基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

裴華艷，付聚文

（1.甘肅廣播電視大學(xué) 教務(wù)處，蘭州 730030；2.中國移動通信集團(tuán)甘肅有限公司 業(yè)務(wù)支撐部，蘭州 730046）

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

裴華艷1，付聚文2

（1.甘肅廣播電視大學(xué) 教務(wù)處，蘭州 730030；2.中國移動通信集團(tuán)甘肅有限公司 業(yè)務(wù)支撐部，蘭州 730046）

針對現(xiàn)代城市中“一位難求”的停車難問題，提出采用RFID自動識別技術(shù)和無線傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)，為用戶提供車位信息和停車誘導(dǎo)服務(wù)，引導(dǎo)和幫助用戶停車，改善停車難問題。

物聯(lián)網(wǎng)；智能停車；RFID；傳感器

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市中機(jī)動車的數(shù)量越來越多，停車已經(jīng)成為一個難題，同時誘發(fā)了一些車主的亂停車行為，亂停車又反過來加劇了停車難。“停車難”已經(jīng)成為困擾城市道路交通發(fā)展的普遍性問題，亟待改善解決。

1 物聯(lián)網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）的概念最早是由美國麻省理工學(xué)院（MIT）自動識別技術(shù)中心（AutoID Center） 于 1999 年 提 出 的[1]。2005 年， 國 際 電 信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布《ITU Internet Report 2005:The Internet Of Things》報(bào)告，報(bào)告對物聯(lián)網(wǎng)的定義如下:物聯(lián)網(wǎng)是一種通過二維碼識讀設(shè)備、RFID 裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)通過物體的識別與管理實(shí)現(xiàn)PC之間、人與人之間、物與人之間的信息交互與共享。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)信息采集、傳輸、處理和應(yīng)用的原則，可以將其體系結(jié)構(gòu)分為4層:感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層，如圖 1 所示[2]。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

感知層在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中處于信息采集的最前端，運(yùn)用二維碼、RFID、傳感器等設(shè)備對物體進(jìn)行探測與識別，完成對物體屬性的讀取。

傳輸層由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)感知層、處理層和應(yīng)用層之間的信息傳輸與交互。

處理層通過運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、并行計(jì)算等數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)，對傳輸層提供的信息進(jìn)行分析與處理，挖掘出有用的信息供應(yīng)用層使用。

應(yīng)用層通過將處理層提供的信息進(jìn)行應(yīng)用，提供多樣化的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

1.3 物理網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 RFID

射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）是一種利用電磁感應(yīng)或微波進(jìn)行通信的非接觸式自動識別技術(shù)，主要通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)[3]。RFID 技術(shù)可識別高速運(yùn)動的物體，能夠同時識別多個標(biāo)簽，具有非接觸工作距離長、非視距讀取、適于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[4]。

RFID 系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽、讀寫器和天線 3 部分組成。電子標(biāo)簽由耦合元件與芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，可部署在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器所在的無線射頻磁場后，讀寫器讀取標(biāo)簽信息，并控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀寫信號；電子標(biāo)簽接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流獲得能量，啟動控制電路和射頻電 路 將 存 儲 在 內(nèi) 部 芯 片 的 數(shù) 據(jù) 送 出[3]， 讀 寫 器 接 收并解碼標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)，送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理。天線負(fù)責(zé)在電子標(biāo)簽和讀寫器之間傳遞射頻信號。

1.3.2 傳感器技術(shù)

傳感器是一種能夠探測和感知外界信息，并將信息按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為可測量的電信號或其他形式信號的器件。通過將轉(zhuǎn)換后的信號輸出傳遞給其他裝置[5]，傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對信息的傳輸、存儲和處理。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知層的一種重要設(shè)備，主要用于探測物體，完成對物體屬性的采集和讀取。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由分布在不同空間上的傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)可被部署在被感知物體內(nèi)部或周圍，能夠在任意時間探測并采集被感知物體的屬性，如壓力、溫度和濕度等，每個節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)存儲和處理，并接收來自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，所有節(jié)點(diǎn)以協(xié)作的方式采集和處理傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的信息，采集后的數(shù)據(jù)匯聚到網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)關(guān)傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，主要由信息采集模塊、信息傳輸模塊、信息分析與處理模塊、信息發(fā)布模塊4個部分組成，分別對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能停車系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

