黃 鑫 陳慶勇

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司

0 引言

隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民的收入水平持續(xù)提高，汽車開始成為居民家庭的標(biāo)配，汽車保有量大幅上升，但國內(nèi)停車設(shè)施建設(shè)速度遠(yuǎn)滯后于汽車保有量的增長速度，停車位供給缺口巨大。傳統(tǒng)停車方式下，駕駛者需要在指定區(qū)域停車，通過人工尋找車位、倒車、尋找車輛、尋找出口、停車收費(fèi)等繁瑣環(huán)節(jié)，效率低、管理散亂、缺乏引導(dǎo)標(biāo)識，從而導(dǎo)致停車難。

本研究介紹了一種基于5G 的智慧靜態(tài)交通綜合管理解決方案。相對于傳統(tǒng)停車方式，智慧靜態(tài)交通綜合解決方案以停車位資源為基礎(chǔ)，借由5G 技術(shù)的高速率、低時延、大連接優(yōu)勢，整合移動終端技術(shù)、GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）/北斗定位技術(shù)、GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）技術(shù)等綜合應(yīng)用于停車位的采集、管理、查詢、預(yù)訂與導(dǎo)航服務(wù)，實現(xiàn)深度融合與系統(tǒng)創(chuàng)新，搭建集傳輸、存儲、計算、感知于一體的新一代泛在智能交通基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)一步促進(jìn)車、路、人的全域連接、數(shù)據(jù)交互和協(xié)同計算，實現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能化升級，推動智慧停車真正落地。

同時5G 技術(shù)可以實現(xiàn)海量車聯(lián)網(wǎng)終端的實時數(shù)據(jù)反饋，構(gòu)建靜態(tài)交通數(shù)據(jù)數(shù)字孿生模型，打破物理空間限制。此外5G 技術(shù)為工業(yè)級AGV（Automated Guided Vehicle，自動導(dǎo)引運(yùn)輸車）應(yīng)用提供完整的產(chǎn)業(yè)技術(shù)性能支撐，結(jié)合北斗高精度室外定位，有效提高人員、車輛、車位的定位精度，使汽車出行實現(xiàn)停車位精準(zhǔn)預(yù)知與引導(dǎo)，進(jìn)而實現(xiàn)停車資源的標(biāo)準(zhǔn)化管理與高效利用，達(dá)到停車位資源利用率的最大化、停車效率的最優(yōu)化、停車場利潤的規(guī)模化和駕駛者停車一站式服務(wù)的便利化。

1 研究背景

隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民的收入水平持續(xù)提高，汽車開始成為居民家庭的標(biāo)配，汽車保有量大幅上升。截至2021 年6 月，全國民用汽車保有量達(dá)2.92 億輛，并有74 個城市汽車保有量超過100 萬輛，而全國停車位數(shù)量約為11949 萬個，停車位比例僅為1：0.4，對比發(fā)達(dá)國家1：1.3 左右的停車位比例，國內(nèi)停車位配比嚴(yán)重偏低。

在車多位少的大背景下，工作人群的潮汐流動導(dǎo)致停車資源在結(jié)構(gòu)上不匹配，白天公共建筑特別是核心區(qū)域的停車位一位難求，而夜間出現(xiàn)居住類停車位嚴(yán)重不足，公共停車位空置率高的狀況。除總量的供需矛盾外，當(dāng)前傳統(tǒng)停車行業(yè)的管理模式也較為粗放，存在諸多痛點(diǎn)，困擾著城市管理者與車場運(yùn)營者。對于城市管理者而言，一方面是車位數(shù)量的供不應(yīng)求，另一方面則是大量車位的閑置浪費(fèi)。北上廣深四大一線城市的車位使用率分別49%、40%、48%和55%，全國范圍內(nèi)僅9%的城市車位使用率在50%以上。對車場運(yùn)營者而言，停車管理行業(yè)集中度低，缺少專業(yè)化精益化管理模式、傳統(tǒng)停車場智能化聯(lián)網(wǎng)化水平低，使得原本稀缺的停車資源因為粗放的管理方式得不到資源最大化利用。

資源錯配問題導(dǎo)致了城市車位使用率的低下，粗放的停車資源管理進(jìn)一步加深了城市停車難的困境，增加了城市擁堵的風(fēng)險概率，亟需由簡單粗放無序的靜態(tài)交通資源管理向科學(xué)化、精細(xì)化、智能化轉(zhuǎn)變，從而在運(yùn)營者層面實現(xiàn)停車資源效益最大化，在城市管理者層面推進(jìn)市域社會治理現(xiàn)代化，合力打通“停車難”問題最后一公里。

