劉 坤,黃麗韶

(湖南科技學(xué)院 信息工程學(xué)院,湖南 永州 425199)

0 引言

截至2023年3月底,全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)4.2億輛,其中,汽車保有量達(dá)到3.2億輛;駕駛?cè)诉_(dá)5.1億人;每年新登記機(jī)動(dòng)車3 400多萬輛,新領(lǐng)證駕駛?cè)? 900多萬人,總量和增量均居世界首位[1]。而全國經(jīng)營性停車位1.5億個(gè),加上路側(cè)及未備案的停車位,共計(jì)約2.7億個(gè),車位缺口在1.5億個(gè)左右。因此,可大幅提升停車周轉(zhuǎn)率進(jìn)而緩解車位缺口的智慧停車場受到了市場的青睞,并處于如火如荼的快速建設(shè)階段[2]。

傳統(tǒng)停車場經(jīng)常面臨“車多位少”的困境,人工管理的效率和可靠性難以滿足管理要求[3]。在智慧城市建設(shè)中,交通出行始終是重點(diǎn)領(lǐng)域。“智慧停車”不僅是建成智慧城市的重要體現(xiàn),也是建設(shè)智慧城市的重要基石[4]。實(shí)現(xiàn)智慧城市的真正落地還需從智慧停車開始。本文設(shè)計(jì)的智能停車場管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的停車場管理不同之處在于,它能通過車牌識(shí)別、自助繳費(fèi)等功能,做到24小時(shí)無人值守、智能收費(fèi),實(shí)現(xiàn)停車的真正智能化管理。

1 分析與總體設(shè)計(jì)

通過前期調(diào)研,筆者對(duì)現(xiàn)有停車系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)分析。隨著汽車保有量的不斷增加,現(xiàn)有的停車位數(shù)量已無法滿足車主需求。為緩解這一難題,筆者開發(fā)了對(duì)同一車主一個(gè)車位多輛車進(jìn)行信息化管理系統(tǒng),即一個(gè)車主只有一個(gè)私人車位,但可綁定多輛車,此設(shè)計(jì)極大地提高了車位利用率,有助于解決停車難題。筆者設(shè)計(jì)的智慧停車系統(tǒng)以車牌識(shí)別為基礎(chǔ),建立業(yè)主、車位、車牌和臨停車輛的多層級(jí)客戶關(guān)系管理體系。該停車管理系統(tǒng)還應(yīng)與物業(yè)軟件無縫連接,與物業(yè)統(tǒng)一客戶資料、操作平臺(tái)、收銀平臺(tái)等,實(shí)現(xiàn)集中式管理收費(fèi),讓數(shù)據(jù)更及時(shí)的上傳下發(fā),雙向同步各區(qū)域車場與物業(yè)中心數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的基本框架,如圖1所示。

圖1 智慧停車系統(tǒng)

2 系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)分析

本文實(shí)現(xiàn)的智慧停車場結(jié)合了無線通信、圖像處理、大數(shù)據(jù)等技術(shù),主要包括車牌識(shí)別、車位引導(dǎo)、反向?qū)ぼ?、一鍵呼叫、大數(shù)據(jù)云端管理5大技術(shù)。

2.1 車牌識(shí)別技術(shù)

車牌識(shí)別是利用采集車輛的動(dòng)態(tài)視頻或靜態(tài)圖像進(jìn)行車牌號(hào)碼、車牌顏色的自動(dòng)模式識(shí)別技術(shù)。本文設(shè)計(jì)的智慧停車場將車牌識(shí)別設(shè)備安裝于出入口,通過記錄車輛的車牌號(hào)碼、出入時(shí)間,并與自動(dòng)門、欄桿機(jī)的控制結(jié)合,實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)計(jì)時(shí)收費(fèi)。具體方法闡述如下:筆者在系統(tǒng)中讀取圖像,先在imread函數(shù)中輸入圖片路徑;再將圖像進(jìn)行高斯去噪,去除圖像雜質(zhì)后,進(jìn)行灰度處理轉(zhuǎn)化成黑白圖;最后執(zhí)行邊緣檢測。筆者將檢測出來的車牌輪廓,使用自適應(yīng)閾值使圖像的灰度大于閾值,以便更好地提取車牌信息。

2.2 車位引導(dǎo)技術(shù)