信息采集模塊對停車場內(nèi)的車位信息和出入停車場的車輛信息進(jìn)行周期性采集，然后經(jīng)信息傳輸模塊傳輸至信息分析與處理模塊，后者對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘提取出最新車位、出入庫車輛數(shù)等信息提供給信息發(fā)布模塊，發(fā)布模塊通過多種方式對外發(fā)布信息，引導(dǎo)用戶停車。

應(yīng)用本系統(tǒng)的停車場可為經(jīng)常停放的車輛辦理月卡、季卡或年卡，并在相關(guān)車輛上安裝 RFID 自動識別標(biāo)簽。臨時停車需要車主在車輛入庫時手工提取臨時卡，在車輛出庫時手工刷卡以計(jì)算停車時間和停車費(fèi)用。系統(tǒng)的主要工作流程如下:

（1）車輛入庫 :車輛駛?cè)胪＼噲鐾ǖ篮?，入口處?RFID 讀卡器對車輛進(jìn)行檢測，自動識別車輛上的 RFID 標(biāo)簽并記錄車輛入庫時間[3]；入口處的視頻監(jiān)控設(shè)備采集車輛相關(guān)信息。所有采集信息通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至信息分析與處理模塊；

（2）停車 :車輛停放完畢后，安裝在車位正上方的超聲波車位檢測器探測到本車位已被占用，將占用信息通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至信息分析與處理模塊；

（3）車輛離庫 :車輛駛離車位后，車位檢測器探測到本車位已空，采集此信息；車輛駛離停車場出口時，出口處的 RFID 讀卡器對車輛進(jìn)行檢測，自動識別車輛上的 RFID 標(biāo)簽，采集車輛離庫信息。所有采集信息被傳輸至信息分析與處理模塊，處理模塊自動計(jì)算停車時間、停車費(fèi)用并完成扣費(fèi)，臨時卡需人工收取現(xiàn)金后放行。

2.2 系統(tǒng)的主要功能模塊

2.2.1 信息采集模塊

信息采集模塊是實(shí)現(xiàn)智能停車的基礎(chǔ)，是整個系統(tǒng)的“感知層”，由超聲波車位檢測器、RFID 讀卡器和視頻監(jiān)控設(shè)備組成，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，為信息分析與處理提供原始數(shù)據(jù)。

RFID 讀卡器和視頻監(jiān)控設(shè)備均安裝在停車場出入口，讀卡器利用 RFID 非接觸式自動識別技術(shù)設(shè)計(jì)，主要完成對出入車輛的探測識別以及車輛出入庫時間的采集。視頻監(jiān)控設(shè)備主要負(fù)責(zé)采集車輛的車牌、型號、顏色等信息。

超聲波車位檢測器安裝在每個車位的正上方，由超聲波測距傳感器構(gòu)成，主要完成車位信息的探測與采集。車位正上方的超聲波傳感器向下發(fā)射超聲波，每隔 5 min 采集一次車位信息，超聲波經(jīng)地面或車輛頂部反射后被傳感器接收，可獲得超聲波的傳輸時間，從而計(jì)算超聲波的傳輸距離。車位上有車時超聲波的傳輸距離與無車時不同，由此判斷車位上是否停放了車輛[6]。當(dāng)車位信息發(fā)生變化時，車位檢測器探測并采集最新信息。

2.2.2 信息傳輸模塊

信息傳輸模塊主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)各模塊之間的信息傳輸與交互，確保信息傳遞的及時性和準(zhǔn)確性，以及整個系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。