2 解決方案

基于5G 的智慧靜態(tài)交通綜合管理解決方案包括停車場數(shù)字孿生系統(tǒng)、智能機(jī)器人泊車系統(tǒng)、基于視頻理解的輔助停車系統(tǒng)、5G+北斗高精度導(dǎo)航與反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)、靜態(tài)交通業(yè)務(wù)及大數(shù)據(jù)平臺等子系統(tǒng)，致力于打造一款真正實現(xiàn)“無人值守、無感出入、高效運(yùn)行、精準(zhǔn)治理”的區(qū)域級智慧靜態(tài)交通綜合解決方案，不僅解決傳統(tǒng)停車管理效率低、依賴人工、操作繁瑣、用戶體驗感差等問題，而且作為數(shù)字城市的末端納入城市綜合交通管理大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)對城市道路、公共停車資源等的自動化、精細(xì)化管理。如圖1 所示。

圖1 基于5G 的智慧靜態(tài)交通綜合管理解決方案示意圖

2.1 三維仿真數(shù)字孿生技術(shù)

停車場數(shù)字孿生系統(tǒng)，是利用數(shù)字孿生技術(shù)對停車場設(shè)計、規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)行運(yùn)營的全生命周期進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化和物理模型構(gòu)建，以停車資源時空底圖為基礎(chǔ)，全量接入監(jiān)測傳感、圖像視頻、控制執(zhí)行各類智能終端，一屏展示停車場全貌及車位預(yù)覽、業(yè)務(wù)監(jiān)控、視頻反饋、設(shè)備狀態(tài)、地理信息分析等輔助信息，實現(xiàn)停車資源的全時鏡像、精準(zhǔn)映射、統(tǒng)一管理、實時交互等一體化建設(shè)。

利用停車場數(shù)字孿生系統(tǒng)，以數(shù)字虛擬的平面圖形和3D立體空間圖形為載體，可以以更加直觀便捷高效的方式，指導(dǎo)停車場的規(guī)劃建設(shè)方案設(shè)計，停車場設(shè)備選型、控制和運(yùn)行監(jiān)控、管理和運(yùn)營模式評估、故障預(yù)警及應(yīng)急管理等。

2.2 智能泊車機(jī)器人技術(shù)

智能機(jī)器人停車系統(tǒng)是以人工智能、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)為核心，由智能泊車機(jī)器人、智能泊車AGVS（Automated Guided Vehicle System，自動導(dǎo)引運(yùn)輸車系統(tǒng)）調(diào)度系統(tǒng)及停車管理系統(tǒng)組成，完成存車、入庫、出庫、取車、盤點(diǎn)、支付等功能，實現(xiàn)全程無人化停車。

智能泊車機(jī)器人是一種以電池為動力，裝備有電磁和光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置的無人駕駛自動運(yùn)輸車，由計算機(jī)控制、輪式移動為特征，并且能夠最優(yōu)地導(dǎo)引路徑，專門用于搬運(yùn)和運(yùn)輸停車車輛的背負(fù)式輪式載重機(jī)器人。

智能泊車AGVS 調(diào)度系統(tǒng)是實現(xiàn)多個AGV 安全有序高效完成指定任務(wù)的集中監(jiān)視與控制系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)能夠完成地圖建模、任務(wù)管理派發(fā)、路徑規(guī)劃與導(dǎo)航、交通調(diào)度與管制、AGV 實時狀態(tài)監(jiān)測、分析報表等功能。

2.3 機(jī)器視覺輔助停車技術(shù)

基于視頻理解的輔助停車系統(tǒng)利用多通道的視頻數(shù)據(jù)，基于固定標(biāo)志物完成圖像配準(zhǔn)，將多通道的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接融合處理，形成車輛外部的全景視圖。利用車牌識別和場景識別技術(shù)，自動切換不同攝像頭視頻圖像以及經(jīng)過融合后的視頻圖像，為停車機(jī)器人提供停車過程中的車輛外部全景視圖。

系統(tǒng)利用基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測技術(shù)識別車輛旁邊的障礙物，結(jié)合深度攝像機(jī)，提取復(fù)雜泊車環(huán)境下場景類別關(guān)鍵信息，重塑車輛物理空間環(huán)境態(tài)勢并進(jìn)行路線模擬，提供障礙物碰撞預(yù)警，從而能夠提高停車場空間利用率。

