摘要：本文研究的智慧共享車位租賃系統(tǒng)集軟件及硬件于一體，其中軟件部分的主要功能為出租車位、租賃車位、導(dǎo)航等；硬件的主體為安裝在車位的智能地鎖，部署了攝像頭模塊以及通信模塊等。本系統(tǒng)旨在向大眾共享私人車位，讓有限的停車位進(jìn)行流動(dòng)再分配，在方便租借者的同時(shí)，又為出租者提供了額外收入。共享停車位不只是傳統(tǒng)的商家對(duì)用戶的出租或者售賣，而是讓全民都能參與出租與租借的過(guò)程。在共享停車位的同時(shí)，本系統(tǒng)還能夠基于移動(dòng)端進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)布和追蹤，根據(jù)移動(dòng)端探測(cè)附近的出租車位信息，以打破傳統(tǒng)的出租方式。就國(guó)內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)而言，共享已經(jīng)成為一個(gè)大熱的投資詞。為了解決一、二線交通發(fā)達(dá)人口密集地區(qū)的停車問(wèn)題，本文提出了這個(gè)項(xiàng)目，并且相較于傳統(tǒng)的停車場(chǎng)模式，本項(xiàng)目采用的共享模式更先進(jìn)、更安全、更便捷。相信只要能夠?qū)⒂邢薜能囄贿M(jìn)行錯(cuò)時(shí)共享，就能有效解決停車位不足的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：STM32；共享車位；視覺(jué)； Android應(yīng)用

一、引言

近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)加速創(chuàng)新，逐漸融入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展各領(lǐng)域全過(guò)程，世界主要國(guó)家和地區(qū)紛紛構(gòu)建數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略布局。加快推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是“十四五”時(shí)期建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)的重要戰(zhàn)略任務(wù)。隨著國(guó)內(nèi)停車需求與已有的城市規(guī)劃沖突日益顯現(xiàn)，停車難問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，在此背景下，借助新興技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，智慧停車應(yīng)運(yùn)

而生。

二、應(yīng)用前景

2021年，越來(lái)越多城市重視停車問(wèn)題，各地城市管理部門牽頭開放停車市場(chǎng)，以市場(chǎng)來(lái)推動(dòng)智慧停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)一大批停車泊位開始建設(shè)或改造，各地的停車建設(shè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)全面推進(jìn)。結(jié)合國(guó)家政策鼓勵(lì)，智慧停車行業(yè)現(xiàn)狀如下：

1.國(guó)內(nèi)停車市場(chǎng)緊張

2015年—2020年全國(guó)汽車保有量從1.72億輛增長(zhǎng)到 2.81億輛，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)10%，汽車保有量的快速增長(zhǎng)相應(yīng)地帶動(dòng)了停車位需求增長(zhǎng)。根據(jù)住建部2015年發(fā)布的《城市停車設(shè)施規(guī)劃導(dǎo)則》，對(duì)于規(guī)劃人口小于 50 萬(wàn)的城市，停車位供應(yīng)總量與汽車保有量的比例應(yīng)控制在 1.1：1—1.5：1 之間；對(duì)于規(guī)劃人口大于50萬(wàn)的城市，停車位供應(yīng)總量與汽車保有量的比例應(yīng)控制在1.1：1—1.3：1之間。

2.產(chǎn)業(yè)集中化進(jìn)程加快

2020年12月23日，交通運(yùn)輸部辦公廳印發(fā)《關(guān)于開展ETC智慧停車城市建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》，選定北京等27個(gè)城市作為試點(diǎn)城市、江蘇省作為省級(jí)示范區(qū)，先期開展 ETC 智慧停車試點(diǎn)工作，以加快拓展 ETC服務(wù)功能，推動(dòng)ETC停車場(chǎng)景應(yīng)用，更好地便利公眾出行。在政策發(fā)展的極大促進(jìn)作用下，我國(guó)智慧停車行業(yè)將呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)。

