祁海祿

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所， 湖北 宜昌 443003)

隨著居民汽車保有量的快速增加， “停車難”已是普遍的“城市病”. 在有限的城市空間中， 提高現(xiàn)有停車位利用率是緩解停車問(wèn)題的重要途徑. 在互聯(lián)網(wǎng)、 物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展下， 打破駕車人和停車場(chǎng)之間信息不對(duì)稱、 提高停車位利用率的信息采集設(shè)備及系統(tǒng)， 已成為各地智慧停車建設(shè)的重要內(nèi)容[1].

全視頻免取卡停車管理系統(tǒng)在封閉式停車場(chǎng)中的應(yīng)用已非常成熟[2]， 但在開(kāi)放式停車場(chǎng)(如城市道路路側(cè)停車場(chǎng))應(yīng)用場(chǎng)景下并不是特別適用. 據(jù)2017年12月8日《北京路側(cè)停車電子收費(fèi)遭遇“成長(zhǎng)的煩惱”》文章報(bào)道， 北京市4086個(gè)路側(cè)停車電子收費(fèi)試點(diǎn)中部分路段采用的視頻樁檢測(cè)， 一個(gè)視頻樁管理一個(gè)停車位， 在實(shí)際應(yīng)用中存在共享單車擋住了視頻樁的“眼睛”、 停車不規(guī)矩?cái)z像頭拍不著等問(wèn)題， 證實(shí)全視頻類的檢測(cè)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下有很大的局限性. 2014年以來(lái)的城市路側(cè)停車應(yīng)用案例表明， 地磁檢測(cè)是目前應(yīng)用于城市道路路側(cè)停車應(yīng)用場(chǎng)景下最為廣泛的一種檢測(cè)技術(shù)， 但也存在單純依賴地磁檢測(cè)技術(shù)難以達(dá)到滿意的檢測(cè)準(zhǔn)確率的問(wèn)題.

2017年以來(lái)， 基于NB-IoT的智慧停車應(yīng)用試點(diǎn)在全國(guó)范圍內(nèi)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)， 但NB-IoT在功耗、 響應(yīng)時(shí)間實(shí)時(shí)性方面并無(wú)很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[3]. 與NB-IoT相比， ZigBee， LoRa在功耗、 響應(yīng)時(shí)間實(shí)時(shí)性方面的性能更優(yōu)， 但基于2.4 GHz的ZigBee面臨的干擾源多[4]， 在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的通信可靠性、 穩(wěn)定性較差； 基于1GHz以下的LoRa技術(shù)成熟度高， 但是在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下需要部署網(wǎng)關(guān)設(shè)備. 近3年來(lái)， 部分城市已經(jīng)建設(shè)了數(shù)萬(wàn)個(gè)路側(cè)停車位智慧管理服務(wù)系統(tǒng)， 系統(tǒng)總體架構(gòu)已經(jīng)建成并運(yùn)營(yíng)， 不適宜全盤(pán)變更設(shè)計(jì)， “車輛檢測(cè)傳感器+網(wǎng)關(guān)”仍然是已建成系統(tǒng)的剛需設(shè)備.

本文基于遠(yuǎn)距離、 低功耗、 低成本的LoRa無(wú)線擴(kuò)頻通訊技術(shù)， 設(shè)計(jì)了一套完整的停車位狀態(tài)信息采集系統(tǒng)， 旨在滿足已建成的城市停車智慧服務(wù)系統(tǒng)的續(xù)建需求， 車輛檢測(cè)傳感器同時(shí)集成地磁和雷達(dá)兩種檢測(cè)技術(shù)， 用于提高停車位占用/空閑狀態(tài)檢測(cè)準(zhǔn)確率.

