張明慧　史小輝

摘 要：針對城市“停車難”問題提出了“城市級”智慧停車解決方案。該方案采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)車輛信息和停車場/泊位數(shù)據(jù)的采集與處理，基于B/S架構(gòu)設(shè)計了系統(tǒng)的軟件平臺。以西安市天悅酒店封閉停車場以及大雁塔周邊路側(cè)/路內(nèi)停車場為例，詳細(xì)說明了智慧停車系統(tǒng)在不同停車場景下的實(shí)現(xiàn)方法和工作流程，實(shí)現(xiàn)了停車場管理、停車引導(dǎo)、停車信息采集以及車位預(yù)定、查詢、導(dǎo)航等功能。西安市的具體應(yīng)用實(shí)例對文中提出的“城市級”智慧停車解決方案進(jìn)行了合理性和有效性驗(yàn)證，說明該智慧停車系統(tǒng)不僅緩解了城市停車難題，同時也為智慧城市和智慧交通的建設(shè)提供了有力支撐。

關(guān)鍵詞：智慧停車;NB-IoT;大數(shù)據(jù);智慧城市;B/S;APP

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2020）04-00-05

0 引 言

據(jù)公安部交管局公布的最新數(shù)據(jù)顯示，截至2019年6月，我國機(jī)動車保有量達(dá)3.4億輛，汽車2.5億輛。汽車保有量超過100萬輛的城市有66個，而北京、成都的汽車保有量已突破500萬輛大關(guān)。大中型城市普遍面臨交通擁堵、停車?yán)щy的問題。與機(jī)動車的快速增長形成反差的是城市停車場/

泊位的建設(shè)嚴(yán)重滯后，存在巨大的車位缺口;同時，現(xiàn)有的停車場存在車位使用率不高、人工效率低、管理混亂等問題。由此可見，針對城市智慧停車解決方案的研究可以大大緩解城市停車難、停車亂、亂收費(fèi)的現(xiàn)象，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和必要性。

本文提出的“城市級”智慧停車解決方案是將整個城市的停車場進(jìn)行統(tǒng)一物聯(lián)，每一個已接入的停車場車位數(shù)據(jù)、車輛信息實(shí)時上傳至云平臺。這些數(shù)據(jù)在云平臺進(jìn)行匯聚、存儲和分析，并且可與政務(wù)、交管、城管、公安等部門的線上平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與政府監(jiān)管，為智慧城市的建設(shè)起到推進(jìn)、促進(jìn)作用。

1 國內(nèi)外智慧停車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外智慧停車行業(yè)的發(fā)展存在明顯差異，發(fā)達(dá)國家的發(fā)達(dá)地區(qū)停車場管理電子化程度非常高，基本進(jìn)入無人收費(fèi)階段。發(fā)展中國家欠發(fā)達(dá)地區(qū)智慧停車行業(yè)處于起步階段，往往更加注重設(shè)備引進(jìn)。據(jù)2017年中國智慧停車行業(yè)大數(shù)據(jù)報告，美國、加拿大等國家相對地廣人稀，“停車難”問題較少。歐洲國家人口集中度較高，停車難問題突出，當(dāng)?shù)赝ㄟ^視頻車牌識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了停車場出入口的無人值守。日本作為亞洲發(fā)達(dá)國家，其智慧停車行業(yè)較為發(fā)達(dá)，幾乎所有停車場都實(shí)現(xiàn)了停車誘導(dǎo)、實(shí)時信息查詢、無人值守和自助繳費(fèi)。

