李揚(yáng)威 焦朋朋 杜 林

（北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 北京 100044）

0 引言

城市智能停車管理系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，是解決城市停車難問題的有效手段。我國停車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大致可分為4個階段：第一階段，20世紀(jì)80年代停車產(chǎn)業(yè)醞釀時期，停車只是少數(shù)人的需求；第二階段90年代起步時期，隨著國外出入口設(shè)備巨頭進(jìn)入中國市場，市場劃分更細(xì)，但本地廠商占領(lǐng)國內(nèi)的大部分市場；第三階段，在新停車場信息化浪潮中，一批新銳公司進(jìn)入停車設(shè)備業(yè)，帶來全新的發(fā)展思路和理念；第四階段，伴隨物業(yè)服務(wù)水平的提高，對停車場信息化的需求進(jìn)一步增強(qiáng)。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，汽車保有量迅速增長，城市交通可持續(xù)發(fā)展的瓶頸不僅體現(xiàn)在道路擁堵上，也體現(xiàn)在停車管理效率低和違法停車嚴(yán)重等方面，停車問題已經(jīng)成為各國大中城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的1個通病，表現(xiàn)在以下5個方面。

1）停車信息不夠透明。隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓ぞ?，國?nèi)缺少專用的停車信息資源平臺查詢了解實(shí)時停車信息。導(dǎo)致不熟悉情況的車主在停車的過程中浪費(fèi)了大量的時間，且產(chǎn)生了無效交通，使道路更加擁堵，甚至少數(shù)人會由于找不到車位而違法停車，給交通管理帶來額外壓力。

2）智能停車場的建設(shè)程度較低：隨著交通問題越來越受到各方關(guān)注和重視，智能交通作為解決交通問題1種有效途徑逐漸得到認(rèn)可和推廣。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的智能交通事業(yè)發(fā)展仍很落后，尤其是在智能停車場的建設(shè)方面，仍處在起步階段，在覆蓋范圍，智能化程度都還有比較大的差距。

3）路側(cè)停車管理效率低下。由于近些年機(jī)動車數(shù)量呈爆發(fā)式增長，尤其是在城市地區(qū)，機(jī)動車停車位數(shù)量嚴(yán)重不足，路側(cè)停車作為城市停車的重要組成部分，在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，還沒有有效的方式替代路側(cè)停車［1］，但是目前國內(nèi)路側(cè)停車管理主要還停留在人工管理層面上，管理效率低下，存在諸多管理漏洞，不能對路側(cè)停車實(shí)時有效監(jiān)管，從而導(dǎo)致各種停車問題的發(fā)生。

4）違法停車現(xiàn)象嚴(yán)重。路側(cè)違法停車在各個城市中非常普遍，一直是制約城市交通有序管理的頑疾，也對城市交通的高效運(yùn)行造成嚴(yán)重干擾。在城市核心區(qū)的重點(diǎn)路段上缺乏對違法停車的有效監(jiān)管，不僅使城市形象大打折扣，也易引發(fā)交通事故，從而使本就脆弱的交通系統(tǒng)更加雪上加霜。

5）對城市停車問題缺乏系統(tǒng)的管理。由于對各種停車信息，如停車場資源、違法停車等信息缺乏統(tǒng)一的管理，不能使政策制定者和管理者對城市停車問題做出準(zhǔn)確合理的判斷，從而影響對停車問題的系統(tǒng)解決。

為了解決上述問題，在智能交通系統(tǒng)的發(fā)展的基礎(chǔ)上，城市智能停車管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 智能停車管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

在當(dāng)前城市因土地資源緊缺和機(jī)動車保有量迅速擴(kuò)張的前提下，如何利用科技手段提高停車管理水平，研究和建設(shè)智能停車管理系統(tǒng)，促進(jìn)現(xiàn)有停車設(shè)施的有效利用，已經(jīng)成為解決城市停車問題的有效方法之一。

國內(nèi)外智能停車管理系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀如下。

國外一些國家與地區(qū)在智能停車場管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用上起步較早，其技術(shù)要相對成熟，功能相對完善。1971年，德國亞琛市建立了世界上最早的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)［2］。l973年，日本柏市建立了日本最早的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)［3］，它可以向停車用戶提供的誘導(dǎo)信息包括停車場的位置、總車位數(shù)、使用狀況等。到1995年，日本已將停車誘導(dǎo)系統(tǒng)引入了40多個城市的交通管理。東京市新宿地區(qū)建立的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)綜合考慮了路網(wǎng)控制、交通控制、安全監(jiān)控等相關(guān)因素，被認(rèn)為是日本首例成熟的案例。

