石新軍，李云玲（武警廣州指揮學(xué)院，廣東 廣州 510440）

科技與應(yīng)用

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)管理系統(tǒng)研究

石新軍，李云玲
（武警廣州指揮學(xué)院，廣東 廣州 510440）

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)的停車(chē)場(chǎng)車(chē)輛智能導(dǎo)航系統(tǒng)方案，利用高性能的ZigBee通信芯片CC2530與超聲波傳感器相連接，構(gòu)造出車(chē)位檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)車(chē)位檢測(cè)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)自組網(wǎng)的方式構(gòu)造覆蓋整個(gè)停車(chē)場(chǎng)的ZigBee數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)停車(chē)位的占用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提高在停車(chē)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境下車(chē)輛導(dǎo)航的效率。

物聯(lián)網(wǎng)；智能停車(chē)；車(chē)位引導(dǎo)

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，國(guó)內(nèi)的城市交通機(jī)動(dòng)化進(jìn)程加快，“停車(chē)難”已經(jīng)成為制約各大城市發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。因此，正確處理好車(chē)輛停放的問(wèn)題，對(duì)解決道路交通擁堵、減少交通事故、提高道路通行能力等都有非常重要的意義。本文研究利用物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)對(duì)停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)改造，提升停車(chē)場(chǎng)管理的智能化、自動(dòng)化、安全性和人性化程度，并對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行探討。

1　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

“物聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Things），指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)［1］。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，系統(tǒng)可以自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。“物聯(lián)網(wǎng)”是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特性決定了物聯(lián)網(wǎng)將在各行各業(yè)都具有十分廣闊的應(yīng)用空間，就交通領(lǐng)域而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入可以實(shí)現(xiàn)交通的智能化。

停車(chē)場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)車(chē)位引導(dǎo)系統(tǒng)是典型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，在停車(chē)場(chǎng)內(nèi)每個(gè)泊位上布設(shè)傳感設(shè)備以實(shí)時(shí)采集車(chē)位占用信息，并通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將每個(gè)車(chē)位的占用信息傳送到數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的停車(chē)誘導(dǎo)規(guī)則計(jì)算最佳泊位及相應(yīng)泊車(chē)路線，將車(chē)位占用信息及系統(tǒng)推薦的最佳泊位信息發(fā)布到停車(chē)場(chǎng)的各個(gè)LED車(chē)位引導(dǎo)屏、用戶手持或車(chē)載終端等設(shè)備，引導(dǎo)停車(chē)者沿最優(yōu)泊車(chē)路徑泊車(chē)入位?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)具備的全面感知、可靠傳送、智能處理三大特征，盡可能地為用戶提供更加便利快捷的停車(chē)服務(wù)，使車(chē)輛出入控制、車(chē)輛管理、收費(fèi)管理以及車(chē)輛引導(dǎo)等更加智能化，提高了出行效率，從一定程度上緩解了城市停車(chē)難的問(wèn)題。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能停車(chē)場(chǎng)各子系統(tǒng)應(yīng)用與功能實(shí)現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是將實(shí)體物理基礎(chǔ)設(shè)施和虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相融合，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人之間的信息獲取、傳輸、存儲(chǔ)、融合及使用。物聯(lián)網(wǎng)的特征在于感知識(shí)別、通信傳輸以及智能控制的完美銜接。智能停車(chē)管理系統(tǒng)是通過(guò)射頻識(shí)別、智能無(wú)線傳感、視頻識(shí)別、獲取的車(chē)輛數(shù)據(jù)信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將數(shù)據(jù)信息傳輸、存儲(chǔ)到綜合決策終端，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、信息整合處理，從而建立完善的智能停車(chē)管理系統(tǒng)。主要采用的技術(shù)手段如下。

