張妍君

在高鐵車站、交通樞紐、園區(qū)等區(qū)域的大型停車場,車主停車時存在車位難找、停車路徑規(guī)劃盲目等問題；離開時存在忘記停車位置、尋車難等問題；對于停車場運營方,存在運營人力成本高、管理復(fù)雜、缺乏數(shù)據(jù)記錄等問題。隨著云計算、AI視覺分析技術(shù)、VR導(dǎo)航、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新一輪技術(shù)的迅速發(fā)展和深入應(yīng)用,利用智能系統(tǒng)進行停車場智能化管理的理念逐漸深入人心。利用上述各種技術(shù)手段,能夠?qū)崿F(xiàn)運營管理系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化和人性化,同時提升用戶的綜合體驗和運維管理效率［1］。本文結(jié)合中國鐵路設(shè)計集團有限公司研發(fā)基地的園區(qū)停車場智慧應(yīng)用需求,以智慧園區(qū)［2］智能停車管理系統(tǒng)為切入點進行研究,探索適合園區(qū)智慧化應(yīng)用的停車管理系統(tǒng)架構(gòu),其研究結(jié)果對高鐵車站、交通樞紐等處的大型停車場亦有重要參考價值。

1 管理現(xiàn)狀

目前,停車場的停車管理系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、中心系統(tǒng)3部分組成,可自動抓拍、記錄、識別通行的車輛信息,并傳輸和處理,同時還能完成車牌與車主信息管理錄入、車輛出入場管理、停車樓和地下停車場的車位信息識別,以及各層入口處的車位引導(dǎo)等。

既有系統(tǒng)功能:①車輛信息采用遠(yuǎn)距離識別,根據(jù)車輛全景圖片及特征圖片,完成車輛特征的判斷,結(jié)合觸發(fā)機制,可提供車牌號碼、經(jīng)過時間、車輛類型等基本信息；②車輛出入場管理,當(dāng)用戶車輛到達(dá)停車場入口時,啟動車輛信息識別系統(tǒng),決定是否開閘放行,當(dāng)用戶車輛準(zhǔn)備從停車場駛出時,比較用戶是否按照要求駛離；③車位信息檢測功能可及時采集到每一個車位的即時停車狀態(tài)；④車位顯示功能,在車輛入場處和停車場內(nèi)部醒目位置安裝LED顯示屏,實時更新顯示車庫剩余車位［3］。

既有系統(tǒng)存在問題:①智慧化程度不高。沒有人臉識別、個性化推薦、VR實景導(dǎo)航等技術(shù)；停車場運營管理方面,系統(tǒng)缺乏對停車用戶相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄和安全管理相關(guān)功能。②停車引導(dǎo)功能不夠完善。車主開車進入停車場時,只能依據(jù)LED顯示屏的指引進行大致路徑的規(guī)劃,缺乏對最優(yōu)停車路線的直觀顯示。③缺少反向?qū)ぼ嚬δ?。停車區(qū)域空間較大,方向不易辨別,車主容易記不清停車位置。反向?qū)ぼ嚬δ苣軌驇椭囍魍ㄟ^刷臉或輸入車牌號等方式快速找到停車位置,既有系統(tǒng)缺乏該功能,影響用戶智能、便捷的尋車體驗。

在智慧園區(qū)不斷發(fā)展的背景下,傳統(tǒng)停車場的管理模式已經(jīng)不符合智慧化要求,需對智能停車管理系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進行研究。

2 功能需求

智能停車管理系統(tǒng)既需要提升用戶體驗,使停車過程更為智能化和便捷化；還要提升園區(qū)資源配置,提高停車場的利用率及安全管理水平。

1）AI車位引導(dǎo)和反向?qū)ぼ嚬δ埽?］。系統(tǒng)可以實時定位車輛位置和空車位情況,規(guī)劃最優(yōu)線路,并借助VR實景中的增強信息引導(dǎo)車主停入空車位；場內(nèi)應(yīng)部署可供車主尋找車輛的屏幕,在車主注冊車牌信息并刷臉認(rèn)證后,屏幕顯示友好的VR實景導(dǎo)航界面,有明確的尋車路線指示；在手機端打開VR實景導(dǎo)航尋車界面,快速找到停車位置。