在理論研究方面，Russell G.Thompson研究了停車搜索模型和停車誘導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)化和信息顯示的配置等相關(guān)理論和方法；D.Teodorovi提出了基于整數(shù)規(guī)劃和模糊邏輯方法的停車位預(yù)訂系統(tǒng)；V.W.S.Tang提出了1種基于低成本無線網(wǎng)絡(luò)的智能停車管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是更高級智能交通系統(tǒng)的一部分，可以在系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；Z.Pala以RFID 技術(shù)為主線，對停車場管理的數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行了研究總結(jié)；M.Y.I.Idris對智能停車系統(tǒng)及其技術(shù)進(jìn)行了的研究，總結(jié)了系統(tǒng)的功能和應(yīng)用。

與國外發(fā)達(dá)地區(qū)相比，我國的智能停車場管理系統(tǒng)起步較晚。在理論研究方面，楊曉光等對城市停車誘導(dǎo)信息系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)；蔡景勇等將GIS引入停車場管理系統(tǒng)，對管理系統(tǒng)的信息顯示方面進(jìn)行了研究與分析；季彥婕等對停車誘導(dǎo)信息板進(jìn)行了研究，并建立了泊位狀況顯示優(yōu)化的模型；李維龍等對不同車輛探測技術(shù)進(jìn)行了對比，并介紹了低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

北京在2001年建設(shè)了市內(nèi)第一套停車誘導(dǎo)系統(tǒng)工程——王府井地區(qū)停車誘導(dǎo)系統(tǒng)，并在2012年對該系統(tǒng)進(jìn)行了升級，應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算技術(shù)，以及移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)全方位的智能停車誘導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)、車載導(dǎo)航、誘導(dǎo)屏、廣播等全方位的多級、連續(xù)的發(fā)布手段，方便駕駛員隨時隨地了解停車信息。同時也為政府、科研等部門開展靜態(tài)交通的相應(yīng)研究提供研究工具和數(shù)據(jù)支持。

上海、深圳、杭州等城市也都建立了停車誘導(dǎo)系統(tǒng)，但是仍然存在著誘導(dǎo)系統(tǒng)覆蓋范圍小、系統(tǒng)落后、使用效果不理想等問題［3－4］。

目前，智能停車場和停車誘導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展速度最快，對這2個方面的研究也最多，但是對智能停車管理系統(tǒng)的整體研究比較少，缺乏系統(tǒng)性的認(rèn)識，不能從全局考慮，把智能停車場、停車誘導(dǎo)系統(tǒng)、路側(cè)停車管理和違法停車等系統(tǒng)綜合起來共同開發(fā)，形成1個比較完善的體系。筆者從整合的角度出發(fā)，提出了智能停車管理系統(tǒng)的主要功能及系統(tǒng)架構(gòu)。

2 系統(tǒng)主要功能

智能停車管理系統(tǒng)要滿足全面收集城市相關(guān)停車動態(tài)及靜態(tài)信息，通過有效整合、綜合分析與控制各種交通管理資源和設(shè)施，達(dá)到先進(jìn)實(shí)用、反應(yīng)快速、運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)、安全可靠的現(xiàn)代化停車管理指揮和服務(wù)體系的要求，全面提高城區(qū)交通管控能力和停車服務(wù)水平。該系統(tǒng)應(yīng)具有以下幾方面功能。

1）數(shù)據(jù)共享功能。智能停車管理系統(tǒng)只是智能交通系統(tǒng)中的一部分，因此該系統(tǒng)應(yīng)該具有較強(qiáng)的兼容性，能實(shí)現(xiàn)與其他智能交通子系統(tǒng)進(jìn)行信息共享、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，方便統(tǒng)一管理和維護(hù)。能夠最大限度的利用現(xiàn)有的智能停車管理設(shè)施，使其成為智能停車管理系統(tǒng)中的一部分，做到資源的合理利用。

2）停車信息采集、處理、研判功能。通過對智能停車場、路側(cè)停車場、違章停車監(jiān)控系統(tǒng)等取得動態(tài)、靜態(tài)停車信息，系統(tǒng)后臺軟件將對所采集的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，得出相應(yīng)的停車數(shù)據(jù)，為交通指揮調(diào)度、有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)制定相關(guān)決策等提供重要依據(jù)。

