許毅,馬會(huì)凱,奚迪
(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院電子電器家用電器質(zhì)量檢驗(yàn)所,上海 201114)
近年來(lái),停車難已然成為眾所周知的大中型城市生活的弊病,鑒于停車資源的有限性、環(huán)境復(fù)雜性和不可復(fù)制性,限與放兩方面需要不斷平衡,一方面對(duì)于源頭私家汽車的數(shù)量和出行限制,另一方面,放開(kāi)信息營(yíng)的束縛,更要注重利用新型智能裝備以及物聯(lián)網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)+等高新技術(shù),大力發(fā)展和完善城市智慧停車領(lǐng)域的建設(shè)與管理,打破信息不對(duì)等造成的資源浪費(fèi),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)存的有限停車資源的合理調(diào)度與有效利用,這些需求都驅(qū)使著基于智能化停車引導(dǎo)新型信息化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理平臺(tái)亟待開(kāi)發(fā)。
日前,國(guó)務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、公安部、自然資源部幾大部門《關(guān)于推動(dòng)城市停車設(shè)施發(fā)展的意見(jiàn)》[1],強(qiáng)調(diào)我國(guó)城市停車設(shè)施規(guī)模持續(xù)增大,產(chǎn)業(yè)化發(fā)展日漸深入,指出尚且存在供給力短缺、治理水平低、市場(chǎng)進(jìn)程滯后等問(wèn)題,為加快補(bǔ)齊停車供給的短板、改善城市交通環(huán)境、推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展,提出了推進(jìn)停車設(shè)施規(guī)劃建設(shè)、加快設(shè)施提質(zhì)增效以及相關(guān)政策保障等共計(jì)二十二條要求和意見(jiàn),其中,針對(duì)智慧停車信息化系統(tǒng)領(lǐng)域,關(guān)于提升裝備技術(shù)水平、優(yōu)化停車信息管理、推廣智能化停車服務(wù)、鼓勵(lì)停車資源共享四個(gè)方面均提出了結(jié)合新技術(shù)和新模式的更為細(xì)化的支持措施。
早在2015年和2016年,國(guó)家發(fā)改委連續(xù)兩年發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)城市停車設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》[2]和《停車場(chǎng)建設(shè)工作要點(diǎn)的通知》[3],均提出關(guān)于停車智能化和信息化的建設(shè)要求,大力開(kāi)展城市級(jí)停車信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),促進(jìn)與互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展,進(jìn)行停車數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè),建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新與實(shí)時(shí)共享,用以充分發(fā)掘停車位的存量資源,為大眾提供更便捷和高效的停車引導(dǎo)服務(wù)。另,2017年上海舉辦中國(guó)商業(yè)年會(huì)(TASICC)[4],主題為“開(kāi)放、智慧、融合”,其中,國(guó)內(nèi)智慧停車行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)承辦“智慧城市+靜態(tài)交通發(fā)展論壇”,從政策與規(guī)劃的高度,指出智慧交通解決問(wèn)題關(guān)鍵在于打破城市中交通、出行、停車和收費(fèi)等各個(gè)信息壁壘,推動(dòng)整個(gè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)開(kāi)放、共享、集成,改變目前城市運(yùn)行和管理的不合理局面。“中國(guó)制造2025”重點(diǎn)領(lǐng)域明確的發(fā)展技術(shù)路線圖中指出智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展目標(biāo)是:至2025年將自主的智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)鏈與智慧交通體系基本建成[5]。