三、系統(tǒng)概述

（一）系統(tǒng)工作原理及設(shè)計(jì)概要

本系統(tǒng)主要包括移動(dòng)端APP、Web云服務(wù)器、視覺(jué)智能車鎖共三個(gè)部分，下面只對(duì)移動(dòng)端和智能車鎖視覺(jué)驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單概括以及原理介紹。

1.智能車鎖視覺(jué)驗(yàn)證系統(tǒng)

智能車鎖視覺(jué)驗(yàn)證系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱驗(yàn)證系統(tǒng)）通過(guò)使用OpenCV視覺(jué)開源庫(kù)配合視覺(jué)圖像處理對(duì)車牌進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別以及驗(yàn)證。在車輛入庫(kù)前，系統(tǒng)通過(guò)智能車鎖的攝像頭模塊捕捉車牌信息，在收到信息后立即進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)車牌信息驗(yàn)證成功后立即通知智能車鎖自動(dòng)下降。

2.移動(dòng)端

軟件主要包括發(fā)布車位以及租賃車位兩個(gè)功能。用戶在登入后即可發(fā)布安裝了本公司智能地鎖的空閑車位，同時(shí)還可以尋找并瀏覽附近他人發(fā)布的空閑車位。當(dāng)車位較為密集時(shí)，用戶可以通過(guò)GPS導(dǎo)航來(lái)尋找目標(biāo)車位。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

智慧共享車位共享租賃系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理、自動(dòng)控制、Web云服務(wù)器、移動(dòng)端APP以及3D打印等技術(shù)，旨在為“車位共享”提供完美的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

（三）系統(tǒng)使用流程

本系統(tǒng)主要以手機(jī)移動(dòng)端APP的形式與用戶進(jìn)行交互。在使用本系統(tǒng)之前，用戶需先下載移動(dòng)端APP，再注冊(cè)并登錄APP，登錄后用戶不僅可以發(fā)布自己的閑置車位，還可以成為租客租用車位。

在出租車位前，用戶需要先添加車鎖設(shè)備，并定位車位坐標(biāo)地址，將車位坐標(biāo)與車鎖設(shè)備進(jìn)行綁定；在綁定成功后，用戶需要選擇車位開放時(shí)間段，并拍攝車位圖片。以幫助租客快速找到車位地址，當(dāng)車位發(fā)布成功后，車鎖便開始自動(dòng)運(yùn)行。

租用車位的用戶可以在自己所在地搜索附近車位。當(dāng)找到目標(biāo)車位后，租客需要輸入自己的車牌號(hào)碼，并選擇合理的車位租用時(shí)段，即可創(chuàng)建租用訂單。當(dāng)租客到達(dá)車位后，在倒車入庫(kù)的過(guò)程中，智能車鎖視覺(jué)驗(yàn)證系統(tǒng)將識(shí)別到車牌號(hào)碼，并與云服務(wù)器后臺(tái)訂單數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，匹配成功則自動(dòng)開鎖。若車牌受損或無(wú)車牌，租客可以打開移動(dòng)端APP，使用二維碼開鎖。

四、詳細(xì)功能設(shè)計(jì)

（一）視覺(jué)智能車鎖介紹

1.智能車鎖機(jī)械結(jié)構(gòu)

視覺(jué)智能車鎖機(jī)械結(jié)構(gòu)先采用SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件建模，再進(jìn)行車鎖實(shí)物制作，部分器件采用3D打印技術(shù)制作，以便驗(yàn)證結(jié)構(gòu)合理性以及后續(xù)的結(jié)構(gòu)微調(diào)，智能車鎖三維建模圖如圖1所示。

目前，該機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)申請(qǐng)實(shí)用新型專利。

2. 智能車鎖視覺(jué)驗(yàn)證系統(tǒng)

視覺(jué)驗(yàn)證系統(tǒng)是該產(chǎn)品的一大亮點(diǎn)所在，通過(guò)處理車位鎖上攝像頭所采集的視覺(jué)信息，并與云端數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容比對(duì)，以驗(yàn)證租客身份。