3）違法停車監(jiān)視與管控功能。通過覆蓋市區(qū)內(nèi)的視頻攝像機(jī)以及各類交通檢測裝置，對市區(qū)停車狀況進(jìn)行全面的實(shí)時監(jiān)控，尤其是城市重點(diǎn)區(qū)域。在指揮中心可通過視頻攝像機(jī)，隨時定點(diǎn)檢查路面上、停車場內(nèi)的停車狀況，及時發(fā)現(xiàn)違法行為并予以糾正處罰［5］。

4）停車誘導(dǎo)和信息服務(wù)功能?；诰C合交通信息采集系統(tǒng)，交通指揮中心可以發(fā)布多種停車信息，一方面可以通過道路上的可變誘導(dǎo)屏為道路出行者提供實(shí)時的停車狀況信息；另一方面可以通過系統(tǒng)部門之間的信息傳輸，獲取其他相關(guān)部門的信息并實(shí)現(xiàn)交通信息與其他相關(guān)部門的信息共享。

市民可通過電腦、手機(jī)等互聯(lián)網(wǎng)終端登錄停車資源信息平臺，實(shí)時查詢需要的停車信息，包括停車場位置、停車場總車位數(shù)、空車位數(shù)、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、營業(yè)時間等信息。

3 智能停車管理系統(tǒng)架構(gòu)

智能停車管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)分析層、終端發(fā)布層和數(shù)據(jù)共享層組成，見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System architecture

1）數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層是數(shù)據(jù)分析層、終端發(fā)布層和數(shù)據(jù)共享層的基礎(chǔ)，其主要目的是利用各種信息采集設(shè)備收集各種停車數(shù)據(jù)，包括車位信息、停車收費(fèi)信息、違法停車信息等。

該層為數(shù)據(jù)分析層、終端發(fā)布層和數(shù)據(jù)共享層提供數(shù)據(jù)和性能保證，由于集合了多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理和儲存，同時在動態(tài)更新的情況下保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性至關(guān)重要。

2）數(shù)據(jù)分析層。數(shù)據(jù)分析層結(jié)合數(shù)據(jù)采集層為數(shù)據(jù)和停車管理提供實(shí)際需求，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，產(chǎn)生有助于交通主體進(jìn)行決策和判斷的信息，需具備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、分析的實(shí)時性和功能的多樣性等三方面特性。

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求數(shù)據(jù)分析模型要經(jīng)過充分和嚴(yán)格地驗(yàn)證，并定期對模型進(jìn)行準(zhǔn)確性評估；分析的時實(shí)性要求平臺能夠給用戶提供最新的分析結(jié)論，并根據(jù)最新結(jié)論做出有效決策。功能的多樣性要求平臺具有多維度的分析能力。

3）終端發(fā)布層。終端發(fā)布層是將數(shù)據(jù)分析層產(chǎn)生的分析結(jié)果存儲，根據(jù)不同的終端請求，提供和展示不同的分析結(jié)果，要具有易用性。此層直接面向應(yīng)用對象，提供的服務(wù)必須讓用戶容易理解和使用，界面友好，易于操作，能夠準(zhǔn)確找到與需求對應(yīng)的功能入口。

4）數(shù)據(jù)共享層。數(shù)據(jù)共享層是將終端發(fā)布層的反饋數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析層產(chǎn)生的分析結(jié)果共享給整個智能交通系統(tǒng)，使停車數(shù)據(jù)的利用達(dá)到最大化，為交通的可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。此層面向的是各智能交通系統(tǒng)，因此需要有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式。

4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路是，考慮到停車數(shù)據(jù)的巨量性，可采用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理和存儲交通數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)，利用專家數(shù)學(xué)模型對海量交通數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度的分析和挖掘，并通過云發(fā)布服務(wù)，將分析結(jié)果傳達(dá)至各類終端，使交通參與者能快速、全面、準(zhǔn)確的完成交通決策。

1）數(shù)據(jù)采集層技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該層主要是利用攝像頭、雷達(dá)、超聲波和人工上報等多種方式所結(jié)合的綜合停車信息采集技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理并存儲，為后續(xù)數(shù)據(jù)收集與處理打下基礎(chǔ)。

