基于RFID的智能停車場管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

潘正軍　張屹

摘要：目前部分停車場使用發(fā)卡與刷卡的方式進行車輛的駛?cè)肱c駛出管理。這增加了車輛進入和駛出停車場的時間；而且進入車場后沒有智能引導(dǎo)屏幫助車主尋找合適的車位，既浪費了車主時間又降低了管理人員的效率。該文基于RFID的非接觸式無人值守的智能停車場管理系統(tǒng)，有效地解決了這一問題。對系統(tǒng)實施運行結(jié)果與傳統(tǒng)的停車場管理進行比較表明，該系統(tǒng)既節(jié)約了車主的停車時間又提高了管理人員的工作效率。

關(guān)鍵詞：RFID；智能停車；車位管理

中圖分類號：TP315 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）14-0234-03

Abstract： In view of the current part of the parking lot to use manual contact the issuing way of parking information management， not only increase the vehicle access and parking lot， and into the yard without intelligent guidance screen help owners find suitable parking spaces， not only a waste of the owners time and reduces the efficiency of management personnel. Intelligent parking management system based on RFID ， can solve the above problems. From the system implementation results and the traditional parking for comparison， the system can not only save the owners of parking time and the efficiency of the management staff to improve.

Key words： RFID； intelligent parking； parking management

近年來，隨著我國經(jīng)濟不斷增長，國民的機動車的擁有量和出行率增加很快，傳統(tǒng)的發(fā)卡式人工管理停車方法已經(jīng)越來越無法滿足高效率的停車要求。傳統(tǒng)的停車場通常采用有人值守發(fā)卡式或者無人值守自動取卡方式，當(dāng)有車輛進入和駛出時，必須要進行停車、取卡、刷卡和繳費等一系列手續(xù)。如果車輛過多，在停車場的出入口內(nèi)外就會積壓車輛，造成交通擁堵。既浪費時間又效率低下[1]。所以，如何在當(dāng)前停車場硬件建設(shè)的基礎(chǔ)上提高資源的使用率和利用率，采用新技術(shù)和手段來解決新問題、對停車場進行智能化管理顯得尤為重要[2]。

目前，有很多人對停車場管理的智能

化進行了研究：王浩基于RFID和ZigBee技術(shù)設(shè)計了智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)[3]；馬靜對RFID技術(shù)在智能引導(dǎo)停車場管理系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了分析[4]；邱坤林在智能車位引導(dǎo)系統(tǒng)研究中給出了室外道路交通智能停車誘導(dǎo)的解決方案[5]；但是對大型居民小區(qū)或者學(xué)校這類固定用戶較多，停車場又比較分散的智能停車管理系統(tǒng)的研究還比較少，因此，該系統(tǒng)的研究具有較好的應(yīng)用價值。

本系統(tǒng)采用RFID技術(shù)，研究智能停車場管理系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)車輛在出入口自動識別、車位誘導(dǎo)指引以及自動收費等功能[6]。車輛進出不需要停車取卡，車主可以減少尋找車位時間；而且，該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對車位信息的實時監(jiān)控，并根據(jù)不同區(qū)域車位利用率的多少重新設(shè)置收費標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)惠時段，引導(dǎo)車主靈活選擇停車位，實現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度和管理，提高了資源的利用率和管理效率。

1 RFID技術(shù)概要

RFID技術(shù)是一種無線射頻識別技術(shù)，最基本的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、標(biāo)簽讀寫器和天線組成。簡單地說，它通過無線電波實現(xiàn)讀寫器和標(biāo)簽之間的信息交換，從而達到識別標(biāo)簽所附著物體的目的，其工作原理如圖1所示。

RFID 系統(tǒng)工作時，先由閱讀器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進入閱讀器的工作范圍時，會激活 RFID 標(biāo)簽，并向閱讀器發(fā)送電子標(biāo)簽的編碼等信息。如果是無源系統(tǒng)，閱讀器通過無線電收發(fā)器發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進入該區(qū)域時就能從中獲得能量以驅(qū)動芯片與閱讀器進行通信。閱讀器讀取標(biāo)簽的自身編碼等信息并解碼后送至數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)處理。如果是有源系統(tǒng)，標(biāo)簽進入閱讀器工作區(qū)域后，由自身內(nèi)嵌的電池為芯片供電以完成與閱讀器間的相應(yīng)通信過程[3-4]。因為有源系統(tǒng)的識別距離遠，因此，根據(jù)實際需求，采用有源更能提高效率，本研究采用有源的方式進行實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)需求分析

本智能車位管理系統(tǒng)主要針對大型小區(qū)停車場以及學(xué)校停車場設(shè)計和實現(xiàn)。這類停車場都有大量的固定用戶和少量的臨時用戶，停車場總面積大，但停車區(qū)域比較分散，往往擁有多個不同的停車區(qū)域，而每個區(qū)域車位數(shù)量、收費標(biāo)準(zhǔn)都不一樣，要想實現(xiàn)無人值守式高效管理，節(jié)約停車時間，提高便捷性，就必須根據(jù)停車場的實際情況進行設(shè)計和實現(xiàn)。

為了提高系統(tǒng)的可擴展性和可維護性，本系統(tǒng)基于JavaEE采用MVC模式的分層結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，整個系統(tǒng)分為三層：最上層為用戶層，中間為業(yè)務(wù)邏輯層，底層為數(shù)據(jù)采集層[7]。