由于停車場內(nèi)車位之間的距離較短，車位比較密集，車位信息的采集與傳輸均采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本較低，適應(yīng)性、擴(kuò)展性和設(shè)備的可維護(hù)性較強(qiáng)，有利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在停車場內(nèi)的超聲波車位檢測器（傳感器節(jié)點(diǎn)）和匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。車位檢測器除采集本車位的信息外，還可對其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的存儲和管理。匯聚節(jié)點(diǎn)是車位檢測器數(shù)據(jù)的匯總點(diǎn)，也是連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)將采集信息轉(zhuǎn)發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)中的信息分析與處理模塊。

RFID 讀卡器和視頻監(jiān)控設(shè)備與信息分析與處理模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸采用互聯(lián)網(wǎng)。

2.2.3 信息分析與處理模塊

信息分析與處理模塊相當(dāng)于整個系統(tǒng)的“大腦”，它接收并存儲信息傳輸模塊傳送的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，根據(jù)一定的規(guī)律和算法搜索出隱藏在其中的有用信息，計(jì)算出停車場的空車位數(shù)、入庫車輛數(shù)、出庫車輛數(shù)，統(tǒng)計(jì)每個車輛的停車時間、停車費(fèi)用及停車記錄，以及停車場的收益等數(shù)據(jù)，并將空車位數(shù)、總泊位數(shù)等信息傳輸給信息發(fā)布模塊。出入庫車輛數(shù)和收益數(shù)據(jù)可為停車場管理者進(jìn)行管理決策提供數(shù)據(jù)支撐，停車記錄可為用戶提供相關(guān)查詢服務(wù)。

2.2.4 信息發(fā)布模塊

信息發(fā)布模塊是整個系統(tǒng)對外進(jìn)行信息發(fā)布的窗口，主要負(fù)責(zé)及時有效的更新發(fā)布停車場的名稱、行駛路線、空車位數(shù)、總泊位數(shù)等信息。

信息發(fā)布方式可以采用車載終端、廣播電臺、個性化的手機(jī)短信服務(wù)以及路側(cè)的電子顯示屏，電子屏可以設(shè)置在停車場周邊區(qū)域的街道兩旁，便于過往的車輛及時獲取車位信息。

3 結(jié)束語

針對城市中停車難的問題，以提供高效、便捷的車位信息為出發(fā)點(diǎn)，以車位信息的采集與發(fā)布為核心，研究并設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)，以期為用戶提供停車誘導(dǎo)服務(wù)，引導(dǎo)和幫助用戶停車，改善停車難問題。

[1] 劉云浩 .物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論 [M].北京 ：科學(xué)出版社，2010，12.

[2] 錢 萍 .物聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)研究與方法綜述 [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2013，30（1）：14.

[3] 張席洲，邱永涵 .基于 RFID 的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) (交通科學(xué)與工程版 )，2011，35（3）：484-486.

[4] 魏長寬 .物聯(lián)網(wǎng) :后互聯(lián)網(wǎng)時代的信息革命 [M].北京 ：中國經(jīng)濟(jì)出版社，2011.

[5] 馮璐璐 .基于物聯(lián)網(wǎng)的停車泊位誘導(dǎo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 [D].長春 ：吉林大學(xué)，2013.

[6] 高旭東，曹珊珊 .超聲波車位檢測器系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].黑龍江科技信息，2008.

責(zé)任編輯 方 圓

Intelligent Parking System based on Internet of Things

PEI Huayan1, FU Juwen2
( 1. Of ce of Academic Affairs, Gansu Radio and TV University, Lanzhou 730030, China; 2. Department of Business Support System, China Mobile Group Gansu Company Limited, Lanzhou 730046,China )

To address the problem of “a parking space was hard to nd” in modern city, the paper presented Intelligent Parking System which was designed by using RFID automatic identification technology and wireless sensor technology. The System provided the information of parking space and parking guidance service for users, guided and helped user’ s parking, improved the problem of parking.

Internet of Things(IOT); Intelligent Parking System; RFID; sensor

U29∶TP39

：A

1005-8451（2015）01-0050-03

2014-04-14

裴華艷，助教；付聚文，技術(shù)員。