1 系統(tǒng)組成及工作原理

圖 1 系統(tǒng)組成框架圖Fig.1 System composition diagram

基于LoRa的停車位狀態(tài)信息采集系統(tǒng)主要由車輛檢測(cè)傳感器、 網(wǎng)關(guān)、 前端設(shè)備管理系統(tǒng)3部分組成. 車輛檢測(cè)傳感器和網(wǎng)關(guān)共同構(gòu)成前端采集設(shè)備， 車輛檢測(cè)傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)各停車位占用/空閑狀態(tài)， 并通過(guò)LoRa無(wú)線局域網(wǎng)將停車位狀態(tài)信息傳輸至網(wǎng)關(guān)， 網(wǎng)關(guān)依托于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)4G DTU將接收到的停車位狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)至前端設(shè)備管理系統(tǒng)； 前端設(shè)備管理系統(tǒng)將接收到的停車位狀態(tài)信息進(jìn)行解析、 處理后以多種形式(web頁(yè)面、 移動(dòng)終端APP等)進(jìn)行發(fā)布， 同時(shí)可以通過(guò)規(guī)范的接口協(xié)議與城市停車管理系統(tǒng)云平臺(tái)或其他第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 如圖 1 所示.

2 前端采集設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1 車輛檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)

2.1.1 車輛檢測(cè)傳感器檢測(cè)原理

地球磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5～0.6高斯， 在一個(gè)相對(duì)廣闊的區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度基本是恒定的. 對(duì)于停車位占用/空閑狀態(tài)檢測(cè)來(lái)說(shuō)， 檢測(cè)范圍一般在6 m×2.5 m以內(nèi)， 此范圍內(nèi)的地磁場(chǎng)可視為恒定不變. 當(dāng)有鐵磁物體進(jìn)入傳感器檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)， 一定會(huì)擾動(dòng)周圍地磁場(chǎng)的分布情況. 車輛可看作是多個(gè)雙極性磁鐵組成的模型， 其前端發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪以及內(nèi)部其它鐵磁性物體會(huì)對(duì)局部地磁場(chǎng)產(chǎn)生扭曲和畸變， 地磁傳感器能夠靈敏感知到地磁信號(hào)的變化， 經(jīng)信號(hào)采集、 分析可以得到檢測(cè)目標(biāo)的特征信息.

圖 2 車輛檢測(cè)傳感器硬件電路組成框圖Fig.2 Vehicle detection sensor hardware circuit composition diagram

由于不同車輛使用的材料成分不同， 導(dǎo)致不同車輛對(duì)于地磁場(chǎng)的擾動(dòng)也不同[5]， 采用單一的地磁檢測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定概率的誤檢或漏檢的情況. 多普勒雷達(dá)傳感器可以利用多普勒效應(yīng)來(lái)探測(cè)移動(dòng)物體的存在. 車輛駛?cè)搿?駛離停車位時(shí)是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的， 可視為移動(dòng)物體， 能夠被多普勒雷達(dá)傳感器檢測(cè)到. 本文將地磁檢測(cè)和雷達(dá)檢測(cè)相結(jié)合， 以地磁檢測(cè)車輛存在性為主， 以雷達(dá)檢測(cè)車輛駛?cè)牖蝰傠x停車位時(shí)的信號(hào)特征為輔， 當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)本身偶爾出現(xiàn)短時(shí)異常波動(dòng)或停車位附近短時(shí)通過(guò)車輛時(shí)， 停車位所在區(qū)域內(nèi)的地磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)變化， 此時(shí)通過(guò)雷達(dá)傳感器檢測(cè)確認(rèn)停車位上無(wú)移動(dòng)物體的存在， 可以降低車輛檢測(cè)傳感器的誤檢率； 當(dāng)車輛對(duì)地磁場(chǎng)的擾動(dòng)較小時(shí)， 適當(dāng)降低磁場(chǎng)檢測(cè)閾值， 通過(guò)雷達(dá)傳感器檢測(cè)停車位上有移動(dòng)物體的存在， 可以降低車輛檢測(cè)傳感器的漏檢率.

2.1.2 車輛檢測(cè)傳感器硬件電路設(shè)計(jì)

車輛檢測(cè)傳感器硬件電路包括地磁傳感器電路、 雷達(dá)傳感器電路、 無(wú)線通信電路、 微控制器MCU和電源管理單元等， 其組成框圖如圖 2 所示.

