基于物聯(lián)網(wǎng)的城市無人值守停車場系統(tǒng)設(shè)計

0 引 言

近年來，我國汽車工業(yè)飛速發(fā)展，汽車保有量的激增和國民出行方式的改變，使得“停車難”問題正成為大中城市普遍面臨的一個挑戰(zhàn)。截止到 2017 年底，我國汽車保有量達(dá) 2.17 億輛，其中私家車 1.87 億輛，汽車駕駛?cè)藛T超過 3.85 億人 [1-2]。一方面，由于城市規(guī)劃和用地等因素的限制，現(xiàn)有停車場數(shù)目以及面積難以大規(guī)模增加 ；另一方面，很多停車場仍采用較為傳統(tǒng)的人工刷卡式管理模式，內(nèi)部缺乏有效的車輛引導(dǎo)系統(tǒng)，增加了車輛停泊時間，造成停車場運行效率低、維護成本高等問題 [3-4]。因此，如何在現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上提高停車場的利用率，采用新技術(shù)手段實現(xiàn)更高效的維護管理、更合理的計時計費、更便捷的車位引導(dǎo)，具有顯著的研究意義和實用價值 [5-7]。

本文對停車場管理現(xiàn)狀及用戶需求進行分析，針對車輛識別、車位引導(dǎo)、自動繳費等停車具體環(huán)節(jié)，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人化、智能化停車場管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度和管理。在本文系統(tǒng)中，車輛進出無需停車取卡， 車位信息實時監(jiān)控，有效減少了車輛進出和尋找車位時間， 提高了停車場的運行效率。

1 我國停車場現(xiàn)狀與問題

1.1 我國停車場現(xiàn)狀

歐美等發(fā)達(dá)國家在治理“停車難”問題上起步較早，積累了較多寶貴經(jīng)驗?？v觀這些國家的發(fā)展史，在停車場建設(shè)方面往往經(jīng)歷了先被動擴建、后主動引導(dǎo)的過程 [8-9]。目前， 國外發(fā)達(dá)國家已先后進入“智慧停車”階段，其特點是信息化、自動化程度高，無需人工進行干預(yù)。我國在這一方面仍然處于起步階段，實際應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問題，主要表現(xiàn)在以下方面 ：

(1) 部分停車場的建設(shè)未考慮實際情況，缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃， 引進的高新技術(shù)不能與原停車場兼容，故障率較高，無法發(fā)揮出其應(yīng)有功能 ；

(2) 大多數(shù)停車場管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)封閉，數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的不同使得停車場之間無法進行信息交互，阻礙了城市停車“一卡通”目標(biāo)的實現(xiàn)。

1.2 用戶需求

停車場服務(wù)主要面向車主、停車場管理方以及交通管理部門三類用戶。車主作為停車場基數(shù)最大的受眾，安全永遠(yuǎn)是第一要素，包括人身安全以及車輛停放安全。同樣，停車場收費的合理性、透明度，停車取車的便捷度也是車主考慮的重要因素。停車場管理方注重盈利和效率，因此對停車場的功能需求是車位的高效利用、計費收費準(zhǔn)確以及車主停放車輛的安全等。交通管理部門則要求停車場具有緩解城市交通壓力的功能，縮短亟需停放車輛在道路上滯留的時間，同時還需具備車輛信息收集、提供停車場車位狀態(tài)信息、與智能交通系統(tǒng)進行通信等功能。綜合以上三類用戶對停車場管理的功能需求，為達(dá)到方便停車、高效管理、緩解交通壓力的目的，城市無人值守停車場應(yīng)具備如下功能 ：

(1) 出入口控制功能 ；

(2) 計費收費功能 ；

(3) 車輛識別功能 ；

(4) 車位引導(dǎo)功能 ；

(5) 車輛信息管理功能等。

2 無人值守停車場管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

本文系統(tǒng)主要采用射頻識別（RFID）、車牌識別、無線傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以實現(xiàn)無人化、智能化管理。根據(jù)系統(tǒng)的工作流程及功能，可將系統(tǒng)分為出入口控制、車牌識別、計費終端、車位引導(dǎo)、管理中心等模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

                                                                                                                                                   圖 1 城市無人值守停車場管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1 出入口控制

停車場出入口采用“雙通道、雙用戶”模式，即一條通道供車輛進入停車場，另一條通道供車輛駛出停車場。同時， 為減少停車場不同用戶停車之間的干擾，每條通道設(shè)置兩條車道，分別針對固定用戶和臨時用戶，使車輛進出停車場更便捷，管理更高效。

出入口控制采用射頻識別（RFID）及車牌識別技術(shù)相結(jié)合的方式。RFID 技術(shù)是非接觸式條形碼自動識別技術(shù)的一種，可實現(xiàn)對物品信息的自動采集。典型的RFID 系統(tǒng)由天線、RFID 標(biāo)簽、RFID 閱讀器組成，其工作原理為 ：RFID 閱讀器通過主動或被動的方式持續(xù)向外發(fā)射無線電波，一旦進入到閱讀器的發(fā)射范圍，標(biāo)簽內(nèi)記載的信息就被自動讀出。由于 RFID 技術(shù)具有良好的穩(wěn)定性、較長的壽命以及較低的制造成本，因此具有廣泛的應(yīng)用場景。

