擾。

5 結(jié)論

筆者介紹了路邊停車泊位監(jiān)控與誘導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，它是一個(gè)以路邊泊位為基礎(chǔ)的城市停車監(jiān)管系統(tǒng)，使用磁阻傳感器和無(wú)線射頻的方式進(jìn)行泊位信息采集，通過(guò)單次簽到的方式進(jìn)行收費(fèi)，在路邊泊位的基礎(chǔ)上，允許停車場(chǎng)加盟。在服務(wù)方面，整合多方面的咨詢與信息，例如天氣、消費(fèi)咨詢、實(shí)時(shí)路況等，提升用戶體驗(yàn)，讓整個(gè)系統(tǒng)更加完善。該系統(tǒng)高效可行，可以在更多的城市得到推廣與使用。

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