1) 地磁傳感器電路設(shè)計(jì)

圖 3 HMC5983通過(guò)SPI向MCU發(fā)送地磁信號(hào)數(shù)據(jù)Fig.3 HMC5983 send geomagnetic signal data to MCU through SPI

地磁傳感器選用Honeywell公司HMC5983三軸磁阻傳感器[6]， 該傳感器采用各項(xiàng)異性磁阻(AMR)技術(shù)， 具有軸向高靈敏度和線性高精度的特點(diǎn)， 內(nèi)置溫度校準(zhǔn)， 對(duì)于溫度變化的環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)； 測(cè)量范圍±8 Oe， 自帶I2C/SPI數(shù)字接口， 本設(shè)計(jì)選用SPI通信將傳感器采集到的地磁信號(hào)發(fā)送至MCU， 如圖 3 所示.

2) 雷達(dá)傳感器電路設(shè)計(jì)

雷達(dá)傳感器選用德國(guó)InnoSenT公司推出的一款I(lǐng)PM-165單通道CW多普勒雷達(dá)傳感器. 該傳感器僅輸出中頻信號(hào)， 沒(méi)有集成信號(hào)放大器， 需要進(jìn)行信號(hào)放大、 濾波處理. IPM-165傳感器工作電流約35 mA， 對(duì)于電池供電和5 a使用時(shí)間來(lái)說(shuō)， 工作電流很大， 采取的解決方法是通過(guò)MCU控制雷達(dá)傳感器的有效工作時(shí)間， 以達(dá)到降低功耗的目的. 這就要求雷達(dá)傳感器信號(hào)處理電路具有響應(yīng)速度快、 感應(yīng)靈敏度適中的特點(diǎn). 據(jù)此設(shè)計(jì)的雷達(dá)傳感器信號(hào)處理電路如圖 4 所示. 多普勒雷達(dá)傳感器信號(hào)處理電路就是通過(guò)測(cè)量電壓信號(hào)的放大、 濾波、 比較等處理來(lái)判別停車位上是否有移動(dòng)物體.

圖 4 多普勒雷達(dá)傳感器中頻信號(hào)處理電路Fig.4 Doppler radar sensor IF signal processing circuit

3) 微控制器電路設(shè)計(jì)

MCU微控制器選用TI超低功耗微控制器MSP430G2553[7]. MSP430G2553具有一個(gè)強(qiáng)大的16 b精簡(jiǎn)指令集(RISC)CPU， 16 b寄存器和有助于獲得最大編碼效率的常數(shù)發(fā)生器， 數(shù)字控制振蕩器(DCO)可在不到1 μs的時(shí)間里完成從低功耗模式至運(yùn)行模式的喚醒. MCU微控制器分別通過(guò)采集到的磁阻傳感器和雷達(dá)傳感器電壓信號(hào)的變化來(lái)綜合判別停車位占用/空閑狀態(tài)的變化， 并通過(guò)電源管理單元控制各部分電路的工作.

4) 無(wú)線通信電路設(shè)計(jì)

無(wú)線通信模塊選用基于SX1278設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的安美通APC340模塊. APC340無(wú)線通信模塊基于LoRa擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸， 支持420～510 MHz頻譜范圍內(nèi)的可靠通信， 覆蓋 433 MHz, 470 MHz, 490 MHz等免費(fèi)頻段， 體積小、 功耗低， 性能高， 適合集成于車輛檢測(cè)傳感器電路中. MCU通過(guò)TTL串口與APC340模塊進(jìn)行連接， 根據(jù)停車位狀態(tài)數(shù)據(jù)變化情況， 實(shí)時(shí)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送停車位占用/空閑狀態(tài)信息.

2.1.3 車輛檢測(cè)傳感器嵌入式軟件設(shè)計(jì)