近年來關(guān)于智慧停車的研究正處于蓬勃發(fā)展階段。愛爾蘭利默里克大學(xué)的Zhanlin Ji等人研究了面向物聯(lián)網(wǎng)智慧城市、基于云計算的停車系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)方法[1]。文中對智慧城市物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行了介紹，給出了物聯(lián)網(wǎng)智慧城市下的停車系統(tǒng)總體架構(gòu)，并深入研究了大學(xué)校園停車系統(tǒng)中服務(wù)應(yīng)用層的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性等進(jìn)行了驗(yàn)證。土耳其的Fadi Al-Turjman等人對目前應(yīng)用較多的物聯(lián)網(wǎng)城市智慧停車系統(tǒng)進(jìn)行了大量調(diào)查[2]。文章從軟硬件設(shè)計的角度對停車系統(tǒng)進(jìn)行了分類，分析了不同的傳感技術(shù)與檢測技術(shù)，強(qiáng)調(diào)了智慧停車系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可靠性、安全性、隱私性的重要性，并對新興的停車趨勢進(jìn)行了介紹。意大利的Tullio Giuffrè等人從停車管理的角度提出了智慧城市環(huán)境下停車系統(tǒng)的架構(gòu)模式[3]。Dogrua[4]等人基于土耳其伊斯坦布爾法提赫地區(qū)停車行為進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的停車管理政策。文中指出不同子區(qū)域人們的停車行為也不同，城市管理者應(yīng)根據(jù)差異制定該地區(qū)的停車政策。Sharaf等人[5]介紹了阿聯(lián)酋阿布扎比市智慧停車系統(tǒng)移動端應(yīng)用程序ADIP（Abu Dhabi Intelligent Parking）的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，對其中的算法及應(yīng)用界面進(jìn)行了說明。

國內(nèi)的專家學(xué)者、技術(shù)人員也做了很多研究工作。董玉榮[6]等人設(shè)計了基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)的城市智慧停車系統(tǒng)，文中給出了系統(tǒng)的設(shè)計框架，并對基于NB-IoT的車位檢測方法進(jìn)行了較為深入的研究，分析了該方法的實(shí)現(xiàn)流程及優(yōu)越性。丁敏[7]等人基于LoRa通信模塊對智慧停車系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計，并進(jìn)行了地磁檢測及車牌識別的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該系統(tǒng)可滿足實(shí)時性和可行性的要求。張瑋瑋[8]等人介紹了智慧停車系統(tǒng)中涉及的檢測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用、對比和總結(jié)。黃濺華[9]等人針對城市的停車難題，提出了互聯(lián)網(wǎng)+智慧停車的解決思路。

綜上所述，文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[4-7]設(shè)計了比較智能化的停車系統(tǒng)，但大多只適用于某些特定的應(yīng)用場景;文獻(xiàn)[2-3]和文獻(xiàn)[8-9]從智慧城市的背景出發(fā)，提出了智慧停車系統(tǒng)整體的解決思路或架構(gòu)，但對于實(shí)際的應(yīng)用案例研究較少。本文以智慧停車系統(tǒng)的“城市級”應(yīng)用為目標(biāo)，對智慧停車?yán)碚撨M(jìn)行分析研究;對平臺的硬件、軟件部分進(jìn)行了設(shè)計與實(shí)現(xiàn);將平臺成功應(yīng)用到西安市多個停車場景中，形成了以“城市級”概念為基礎(chǔ)的智慧停車解決方案。

2 城市級智慧停車平臺總體設(shè)計

城市級智慧停車系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計，軟件平臺采用B/S架構(gòu)，如圖1所示。該平臺作為智慧停車管理系統(tǒng)的核心，監(jiān)控管轄著所有已接入的停車場運(yùn)營情況。前端數(shù)據(jù)利用車位相機(jī)、地磁傳感器、手持終端等硬件設(shè)備采集并檢測車輛的車牌、位置等基本信息，之后將檢測到的信息上傳至云平臺。云平臺系統(tǒng)匯聚停車場所有車輛信息、運(yùn)營信息等，并通過大數(shù)據(jù)分析，為停車場管理者提供合理的經(jīng)營策略。同時，該云平臺還具有省級多方位接入管理接口，可與城市交通管理、停車管理等相關(guān)政府部門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 城市級智慧停車解決方案

城市中的停車場（停車泊位）按建筑類型和場地位置可大致分為地面停車場、地下車庫、地上車庫、立體車庫、橋下停車場、路內(nèi)/路側(cè)停車位等。文中為便于分析，將地面停車場、地下車庫、地上車庫以及橋下停車場統(tǒng)一歸類為封閉式停車場。