2）車場信息發(fā)布功能。將各停車場位置、總車位數(shù)、空余車位數(shù)等信息通過手機APP發(fā)布,方便用戶在家或者路途中查詢各個停車場的信息,規(guī)劃停車位置。

3）智能停車管理功能［5］。①統(tǒng)計停車場每天和每月的使用率、分時段使用率等,方便管理人員了解停車場的使用狀況,例如可以統(tǒng)計進場/離場流量、車輛出場效率、停車位使用率等；②安全管理,判斷是否存在違停、逆行、擁堵等行為,并進行報警；③車型識別,能夠識別并按日統(tǒng)計車型、車輛品牌、進出場流量等。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 車位檢測技術(shù)

車位信息的采集是智慧停車各功能實現(xiàn)的基礎(chǔ),目前采用以下檢測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)基本檢測功能。

1）超聲波車位探測技術(shù)［6］。超聲波車位探測器根據(jù)超聲波測距的工作原理,探測器不接觸被測物體,安裝簡單且占用空間較小,因此,比較靈活方便；但由于在車位的正前上方需依附吊頂、支架等進行安裝,在室外安裝時通常不具備安裝條件,因而很少應(yīng)用。另外,由于超聲探測器的技術(shù)限制,僅能探測到車位上有無車輛的信息,而對車位上車輛的車牌號、車型、外觀等其他信息無法檢測,在擴展其智慧應(yīng)用方面有一定的局限性。

2）地磁探測技術(shù)。地磁傳感器利用地球磁場在鐵磁物體通過時的變化來大致判斷出車輛的類型；在安裝維護方面,具有安裝尺寸小、靈敏度高、施工量小、使用壽命長、對路面的破壞小等優(yōu)勢,在室外停車場得到了廣泛應(yīng)用；在信息獲取方面,由于地磁傳感器的技術(shù)限制,能獲取的信息包括車位上有無車輛以及大致的類型（即小型車、大型車）,而無法提供更多的探測信息。

3）AI視頻探測技術(shù)［7］。利用智能視頻分析相關(guān)算法,通過對停車區(qū)域的全面覆蓋獲取并分析車場、車輛的相關(guān)信息；AI智能攝像機的安裝方式與普通攝像機相同,單個設(shè)備覆蓋多個車位,無需對每個車位進行施工,能夠減少施工和維護的工作量。但其成本較高,還需要電力支撐,同時還需考慮天氣或人為破壞的影響。在信息獲取方面,AI智能攝像機能夠獲取車位是否空閑信息,以及車牌號、車型、外觀等其他信息,結(jié)合前端視頻分析和后端數(shù)據(jù)處理功能,可以實現(xiàn)智慧應(yīng)用。

針對技術(shù)成熟度、安裝運維、成本、適用場景等方面進行比較,3種車位檢測技術(shù)對比見表1。

由表1可以看出,3種檢測技術(shù)在技術(shù)層面都是比較成熟的,安裝和維護都易于實現(xiàn)；AI視頻探測技術(shù)比超聲波探測、地磁探測等傳感器探測技術(shù)成本高,且智能化應(yīng)用所需的軟件費用會比既有常規(guī)停車場管理軟件高出不少,因此會導(dǎo)致整體系統(tǒng)方案的成本較高；但利用AI視頻探測能夠?qū)崿F(xiàn)停車場智能化管理和應(yīng)用,提升用戶體驗,因此建議采用AI視頻探測技術(shù)。

表1 3種車位檢測技術(shù)對比

3.2 室內(nèi)定位技術(shù)

為了進一步擴展和豐富智慧園區(qū)停車應(yīng)用相關(guān)功能,需要獲取車輛的位置信息。目前有以下定位技術(shù)［8］。

1）Wi-Fi定位技術(shù)［9］。Wi-Fi定位技術(shù)是利用在區(qū)域內(nèi)安裝無線基站、根據(jù)待定位Wi-Fi設(shè)備的信號特征,并結(jié)合無線基站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),綜合確定待定位Wi-Fi設(shè)備的坐標(biāo)。Wi-Fi技術(shù)本身具有便于擴展、可自動更新數(shù)據(jù)、設(shè)備成本低等優(yōu)勢。但在實際應(yīng)用時,雖然停車場目前具備一定的Wi-Fi覆蓋,但由于在定位精度要求較高時需要密集布置,所以目前的AP部署的數(shù)量還不能滿足需求,需進一步增加設(shè)備數(shù)量。在安裝和運維方面,需要對密布的AP設(shè)備進行供電,另外AP設(shè)備采用有線方式接入系統(tǒng),需考慮線纜敷設(shè)相關(guān)的施工和運維成本。完成該系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備安裝后,車上人員打開手機Wi-Fi功能后,可以獲取到手機位置信息并間接確定人員、車輛的位置信息,實現(xiàn)AI車位引導(dǎo)等功能。