以停車為切入點(diǎn),以智能信息化技術(shù)為依托,以停車場(chǎng)應(yīng)用為場(chǎng)景,“物聯(lián)/互聯(lián)網(wǎng)+停車”將是一個(gè)具備萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)空間的領(lǐng)域。與智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)用密切相關(guān)的智能停車領(lǐng)域正在成為智慧交通最重要的風(fēng)口和真正解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。
1)智慧停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況
智慧停車產(chǎn)業(yè)涉及的不單是停車功能的需求,還涉及整套由停車為起始所引發(fā)的生態(tài)圈和服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈(如圖1所示):第一層面是停車基礎(chǔ)功能方面的需求,如空車位查詢與預(yù)定、停車路線定位與導(dǎo)航等;第二層面涉及支付相關(guān)的需求,如停車費(fèi)支付、預(yù)約繳費(fèi)和補(bǔ)繳等;第三層面,車生活相關(guān)的需求,如停車代泊、汽車保養(yǎng)和保險(xiǎn)等;第四層面,最終數(shù)據(jù)共享方面的需求以及與其它行業(yè)的數(shù)據(jù)對(duì)接與融合等。
圖1 停車生態(tài)圈和服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)圖
城市解決停車難,停車線一端連接著動(dòng)態(tài)交通,一端扎進(jìn)社區(qū)和公路內(nèi)外,各應(yīng)用場(chǎng)景的管理方式也不盡相同,一方面,需要建立一個(gè)高效、高性能的新型信息化裝備系統(tǒng)和實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)化、多樣化集成、分布式控制的交通信息數(shù)據(jù)網(wǎng),另一方面這也是一個(gè)城市多方面綜合治理的社會(huì)課題,智能停車涉及諸多權(quán)益關(guān)系的分界與協(xié)調(diào),需要政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)、用戶個(gè)人相匹配適應(yīng)的綜合智慧治理架構(gòu)。這不只是目前北上廣深的迫切需求,更是全國(guó)所有大中型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要考慮的社會(huì)問(wèn)題。
高新技術(shù)固然是解決問(wèn)題的工具和手段,另一方面真正的設(shè)施建設(shè)和社會(huì)化推廣絕對(duì)需要“兼容并舉”。目前提供智慧停車解決方案的企業(yè)、系統(tǒng)集成商、設(shè)備研發(fā)制造商等各自分頭行動(dòng),技術(shù)能力良莠不齊,車位信息采集的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣、采用設(shè)備性能層次高低不等、信息處理與查詢算法千變?nèi)f化、信息傳輸模式、通信協(xié)議和軟件數(shù)據(jù)接口復(fù)雜多元,更是難以互聯(lián)互通,利益驅(qū)使各自為政、圈地為營(yíng),數(shù)據(jù)信息靜態(tài)化且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)彼此獨(dú)立,更談不上實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)化共享,用戶跨域使用不便,城市管理難以升級(jí),停車也就難以真正實(shí)現(xiàn)“智慧化”。
智慧停車系統(tǒng)的用戶主體包括停車場(chǎng)業(yè)主方、停車場(chǎng)建設(shè)者、物業(yè)管理者、運(yùn)營(yíng)管理者、公共安全保障部門、相關(guān)機(jī)構(gòu)等六大類。智慧停車系統(tǒng)的服務(wù)主體主要包括軟硬件產(chǎn)品/設(shè)備提供商、產(chǎn)品/服務(wù)提供商、政府執(zhí)法部門、停車信息服務(wù)提供者、基礎(chǔ)設(shè)施管理部門等幾大類,隨著智慧停車平臺(tái)技術(shù)和規(guī)模擴(kuò)展,智能化程度提高,可應(yīng)用的商業(yè)模式也會(huì)不斷拓展,未來(lái)也可能會(huì)涉及交通管理部門、旅客運(yùn)輸部門、緊急事件管理部門、貨物運(yùn)輸服務(wù)提供者等新的服務(wù)對(duì)象。
2)基于已有技術(shù)的智能停車系統(tǒng)基本構(gòu)成
從目前客戶應(yīng)用的角度進(jìn)行簡(jiǎn)單通俗描繪,智慧停車系統(tǒng)平臺(tái)即通過(guò)通信信息網(wǎng)絡(luò)和智能自動(dòng)化裝置協(xié)助車輛駕駛員或自動(dòng)駕駛機(jī)制在一定時(shí)限內(nèi)獲取本車可用的停車位置信息,并提供給駕駛員或自動(dòng)機(jī)制精確的定位和路線導(dǎo)航,完成最終停泊/取車的任務(wù)全流程,也包括預(yù)定和移動(dòng)支付等服務(wù)項(xiàng)目的延展應(yīng)用。
