裴華艷，付聚文

（1.甘肅廣播電視大學(xué) 教務(wù)處，蘭州 730030；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)甘肅有限公司 業(yè)務(wù)支撐部，蘭州 730046）

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

裴華艷1，付聚文2

（1.甘肅廣播電視大學(xué) 教務(wù)處，蘭州 730030；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)甘肅有限公司 業(yè)務(wù)支撐部，蘭州 730046）

針對(duì)現(xiàn)代城市中“一位難求”的停車難問(wèn)題，提出采用RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和無(wú)線傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)，為用戶提供車位信息和停車誘導(dǎo)服務(wù)，引導(dǎo)和幫助用戶停車，改善停車難問(wèn)題。

物聯(lián)網(wǎng)；智能停車；RFID；傳感器

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市中機(jī)動(dòng)車的數(shù)量越來(lái)越多，停車已經(jīng)成為一個(gè)難題，同時(shí)誘發(fā)了一些車主的亂停車行為，亂停車又反過(guò)來(lái)加劇了停車難?！巴＼囯y”已經(jīng)成為困擾城市道路交通發(fā)展的普遍性問(wèn)題，亟待改善解決。

1 物聯(lián)網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）的概念最早是由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中心（AutoID Center） 于 1999 年 提 出 的[1]。2005 年， 國(guó) 際 電 信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布《ITU Internet Report 2005:The Internet Of Things》報(bào)告，報(bào)告對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義如下:物聯(lián)網(wǎng)是一種通過(guò)二維碼識(shí)讀設(shè)備、RFID 裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)物體的識(shí)別與管理實(shí)現(xiàn)PC之間、人與人之間、物與人之間的信息交互與共享。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)信息采集、傳輸、處理和應(yīng)用的原則，可以將其體系結(jié)構(gòu)分為4層:感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層，如圖 1 所示[2]。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

感知層在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中處于信息采集的最前端，運(yùn)用二維碼、RFID、傳感器等設(shè)備對(duì)物體進(jìn)行探測(cè)與識(shí)別，完成對(duì)物體屬性的讀取。

傳輸層由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)感知層、處理層和應(yīng)用層之間的信息傳輸與交互。

處理層通過(guò)運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、并行計(jì)算等數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)，對(duì)傳輸層提供的信息進(jìn)行分析與處理，挖掘出有用的信息供應(yīng)用層使用。

應(yīng)用層通過(guò)將處理層提供的信息進(jìn)行應(yīng)用，提供多樣化的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

1.3 物理網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 RFID

射頻識(shí)別（RFID，Radio Frequency Identification）是一種利用電磁感應(yīng)或微波進(jìn)行通信的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，主要通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)[3]。RFID 技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體，能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，具有非接觸工作距離長(zhǎng)、非視距讀取、適于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[4]。

RFID 系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽、讀寫器和天線 3 部分組成。電子標(biāo)簽由耦合元件與芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，可部署在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器所在的無(wú)線射頻磁場(chǎng)后，讀寫器讀取標(biāo)簽信息，并控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀寫信號(hào)；電子標(biāo)簽接收讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流獲得能量，啟動(dòng)控制電路和射頻電 路 將 存 儲(chǔ) 在 內(nèi) 部 芯 片 的 數(shù) 據(jù) 送 出[3]， 讀 寫 器 接 收并解碼標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)，送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理。天線負(fù)責(zé)在電子標(biāo)簽和讀寫器之間傳遞射頻信號(hào)。

1.3.2 傳感器技術(shù)

傳感器是一種能夠探測(cè)和感知外界信息，并將信息按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)或其他形式信號(hào)的器件。通過(guò)將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸出傳遞給其他裝置[5]，傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的傳輸、存儲(chǔ)和處理。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知層的一種重要設(shè)備，主要用于探測(cè)物體，完成對(duì)物體屬性的采集和讀取。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由分布在不同空間上的傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)可被部署在被感知物體內(nèi)部或周圍，能夠在任意時(shí)間探測(cè)并采集被感知物體的屬性，如壓力、溫度和濕度等，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，并接收來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，所有節(jié)點(diǎn)以協(xié)作的方式采集和處理傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的信息，采集后的數(shù)據(jù)匯聚到網(wǎng)關(guān)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，主要由信息采集模塊、信息傳輸模塊、信息分析與處理模塊、信息發(fā)布模塊4個(gè)部分組成，分別對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能停車系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

