蘇世雄，馬新華

（西安航空學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710077）

隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化、國(guó)際化的快速發(fā)展，居民生活水平不斷提高，城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量急劇增加，公共場(chǎng)所停車(chē)[1]問(wèn)題已成為城市發(fā)展亟須解決的重要問(wèn)題之一。為了解決停車(chē)難的問(wèn)題，政府投入了大量的資源，例如新建停車(chē)場(chǎng)、規(guī)劃更多的道路泊車(chē)位等，但是這種簡(jiǎn)單的投入并不能有效解決停車(chē)難問(wèn)題[2]。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和停車(chē)場(chǎng)管理相結(jié)合，建立智能化的停車(chē)管理系統(tǒng)是解決用戶(hù)停車(chē)難，提高城市停車(chē)位使用率的有效方式之一。因此，智能化停車(chē)管理系統(tǒng)[3]是停車(chē)場(chǎng)未來(lái)發(fā)展的方向，它將實(shí)現(xiàn)停車(chē)設(shè)施資源利用率最大化，在一定程度上緩解城市停車(chē)難和“城市交通病”的困擾，同時(shí)將大大促進(jìn)智慧城市的建設(shè)，進(jìn)一步提升城市品質(zhì)和管理服務(wù)水平[4-6]。

為了解決停車(chē)難和車(chē)位信息不共享等問(wèn)題，本文基于物聯(lián)網(wǎng)模式，綜合運(yùn)用ZigBee 技術(shù)、地磁傳感器、移動(dòng)支付技術(shù)等，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車(chē)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)在車(chē)位上安裝地磁傳感器實(shí)時(shí)采集停車(chē)位狀態(tài)，采用ZigBee 組網(wǎng)技術(shù)組建無(wú)線傳感網(wǎng)，將停車(chē)位狀態(tài)信息發(fā)送給云服務(wù)器，匯聚城市中各停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息。用戶(hù)和停車(chē)場(chǎng)管理員可以通過(guò)終端隨時(shí)上網(wǎng)查詢(xún)目標(biāo)停車(chē)場(chǎng)車(chē)位的狀態(tài)信息[7]，選擇合適的停車(chē)場(chǎng)及停車(chē)位，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有停車(chē)位信息共享及最大利用率，并且減少司機(jī)開(kāi)車(chē)?yán)@行距離，浪費(fèi)停車(chē)時(shí)間，緩解交通壓力。

1 系統(tǒng)整體框架

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)模式架構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息采集傳輸層、信息處理層及信息發(fā)布層組成，具備車(chē)位狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程查詢(xún)功能，系統(tǒng)整體框架如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

1.1 車(chē)位采集傳輸層

該層的功能是實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)停車(chē)位的狀況。根據(jù)停車(chē)位狀態(tài)采用地磁傳感器檢測(cè)車(chē)位上是否有車(chē)輛停靠。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)初步處理以后，通過(guò)ZigBee 無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到信息處理層的ZigBee 協(xié)調(diào)器。

1.2 信息處理層

該層的功能是對(duì)車(chē)位狀態(tài)信息進(jìn)行匯聚、分析與處理。ZigBee 協(xié)調(diào)器通過(guò)串口與各停車(chē)場(chǎng)PC 機(jī)相連，并將匯聚的信息發(fā)送給各停車(chē)場(chǎng)服務(wù)器，之后各服務(wù)器將數(shù)據(jù)通過(guò) CAN 總線發(fā)布在與之相連的附近的OLED 顯示屏，與此同時(shí)，該信息會(huì)通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送給云服務(wù)平臺(tái)，云服務(wù)平臺(tái)對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、分析與處理。傳統(tǒng)的信息更新采用時(shí)間間隔刷新的方式，這種方式會(huì)導(dǎo)致信息不及時(shí)，為了提高系統(tǒng)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)采用的信息傳送方式為事件觸發(fā)方式，即當(dāng)車(chē)位狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)才上傳信息。

1.3 信息發(fā)布層

該層的功能是對(duì)匯聚處理之后的信息進(jìn)行發(fā)布。本文提出2 種發(fā)布方式：主動(dòng)發(fā)布和被動(dòng)發(fā)布，該內(nèi)容在后文中介紹，此處不再贅述。

2 硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1 車(chē)位信息采集設(shè)計(jì)

本文地磁傳感器采用停車(chē)場(chǎng)專(zhuān)用DC-1 型地磁傳感器，該傳感器利用車(chē)輛通過(guò)時(shí)對(duì)地球磁場(chǎng)的影響來(lái)完成車(chē)輛檢測(cè)，與地埋式線圈、光電管、紅外探頭、超聲波傳感器相比，該傳感器具有耗電低、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)[8]。與此同時(shí)，隨著創(chuàng)客空間的發(fā)展，特別是Arduino 系列[9]開(kāi)發(fā)板的推廣，使得越來(lái)越多的創(chuàng)新不再關(guān)注開(kāi)發(fā)，而更多地關(guān)注創(chuàng)意，因此，終端節(jié)點(diǎn)的MCU 采用Arduino，使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)更簡(jiǎn)單、便捷、靈活并且成本較低。由于地磁傳感器輸出為數(shù)字信號(hào)，因此，可以直接與Arduino 擴(kuò)展板X(qián)Bee 的I/O 口相連，XBee 的數(shù)字引腳與地磁傳感器的輸出管腳相連，當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入車(chē)位后，地磁傳感器輸出引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，離開(kāi)之后重新恢復(fù)高電平，Arduino 通過(guò)電平的高低判斷停車(chē)位的狀態(tài)，然后將車(chē)位狀態(tài)信息通過(guò)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器。結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 車(chē)位采集模塊結(jié)構(gòu)