從應(yīng)用層面講,智慧停車平臺(tái)的功能就是實(shí)現(xiàn)有限資源的動(dòng)態(tài)化實(shí)時(shí)調(diào)度與合理再利用。根據(jù)設(shè)計(jì)原理,智慧停車系統(tǒng)可分為三大部分:信息的采集與傳輸、信息的處理與人機(jī)界面、信息的儲(chǔ)存與查詢。一個(gè)先進(jìn)的智慧停車系統(tǒng)的基本架構(gòu),從網(wǎng)絡(luò)平面而言主要有四個(gè)組成部分,其中三個(gè)是構(gòu)成系統(tǒng)架構(gòu)的硬件部分,包括停車信息采集終端子系統(tǒng)(傳感器組網(wǎng)的部分)、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器的通信傳輸網(wǎng)中繼設(shè)備,一個(gè)是用戶端軟件,與城市級(jí)信息化數(shù)據(jù)中心的建立共同構(gòu)成架構(gòu)的軟件部分,后續(xù)大數(shù)據(jù)的積累將會(huì)產(chǎn)生更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景、滿足更多需求偏好。
新型智慧停車平臺(tái)將是計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理下集多種技術(shù)于一體的復(fù)雜機(jī)電一體化信息系統(tǒng),可能涉及但不限于:物聯(lián)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)、新能源技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、嵌入式軟件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理、云計(jì)算技術(shù)等,將大量傳感器、嵌入式終端、智能中控、通信設(shè)備和設(shè)施通過(guò)虛擬網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CPS形成智能網(wǎng),使人、機(jī)器與服務(wù)之間能夠互聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)橫、縱向?qū)用嬉约岸藢?duì)端的高度集成和資源整合,從而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合停車管理系統(tǒng),未來(lái)或?qū)⒕邆洹爸腔?、能自學(xué)習(xí)、能進(jìn)化”的生命體特征。
從功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)層面而言,目前智慧停車信息系統(tǒng)主要可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心和用戶端三大部分(如圖2所示)。
圖2 智慧停車信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)停車數(shù)據(jù)的采集,包括可用車位數(shù)量,車位地理信息,收費(fèi)價(jià)格,等等。采集系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信發(fā)送或者人工錄入數(shù)據(jù)中心。
數(shù)據(jù)中心有兩個(gè)主要功能:第一功能為保存車位實(shí)時(shí)信息,歷史數(shù)據(jù)信息,采集系統(tǒng)設(shè)備信息,用戶信息,用戶記錄等;第二個(gè)功能是根據(jù)用戶需求給出大數(shù)據(jù)分析結(jié)果,比如5 min后用戶目的地址周圍可用停車位概率。數(shù)據(jù)中心提供接口給用戶端的停車引導(dǎo)應(yīng)用。
停車引導(dǎo)應(yīng)用為用戶提供獲取停車信息的界面和接口,包括手機(jī)應(yīng)用程序,web頁(yè)面,PC應(yīng)用程序等。用戶可以通過(guò)這些應(yīng)用獲得目的地址周圍的停車信息,比如:可用停車位數(shù)量,車位可得概率,收費(fèi)價(jià)格等,來(lái)幫助自己停車,也可用這些信息提前規(guī)劃行程。
1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
智慧停車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)能接納現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集技術(shù),并能和已建成基礎(chǔ)設(shè)施保證較好的兼容性。以壓力傳感技術(shù)作為停車位采集終端所構(gòu)成的系統(tǒng)為例,其中,靜態(tài)數(shù)據(jù)一般可采用人工采集和利用第三方數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)收集;而動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集可有三種方式:
①對(duì)已建成的智能停車場(chǎng)設(shè)施,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)建立相應(yīng)接口,傳感器直接執(zhí)行采集。
②對(duì)于第三方的停車數(shù)據(jù)庫(kù),如果其數(shù)據(jù)精確,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)接口獲取數(shù)據(jù),這就要求兩方數(shù)據(jù)庫(kù)接口互相兼容。
③對(duì)于非智能停車場(chǎng)、路邊停車位、老舊小區(qū)停車和新建停車場(chǎng),則可利用低成本的無(wú)源壓力傳感器件監(jiān)測(cè)車位狀態(tài)。
新型壓力傳感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含兩類設(shè)備(如圖3所示):傳感器節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)多車位并把車位占用信息發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn);中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)中心。傳感器節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間通信采用最新的低速率長(zhǎng)距離通信技術(shù)(如LoRa、NB-IoT等)。
圖3 新型壓力傳感器的停車位數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)
2)數(shù)據(jù)中心
智慧停車數(shù)據(jù)中心以功能實(shí)現(xiàn)的角度,包含四個(gè)子系統(tǒng),如圖4所示。
圖4 數(shù)據(jù)中心的功能邏輯架構(gòu)
①設(shè)備信息系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的管理和維護(hù)。
②實(shí)時(shí)停車數(shù)據(jù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)停車數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和維護(hù),響應(yīng)來(lái)自用戶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求,提供數(shù)據(jù)給歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng)查詢。
③歷史停車數(shù)據(jù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析和結(jié)果的存儲(chǔ),響應(yīng)來(lái)自用戶端對(duì)歷史數(shù)據(jù)分析結(jié)果的請(qǐng)求。
④用戶信息系統(tǒng)負(fù)責(zé)用戶信息的存儲(chǔ)、管理和維護(hù),負(fù)責(zé)車位可得概率的分析,響應(yīng)來(lái)自用戶的各種請(qǐng)求。
智慧停車數(shù)據(jù)中心要實(shí)現(xiàn)的功能需求和效果(未量化):
①數(shù)據(jù)要全面:數(shù)據(jù)既要包含如停車價(jià)格之類的靜態(tài)數(shù)據(jù),也要包含實(shí)時(shí)可用停車位這樣的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)地域性信息要廣且及時(shí),這是考慮到駕車者擴(kuò)地域行駛時(shí),越是陌生地域?qū)?shù)據(jù)的需求越迫切。
②數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確:精確的可用車位數(shù)據(jù)才能保證駕車者體驗(yàn)舒適度和用戶對(duì)停車引導(dǎo)系統(tǒng)的信任度。
③基于大數(shù)據(jù)分析的預(yù)測(cè)能力:基于精確的停車大數(shù)據(jù),臨近的短期和極短時(shí)間內(nèi)的可用停車位概率預(yù)測(cè)對(duì)用戶的使用更有價(jià)值。比如5分鐘內(nèi)目的地周圍可用車位數(shù)量及可得概率可以幫助用戶停車;一天內(nèi)的停車預(yù)測(cè)更適合幫助用戶規(guī)劃自己的行程。
在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)上,可采用自建云服務(wù)和購(gòu)買云服務(wù)相結(jié)合方式構(gòu)建數(shù)據(jù)中心,平衡成本和安全兩個(gè)方面性能。為了保證數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)健性、安全性和可擴(kuò)展性,可采用以下技術(shù):
①在數(shù)據(jù)采集服務(wù)集群中采用的A/B雙點(diǎn)負(fù)載均衡技術(shù),以KeepAlive型服務(wù)為主,實(shí)現(xiàn)服務(wù)可用性;