信息采集模塊對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)的車位信息和出入停車場(chǎng)的車輛信息進(jìn)行周期性采集，然后經(jīng)信息傳輸模塊傳輸至信息分析與處理模塊，后者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘提取出最新車位、出入庫(kù)車輛數(shù)等信息提供給信息發(fā)布模塊，發(fā)布模塊通過(guò)多種方式對(duì)外發(fā)布信息，引導(dǎo)用戶停車。

應(yīng)用本系統(tǒng)的停車場(chǎng)可為經(jīng)常停放的車輛辦理月卡、季卡或年卡，并在相關(guān)車輛上安裝 RFID 自動(dòng)識(shí)別標(biāo)簽。臨時(shí)停車需要車主在車輛入庫(kù)時(shí)手工提取臨時(shí)卡，在車輛出庫(kù)時(shí)手工刷卡以計(jì)算停車時(shí)間和停車費(fèi)用。系統(tǒng)的主要工作流程如下:

（1）車輛入庫(kù) :車輛駛?cè)胪＼噲?chǎng)通道后，入口處的 RFID 讀卡器對(duì)車輛進(jìn)行檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別車輛上的 RFID 標(biāo)簽并記錄車輛入庫(kù)時(shí)間[3]；入口處的視頻監(jiān)控設(shè)備采集車輛相關(guān)信息。所有采集信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸至信息分析與處理模塊；

（2）停車 :車輛停放完畢后，安裝在車位正上方的超聲波車位檢測(cè)器探測(cè)到本車位已被占用，將占用信息通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至信息分析與處理模塊；

（3）車輛離庫(kù) :車輛駛離車位后，車位檢測(cè)器探測(cè)到本車位已空，采集此信息；車輛駛離停車場(chǎng)出口時(shí)，出口處的 RFID 讀卡器對(duì)車輛進(jìn)行檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別車輛上的 RFID 標(biāo)簽，采集車輛離庫(kù)信息。所有采集信息被傳輸至信息分析與處理模塊，處理模塊自動(dòng)計(jì)算停車時(shí)間、停車費(fèi)用并完成扣費(fèi)，臨時(shí)卡需人工收取現(xiàn)金后放行。

2.2 系統(tǒng)的主要功能模塊

2.2.1 信息采集模塊

信息采集模塊是實(shí)現(xiàn)智能停車的基礎(chǔ)，是整個(gè)系統(tǒng)的“感知層”，由超聲波車位檢測(cè)器、RFID 讀卡器和視頻監(jiān)控設(shè)備組成，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，為信息分析與處理提供原始數(shù)據(jù)。

RFID 讀卡器和視頻監(jiān)控設(shè)備均安裝在停車場(chǎng)出入口，讀卡器利用 RFID 非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)，主要完成對(duì)出入車輛的探測(cè)識(shí)別以及車輛出入庫(kù)時(shí)間的采集。視頻監(jiān)控設(shè)備主要負(fù)責(zé)采集車輛的車牌、型號(hào)、顏色等信息。

超聲波車位檢測(cè)器安裝在每個(gè)車位的正上方，由超聲波測(cè)距傳感器構(gòu)成，主要完成車位信息的探測(cè)與采集。車位正上方的超聲波傳感器向下發(fā)射超聲波，每隔 5 min 采集一次車位信息，超聲波經(jīng)地面或車輛頂部反射后被傳感器接收，可獲得超聲波的傳輸時(shí)間，從而計(jì)算超聲波的傳輸距離。車位上有車時(shí)超聲波的傳輸距離與無(wú)車時(shí)不同，由此判斷車位上是否停放了車輛[6]。當(dāng)車位信息發(fā)生變化時(shí)，車位檢測(cè)器探測(cè)并采集最新信息。

2.2.2 信息傳輸模塊

信息傳輸模塊主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)各模塊之間的信息傳輸與交互，確保信息傳遞的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，以及整個(gè)系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。

