孫二杰, 石 震, 李 偉, 肖 娟, 王 敬

(1.山東建筑大學 信息與電氣工程學院, 山東 濟南 250101; 2.濟南大學 經濟學院, 山東 濟南 250002)

大型公共地下停車場智能管理系統(tǒng)

孫二杰1, 石 震1, 李 偉1, 肖 娟1, 王 敬2

(1.山東建筑大學 信息與電氣工程學院, 山東 濟南 250101; 2.濟南大學 經濟學院, 山東 濟南 250002)

提出了一套大型公共地下停車場智能管理系統(tǒng),并從系統(tǒng)架構、工作過程、通信方式、燈光導航等方面進行了詳細闡述。通過對車庫環(huán)境合理建模,系統(tǒng)能自動識別車牌,對車輛提供光導航服務,為管理人員和住戶帶來方便,實現(xiàn)車輛的智能化管理。

停車場管理; 線性時序邏輯; 燈光導航; 車牌識別系統(tǒng)

0 引 言

隨著社會的發(fā)展及人們生活水平的提高,機動車輛尤其是小汽車越來越多,公共地下停車場車輛的管理變得越來越重要。傳統(tǒng)的停車場管理主要通過給進入車場的車輛分發(fā)IC卡,記錄車輛進出時間。不管是固定車輛,還是臨時車輛,進出停車場都必須在出入口停車刷卡后,才能進出停車場。這種管理方式,一方面易造成堵車,另一方面需要大量的照明設備長期照明。如果采用通常的照明控制方法,因線路較長且回路復雜,很難用簡單的用強電控制方式實現(xiàn)停車場內部照明的自動控制,故通常只能采用連續(xù)照明方式。即便采用紅外或聲控開關來控制照明,但只能對某一小區(qū)域(如出入樓梯口處)實現(xiàn)自動控制。這樣不僅造成巨大的能源浪費和設備損耗,也給物業(yè)管理造成很大的經濟負擔。

本文基于車庫停車管理系統(tǒng)以及車牌自動識別技術,提出了一套基于車牌自動識別技術的車庫智能停車管理系統(tǒng)。

1 地下車庫管理系統(tǒng)總體架構

一個具有智能化的車輛管理系統(tǒng),不僅能夠快速準確地提供停車場內實時的停車狀態(tài),而且對車輛來訪和離開進行自動登記和計費,引導車輛準確合理停放,并能實時進行監(jiān)控等多項功能。本文提出的大型地下停車場智能管理系統(tǒng)主要由出入口管理子系統(tǒng)、車牌識別子系統(tǒng)、燈光導航子系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。智能管理系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

出入口管理系統(tǒng)采用CCD攝像頭作為圖像拍攝主體,利用汽車牌照自動識別技術,通過電磁感應、計算機圖像處理、模式識別、人工智能、數(shù)字通信、數(shù)據(jù)庫等手段,對車輛的圖像進行采集和處理,以獲得車輛的數(shù)字化信息。該子系統(tǒng)實時監(jiān)測并記錄出入車庫的車輛信息,包括出入車輛的圖像、車牌號碼、出入時間等,并與調度信息比較,確定是否放行。

圖1 智能管理系統(tǒng)結構圖

燈光導航系統(tǒng)是將無線通信技術、機械電子自動化設備、數(shù)據(jù)庫技術等有機結合,控制地下車庫的照明系統(tǒng),達到節(jié)能的目的,同時保證對進入車庫的權限車輛提供有效的燈光導航服務和管理。

車牌識別系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)零耗材管理和解決丟失停車憑證問題,而且提升車輛出入效率,減輕人員的勞動強度,能實時、準確地自動識別出車牌的數(shù)字、字母、漢字字符,并直接給出識別結果,使車輛的數(shù)字化監(jiān)控和管理成為現(xiàn)實。

車牌自動識別的基本原理是:當車輛通過監(jiān)測車道時,車輛觸發(fā)信號被傳至圖像采集控制部分;采集控制部分控制攝像機采集一幅汽車圖像并送至圖像預處理模塊,由預處理模塊對輸入圖像進行簡單預處理后送入計算機;計算機內的軟件模塊通過圖像的預處理、車牌區(qū)域檢出、車牌二值化、字符切分、字符識別環(huán)節(jié),最終達到對車牌字符的再現(xiàn),并給出識別結果;將識別結果和圖像存入數(shù)據(jù)庫中,留待車牌查詢、流量統(tǒng)計和收費管理等。