按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想， 將系統(tǒng)功能分解成各個(gè)可執(zhí)行的最小功能模塊， 每個(gè)可執(zhí)行的最小模塊由一個(gè)封裝函數(shù)來(lái)完成， 再通過(guò)主函數(shù)的調(diào)用， 完成既定的系統(tǒng)功能. 根據(jù)車輛檢測(cè)傳感器的功能要求， 嵌入式軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能： ① 定時(shí)啟動(dòng)多普勒雷達(dá)檢測(cè)停車位上是否有車輛駛?cè)牖蝰傠x； 如果有車輛駛?cè)牖蝰傠x， 則啟動(dòng)地磁檢測(cè)并進(jìn)行計(jì)算分析. ② 在對(duì)采集的地磁信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)， 與當(dāng)前設(shè)定的閾值比較， 進(jìn)而判別當(dāng)前停車位的狀態(tài). 如果采集到的地磁信號(hào)超過(guò)設(shè)定的閾值， 表明停車位當(dāng)前狀態(tài)為占用； 反之， 表明停車位當(dāng)前狀態(tài)為空閑. ③ 實(shí)時(shí)更新被檢測(cè)停車位當(dāng)前狀態(tài)， 并控制LoRa通信模塊及時(shí)向網(wǎng)關(guān)無(wú)線發(fā)送當(dāng)前停車位狀態(tài)信息. ④ 特別地， 當(dāng)多普勒雷達(dá)檢測(cè)停車位上無(wú)車輛駛?cè)牖蝰傠x， 且地磁檢測(cè)判別當(dāng)前停車位狀態(tài)為空閑， 則自適應(yīng)校正更新地磁檢測(cè)基準(zhǔn)值， 以抵消車輛檢測(cè)傳感器周圍地球磁場(chǎng)的持續(xù)微小變化.

車輛檢測(cè)傳感器主程序流程如圖 5 所示. 整個(gè)程序可分為系統(tǒng)初始化程序、 多普勒雷達(dá)定時(shí)掃描程序、 地磁信號(hào)采集程序、 停車位狀態(tài)綜合解算判別程序、 TTL串口通訊程序等. 本文將多普勒雷達(dá)的定時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)和地磁信號(hào)的靜態(tài)檢測(cè)相結(jié)合， 以準(zhǔn)確捕捉車輛駛?cè)牖蝰傠x停車位時(shí)的信號(hào)特征為判別參數(shù)， 有效提高了車輛檢測(cè)傳感器的檢測(cè)準(zhǔn)確率.

圖 5 車輛檢測(cè)傳感器主程序流程圖Fig.5 Vehicle detection sensor main program flow chart

2.2 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

2.2.1 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)硬件電路包括供電電源單元、 MCU綜合處理單元、 LoRa無(wú)線通信電路、 4G DTU通信電路和SD卡存儲(chǔ)電路等， 其組成框圖如圖 6 所示.

圖 6 網(wǎng)關(guān)硬件電路組成框圖Fig.6 Gateway hardware circuit composition diagram

網(wǎng)關(guān)采用模塊化設(shè)計(jì)， 具備以下功能： ① 無(wú)線接收車輛檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)發(fā)送的停車位狀態(tài)信息和設(shè)備狀態(tài)信息. ② 實(shí)時(shí)向前端設(shè)備管理系統(tǒng)發(fā)送停車位狀態(tài)信息和前端設(shè)備狀態(tài)信息. ③ 當(dāng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(3G/4G)出現(xiàn)故障， 導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)與前端設(shè)備管理系統(tǒng)斷開(kāi)連接時(shí)， 自動(dòng)保存停車位狀態(tài)信息； 當(dāng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(3G/4G)恢復(fù)正常， 網(wǎng)關(guān)與前端設(shè)備管理系統(tǒng)恢復(fù)連接時(shí)， 自動(dòng)讀取SD卡內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)， 并向前端設(shè)備管理系統(tǒng)補(bǔ)發(fā)停車位狀態(tài)信息. ④ 可同時(shí)接入市電供電和太陽(yáng)能供電， 自動(dòng)優(yōu)先選擇太陽(yáng)能供電； 也可單獨(dú)接入市電供電或太陽(yáng)能供電. ⑤ 可對(duì)備用鋰電池組進(jìn)行充放電管理.

2.2.2 網(wǎng)關(guān)嵌入式軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)網(wǎng)關(guān)的功能要求， 嵌入式軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能： ① 實(shí)時(shí)接收車輛檢測(cè)傳感器發(fā)送的停車位狀態(tài)信息或設(shè)備狀態(tài)信息. ② 當(dāng)4G DTU與前端設(shè)備管理系統(tǒng)處于連接狀態(tài)時(shí)， 實(shí)時(shí)將停車位狀態(tài)信息或設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)送至前端設(shè)備管理系統(tǒng)； 當(dāng)4G DTU與前端設(shè)備管理系統(tǒng)處于斷開(kāi)或正在連接狀態(tài)時(shí)， 暫時(shí)將接收到的停車位狀態(tài)信息寫(xiě)入SD卡保存； 當(dāng)4G DTU與前端設(shè)備管理系統(tǒng)恢復(fù)連接時(shí)， 先從SD卡中讀取已存儲(chǔ)的歷史停車位狀態(tài)數(shù)據(jù)， 補(bǔ)發(fā)至前端設(shè)備管理系統(tǒng)， 然后刪除SD卡中已讀取過(guò)的數(shù)據(jù).