2.4 靜態(tài)交通大數(shù)據(jù)平臺

靜態(tài)交通業(yè)務(wù)及大數(shù)據(jù)平臺利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，通過可持續(xù)運(yùn)營的商業(yè)服務(wù)模式，面向路邊及各類停車場實現(xiàn)跨區(qū)域、多層級的集中監(jiān)控和管理，為政府、相關(guān)主管部門和運(yùn)營企業(yè)提供遠(yuǎn)程監(jiān)控、決策支持、統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)展現(xiàn)等服務(wù)，同時可面向公眾提供綜合停車服務(wù)，并且通過人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)，對停車資源、停車?yán)寐实膭討B(tài)變化進(jìn)行分析，為政府、運(yùn)營商的決策提供支持，為運(yùn)營商的運(yùn)營工作節(jié)省成本，提高效率。主要功能包含停車管理、交管應(yīng)用兩個方面。

停車管理主要包含各種停車場、道路泊位的管理，包括收費(fèi)管理、人員管理以及設(shè)備管理等。對停車管理進(jìn)行細(xì)致分析，在滿足客戶日常管理需求的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對停車數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘。具體如下：

（1）設(shè)備管理。對停車場所有核心設(shè)備統(tǒng)一登記管理，并利用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、故障報警、設(shè)備維護(hù)等功能；

（2）人員管理。對停車場工作人員、路側(cè)收費(fèi)員、監(jiān)控運(yùn)維人員的統(tǒng)一管理，采取分級管理制度，實現(xiàn)權(quán)限分配，工作考核等內(nèi)容；

（3）收費(fèi)管理。對停車場收費(fèi)，路側(cè)停車收費(fèi)統(tǒng)一管理，將停車記錄，收費(fèi)記錄等深度整理，為管理員提供各種精細(xì)化經(jīng)營報表。

交管應(yīng)用通過對城市靜態(tài)交通數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析，使靜態(tài)交通業(yè)務(wù)及大數(shù)據(jù)平臺在城市交通的規(guī)劃、建設(shè)、管理中發(fā)揮重要的支撐作用。在交通管理方面，靜態(tài)交通數(shù)據(jù)與動態(tài)交通數(shù)據(jù)結(jié)合，可形成完整的城市交通大數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析，為交通管理部門提供技術(shù)支撐。具體如下：

（1）決策分析服務(wù)，通過對各停車場、路側(cè)停車位的出入流量、車位利用率等分析數(shù)據(jù)，引導(dǎo)新建停車場的規(guī)劃和建設(shè)；

（2）公眾服務(wù)，通過各種渠道，將停車場的地里位置、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、余位信息等實時向社會大眾公布，為車主出行，停車提供便利；

（3）公共安全服務(wù)，根據(jù)車輛牌照信息，車輛顏色，車型特征信息，查找車輛的停車記錄和停車軌跡，當(dāng)車輛發(fā)生停車行為時，系統(tǒng)自動發(fā)送告警信息。

3 建設(shè)方案

3.1 技術(shù)框架

基于5G 的智慧靜態(tài)交通綜合管理解決方案采用“五橫兩縱”架構(gòu)設(shè)計，“五橫”自底向上分別為設(shè)備層、控制層、支撐層、平臺層和運(yùn)營層，“兩縱”分別為安全和標(biāo)準(zhǔn)化體系、運(yùn)維體系，總體架構(gòu)設(shè)計具體如圖2 所示。在整體的技術(shù)框架中，5G 作為通信基礎(chǔ)設(shè)施，打通數(shù)據(jù)第一入口鏈接堵點(diǎn)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)感知層5G 化，保證停車資源信息收集的準(zhǔn)確性和時效性，從而構(gòu)建停車應(yīng)用數(shù)據(jù)底座，為人工智能、機(jī)器視覺、邊緣計算及大數(shù)據(jù)分析與決策提供技術(shù)支撐點(diǎn)和需求增長點(diǎn)，整合數(shù)字化資源，搭建區(qū)域級智慧靜態(tài)交通平臺，實現(xiàn)資源一體化、誘導(dǎo)自主化、泊車自動化、平臺歸一化。

圖2 基于5G 的智慧靜態(tài)交通綜合管理解決方案整體架構(gòu)圖

設(shè)備層主要是各類硬件及感知層的設(shè)備，是作為各基礎(chǔ)信息資源收集的硬件基礎(chǔ)。包含5G、無線局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，道閘設(shè)備、視覺設(shè)備、地磁設(shè)備、智能泊車機(jī)器人等智能硬件設(shè)備和終端，以及面向外部平臺的接口。

