小型智能停車系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

李俊萍 徐寧寧

（安徽工程大學 安徽省蕪湖市 241000）

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，轎車數(shù)量持續(xù)增高。私家車數(shù)量的不斷增加也為城市停車帶來了諸多挑戰(zhàn)，城市和已建小區(qū)住宅的土地面積已不足以提供足夠的停車位。特別是公園和老舊園區(qū)停車難問題突出，車位不足、停車難、繳費排隊等問題都和現(xiàn)代人的快節(jié)奏生活格格不入。停車位和汽車數(shù)量比例的嚴重失調(diào)，使停車難問題成為建設智慧城市所急需解決的問題。

如何讓車主便捷完成停車、取車、繳費等一列流程；對于停車的管理方而言，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術的飛速發(fā)展，如何利用新技術對停車場進行高效的智能化管理和引導，真正為客戶帶來便捷的停車服務，是管理方所面臨的挑戰(zhàn)。如何更好的利用車位，高效運維的停車場，是當下傳統(tǒng)停車系統(tǒng)所面臨的問題。本文設計的系統(tǒng)集物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，整合停車場信息，能有效縮短停車等待時間，并能給車主帶來預約停車、無感支付等數(shù)智化體驗。

1 系統(tǒng)架構

系統(tǒng)總架構圖如圖1所示，應用層為智能終端APP，車主通過APP 來完成一系列操作。停車服務器和數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)層，阿里云服務器是數(shù)據(jù)通信，存儲，控制系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)模塊和MCU 構成，控制車輛進出，發(fā)布車位信息，實現(xiàn)車庫監(jiān)控。

2 總設計思路

針對以上提到的問題，在吸收了傳統(tǒng)立體停車場的有利結構基礎上，借鑒吊床可升降和橫移的結構特點，再結合電梯的升降原理與安全防護結構作為智能立體停車庫系統(tǒng)的機械結構部分，既提高了土地利用率，又充分考慮到了車庫的安全性。該智能停車系統(tǒng)是一種小型化停車，結合了物聯(lián)網(wǎng)技術、人臉識別技術等技術形成的一種集客戶端就近車位查找、車位預約、刷臉取車、二維碼取車、自動計費、自助繳費等功能于一體的停車管理系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)設計內(nèi)容

3.1 系統(tǒng)電路硬件部分

智能停車系統(tǒng)的電路硬件部分主要由樹莓派CM4 板、ARM Cortex-M3 MCU、500 萬像素攝像頭、24 英寸HDMI 顯示器、控制電機及傳感器等組成（如圖2所示）。

圖1：系統(tǒng)總架構圖

圖2：硬件圖

樹莓派CM4 CM4IO 時性能最強的樹莓派計算模塊，該產(chǎn)品被用于工業(yè)和商業(yè)應用[2]。其中ARM 處理器主頻1.5GHz 64 位4 核，HDMI 接口是4K 高清視頻輸出雙接口，工作電壓5V，VideoCore VI 圖形，支持OpenGL ES 3.x。支持多操作系統(tǒng)，是嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的理想選擇。計算模塊IO 板配合計算核心使用，其配有兩個全尺寸HDMI 接口，千兆以太網(wǎng)接口，攝像頭和顯示器FPC 接口，兩個USB 2.0 接口[3]。其與云服務器通訊、上傳車庫狀態(tài)以及接收云服務器下達的指令并向STM32下達控制指令完成存取車等動作。樹莓派采用USB-GPRS 模塊提供上網(wǎng)數(shù)據(jù)流量，用于HTTP 請求訪問face++ API，同時和服務器建立連接、與客戶端進行數(shù)據(jù)交換。

STM32 單片機是設計ARM Cortex?-M 內(nèi)核最佳選擇[4]，其中STM32F103RCT6 是ST 旗下的一款常用的增強型系列微控制器，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲器、豐富的外設和通信接口，STM32 MCU 主要負責接收CM4 發(fā)送的指令，控制電機和升降地鎖完成車庫存取車等動作。另外，MCU 還負責實時監(jiān)測各種傳感器，保證系統(tǒng)正常運行。

RFID 面板組能夠?qū)^(qū)域內(nèi)空閑車位實現(xiàn)定位，并為車主提供反向?qū)ぼ嚩ㄎ?，因而大大提高停車、取車[6]效率。而升降地鎖對車位停車時間進行計時費。

Face++人工智能開放平臺是北京曠視科技有限公司（后稱曠視科技）推出的開放平臺[5]。系統(tǒng)的人臉識別部分調(diào)用開源Face++API 程序的方法予以實現(xiàn)[5]，識別速度快，精確度高、穩(wěn)定性好。Face++除了SDK 產(chǎn)品形態(tài)，還支持API 接口，用戶可以更低成本、更便捷迅速的在APP、小程序或H5 平臺接入[7]。

3.2 軟件設計

控制主程序主要實現(xiàn)以下功能：

（1）用戶信息管理。用戶要在APP 上進行人臉或賬號登錄，認證身份信息以及車牌信息。

（2）車位信息管理及實時發(fā)布。通過顯示屏或終端APP 對外呈現(xiàn)。車主根據(jù)訴求進行查詢等。

（3）停車位導航。用戶可查看離自己最近的停車位，并通過程序引導到相應車位。

（4）預約停車。車主可提前10 分鐘預約車位停車，或取車。當預約的車子到達車庫時，車主掃描二維碼即可完成停車。

（5）自動計時、自助繳費。升降車鎖有自動計時功能，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌鞫藬?shù)據(jù)庫可以核算費用。APP 上的支付方式融合了目前盛行的微信、支付寶等移動支付程序，可便捷繳費。

3.3 存取車操作流程

使用前，用戶需要下載APP，APP 有車位查詢、導航、預約、自助繳費等功能。

取車時，車主只需面對攝像頭，系統(tǒng)會車自動分析面部信息并且在系統(tǒng)中搜索與之匹配的賬戶，系統(tǒng)搜索并匹配成功后就會將對應的車位取出（其操作流程如圖3所示），車主將車駛出車位完成取車過程，同時系統(tǒng)會自動計算停車時間并在車主賬戶上扣除相應費用。

3.4 實驗驗證

取某小型停車場一部分數(shù)據(jù)測試比較有沒有裝智能系統(tǒng)軟件的可視化圖形如圖4所示：紅色為人工停車找尋車位時間，綠色為裝了智能軟件后的等待時間，可以看到平均節(jié)約6 分鐘，說明該系統(tǒng)設計合理，能滿足人們便捷停車的需要。

圖3：操作流程

圖4：找車時間與停車時間對比

4 結語

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、城市停車問題的凸顯，立體車庫行業(yè)進入快速發(fā)展階段。一般路邊停車又非常的方便，所以適時開發(fā)路邊停車系統(tǒng)就顯得非常緊迫，一個路邊車庫可停放十輛左右汽車，秉持"小而分散"的原則，更有利于部署在街道旁、小區(qū)內(nèi)等空間相對較小的城市區(qū)域，更符合私家車車主的停車習慣。同時這種智能車庫結合了物聯(lián)網(wǎng)技術，在實現(xiàn)智能停車管理的同時可實現(xiàn)車庫間的資源整合、協(xié)調(diào)運作從而發(fā)揮整體效益。而新的智能立體車庫系統(tǒng)創(chuàng)新性的采用人臉識別技術作為車主身份認證手段以及取車及收費等相關功能的載體，并且結合物聯(lián)網(wǎng)技術可實現(xiàn)網(wǎng)上查找、預約車位等功能，這些極大的方便了車主，是未來路邊停車的一個方向。