車位引導(dǎo)技術(shù)是智能停車發(fā)展的重要相當(dāng)環(huán)節(jié),它能幫助車主快速找到停車位,避免盲目駛?cè)?有效提高交通道路利用率、緩解車輛擁堵。目前,主流的車位引導(dǎo)技術(shù)有超聲波、視頻和地磁引導(dǎo)。筆者設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過紅外對(duì)管模塊實(shí)時(shí)檢測車位是否占用;液晶實(shí)時(shí)顯示車位是否被占用、車位被占用數(shù)、空車位數(shù)。當(dāng)紅外對(duì)管檢測“有遮擋”距離近時(shí),則表示停有車輛。當(dāng)模塊檢測到前方無障礙物信號(hào)時(shí),電路板上的綠色指示燈將點(diǎn)亮電平,同時(shí),OUT端口將持續(xù)輸出低電平信號(hào)。系統(tǒng)的傳感器主控紅外線進(jìn)行反射探測,因此目標(biāo)的反射率和形狀是探測距離的關(guān)鍵。當(dāng)系統(tǒng)探測出黑色時(shí),表示探測距離最小,白色則最大;當(dāng)系統(tǒng)探測出小面積物體時(shí),表示距離較小,大面積時(shí)距離較大。

2.3 反向?qū)ぼ嚰夹g(shù)

本系統(tǒng)的反向取車功能主要通過視頻車位探測器對(duì)車輛進(jìn)行檢測。探測視頻經(jīng)由交換機(jī)傳送到識(shí)別終端,系統(tǒng)對(duì)車牌和車位等信息進(jìn)行識(shí)別后,將識(shí)別結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器上,最后分享到每一個(gè)查詢終端。筆者設(shè)計(jì)的智慧停車系統(tǒng)中的用戶,只需在查詢終端上通過輸入車牌號(hào)碼或其他相關(guān)信息就能幫助用戶盡快找到車輛停放的區(qū)域。本系統(tǒng)的定位基站是工作在2.4 GHz頻段的設(shè)備,固定安裝在定位場景中,功能是測量定位標(biāo)簽到達(dá)的角度。該定位基站的最遠(yuǎn)測量距離為80 m。另外,藍(lán)牙信標(biāo)是工作在2.4 GHz頻段的設(shè)備,主要功能是向外發(fā)送自身的信號(hào)和高精度定位標(biāo)簽通信。

2.4 一鍵呼叫及可視對(duì)講技術(shù)

一鍵呼叫及可視對(duì)講技術(shù)使管理中心云端化,這也是筆者設(shè)計(jì)的智慧停車場的優(yōu)勢(shì)所在。當(dāng)異常事件發(fā)生并有人呼叫時(shí),呼叫終端會(huì)直接呼叫到管理中心電腦和值班管理人員手機(jī)App。電腦和App都可以進(jìn)行可視對(duì)講、遠(yuǎn)程控制,克服了傳統(tǒng)運(yùn)營和維護(hù)的高成本、服務(wù)體驗(yàn)差的特點(diǎn)。

筆者設(shè)計(jì)的一鍵呼叫及可視對(duì)講包括桿載攝像頭、一鍵告警按鈕、語音通信盒等。系統(tǒng)選擇的BMG8100智能網(wǎng)關(guān)具有邊緣計(jì)算能力,支持執(zhí)行設(shè)備聯(lián)動(dòng)策略。當(dāng)用戶按下告警按鈕后,網(wǎng)關(guān)可以自動(dòng)控制桿載設(shè)備進(jìn)行以下操作。第一,系統(tǒng)將控制球機(jī)攝像頭移動(dòng)視角至燈桿附近,全程采集現(xiàn)場視頻影像。第二,系統(tǒng)將開啟語音盒的麥克風(fēng)進(jìn)行收音,記錄現(xiàn)場語音或進(jìn)行對(duì)講通信。第三,系統(tǒng)控制桿載大功率喇叭播放預(yù)設(shè)報(bào)警音頻或接通管理中心播送人工語音。第四,由于智能網(wǎng)關(guān)內(nèi)置GPS模塊,系統(tǒng)將自動(dòng)上傳GPS定位信息,向管理中心上報(bào)并實(shí)發(fā)精確地點(diǎn)。

2.5 大數(shù)據(jù)云端管理

基于對(duì)管理方與車主日常運(yùn)營數(shù)據(jù)的不斷積累,筆者設(shè)計(jì)的智能管理平臺(tái),可將客戶硬件系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),生成大數(shù)據(jù)平臺(tái),也可遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)硬件,極大提升客戶的管理效率。同時(shí),筆者設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)云端平臺(tái)還可將一定時(shí)期內(nèi)的停車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并給出相應(yīng)的決策,從而促進(jìn)用戶經(jīng)營轉(zhuǎn)型,運(yùn)營增收。