2 基本工作過程

車輛駛入車牌攝像機抓拍區(qū)域,觸發(fā)地感線圈。車牌識別系統(tǒng)自動抓拍車輛的圖像并識別出車牌號以及車型等信息,檢索數(shù)據(jù)庫。如果該車車牌信息存在,且車牌信息與車身顏色、車型等數(shù)據(jù)相符合,閘機放行,同時記下車輛進入時間,調出車位信息。燈光控制系統(tǒng)依據(jù)車位信息以及車庫內行駛車輛實時位置,合理規(guī)劃路徑,依次打開路徑上方相應的燈,交叉口處的LED引導屏顯示車位和行駛方向,引導車輛到達指定車位。

當車輛離開時,車位上方的控制器檢測出車位號,上傳給控制中心計算機;計算機規(guī)劃出車輛駛離路徑,啟動燈光導航系統(tǒng),引導車輛到達出口。

3 系統(tǒng)通信方式

無線傳感器網絡技術是一種低功耗、自組織的通信技術,施工靈活,人工維護成本和設備成本較低。該系統(tǒng)是基于ZigBee技術的無線網絡通信技術,采用有線和無線結合的方式實現(xiàn)上位機與車庫內節(jié)點的信息交互。系統(tǒng)通信方式如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)通信方式

4 燈光導航系統(tǒng)

針對一個照明燈具配有一個智能燈光控制器的情形進行研究。智能燈光控制器包括運動傳感器、燈光控制節(jié)點、無線通信等模塊。運動傳感器判斷車輛的位置、行進方向等信息。智能燈光控制節(jié)點控制照明燈具的亮滅。無線通信模塊負責燈光控制器與總控系統(tǒng)之間的通信。

車庫的照明燈具平時全部處于關閉狀態(tài)。當有車輛到達車庫入口時,攝像頭拍攝車牌圖像,通過車牌號碼判斷是否具有進入權限,如果有,道閘自動開啟。將該車輛入場時間等信息記入數(shù)據(jù)庫,同時從數(shù)據(jù)庫中提取出該車輛的車位位置、住宅位置信息,并根據(jù)車庫照明系統(tǒng)的布置情況,規(guī)劃該車輛進入車庫后的正確行駛路徑,并依次開啟相應的燈光作為導航。主控制器通過無線網絡發(fā)出控制命令,依次打開該路徑上的所有照明燈具,引導車輛沿正確路線行駛。

該部分的功能描述采用線性時序邏輯(Linear Temporal Logic,LTL)進行描述。LTL是在命題邏輯基礎上加時序操作,可作為描述系統(tǒng)狀態(tài)遷移序列的形式化方法,用以描述系統(tǒng)性質。LTL中復雜的時序邏輯公式描述系統(tǒng)性質。LTL語法和語義如下:

□(always):表示在指定范圍內,給定狀態(tài)必然處處發(fā)生,若指定范圍是全部范圍,則□P表示總為真。

◇(finally):表示在指定范圍內,給定的狀態(tài)必然發(fā)生,也稱為必然性,即◇P表示最終或必然發(fā)生。

○(next):表示下一時刻發(fā)生,即○P表示下一時刻發(fā)生。

∪(until):表示某狀態(tài)一直為真直到另一狀態(tài)為真,即P∪Q表示P一直為真直到Q為真。

ω(unless):ω操作符與∪操作符區(qū)別在于PωQ表示P一直為真直到Q為真或P總是為真。

LTL語法可通過如下遞歸形式定義,若原子命題變元p、q是線性時序邏輯公式,則由布爾運算符∨、∧、┓或時序操作符◇、□、○、∪、ω等連接而成的公式,如 p∨q,p∧q,┓p,p○q,p□q,p◇q和 pωq等也是LTL公式。

4.1 車輛按照規(guī)劃的路徑行駛

車輛按照規(guī)劃好的導航路徑行駛,該路徑上的燈具已經打開。車庫中的運動傳感器實時判斷車輛的當前位置,車輛駛過后路徑上的燈具自動熄滅。規(guī)劃路徑上燈具控制過程如圖3所示。