視覺(jué)驗(yàn)證系統(tǒng)使用英偉達(dá)的Jetson Nano開發(fā)板作為視覺(jué)運(yùn)算平臺(tái)，可以滿足視覺(jué)處理的運(yùn)算需求。此外，本系統(tǒng)使用CMOS工業(yè)相機(jī)采集視頻數(shù)據(jù)，視頻圖像分辨率設(shè)置為1980×1080，在1080P的圖像分辨率下等效視場(chǎng)角相當(dāng)于120°超廣角，且刷新幀率可達(dá) 60fps，以滿足采集移動(dòng)中汽車車牌信息的需求，同時(shí)使用 CMOS 傳感器，以避免圖像的“果凍效應(yīng)”。

視覺(jué)圖像處理所采用的傳統(tǒng)算法是根據(jù)目標(biāo)特征自行編寫的識(shí)別算法，基于C++語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，配合OpenCV視覺(jué)開源庫(kù)，通過(guò)對(duì)多維數(shù)組與圖像矩陣進(jìn)行運(yùn)算，使用最底層的方法，并在一些關(guān)鍵部分直接對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行操作篩選。圖像處理部分代碼量最為龐大，需要考慮多種特殊情況。

視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的主要功能是為了驗(yàn)證租客身份信息，本系統(tǒng)采用了兩種方案進(jìn)行驗(yàn)證，以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性：

方案一：識(shí)別用戶車牌號(hào)碼。用戶在移動(dòng)端預(yù)定車位時(shí)需填寫車牌號(hào)碼。首先，當(dāng)用戶在移動(dòng)端APP下單后，車位鎖運(yùn)算平臺(tái)便從云服務(wù)器獲取訂單信息，并進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)。接著，經(jīng)過(guò)車牌字符識(shí)別得到當(dāng)前即將駛?cè)氲能嚺铺?hào)碼，再將其與預(yù)約的用戶信息進(jìn)行對(duì)比，匹配成功則自動(dòng)降下車鎖。

方案二：在用戶移動(dòng)端應(yīng)用上生成動(dòng)態(tài)二維碼，用戶將手機(jī)對(duì)準(zhǔn)攝像頭，通過(guò)二維碼識(shí)別算法識(shí)別二維碼信息，并與云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中信息進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)驗(yàn)證二維碼信息進(jìn)行解鎖。由于方案二需要車主下車操作，相較于方案一少了些智能性，故作為備選方案使用。

3.智能車鎖控制系統(tǒng)

車鎖控制采用STM32F103低功耗單片機(jī)作為主控，通過(guò)PWM脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制車鎖，采用光電限位進(jìn)行鎖定，并使用USART串口與視覺(jué)運(yùn)算平臺(tái)連接，用于接收控制信息和控制車鎖升降。

單片機(jī)連接著兩組光電門，當(dāng)車鎖開啟時(shí)，光電門檢測(cè)到低電平；當(dāng)車鎖關(guān)閉時(shí)，光電門也檢測(cè)到低電平；當(dāng)車鎖正在運(yùn)動(dòng)時(shí)，光電門檢測(cè)高電平；當(dāng)光電門出現(xiàn)低電平時(shí)，電機(jī)應(yīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

（二）移動(dòng)端APP介紹

移動(dòng)端應(yīng)用采用uni-app框架進(jìn)行開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)用戶注冊(cè)、用戶登錄、用戶信息管理、車鎖車位ID綁定、私家車位發(fā)布、空閑車位查詢及租賃以及動(dòng)態(tài)解鎖二維碼生成等功能。