3 智慧停車場系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的智慧停車場系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的硬軟件環(huán)境闡述如下:操作系統(tǒng)為Windows10以上系統(tǒng),開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2019。視頻數(shù)據(jù)采集由ORB305-4 G工業(yè)路由器和數(shù)據(jù)無線傳輸終端組成。系統(tǒng)可以通過4 G以太網(wǎng)絡(luò)對(duì)汽車的距離、型號(hào)及車牌等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控并可實(shí)時(shí)控制阻攔裝置的開啟以及關(guān)閉。

3.1 車輛出入控制功能

車輛出入控制功能的實(shí)現(xiàn)是指當(dāng)車輛到達(dá)入口,并進(jìn)入視頻識(shí)別范圍或地感線圈檢測到信號(hào)時(shí),觸發(fā)卡口主輔攝像機(jī)進(jìn)行拍照。視頻車牌識(shí)別模塊通過視頻流自動(dòng)識(shí)別車牌號(hào)碼。視頻流識(shí)別是對(duì)視頻流中的所有圖片進(jìn)行快速分析,并智能選擇相應(yīng)圖片進(jìn)行識(shí)別。系統(tǒng)將識(shí)別出的多個(gè)車牌號(hào)進(jìn)行仔細(xì)篩選,選出較為匹配的結(jié)果作為識(shí)別結(jié)果。同時(shí),云端將數(shù)據(jù)通過有線或無線兩種形式上傳至控制中心,控制中心根據(jù)傳輸過來的消息,自動(dòng)控制道閘的升起或降落。

筆者實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)架構(gòu)中的控制單元部分采用FreescaleI.MX6 系列的四核Cortex-A9處理器核心板進(jìn)行整體控制。該核心板控制攝像頭、顯示屏幕、播放語音、抬降閘機(jī)等。另外,車位管理、車輛引導(dǎo)、計(jì)費(fèi)加密、人機(jī)交互等則通過M6708-T系列核心板進(jìn)行整體控制。

3.2 車位引導(dǎo)功能

筆者采用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)車位引導(dǎo)功能。為實(shí)現(xiàn)前端采集和檢測,筆者在每個(gè)車位安裝一個(gè)視頻車位檢測終端與一個(gè)車位狀態(tài)指示燈。兩個(gè)車位為一組,共用一個(gè)區(qū)域視頻控制器。區(qū)域視頻控制器把采集到的車位信息及車輛信息進(jìn)行識(shí)別,實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)車位指示燈切換至相應(yīng)的顏色,同時(shí)將車牌照片和車位信息通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上傳至應(yīng)用服務(wù)器,更新電子地圖并保存。每個(gè)停車場設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器用來管理本停車場的車牌圖像;通道處設(shè)置一個(gè)引導(dǎo)屏用來提示空余車位數(shù),供駕駛者尋找空車位。

3.3 移動(dòng)支付功能

為了讓車主以最便捷的方式完成停車費(fèi)繳納,筆者將微信、支付寶集成到系統(tǒng)中以完成移動(dòng)支付。用戶通過公眾號(hào)綁定車牌,準(zhǔn)備離開前,提前支付;當(dāng)用戶準(zhǔn)備離場時(shí),可以提前通過輸入車牌號(hào)查詢實(shí)時(shí)停車費(fèi)用,并在線完成繳費(fèi)。另外,筆者實(shí)現(xiàn)了用戶無感停車。當(dāng)進(jìn)入無感停車場后,不僅可以實(shí)現(xiàn)無現(xiàn)金,還可以無手機(jī)。用戶可提前在平臺(tái)進(jìn)行車牌綁定和開通無感停車。當(dāng)用戶駕車入場時(shí),通過高清攝像頭識(shí)別車牌,并自動(dòng)抬桿;用戶駕車離場時(shí),通過高清攝像頭識(shí)別車牌,自動(dòng)扣費(fèi),自動(dòng)抬桿放行。

4 結(jié)語

本文從云端智慧停車的高度進(jìn)行頂層設(shè)計(jì),以實(shí)時(shí)車位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過信息整合、數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),搭建智慧停車系統(tǒng)。該系統(tǒng)為人們的日常出行停車提供了快速引導(dǎo)、實(shí)時(shí)更新停車場信息等服務(wù),能改善局部交通微循環(huán)、緩解交通擁堵,提供更優(yōu)更好的停車服務(wù),為城市智慧交通和智慧城市的建設(shè)提供助力。