圖3 規(guī)劃路徑上燈具控制過程

圖3中,m1表示傳感器檢測到車輛或人離開的運動信息,m2表示啟動燈光控制器,m3表示控制器關閉燈具。當運動傳感器檢測到車或人的運動信息后,必存在某一時刻,主控制器控制打開的燈具自動關閉。使用LTL描述可形式化表示為:運動傳感器檢測到車輛離開的消息m1,□(R1∧m1→○S1);傳感器發(fā)送信息m2到智能控制節(jié)點,□(S1∧m2→○C1);由于此時燈具已打開,控制節(jié)點發(fā)送消息m3至燈具,在滿足時間約束條件后,關閉燈具,□(C2∧m2→○L1)。

4.2 車輛未按規(guī)劃的路徑行駛

如果車輛未按規(guī)劃路徑行駛,運動傳感器判斷出車輛位置后,也會將車輛附近的照明燈具打開,為車輛行駛提供方便。同樣車輛駛過之后,關閉這些燈具。非規(guī)劃路徑上燈具控制過程如圖4所示。

圖4 非規(guī)劃路徑上燈具控制過程

圖4中,m4表示傳感器檢測到車輛或人離開的運動信息,m5表示啟動燈光控制器,m6表示控制器關閉燈具。當運動傳感器檢測到車或人靠近的運動信息后,必存在某一時刻,燈光控制器控制打開燈具;當運動傳感器檢測到車或人離開的運動信息后,必存在某一時刻,燈光控制器控制關閉燈具。

該過程用LTL描述如下:運動傳感器檢測到車輛靠近的消息m1,□(R1∧m1→○S1);傳感器發(fā)送信息m2到智能控制節(jié)點,□(S1∧m2→○C1);控制節(jié)點發(fā)送消息m3至燈具,在滿足時間約束條件后,打開燈具,□( C2∧m2→○L1);車輛駛離時,運動傳感器檢測到車輛離開的消息m4,□(R2∧m1→○S2);傳感器發(fā)送信息m5到智能控制節(jié)點,□(S2∧m5→○C3);控制節(jié)點發(fā)送消息m6至燈具,在滿足時間約束條件后,將燈具關閉,□(C4∧m6→○L2)。

車輛到達十字路口時,對燈具的控制可引入概率轉移矩陣。在統(tǒng)計的基礎上,得到車輛在各路口的概率轉移矩陣,由主控機控制將車輛轉向概率最大方向上的燈具打開。

另外,車輛駛離車位時,系統(tǒng)根據(jù)運動控制器的信息可獲得駛離車輛信息,啟動燈光導航系統(tǒng),并依次打開相應燈光,引導車輛正確到達出口。

5 結 語

提出了一套大型公共地下停車場的智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)節(jié)省了車輛的等待時間,并提供燈光導航服務。鑒于天氣和攝像頭角度問題對車牌識別的影響,可進一步優(yōu)化或設計更高準確率的車牌識別算法。車輛的燈光導航可以在靜態(tài)路徑規(guī)劃的基礎上探究動態(tài)路徑規(guī)劃,實現(xiàn)動態(tài)路徑的燈光導航。

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2015《現(xiàn)代建筑電氣》雜志征訂單

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Intelligent Management System of Large Public Underground Garage

SUN Erjie1, SHI Zhen1, LI Wei1, XIAO Juan1, WANG Jing2

(1.School of Information & Electrical Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2.School of Economics,Jinan University, Jinan 250000, China)

This paper proposed a set of intelligent parking management system of large public underground garage.The system framework,working process,communication mode and light navigation system were presented in detail.The system can recognite the license-plate automatically,and can provide the light navigation service for the vehicle,which bring the convenience for managers and temants to realize the intelligent management of the vehicle.

parking management; linear temporal logic(LTL); light navigation; license-plate recognition

《現(xiàn)代建筑電氣》雜志訂單(回執(zhí)) 120元/年

孫二杰(1989—),男,碩士研究生,研究方向為建筑節(jié)能研究工作。

TP 302.1

B

1674-8417(2015)02-0050-04

2014-11-04

石 震(1990—),男,碩士研究生,研究方向為建筑智能化技術。

李 偉(1990—),男,碩士研究生,研究方向為建筑智能化技術。

肖 娟(1989—),女,碩士研究生,研究方向為智能機器人系統(tǒng)。

王 敬(1991—),女,碩士研究生,研究方向為農產品物流。