為了防止外部事件干擾，提高停車(chē)位狀態(tài)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，通過(guò)延時(shí)的方式多次檢測(cè)停車(chē)位狀態(tài)，從而判定車(chē)位狀態(tài)是否變化，若車(chē)位狀態(tài)有變化，則上報(bào)事件，從而更新OLED 顯示屏和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，提高整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

2.2 信息發(fā)布

信息發(fā)布主要負(fù)責(zé)及時(shí)更新各個(gè)停車(chē)場(chǎng)車(chē)位狀態(tài)信息，例如停車(chē)場(chǎng)名稱(chēng)、總車(chē)位數(shù)、當(dāng)前剩余車(chē)位數(shù)等信息。本文提出2 種發(fā)布方式，主動(dòng)發(fā)布和被動(dòng)發(fā)布。主動(dòng)發(fā)布方式是指用戶(hù)不需要登錄專(zhuān)門(mén)的App 軟件或微信小程序軟件，而是通過(guò)停車(chē)場(chǎng)周?chē)浇碾娮悠翆?shí)時(shí)顯示狀態(tài)信息，例如傳統(tǒng)發(fā)布信息的方式，用OLED 屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的車(chē)位信息；被動(dòng)發(fā)布方式是指用戶(hù)需要通過(guò)手機(jī)終端登錄專(zhuān)門(mén)的停車(chē)管理系統(tǒng)App 或微信小程序軟件查詢(xún)各停車(chē)場(chǎng)狀態(tài)，以此獲得相關(guān)車(chē)位信息，例如開(kāi)發(fā)一款A(yù)pp 軟件或微信小程序，通過(guò)輸入目的地址信息查詢(xún)其附近停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位狀況、收費(fèi)情況以及顯示導(dǎo)航等功能。

3 軟件模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括2 部分：車(chē)位狀態(tài)采集傳輸層軟件設(shè)計(jì)和車(chē)位狀態(tài)信息查詢(xún)、收費(fèi)及導(dǎo)航功能。

3.1 車(chē)位狀態(tài)采集傳輸層軟件設(shè)計(jì)

本文中ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和傳感器數(shù)據(jù)采集傳輸功能的開(kāi)發(fā)采用TI 公司的Z-Stack 協(xié)議棧[10]，自組網(wǎng)絡(luò)由與計(jì)算機(jī)通過(guò)串口連接的ZigBee 協(xié)調(diào)器創(chuàng)建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。為了確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本文將采集分為2 次，當(dāng)2 次采集都為低電平，才確認(rèn)為車(chē)位被占用，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。軟件檢測(cè)流程如圖3 所示。

圖3 車(chē)位信息采集軟件流程圖

3.2 車(chē)位狀態(tài)信息查詢(xún)App 設(shè)計(jì)

本文將車(chē)位查詢(xún)?nèi)巳悍譃? 種角色，一種為移動(dòng)用戶(hù)角色，即需要查找車(chē)位的人群；另一種為停車(chē)場(chǎng)管理人員，即每個(gè)小單元的管理者，以下針對(duì)這2 種角色進(jìn)行不同信息查詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)。

針對(duì)移動(dòng)用戶(hù)，本文采用基于Android 平臺(tái)開(kāi)發(fā)一款A(yù)pp，該App 具有用戶(hù)信息注冊(cè)、車(chē)牌綁定、目的地車(chē)位信息查詢(xún)、導(dǎo)航、移動(dòng)支付等功能。其中，導(dǎo)航功能引用了百度的API 函數(shù)，移動(dòng)支付功能引用了支付寶和微信的支付接口API 函數(shù)，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的快捷化、智能化。

針對(duì)停車(chē)場(chǎng)管理人員，本文基于C/S 結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)一款上位機(jī)軟件，軟件界面可以采用不同的顏色表示車(chē)位的信息，直觀地看到車(chē)位的使用情況，并且還可以統(tǒng)計(jì)空余車(chē)位，通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送給云服務(wù)端和附近路邊的OLED 屏，以便于后臺(tái)信息的及時(shí)更新和管理，方便道路上的行車(chē)車(chē)主看見(jiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

為了有效解決停車(chē)難、停車(chē)慢、繳費(fèi)慢、車(chē)位信息不共享等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車(chē)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)模式，運(yùn)用相關(guān)技術(shù)完成了對(duì)停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息的實(shí)時(shí)采集、發(fā)布與管理，不僅提高了停車(chē)場(chǎng)管理效率、車(chē)位利用率，而且方便用戶(hù)尋找空車(chē)位，幫助車(chē)主快速停車(chē)，減少停車(chē)時(shí)間，在一定程度上促進(jìn)了智慧城市的建設(shè)。