車牌識別是指利用數(shù)字圖像處理、字符識別等技術(shù)，對車輛號牌自動識別、提取并進行處理的技術(shù) [10-11]。車牌識別系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括圖像采集、預(yù)處理、車牌定位、字符切分、特征提取、分類識別等模塊，其工作流程如圖 2 所示。我國目前主要使用“92 式”車輛牌號，即以《中華人民共和國公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（GA36-1992）為標(biāo)準(zhǔn)制作的機動車號牌，相應(yīng)的車牌識別技術(shù)已經(jīng)比較成熟 [12-13]。在無人值守停車場管理系統(tǒng)中，出入口各個車道需要安裝視頻監(jiān)控攝像頭，在車輛進出過程中拍照，通過識別模塊即可獲取車輛的牌號信息。

2.1.2 車位引導(dǎo)

車位引導(dǎo)系統(tǒng)主要包括兩項功能 ：引導(dǎo)車主在停車時迅速找到剩余空車位 ；幫助車主取車時快速找到車輛。在此系統(tǒng)中，每個車位上均安裝有傳感器，停車場管理中心可實時對車位占用情況進行監(jiān)測與管理。借助停車場手機 APP 以及停車場內(nèi) LED 顯示屏，用戶可實時掌握停車場各區(qū)域車位信息，在路線指引下快速到達(dá)空閑車位。用戶停車后對車輛停放車位進行掃碼，就可通過 APP 記錄當(dāng)前車輛停放位置， 方便隨后取車。同時 APP 還具備一鍵報警、車位預(yù)約等功能。

2.1.3 收費終端

收費終端的主要作用是對停車場內(nèi)的車輛進行快速準(zhǔn)確收費。在本文系統(tǒng)中，收費終端針對不同用戶采取不同的收費方式，固定用戶可通過綠色通道快捷進出，離開時自動扣費。臨時用戶則通過臨時用戶通道進出停車場，離開時通過掃描停車場的二維碼繳費，之后只需在規(guī)定時間內(nèi)離開停車場即可。

2.1.4 管理中心

管理中心由計算機集群及配套軟件系統(tǒng)組成，用于提供停車場相關(guān)信息，包括停車場基本信息、停車區(qū)域信息、車位信息等。停車場基本信息主要包括停車場名稱、車位總數(shù)、計費標(biāo)準(zhǔn)等 ；區(qū)域信息主要用于劃分停車場的不同區(qū)域，包括區(qū)域編號、車位總數(shù)、計費標(biāo)準(zhǔn)等 ；車位信息包括車位編號、車位狀態(tài)、占用時長等。

2.2 系統(tǒng)工作流程

2.2.1 駛?cè)胪＼嚵鞒?

當(dāng)車輛進入停車場時，系統(tǒng)按照圖 3 所示的流程完成車輛信息采集、車位分配以及停車引導(dǎo)過程。

                                                                                                                                                                               圖 3 駛?cè)胪＼嚵鞒?

(1) 車輛信息識別。車輛進入停車場時，位于停車場入口的車牌識別模塊讀取車輛信息并送至管理中心進行處理。

(2) 車輛信息匹配。管理中心將車牌信息與停車場數(shù)據(jù)庫加以核對，判斷車輛是否為固定用戶，并決定停車區(qū)域。若是預(yù)定車位的車輛，則分配預(yù)定的車位號 ；若是非預(yù)定的車輛，系統(tǒng)則隨機分配臨時車位號。

(3) 智能引導(dǎo)車輛。車位分配完成后，系統(tǒng)根據(jù)駛?cè)胲囕v目前所在位置對車輛進行停車引導(dǎo)。對于固定用戶的車輛，停車場 APP 引導(dǎo)進入固定用戶車輛停放區(qū)停放車輛。對于臨時停車的車輛，需通過停車場內(nèi)的 LED 顯示屏并配合方向指示進入臨時用戶車輛停放區(qū)進行停放。若用戶將車輛停放進錯誤車位，車位監(jiān)測傳感器會發(fā)現(xiàn)該問題并提醒用戶及時糾正。

2.2.2 繳費駛出流程

用戶取車時可使用反向?qū)ぼ嚬δ?，在停車?APP 中輸入車牌號或車位號確定車輛位置。在本文系統(tǒng)中，不同用戶采用不同的繳費方式，如圖 4 所示。固定用戶駛出停車場時， RFID 閱讀器自動識別車輛信息，并直接對其綁定賬戶進行扣費，車牌號所對應(yīng)的停車時長以及所扣費用顯示在出口旁的 LED 顯示屏上，手機 APP 也會收到扣費的相關(guān)信息。臨時停車用戶可通過手機 APP 或停車場內(nèi)的自助繳費機進行自助繳費，繳費后須在規(guī)定時間內(nèi)離開停車場。若車主因特殊情況發(fā)生耽擱，則需在駛離時補交超出的費用。

3 結(jié) 語

針對近年來大中城市出現(xiàn)的“停車難”現(xiàn)象，本文分析了停車場管理現(xiàn)狀與問題，圍繞用戶需求與停車具體環(huán)節(jié)， 提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人值守停車場管理系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)的停車場管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有無人化、智能化等特點，在現(xiàn)有硬件設(shè)施上提高了停車場車位的使用效率，防止管理人員舞弊行為的發(fā)生，是一種行之有效的解決方案，具有很好的借鑒意義與應(yīng)用價值。