2）數(shù)據(jù)分析層技術(shù)實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，根據(jù)交通信息采集層提供的實(shí)時數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)綜合分析等需求，結(jié)合專家數(shù)學(xué)模型，對采集的停車海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理和有效分析，隨時隨地掌握整個城市的停車服務(wù)狀態(tài)、停車難多發(fā)區(qū)、違法停車實(shí)時狀況，實(shí)現(xiàn)停車誘導(dǎo)、違法停車實(shí)時管理等一系列智能交通行為。

利用Hadoop技術(shù)的使系統(tǒng)對交通數(shù)據(jù)的處理更準(zhǔn)確、更快速［6］。利用NoSQL（非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）對交通數(shù)據(jù)中包含的海量圖片、視頻、音頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲和管理。利用HBase技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存?。?］。

3）終端發(fā)布層技術(shù)實(shí)現(xiàn)。采用云計(jì)算服務(wù)將停車場位置、價格等情況進(jìn)行多終端、多類型的發(fā)布服務(wù)。支持PC、Pad，智能手機(jī)（iOS／Android）等各類終端；信息受眾包括行業(yè)管理人員和廣大公民，使得行業(yè)管理人員能夠快速評估停車服務(wù)水平，公眾實(shí)時感知停車狀況，從而提升交通管理水平和服務(wù)滿意度，進(jìn)而減輕道路交通堵塞、降低汽車運(yùn)輸對環(huán)境的影響。

4）數(shù)據(jù)共享層技術(shù)實(shí)現(xiàn)。利用SOA 技術(shù)（基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)）實(shí)現(xiàn)不同智能交通系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換與共享［8］。SOA 是1種開放的、可擴(kuò)展的、安全的和可組合的軟件架構(gòu)，它具有易維護(hù)和更高的可用性等特點(diǎn)。利用這種技術(shù)更易于實(shí)現(xiàn)停車數(shù)據(jù)的共享與分析。

5 智能停車管理系統(tǒng)組成

智能停車管理系統(tǒng)主要包括停車資源信息平臺、停車誘導(dǎo)系統(tǒng)、路側(cè)停車管理系統(tǒng)、智能停車場管理系統(tǒng)［9］、違法停車管理系統(tǒng)5部分。系統(tǒng)通過前端數(shù)據(jù)采集裝置收集停車場、路側(cè)停車場的車位信息和違法停車信息等，并將數(shù)據(jù)傳回系統(tǒng)后臺進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)分別傳送給停車誘導(dǎo)系統(tǒng)和停車信息資源管理平臺，并能將這些數(shù)據(jù)與關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫、交通指揮中心和其它智能交通系統(tǒng)共享。系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)Fig.2 System composition

系統(tǒng)的物理架構(gòu)見圖3。

圖3 系統(tǒng)物理架構(gòu)Fig.3 System physical composition

從上述的系統(tǒng)邏輯架構(gòu)和物理架構(gòu)圖中可以看出，智能停車管理系統(tǒng)具有完善的功能。從系統(tǒng)構(gòu)成方面，智能停車管理系統(tǒng)可以提供停車資源管理平臺、停車誘導(dǎo)、路側(cè)停車管理、智能停車場管理和違法停車管理等核心功能；從信息流程方面，包含信息采集、信息處理和信息應(yīng)用等主要流程。據(jù)此設(shè)計(jì)開發(fā)的智能停車管理系統(tǒng)，能夠?yàn)槌鞘械耐＼嚬芾硖峁┯辛Φ闹危谔岣叱鞘薪煌ㄐ实耐瑫r，促進(jìn)城市交通管理的科學(xué)化和現(xiàn)代化進(jìn)程。

6 結(jié)束語

通過智能停車管理系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)，把現(xiàn)有的智能停車管理設(shè)施集成到1個系統(tǒng)中，使資源利用達(dá)到最大化。通過改造和新建智能停車基礎(chǔ)設(shè)施，逐漸完善智能停車管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)停車信息采集和處理、停車信息查詢、違法停車監(jiān)控、停車誘導(dǎo)等多種功能，在一定程度上能夠解決當(dāng)前城市的停車難問題，提高停車設(shè)施利用率，創(chuàng)造較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

未來智能停車管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢有以下幾個方面：

1）停車場實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享［10］，打破信息孤島，建設(shè)停車物聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)停車誘導(dǎo)、車位預(yù)定、電子自助付費(fèi)、快速出入等功能。

2）停車誘導(dǎo)、車位引導(dǎo)和反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)快速普及。

3）逐漸實(shí)現(xiàn)無人化服務(wù)。

4）手機(jī)實(shí)現(xiàn)車位預(yù)定、支付、尋車等功能。

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