控制層向上與支撐層通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，向下實現(xiàn)對設(shè)備層設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的控制和管理。在與本地設(shè)備控制總線與第三方設(shè)備接入的基礎(chǔ)上，設(shè)置道閘控制及車牌識別系統(tǒng)、智能泊車機(jī)器人控制及調(diào)度系統(tǒng)和立體車庫控制及調(diào)度系統(tǒng)。

支撐層基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的信息交換格式，向平臺層提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)，由工作流引擎和中間件構(gòu)成，包括微服務(wù)架構(gòu)+容器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)引擎、AI 計算引擎、三維仿真引擎以及5G行業(yè)切片。

平臺層以基礎(chǔ)服務(wù)功能為核心，包含停車場管理、角色權(quán)限管理、訂單管理、統(tǒng)一支付管理、規(guī)則管理、設(shè)備管理運(yùn)維、對賬管理和統(tǒng)計報表管理等。

運(yùn)營層主要針對用戶，提供綜合運(yùn)營管理、大數(shù)據(jù)分析與服務(wù)以及第三方的開發(fā)接口。

業(yè)務(wù)應(yīng)用與平臺功能分離的系統(tǒng)架構(gòu)模式提升了整個解決方案可運(yùn)營性和可擴(kuò)展性，方便在區(qū)域內(nèi)不同類型停車場的復(fù)制與推廣，節(jié)約整體的部署成本，同時有利于后期業(yè)務(wù)功能的靈活擴(kuò)展。

3.2 5G 網(wǎng)絡(luò)部署

傳統(tǒng)模式下停車場采用WiFi 和光纖的方式部署網(wǎng)絡(luò)，但大型停車場面積往往數(shù)萬平方米以上，WiFi 網(wǎng)絡(luò)存在覆蓋不均勻、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、安全性差、運(yùn)維困難等諸多弊端，無線傳輸能力無法滿足高清視頻數(shù)據(jù)流和AGV控制低時延的需求。

基于5G 的智慧靜態(tài)交通綜合管理解決方案采用基于運(yùn)營商5G 網(wǎng)絡(luò)的MEC 混合專網(wǎng)的方式部署無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，既可以保障停車場內(nèi)的數(shù)據(jù)分離且自主可控，同時能夠保障網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和兼容性。5G 無線基站根據(jù)停車場實際需求靈活部署，共享大網(wǎng)5GC，用戶面網(wǎng)元UPF/MEC 采用私有化部署，UPF 本地化降低時延，MEC 支撐本地服務(wù)為停車場提供視頻分析、實時控制等服務(wù)。同時為了保證AGV 低延時網(wǎng)絡(luò)需求不受公眾網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)影響，為智能泊車AGVS 提供部分物理獨(dú)享的5G 專用網(wǎng)絡(luò)切片，提升停車場智能泊車系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。如圖3 所示。

圖3 智慧靜態(tài)交通5G 網(wǎng)絡(luò)部署方案

依托5G 無線通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)將綜合誘導(dǎo)調(diào)度系統(tǒng)、停車場運(yùn)營管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析決策系統(tǒng)結(jié)合在一起，建立統(tǒng)一管理平臺，將上下游數(shù)據(jù)鏈打通，形成統(tǒng)一的資源整合與資源共享平臺。同時融合邊緣計算，搭建云、邊、端的協(xié)同架構(gòu)，通過邊緣節(jié)點(diǎn)的部署、監(jiān)控、管理，解決傳統(tǒng)云計算存在的實時性不夠、帶寬不足、能耗較高的問題。

4 結(jié)束語

在國家大力推動“新基建”與“數(shù)字中國”建設(shè)的背景下，為迎合靜態(tài)交通市場在新形勢新技術(shù)下的新需求方向，本文提出了一種基于5G 的智慧靜態(tài)交通綜合管理解決方案。本方案依托傳統(tǒng)載重全向機(jī)器人控制及大規(guī)模調(diào)度的成熟開發(fā)能力，融合當(dāng)前5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等熱門技術(shù)，進(jìn)行應(yīng)用場景具體化、運(yùn)行管理平臺化、數(shù)據(jù)管理集中化的延伸

開發(fā)，打造綜合化、立體化、軟硬結(jié)合的綜合管理解決方案。

通過靜態(tài)交通業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)資源的全面5G 共享和智慧停車業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化整合，基于5G 的智慧靜態(tài)交通綜合管理解決方案有效利用信息化技術(shù)幫助駕駛者提高日常停車效率和便捷度、幫助停車場運(yùn)維者提升車位利用率和停車場吞吐量、幫助城市管理者簡化工作流程提升管理效率。