3.1 封閉式停車場停車方案

針對封閉式停車場，智慧停車平臺中的停車場客戶端系統(tǒng)（PMS）集成了先進(jìn)的車牌識別算法、道閘、LED語音報讀等功能，可實(shí)現(xiàn)停車場出入的綜合高效管控，其應(yīng)用場景如圖2所示。PMS端完成數(shù)據(jù)采集并上傳至云平臺，云端自動計費(fèi)，當(dāng)車輛出場時車主可提前選擇通過繳費(fèi)APP、微信公眾平臺、云閃付等線上支付方式完成停車?yán)U費(fèi)，實(shí)現(xiàn)不停車的無感出場，享受高質(zhì)量的停車服務(wù)。

系統(tǒng)運(yùn)作流程如下：

（1）車輛入場：獲取照片、車牌號和車輛入場時間，抬桿放行;

（2）電腦管理計費(fèi)：收費(fèi)管理系統(tǒng)開始計費(fèi)，并上傳車輛入場信息至云平臺;

（3）停車誘導(dǎo)：通過超聲波或者車位相機(jī)把車位狀態(tài)實(shí)時發(fā)送到收費(fèi)系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)處理后，再把剩余車位數(shù)實(shí)時推送到誘導(dǎo)屏，用戶根據(jù)誘導(dǎo)屏指示尋找車位，并停放車輛;

（4）反向?qū)ぼ嚕河脩粼诜聪驅(qū)ぼ囈惑w機(jī)中輸入車牌號，點(diǎn)擊查詢后，一體機(jī)顯示車輛照片和停放位置;

（5）離場結(jié)算：提前支付，準(zhǔn)備離場時提前付款，可實(shí)現(xiàn)無停留出場，掃碼支付出場時系統(tǒng)將檢測車牌號是否為會員、包月、包年、網(wǎng)絡(luò)支付、臨時卡，按流程處理并抬桿放行;

（6）異常處理：不進(jìn)行任何業(yè)務(wù)處理，控制道閘系統(tǒng)抬桿，用于應(yīng)對緊急狀況。

3.2 路側(cè)停車方案

目前的路側(cè)停車場基本采取刷卡式咪表對車位進(jìn)行管理，重在收費(fèi)，不能為停車誘導(dǎo)系統(tǒng)提供實(shí)時空車位信息。本文提出的路側(cè)停車方案依靠先進(jìn)視頻識別抓拍技術(shù)實(shí)時高效的捕捉識別路內(nèi)停車車牌信息，并上傳停車數(shù)據(jù)至智慧停車管理云平臺，由云平臺實(shí)現(xiàn)在停車輛的計時計費(fèi)，應(yīng)用場景如圖3所示。該方案由高位視頻相機(jī)、智慧停車管理云平臺和自主繳費(fèi)的線上支付系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)路內(nèi)停車的無人化值守，有效改善泊車管理秩序，提高道路泊位周轉(zhuǎn)率。

系統(tǒng)運(yùn)作流程如下：

（1）當(dāng)車輛駛?cè)胪＼囄粫r，槍球一體機(jī)記錄車輛行駛軌跡，鎖定并識別車牌號碼，之后自動上傳車輛停車照片至智慧停車管理云平臺，由云端計時計費(fèi);

（2）車輛駛離停車位時，識別設(shè)備捕捉離開車輛的車牌信息，并上傳數(shù)據(jù)至云平臺，云平臺自動計算該車輛對應(yīng)的停車時長及停車費(fèi)用;

（3）車主通過微信或者支付寶自主繳費(fèi)，快速離場。

3.3 立體車庫停車方案

智能立體停車庫是利用電機(jī)和鏈條驅(qū)動實(shí)現(xiàn)停車的一種方式。這種立體車庫在寸土寸金的城市中心，可以使停車位倍增，極大地緩解了城市的停車難題。立體停車庫停車方案可采用“智慧道閘+云平臺+手機(jī)APP”的組合方式，實(shí)現(xiàn)空余車位查詢、車場導(dǎo)航、提前線上自助繳費(fèi)、快速離場、申領(lǐng)發(fā)票等功能。立體停車庫應(yīng)用場景如圖4所示。