2）藍(lán)牙定位技術(shù)。其定位原理與Wi-Fi技術(shù)類似,一般的智能手機都具有藍(lán)牙功能。由于藍(lán)牙技術(shù)容易受到外部噪聲信號的干擾,通信范圍較小,所以需在室內(nèi)定位區(qū)域部署大量的Beacon,因此該系統(tǒng)的建設(shè)成本較高。另外,由于藍(lán)牙接收設(shè)備布置密集,如果采用供電線路進行供電的話,帶來的安裝和維護成本也比較高,可以選擇利用電池方式進行供電,但由于需要定期更換電池,同樣會帶來較高的運維成本。在應(yīng)用場景方面,藍(lán)牙與Wi-Fi技術(shù)一樣,可以通過手機終端的位置間接確定人員及車輛位置,并結(jié)合系統(tǒng)VR實景導(dǎo)航引擎進行車位引導(dǎo)等操作。

3）視覺定位技術(shù)［10］。視覺定位是利用AI攝像頭采集車輛圖像信息并傳送到后臺服務(wù)器,通過系統(tǒng)算法可以實時定位車輛位置,并同時獲取車輛車牌等相關(guān)信息。視覺定位系統(tǒng)需安裝一定數(shù)量的AI智能攝像機,其硬件部署成本及網(wǎng)絡(luò)要求均高于Wi-Fi及藍(lán)牙定位。但對于智能停車應(yīng)用,若在車位檢測時選用AI視頻探測技術(shù),則其硬件部署已經(jīng)滿足視覺定位的使用需求,因而該方案降低了工程造價。在實際應(yīng)用中,視覺定位技術(shù)不依賴于手機等的定位信息間接獲取車輛位置,而是根據(jù)車輛圖像等相關(guān)信息和算法直接對車輛進行定位。對于智能停車場,在AI車位引導(dǎo)等大多數(shù)應(yīng)用場景下,各類功能的實現(xiàn)依賴于智能手機端的操作和展示,但對于智能停車系統(tǒng)中獨立于人員及手機終端的統(tǒng)計、分析及告警類應(yīng)用功能的實現(xiàn),直接對車輛進行定位的方式更為合理和高效。

室內(nèi)定位技術(shù)對比見表2。

表2 室內(nèi)定位技術(shù)對比

3種定位技術(shù)在技術(shù)層面都是比較成熟的,在設(shè)備安裝和維護層面,視覺定位技術(shù)可以直接利用AI智能攝像機,無需加裝其他定位設(shè)備,成本較低；另外,利用視覺定位能夠直接獲取車輛的位置信息,而非通過人員及手機終端位置間接獲取車輛位置,有利于實現(xiàn)停車場智能化管理和應(yīng)用的相關(guān)功能；因此建議采用視覺定位技術(shù)進行室內(nèi)車輛定位。

3.3 與既有系統(tǒng)結(jié)合方案

對于新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)的結(jié)合方式,主要考慮功能層面、數(shù)據(jù)層面以及硬件層面。

1）功能層面。既有系統(tǒng)主要側(cè)重于車輛身份的認(rèn)證以及在認(rèn)證的基礎(chǔ)上進行車輛出入的管理,并對車位信息進行檢測和顯示；新設(shè)系統(tǒng)主要側(cè)重于基于VR實景的車位導(dǎo)航,以及車場安全管理和統(tǒng)計分析。兩者在功能上是相對獨立的。