圖1　智能停車(chē)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1）射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)車(chē)輛出入庫(kù)的動(dòng)態(tài)智能管理。RFID技術(shù)是一種非接觸式識(shí)別技術(shù)，它是通過(guò)利用無(wú)線射頻信號(hào)的空間耦合或反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的自動(dòng)識(shí)別和對(duì)數(shù)據(jù)的獲取。RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中讓物體“開(kāi)口說(shuō)話”的關(guān)鍵技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)中，通過(guò)EPC編碼，使規(guī)范且具有共享性的信息存儲(chǔ)于RFID標(biāo)簽上，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將信息采集到信息中心，完成對(duì)“物”的識(shí)別。一般來(lái)講，RFID系統(tǒng)主要包括以下三部分：讀寫(xiě)器、電子標(biāo)簽和天線。讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽以天線為媒介進(jìn)行信息交流、通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)信息的讀取與識(shí)別?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)相比，采用先進(jìn)的射頻技術(shù)完成對(duì)車(chē)中預(yù)制卡片與主機(jī)的信息交換，用于完成車(chē)輛信息識(shí)別和收費(fèi)等一系列服務(wù)，系統(tǒng)可在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛識(shí)別、出入庫(kù)管理、智能化計(jì)費(fèi)和收費(fèi)等系列服務(wù)。具體如圖2所示，采用RFID技術(shù)后，停車(chē)場(chǎng)真正實(shí)現(xiàn)不停車(chē)收費(fèi)管理，相比傳統(tǒng)管理模式，提高停車(chē)場(chǎng)用戶的通行效率，提升業(yè)主對(duì)停車(chē)場(chǎng)服務(wù)的滿意度。

2）智能超聲傳感技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)車(chē)位信息智能探測(cè)與監(jiān)控。車(chē)位探測(cè)是智能停車(chē)場(chǎng)的關(guān)鍵終端節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)車(chē)位信息采集設(shè)備主要有：環(huán)形線圈、紅外、微波、超聲波等檢測(cè)器等。本系統(tǒng)利用技術(shù)成熟、方便安裝壓電超聲波傳感器作為車(chē)位占用信息檢測(cè)終端，利用超聲傳感器所探測(cè)到的距離變化判斷停車(chē)位是否空閑［2］。

圖2　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的RFID識(shí)別系統(tǒng)

由于天氣環(huán)境變化的因素對(duì)超聲波測(cè)距的影響很大，為了提高超聲波車(chē)位檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)精度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償電路，采用CC2530的單片機(jī)內(nèi)核作為微控制器，超聲波車(chē)位檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的包括了CC2530處理器、超聲波傳感器、溫度補(bǔ)償?shù)热齻€(gè)模塊，超聲波檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)框圖如圖3所示。最后，數(shù)據(jù)信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信與管理平臺(tái)互聯(lián)互通，將車(chē)位的占用信息定位到具體的單個(gè)車(chē)位，實(shí)時(shí)發(fā)布停車(chē)場(chǎng)剩余車(chē)位信息，單個(gè)車(chē)位的占用信息并配合方向指示引導(dǎo)車(chē)輛快捷、高效的到達(dá)空位泊車(chē)。

3）物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)信息雙向智能傳遞。物聯(lián)網(wǎng)是新興的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，系統(tǒng)中的智能傳感器采集實(shí)現(xiàn)信息采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南葲Q條件是網(wǎng)絡(luò)的存在。但是傳感器本身數(shù)量龐大，加之其數(shù)據(jù)采集和更新的過(guò)程中會(huì)不斷以數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)方式占用大量存儲(chǔ)空間，這就形成了大的超出想象的數(shù)據(jù)庫(kù)。而且數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程，對(duì)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性提出了近乎苛刻的要求，所以，數(shù)據(jù)傳輸必須要可以適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議?，F(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)一般有WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)、GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等一系列無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。在執(zhí)行IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的Zigbee技術(shù)，具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，是一門(mén)新興的技術(shù)，是目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首選技術(shù)之一［3-4］。