系統(tǒng)運(yùn)作流程如下：

（1）車輛入庫：車主駕駛車輛經(jīng)過入口道閘，停車場終端管理系統(tǒng)通過車牌識別攝像機(jī)獲取車牌號碼和車輛類型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后保存到本地數(shù)據(jù)庫;

（2）電腦管理計費(fèi)：上傳數(shù)據(jù)到云平臺;

（3）入庫完成：停車場終端管理系統(tǒng)向立體車庫管理系統(tǒng)發(fā)出指令，將與車輛類型對應(yīng)大小的空車位移動至指定位置，車主按照規(guī)定正常停放車輛后離開停車區(qū)域;

（4）識別取車：車主操作控制設(shè)備取車，立體車庫控制系統(tǒng)將車輛移動至指定區(qū)域;

（5）離場結(jié)算：車主駕駛車輛到出口道閘處，停車場終端管理系統(tǒng)通過車牌識別攝像機(jī)獲取車牌號碼，與該車輛的入場信息對比計算停車費(fèi)用，同時車主也可以通過微信或者移動APP在線繳費(fèi)。

4 西安市智慧停車系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

4.1 天悅國際酒店智能停車場

4.1.1 改造前停車場現(xiàn)狀

停車場為酒店自有的地面封閉式停車場，一進(jìn)一出兩個口（南進(jìn)北出），入口位于大樓南側(cè)含光路快速車道沿線，出口位于大樓北側(cè)小區(qū)路沿線。

（1）出入口都有崗?fù)ぴO(shè)備，安裝有簡易版道閘。

（2）無車牌識別系統(tǒng)，車輛出入通過人工手動放行。

（3）無收費(fèi)管理系統(tǒng)及相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施。

（4）人工操作出入放行，嚴(yán)重影響了車輛出入的速度，導(dǎo)致出入高峰期嚴(yán)重?fù)矶隆?/p>

（5）停車場每天的收費(fèi)狀況及停車詳細(xì)信息無法管理。

（6）停車場的停車位實(shí)時狀況無法及時、準(zhǔn)確、有效地告知入場停車客戶。

（7）酒店的專用車位沒有有效的管理保障措施。

4.1.2 天悅酒店智慧停車場解決方案

根據(jù)酒店停車場現(xiàn)狀，對停車場實(shí)現(xiàn)智能化管理與改造，具體方案如下：

（1）現(xiàn)有出入口安裝高清車牌識別系統(tǒng)、高速閘機(jī)、出入口語音顯示屏、智能管理終端等設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)停車場的智能化管理;

（2）由于現(xiàn)有出口為小區(qū)車輛進(jìn)出口路與北側(cè)大樓停車場出口的交匯處，因此在上下班高峰期容易導(dǎo)致本停車出口擁堵，故根據(jù)現(xiàn)場情況，在位于大樓南側(cè)的入口也設(shè)置出口，以有效緩解車輛出入的壓力;

（3）出入口設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)停車信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理;

（4）出口顯示二維碼，手機(jī)掃描快捷預(yù)繳費(fèi)用，無需停車即可快速通過，大幅提高車輛通行效率。

4.1.3 天悅酒店智慧停車系統(tǒng)

西安市智慧停車系統(tǒng)天悅酒店智能停車場管理界面如

圖5所示，包括以下功能：

（1）停車場入口、出口實(shí)現(xiàn)實(shí)時信息管理;

（2）出入口歷史信息列表包括停車狀態(tài)、車牌號碼、進(jìn)出時間、車輛類型等;

（3）停車場信息管理包括停車場名稱、總車位數(shù)、剩余車位數(shù)等;