2）數(shù)據(jù)層面。既有系統(tǒng)實現(xiàn)其功能需要獲取員工的車牌信息、停車場車位有無車輛等信息；新系統(tǒng)主要需獲取車位上有無車輛、對應(yīng)的車輛及其車牌信息、進行車輛車牌與人臉信息綁定、獲取停車場三維模型信息和實景圖像畫面信息、以及車輛位置信息等。兩者在數(shù)據(jù)層面基本上是獨立的,唯一都有涉及的部分是對車位有無車輛信息的獲取,但既有系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)是單一的,不足以支撐新系統(tǒng)的應(yīng)用需求。因此,從數(shù)據(jù)層面來看,既有系統(tǒng)和新系統(tǒng)沒有數(shù)據(jù)交互的需求。

3）系統(tǒng)設(shè)備層面。在前端,既有系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要依賴電動擋車器、車號識別單元、出入口控制終端、超聲波車位探測器、LED顯示屏等硬件設(shè)備；新系統(tǒng)主要依賴AI攝像頭、刷臉尋車屏、手機終端等硬件設(shè)備。在后端,既有系統(tǒng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)量較小,后臺設(shè)備相對配置較低,而新系統(tǒng)功能的實現(xiàn)對服務(wù)器、存儲及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置要求都比較高,因此無法與既有系統(tǒng)共用,需要重新規(guī)劃和考慮。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

智能停車管理系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、后端管理平臺系統(tǒng)組成,其架構(gòu)見圖1。

圖1 智能停車管理系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)可實現(xiàn)停車場內(nèi)屏幕刷臉進行VR實景導(dǎo)航,顯示尋車路線指示,幫助車主快速找車,手機端引導(dǎo)車主以最短的時間快速進入空余車位,停車場使用狀況統(tǒng)計分析及信息發(fā)布,以及具有安全管理及車型識別等功能。

4.1 前端系統(tǒng)

1）AI智能半球網(wǎng)絡(luò)攝像機。利用AI攝像頭獲取車場實時圖像信息,與三維全景結(jié)合獲取車場畫面；檢測車位停車信息,將信息傳輸?shù)胶笈_進行處理；獲取車輛定位信息,傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器實現(xiàn)車輛導(dǎo)航功能。

2）尋車信息屏。在車主注冊車牌信息并刷臉認(rèn)證后,可以通過該屏幕反向?qū)ぼ?。屏幕顯示友好的VR實景導(dǎo)航界面,有明確的尋車路線指示,幫助車主快速找到停車位置。

4.2 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成視頻、數(shù)據(jù)等的傳輸與交換,分為有線傳輸和無線傳輸部分。

有線傳輸前端主要由接入交換機組成,中心網(wǎng)絡(luò)主要由核心交換機組成:AI攝像頭、刷臉尋車屏通過六類線或光纜接入到接入交換機,接入交換機通過光纜接入到核心交換機,與后端平臺設(shè)備進行信息交換。

無線傳輸部分通過5G技術(shù)實現(xiàn),用戶手機終端通過5G公網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)與后臺服務(wù)器通信；對于室外停車場,由于現(xiàn)場接入交換機到機房核心交換機間距離較遠(yuǎn),敷設(shè)光纜需對大量地面進行開鑿,可以考慮采用無線方案,將現(xiàn)場交換機接入5G路由器,通過5G網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)胶蠖朔?wù)器。

4.3 后端管理平臺系統(tǒng)

后端管理平臺系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)信息的接入、比對、記錄、分析與共享,由各類服務(wù)器、存儲設(shè)備組成。服務(wù)器主要包括:數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和Web服務(wù)器。其中,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器保存系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)處理服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解析、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)以及上下級通信等；Web服務(wù)器負(fù)責(zé)向B/S用戶提供訪問服務(wù)。存儲設(shè)備主要包括網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機,負(fù)責(zé)與服務(wù)器和攝像機協(xié)同工作,完成視頻的錄像、存儲及轉(zhuǎn)發(fā)功能。

5 結(jié)論

從當(dāng)前停車場停車現(xiàn)狀及存在問題、功能需求分析、關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)架構(gòu)等多個方面,對智能停車管理系統(tǒng)在智慧園區(qū)中的應(yīng)用進行了研究。利用AI視頻攝像機對停車區(qū)域進行全面覆蓋,可以獲取并分析車場和車輛的相關(guān)信息,實現(xiàn)停車場車位信息檢測、車輛室內(nèi)定位以及其他停車場數(shù)據(jù)的分析和判斷,能夠滿足智慧園區(qū)的智慧化應(yīng)用需求,也為高鐵車站、交通樞紐等處的大型停車場的智能停車管理提供參考。