圖3　超聲波車(chē)位檢測(cè)節(jié)點(diǎn)模塊

如圖4所示，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信采用物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的搭建，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，使超聲波傳感器對(duì)車(chē)輛占位的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迅速、可靠的傳輸。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備是系統(tǒng)的核心部件，終端節(jié)點(diǎn)的主要功能是接收主機(jī)服務(wù)器發(fā)送的控制信號(hào)，對(duì)傳感器收集到的類型信號(hào)進(jìn)行打包后發(fā)送到協(xié)調(diào)器進(jìn)行進(jìn)一步的處理加工。而相應(yīng)地，協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)中的功能和職責(zé)比較繁重，不但需要建立并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，而且在接收到終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包后，需要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析、校驗(yàn)和數(shù)據(jù)提取，在數(shù)據(jù)無(wú)誤后經(jīng)由串口將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)服務(wù)器。

3　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)場(chǎng)車(chē)位智能引導(dǎo)

圖4　傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備框圖

智能停車(chē)場(chǎng)主要包含工作站子系統(tǒng)、發(fā)卡子系統(tǒng)、車(chē)位引導(dǎo)子系統(tǒng)、圖像識(shí)別子系統(tǒng)、出入口子系統(tǒng)以及其他集成外設(shè)組成。本著易于擴(kuò)展、接口通用的原則，在組網(wǎng)規(guī)劃上，各子系統(tǒng)之間采用以太網(wǎng)匯聚交換機(jī)連接，采用ODBC（Open Database Connectivity）開(kāi)放分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間的綜合數(shù)據(jù)共享、信息交互，應(yīng)用程序通過(guò)ODBC訪問(wèn)多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。利用物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力，將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)采集到的停車(chē)場(chǎng)車(chē)位使用情況的信息加工處理成有效信息向停車(chē)者提供，如剩余泊位情況、優(yōu)選停車(chē)位方案等。如圖5所示，利用物聯(lián)網(wǎng)中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)、3G網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)保證信息快速、及時(shí)、準(zhǔn)確的傳輸。用戶則可以通過(guò)手機(jī)或ipad、車(chē)載導(dǎo)航裝置等進(jìn)入停車(chē)系統(tǒng)，輸入想要停車(chē)的區(qū)域，看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)車(chē)位分布，推薦路線等相關(guān)信息，然后選擇性的進(jìn)行停車(chē)，對(duì)進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)的車(chē)輛進(jìn)行智能引導(dǎo)，方便車(chē)主快速、有效的找到空位，構(gòu)建出一個(gè)全新的高效智能停車(chē)場(chǎng)引導(dǎo)系統(tǒng)［5-6］。

圖5　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車(chē)位引導(dǎo)系統(tǒng)

4　小結(jié)

本文針對(duì)智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)全面感知、可靠傳送、智能處理的需求，從技術(shù)手段方面研究了射頻識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車(chē)引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行初步探討。研究表明，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、聯(lián)動(dòng)、可視化的管理優(yōu)勢(shì)，能夠滿足用戶個(gè)性化的需求，為用戶提供便利的停車(chē)服務(wù)。

［1］李宏俠，王娜，童瑋，等.物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2012（8）：37-40.

［2］趙廣濤，程蔭杭.基于超聲波傳感器的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006（1）：129-130.

［3］凌志浩，周怡顫，鄭麗國(guó).ZigBee無(wú)線通信技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，32 （7）：801-805.

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［5］周志勇.城市停車(chē)誘導(dǎo)信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)模型研究［D］.南京：東南大學(xué)，2004.

［6］陳峻.城市停車(chē)設(shè)施規(guī)劃方法與信息誘導(dǎo)技術(shù)［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2007.

［責(zé)任編輯：吳卓］

A Study of the Intelligent Parking System Based on the Internet of Things

SHI Xinjun，LI Yunling
（Guangzhou Command College of Armed Police Force，Guangzhou Guangdong 510440，China）

This paper proposes an intelligent navigation system for vehicle parking based on ZigBee communication chip CC2530，which is connected with ultrasonic sensors to construct parking detection nodes.Each node can detect parking spaces，then transmit the data by means of ad-hoc network covering the entire parking area，and thus improve vehicle navigation efficiency in complex environment.

the Internet of Things；intelligent parking；intelligent navigation

TP391.44；U495

A

1672-6138（2015）02-0009-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2015.02.003

2014-12-08

石新軍（1974—），男，陜西洛南人，副教授，碩士，研究方向：模擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用開(kāi)發(fā)和管理。