（4）收費(fèi)信息管理包括當(dāng)前值班人員、上班時間、收費(fèi)金額等;

（5）本次計費(fèi)：出口處辦理出庫的車輛信息包括停車時間、計費(fèi)時間、計費(fèi)提示、收費(fèi)金額（收費(fèi)成功后自動抬桿）;

（6）異常處理：不進(jìn)行任何業(yè)務(wù)處理，控制道閘抬桿，用于應(yīng)對緊急狀況或入場時車牌未被識別等狀況。

4.2 曲江旅游商業(yè)區(qū)（大雁塔周邊）智慧停車場/泊位建設(shè)

4.2.1 建設(shè)內(nèi)容

西安大雁塔周邊沿線34個停車場分布如圖6所示，要求全部接入智慧停車管理云平臺，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管控，完善道路停車體系。具體功能如下：

（1）搭建智慧停車綜合管理平臺，實(shí)現(xiàn)停車數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)和共享;

（2）停車數(shù)據(jù)接入平臺，實(shí)現(xiàn)智能報表分析，輔助旅游區(qū)域停車場車位有效調(diào)控和規(guī)劃;

（3）實(shí)現(xiàn)該景點(diǎn)區(qū)域停車位查找、車位導(dǎo)航、線上自助繳費(fèi)等功能。

4.2.2 大雁塔周邊路側(cè)停車解決方案

（1）路側(cè)停車高位視頻方案

所謂高位視頻方案是指“視頻+互聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)模式，該模式在視頻違停取證技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其應(yīng)用場景如圖7所示。高位視頻方案采用高位攝像機(jī)進(jìn)行車牌識別，與移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)相結(jié)合，依靠互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時數(shù)據(jù)傳送至信息處理中心，實(shí)現(xiàn)路側(cè)停車誘導(dǎo)、自動計費(fèi)、自助電子繳費(fèi)以及停車場自動管理等功能。

（2）路側(cè)停車低位視頻方案

低位視頻方案是指通過在路側(cè)安裝視頻樁的方式來采集車輛信息。視頻樁高度約1 m，安裝位置隨距離路沿遠(yuǎn)近程度略有調(diào)整。低位視頻安裝方案示意如圖8所示。視頻樁頂部帶有攝像頭，可以對停車位上的車輛拍照、車牌識別、計算停車時間等，與高位視頻方案的區(qū)別在于前端數(shù)據(jù)的采集方式不同。

4.3 西安市智慧停車系統(tǒng)移動端APP

作為城市級整體智慧停車系統(tǒng)的用戶服務(wù)入口，市民APP及微信公眾平臺為出行者提供了諸多便利，使車主能夠及時獲知停車資訊、享受多元化的停車服務(wù)。圖9所示為西安市民APP車位查找界面與導(dǎo)航界面示意圖。車主可以通過手機(jī)APP查找附近停車場，并獲得附近停車場剩余車位數(shù)、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等信息。

5 結(jié) 語

本文基于國內(nèi)外停車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，對城市級智慧停車系統(tǒng)的設(shè)計、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的研究。針對城市中的不同類型停車場（停車泊位）提出了不同的智慧停車解決方案。城市智慧停車系統(tǒng)綜合利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)和無線通信等技術(shù)促進(jìn)城市停車信息互聯(lián)互通、盤活現(xiàn)有停車資源、提高城市停車供給能力;停車APP、收費(fèi)APP等移動終端優(yōu)化了停車服務(wù)體驗(yàn)，提高了停車場運(yùn)營收益及效率。西安市智慧停車平臺的設(shè)計研發(fā)有利于城市停車產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，對西安市的智慧城市、智慧交通建設(shè)起到了促進(jìn)作用。

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作者簡介：張明慧，博士，講師，任教于西安建筑科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，研究方向?yàn)樾履茉雌嚒?/p>

史小輝，博士，西安建筑科技大學(xué)靜態(tài)交通研究院院長，研究方向?yàn)橹腔鄢鞘徐o態(tài)交通規(guī)劃、設(shè)計與系統(tǒng)集成。