由于停車場(chǎng)內(nèi)車位之間的距離較短，車位比較密集，車位信息的采集與傳輸均采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本較低，適應(yīng)性、擴(kuò)展性和設(shè)備的可維護(hù)性較強(qiáng)，有利于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在停車場(chǎng)內(nèi)的超聲波車位檢測(cè)器（傳感器節(jié)點(diǎn)）和匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。車位檢測(cè)器除采集本車位的信息外，還可對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)和管理。匯聚節(jié)點(diǎn)是車位檢測(cè)器數(shù)據(jù)的匯總點(diǎn)，也是連接無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)將采集信息轉(zhuǎn)發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)中的信息分析與處理模塊。

RFID 讀卡器和視頻監(jiān)控設(shè)備與信息分析與處理模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸采用互聯(lián)網(wǎng)。

2.2.3 信息分析與處理模塊

信息分析與處理模塊相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，它接收并存儲(chǔ)信息傳輸模塊傳送的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，根據(jù)一定的規(guī)律和算法搜索出隱藏在其中的有用信息，計(jì)算出停車場(chǎng)的空車位數(shù)、入庫(kù)車輛數(shù)、出庫(kù)車輛數(shù)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)車輛的停車時(shí)間、停車費(fèi)用及停車記錄，以及停車場(chǎng)的收益等數(shù)據(jù)，并將空車位數(shù)、總泊位數(shù)等信息傳輸給信息發(fā)布模塊。出入庫(kù)車輛數(shù)和收益數(shù)據(jù)可為停車場(chǎng)管理者進(jìn)行管理決策提供數(shù)據(jù)支撐，停車記錄可為用戶提供相關(guān)查詢服務(wù)。

2.2.4 信息發(fā)布模塊

信息發(fā)布模塊是整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外進(jìn)行信息發(fā)布的窗口，主要負(fù)責(zé)及時(shí)有效的更新發(fā)布停車場(chǎng)的名稱、行駛路線、空車位數(shù)、總泊位數(shù)等信息。

信息發(fā)布方式可以采用車載終端、廣播電臺(tái)、個(gè)性化的手機(jī)短信服務(wù)以及路側(cè)的電子顯示屏，電子屏可以設(shè)置在停車場(chǎng)周邊區(qū)域的街道兩旁，便于過(guò)往的車輛及時(shí)獲取車位信息。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)城市中停車難的問(wèn)題，以提供高效、便捷的車位信息為出發(fā)點(diǎn)，以車位信息的采集與發(fā)布為核心，研究并設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)，以期為用戶提供停車誘導(dǎo)服務(wù)，引導(dǎo)和幫助用戶停車，改善停車難問(wèn)題。

[1] 劉云浩 .物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論 [M].北京 ：科學(xué)出版社，2010，12.

[2] 錢 萍 .物聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)研究與方法綜述 [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2013，30（1）：14.

[3] 張席洲，邱永涵 .基于 RFID 的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) (交通科學(xué)與工程版 )，2011，35（3）：484-486.

[4] 魏長(zhǎng)寬 .物聯(lián)網(wǎng) :后互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的信息革命 [M].北京 ：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2011.

[5] 馮璐璐 .基于物聯(lián)網(wǎng)的停車泊位誘導(dǎo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 [D].長(zhǎng)春 ：吉林大學(xué)，2013.

[6] 高旭東，曹珊珊 .超聲波車位檢測(cè)器系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].黑龍江科技信息，2008.

責(zé)任編輯 方 圓

Intelligent Parking System based on Internet of Things

PEI Huayan1, FU Juwen2
( 1. Of ce of Academic Affairs, Gansu Radio and TV University, Lanzhou 730030, China; 2. Department of Business Support System, China Mobile Group Gansu Company Limited, Lanzhou 730046,China )

To address the problem of “a parking space was hard to nd” in modern city, the paper presented Intelligent Parking System which was designed by using RFID automatic identification technology and wireless sensor technology. The System provided the information of parking space and parking guidance service for users, guided and helped user’ s parking, improved the problem of parking.

Internet of Things(IOT); Intelligent Parking System; RFID; sensor

U29∶TP39

：A

1005-8451（2015）01-0050-03

2014-04-14

裴華艷，助教；付聚文，技術(shù)員。