網(wǎng)關(guān)主程序流程如圖 7 所示. 整個(gè)程序可分為系統(tǒng)初始化程序、 無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)接收程序、 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)送程序、 SD卡數(shù)據(jù)讀寫(xiě)程序、 串口通訊程序等.

3 前端設(shè)備管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

前端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(3G/4G)傳輸至后臺(tái)服務(wù)器的通信鏈路示意圖如圖 8 所示， 后臺(tái)服務(wù)器用于部署前端設(shè)備管理系統(tǒng)軟件. 前端設(shè)備管理系統(tǒng)軟件的主要功能是接收數(shù)據(jù)報(bào)文， 并解析報(bào)文， 得到原始數(shù)據(jù)， 將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)， 再根據(jù)使用需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理、 信息發(fā)布或數(shù)據(jù)交換等.

圖 8 數(shù)據(jù)傳輸4G通信鏈路示意圖Fig.8 Data transmission 4G communication link diagram

前端設(shè)備管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)選用了較為流行的基于Windows平臺(tái)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境Visual Studio 2015. Visual Studio 2015是一套基于組件的軟件開(kāi)發(fā)工具， 可用于構(gòu)建功能強(qiáng)大、 性能出眾的應(yīng)用程序， 支持跨平臺(tái)移動(dòng)開(kāi)發(fā)、 web開(kāi)發(fā)和云開(kāi)發(fā)等.

前端設(shè)備管理系統(tǒng)軟件與網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用TCP通訊協(xié)議， 軟件主要實(shí)現(xiàn)以下3個(gè)功能：

1) 接收數(shù)據(jù)報(bào)文

前端設(shè)備管理系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)報(bào)文通過(guò)Socket(套接字)類來(lái)實(shí)現(xiàn)， 服務(wù)器端啟動(dòng)并監(jiān)聽(tīng)客戶端連接的過(guò)程為：

① 創(chuàng)建一個(gè)Socket套接字；

② 把創(chuàng)建的Socket套接字與本地IP、 端口號(hào)綁定；

③ 設(shè)置Socket套接字為監(jiān)聽(tīng)模式；

④ 在Socket套接字上接收客戶端的接入請(qǐng)求.

2) 解析數(shù)據(jù)報(bào)文

前端設(shè)備管理系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)報(bào)文包括停車位狀態(tài)數(shù)據(jù)包、 車輛檢測(cè)傳感器心跳包和網(wǎng)關(guān)心跳包3種. 停車位狀態(tài)數(shù)據(jù)包主要包括車輛檢測(cè)器編號(hào)、 電量、 無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度， 停車位狀態(tài)信息及狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等； 車輛檢測(cè)傳感器心跳包主要包括車輛檢測(cè)傳感器編號(hào)、 電量、 無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度， 車輛檢測(cè)傳感器運(yùn)行狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息等； 網(wǎng)關(guān)心跳包主要包括網(wǎng)關(guān)編號(hào)、 電量、 4G信號(hào)強(qiáng)度、 網(wǎng)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息等.

根據(jù)約定的報(bào)文協(xié)議將16進(jìn)制的數(shù)據(jù)報(bào)文解析為具有物理意義的量值.

3) 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

前端設(shè)備管理系統(tǒng)將解析后的數(shù)據(jù)報(bào)文存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中， 根據(jù)使用需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)并調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù).

4) 發(fā)布信息

為了便于數(shù)據(jù)查看， 將停車位狀態(tài)數(shù)據(jù)及設(shè)備心跳數(shù)據(jù)解析、 存儲(chǔ)后， 按照用戶的需求訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)并讀取相關(guān)數(shù)據(jù)， 發(fā)布于web頁(yè)面， 生成各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表， 使得停車位的狀態(tài)信息、 車輛檢測(cè)傳感器和網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)信息可以一目了然地了解到.