首先，uni-app 是一個(gè)使用 Vue.js 開發(fā)所有前端應(yīng)用的框架，其 "在開發(fā)者數(shù)量、案例、跨端抹平度、擴(kuò)展規(guī)模、性能體驗(yàn)、周邊生態(tài)、學(xué)習(xí)成本、開發(fā)成本等8大關(guān)鍵指標(biāo)上都擁有著很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。其次，uni-app 具有很好的跨平臺(tái)性， 其在跨平臺(tái)的過(guò)程中不犧牲平臺(tái)特色，可優(yōu)雅調(diào)用平臺(tái)專有能力，真正做到海納百川、各取所長(zhǎng)。同時(shí)，uni-app 具備良好的視覺(jué)效果，界面簡(jiǎn)約美觀，應(yīng)用開發(fā)邏輯清晰且架構(gòu)合理。最后，uni-app實(shí)現(xiàn)一套代碼可同時(shí)運(yùn)行到多個(gè)平臺(tái)，如iOS系統(tǒng)、Android系統(tǒng)、HTML5、微信開發(fā)者工具、支付寶小程序Studio、百度開發(fā)者工具、字節(jié)跳動(dòng)開發(fā)者工具、QQ開發(fā)者工具等。

（三）Web云服務(wù)器后臺(tái)介紹

云服務(wù)器（Elastic Compute Service， ECS）是一種簡(jiǎn)單高效、安全可靠、處理能力可彈性伸縮的計(jì)算服務(wù)，其管理方式比物理服務(wù)器更加簡(jiǎn)單高效。

Web云服務(wù)器使用Django框架進(jìn)行開發(fā)，采用 MVT 軟件設(shè)計(jì)模式（即Model 模型、View視圖和Templates模板），并為客戶端提供API接口；采用阿里云ESC 服務(wù)器部署Centos7系統(tǒng)，使用Nginx和Uwsgi將 Django項(xiàng)目部署到阿里云服務(wù)器。

Django 是使用 Python 開發(fā)的開源 Web 開發(fā)框架。使用Django可以以最小的代價(jià)構(gòu)建和維護(hù)高質(zhì)量的 Web 應(yīng)用。在開發(fā)Web應(yīng)用時(shí)，本系統(tǒng)的視圖層采用CBV（Class Base Views）視圖，導(dǎo)入DRF（Diangorestframe）包，視圖層的類繼承APIview，使用Response函數(shù)返回?cái)?shù)據(jù)，并采用Serialization進(jìn)行數(shù)據(jù)的序列化和反序列化。API接口訪問(wèn)權(quán)限需要驗(yàn)證頭文件里是否有已經(jīng)登錄的 Token裝飾器，并配合用戶密碼加密，以保證用戶信息的安全性。

此外，Web云服務(wù)器通過(guò)部署MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)客戶信息和訂單信息，在收到用戶訂單后，將訂單信息傳輸給智能車鎖。同時(shí)，小程序后臺(tái)開發(fā)了管理界面，后臺(tái)管理員在輸入管理賬號(hào)和密碼之后便可直接訪問(wèn)后臺(tái)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)列表，并對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行“增刪改查”操作。最后，本系統(tǒng)將已經(jīng)備案的域名與阿里云服務(wù)器公網(wǎng)IP綁定，以實(shí)現(xiàn)域名訪問(wèn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款基于視覺(jué)識(shí)別的共享車位租賃系統(tǒng)，運(yùn)用無(wú)線通信、傳感器、視頻采集傳輸、智能識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端、定位、地圖、無(wú)感支付等多種技術(shù)，以車鎖這類最簡(jiǎn)單的形式呈現(xiàn)出來(lái)，以此向大眾共享私人車位，讓有限的停車位實(shí)現(xiàn)流動(dòng)地再分配，在方便了租借者的同時(shí)，又為出租者提供了額外收入。

作者單位：余湘 王冠群 羅凱文 南華大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

參考文獻(xiàn)

[1]曾泉，譚北海.基于SVM和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車牌識(shí)別系統(tǒng).電子科技，2016，01（29）：98-101.

[2]Liao，Minghui，et al.Real-time scene text "detection with differentiable binarization. Proceedings of the AAAI Conference on Artificial "Intelligence.2020，07，34.

[3]高聰，王福龍.基于模板匹配和局部HOG特征的車牌識(shí)別算法.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2017（1）：122-128.

[4]Xu，Zhenbo，et al.Towards end-to-end license plate "detection and recognition：A large dataset and "baseline.Proceedings of the European conference on "computer vision （ECCV），2018.