②在API服務(wù)集群中采用的多應(yīng)用服務(wù)輪詢負(fù)載均衡技術(shù),以Nginx技術(shù)為主,保證服務(wù)性能;
③采用ElasticSearch多節(jié)點(diǎn)集群服務(wù),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜查詢的拆解來(lái)保證分布式多節(jié)點(diǎn)的橫向擴(kuò)展、高可用、高性能等特征;
④內(nèi)存緩存(Redis)在高速訪問(wèn)中對(duì)已有數(shù)據(jù)的key/value型緩存和定時(shí)持久化,為數(shù)據(jù)抽取代理提供緩存服務(wù);
⑤針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型可采用不同技術(shù)型式的數(shù)據(jù)庫(kù),保證實(shí)時(shí)和高效的數(shù)據(jù)查詢和管理,比如對(duì)用戶數(shù)據(jù)將采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)車位數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)將采用時(shí)序型數(shù)據(jù)庫(kù),等等。
⑥所有數(shù)據(jù)庫(kù)將采用異地定時(shí)同步主從備份技術(shù)(延遲在12~24 h內(nèi)),為容災(zāi)做準(zhǔn)備。
3)車位可得概率預(yù)測(cè)技術(shù)
實(shí)時(shí)的可用車位信息只能提供當(dāng)前的車位使用狀況,無(wú)法保證在用戶到達(dá)目的地的時(shí)候仍然有空余車位。而車位預(yù)測(cè)可以結(jié)合歷史與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),給用戶一個(gè)未來(lái)車位狀態(tài)的描述和反饋,依據(jù)用戶端需求給停車操作帶來(lái)更多的確定性。
新型智慧停車數(shù)據(jù)中心的預(yù)測(cè)服務(wù)器根據(jù)用戶的目的地址需求,可以利用車位預(yù)測(cè)算法對(duì)當(dāng)用戶到達(dá)所選停車場(chǎng)時(shí)可用停車位數(shù)量及相應(yīng)可取得概率進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。
圖5給出一種新型車位預(yù)測(cè)算法流程:給定當(dāng)前的時(shí)間為T,目標(biāo)結(jié)果是預(yù)測(cè)未來(lái)?t時(shí)長(zhǎng)后可用車位的數(shù)量及概率。首先使用聚類算法將城市中所有停車場(chǎng)進(jìn)行劃分,然后在每個(gè)類別內(nèi)進(jìn)行分析,先使用主成分分析將數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,再使用決策樹(shù)預(yù)測(cè)可用車位數(shù)量,最后使用生存分析預(yù)測(cè)相應(yīng)概率,給出最終計(jì)算結(jié)果。
圖5 一種可用停車位數(shù)量及相應(yīng)概率預(yù)測(cè)算法示例
在諸多國(guó)家政策的大力推動(dòng)下,為高新技術(shù)企業(yè)與質(zhì)檢機(jī)構(gòu)、試驗(yàn)室和研究所等機(jī)構(gòu)協(xié)作提供了一個(gè)重要契機(jī),在技術(shù)評(píng)測(cè)的督導(dǎo)和監(jiān)管下,開(kāi)發(fā)高性能的新型智能停車裝備、完善整體解決方案的架構(gòu)、改進(jìn)各組成子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和功能,在完成政府市場(chǎng)監(jiān)管職能的同時(shí)提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐,促進(jìn)企業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)地完成系統(tǒng)集成和工程實(shí)施,擴(kuò)大業(yè)務(wù)和實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)積累,完成行業(yè)布局和推廣,為最終建立城市級(jí)的大型智慧停車管理示范平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。這些工作將旨在推動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展和打破各方割據(jù)的局面,建立真正互聯(lián)互通的城市級(jí)智慧停車平臺(tái),實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)乃至全國(guó)范圍內(nèi)車位資源的合理管理與調(diào)配,為城市級(jí)乃至國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略信息資源的開(kāi)發(fā)和利用起到積極推動(dòng)作用。