4 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果

本次實(shí)裝測(cè)試環(huán)境位于單位內(nèi)部一段連續(xù)路側(cè)停車場(chǎng)， 共11個(gè)“一”字形停車位， 停車位規(guī)格為5.3 m×2.2 m， 總長(zhǎng)約59 m， 如圖 9 所示. 車輛檢測(cè)傳感器經(jīng)室內(nèi)調(diào)試、 裝配好以后， 選用了編號(hào)為01#～11# 共11個(gè)車輛檢測(cè)傳感器安裝于路側(cè)停車位幾何中心位置， 并用環(huán)氧樹(shù)脂灌封.

圖 9 車輛檢測(cè)傳感器測(cè)試環(huán)境及現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)拍圖Fig.9 Vehicle detection sensor test environment and site installation photograph

自2015年8月13日至10月12日期間觀測(cè)了16 d， 共計(jì)561次觀測(cè)樣本， 漏檢2次， 檢測(cè)準(zhǔn)確率為99.64%. 559次正確檢測(cè)樣本中， 有3次是雷達(dá)檢測(cè)發(fā)揮了作用， 也就是說(shuō)， 如果沒(méi)有增加雷達(dá)檢測(cè)， 會(huì)多出現(xiàn)2次誤檢、 1次漏檢的問(wèn)題； 因?yàn)樵黾恿死走_(dá)檢測(cè)， 觀測(cè)統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)的車輛檢測(cè)準(zhǔn)確率提高了0.53%. 這16 d的觀測(cè)數(shù)據(jù)如表 1 所示. 觀測(cè)方法為： 每天上午、 中午、 下午、 傍晚隨機(jī)觀測(cè)， 每次觀測(cè)時(shí)間約30 min， 觀測(cè)每個(gè)停車位的使用狀態(tài)與前端設(shè)備管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否相符， 并做記錄. 在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)， 同一個(gè)停車位有多次車位狀態(tài)變化， 按停車位實(shí)際狀態(tài)變化次數(shù)計(jì)算并記錄.

表 1 11個(gè)停車位的使用狀態(tài)觀測(cè)記錄

基于LoRa的停車位狀態(tài)信息采集系統(tǒng)經(jīng)設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)、 測(cè)試后， 已成功安裝于某省會(huì)城市的道路智慧停車系統(tǒng)項(xiàng)目中， 如圖 10 所示.

圖 10 某省會(huì)城市道路智慧停車系統(tǒng)前端采集設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)拍圖Fig.10 A provincial city road wisdom parking system front-end acquisition equipment site installation photograph

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)自現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行一年多以來(lái)， 運(yùn)行效果良好. 前端設(shè)備管理系統(tǒng)通過(guò)規(guī)范的API接口與城市停車管理系統(tǒng)云平臺(tái)連接， 城市停車管理系統(tǒng)云平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)站、 巡檢PDA等方式進(jìn)行信息發(fā)布； 前端采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集停車位狀態(tài)信息， 摘取2017年8月1日～2017年9月30日的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下的檢測(cè)準(zhǔn)確率高于96%(此統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)未剔除停車不規(guī)范、 停車位附近環(huán)境突變等客觀因素的影響).

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以城市道路停車智慧管理服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際需求為牽引， 設(shè)計(jì)了一套基于LoRa的停車位狀態(tài)信息采集系統(tǒng)， 重點(diǎn)闡述了車輛檢測(cè)傳感器的設(shè)計(jì). 車輛檢測(cè)傳感器在設(shè)計(jì)上同時(shí)集成了地磁和雷達(dá)兩種探測(cè)技術(shù)， 以地磁檢測(cè)車輛存在性為主， 以雷達(dá)檢測(cè)車輛駛?cè)牖蝰傠x停車位時(shí)的信號(hào)特征為輔， 可以減少車輛持續(xù)停車過(guò)程中的跳變現(xiàn)象和降低鄰近短時(shí)間通過(guò)車輛的影響， 有效降低了車輛檢測(cè)傳感器的誤檢率和漏檢率. 實(shí)裝測(cè)試和應(yīng)用表明： 本文所設(shè)計(jì)的停車位狀態(tài)信息采集系統(tǒng)具有較高的檢測(cè)準(zhǔn)確性和可靠性， 適合應(yīng)用于城市道路停車管理系統(tǒng)中.

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