首先，為了實現(xiàn)無人值守式管理，就必須考慮硬件采集系統(tǒng)的設(shè)計要便捷、安全、低成本、免維護。為此，在數(shù)據(jù)采集層選擇了RFID結(jié)合控制系統(tǒng)作為底層信息的采集，經(jīng)業(yè)務(wù)邏輯層處理后最終顯示在用戶層。

根據(jù)對實際業(yè)務(wù)的分析，在業(yè)務(wù)邏輯層可以把該系統(tǒng)分為四大功能模塊：一是停車場信息管理，包括停車場信息、停車場區(qū)域信息和車位信息；二是收費管理，主要包括收費和收費信息設(shè)置，可以對不同區(qū)域的收費標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)惠時段進行管理；三是統(tǒng)計分析，主要包括日統(tǒng)計分析、月統(tǒng)計分析、年統(tǒng)計分析、區(qū)域統(tǒng)計分析和時間段統(tǒng)計分析?？梢愿鶕?jù)統(tǒng)計分析結(jié)果查看不同區(qū)域車位的實時狀況，提前設(shè)置收費標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)惠時段，做到全局資源的最佳優(yōu)化，提高停車場車位的利用率，同時節(jié)約車主時間；四是用戶管理，主要包括管理員、系統(tǒng)操作員和普通用戶的管理。

用戶層主要負責(zé)和用戶進行交互，包括管理員、系統(tǒng)操作員和普通用戶，主要通過瀏覽器和LED引導(dǎo)屏為用戶提供統(tǒng)一的訪問和查看接口。

本系統(tǒng)的角色主要包括三種類型：系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)操作員和普通用戶，其中：系統(tǒng)管理員主要負責(zé)系統(tǒng)權(quán)限管理以及統(tǒng)計分析等，當(dāng)然他也具有系統(tǒng)操作員的權(quán)限；系統(tǒng)操作員主要進行收費管理和收費標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置以及統(tǒng)計分析等。

為了解決部分臨時客戶的需求，在入口處以雙通道的方式進行處理，少量臨時客戶可以采取無人值守的自動取卡方式停車取卡，在出口處自動刷卡繳費或者人工繳費。根據(jù)以上需求分析，可以得出系統(tǒng)總體功能用例圖[8] 。見圖2所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體功能架構(gòu)

1）用戶管理模塊。 該模塊提供對系統(tǒng)不同角色用戶的管理功能。用戶有三個角色：系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)操作員和普通用戶。每個角色都擁有不同的權(quán)限，其中：系統(tǒng)管理員擁有最高權(quán)限，可以根據(jù)自己的權(quán)限添加系統(tǒng)操作員和普通用戶；系統(tǒng)操作員可以根據(jù)自己的權(quán)限對某個停車場或停車場的某個區(qū)域進行車位管理、收費管理和統(tǒng)計分析等；普通用戶可以隨時查看車位信息、停車時間和收費情況等。所有用戶都可以對自己的個人信息進行維護。

2）停車場管理模塊。 該模塊提供對停車場信息、停車場區(qū)域信息和停車場車位信息的相關(guān)管理功能，其中：停車場信息主要包括當(dāng)前停車場的編號、名稱、停車場的車位數(shù)量、收費標(biāo)準(zhǔn)等；停車場區(qū)域管理主要提供較大的停車場所劃分的不同區(qū)域，包括區(qū)域名稱、車位數(shù)量、收費標(biāo)準(zhǔn)等；停車場車位信息主要提供不同停車場、不同區(qū)域車位信息，主要包括車位編號、是否停車、進入時間、離開時間、收費標(biāo)準(zhǔn)等。

3）收費管理模塊。 該模塊主要提供對不同停車場，不同區(qū)域的車位進行收費管理和收費標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的功能。主要包括對不同類型車輛進行收費；還包括具體的收費設(shè)置，如根據(jù)不同停車場、不同區(qū)域、不同時間段和不同類型的車輛實行優(yōu)惠等。

4）統(tǒng)計分析模塊。 該模塊主要為管理員或者操作員提供日統(tǒng)計分析、月統(tǒng)計分析、年統(tǒng)計分析、區(qū)域統(tǒng)計分析和時間段統(tǒng)計分析功能，以便根據(jù)停車場車位信息設(shè)置不同的優(yōu)惠政策，進行引導(dǎo)和分流，提高停車場車位的利用率，提高效率，節(jié)約資源。

3.2 系統(tǒng)軟件層次架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)軟件工程分層的理論，在軟件設(shè)計和實現(xiàn)過程中采用分層結(jié)構(gòu)可以降低各層之間的相互依賴，實現(xiàn)高內(nèi)聚、低耦合，有利于軟件后期的擴展和維護。

本系統(tǒng)在設(shè)計和實現(xiàn)過程中，也采用分層結(jié)構(gòu)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，可把系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)：用戶層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)采集層。每一層邏輯功能獨立，各層通過接口進行相互通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)發(fā)、處理和存儲等功能。

1）用戶層 主要通過Web瀏覽器和LED引導(dǎo)屏為用戶提供統(tǒng)一的UI界面，該界面可為用戶提供統(tǒng)一操作管理系統(tǒng)的平臺，任何合法的用戶都可以通過該界面根據(jù)自己的角色進行相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯處理和操作，進入車場時可以通過LED車位引導(dǎo)屏實現(xiàn)快速尋找車位停車。

2）業(yè)務(wù)邏輯層。 系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)需求是通過業(yè)務(wù)層的業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)的。該層是系統(tǒng)的核心層，業(yè)務(wù)邏輯層實現(xiàn)的優(yōu)劣決定了整個系統(tǒng)功能和性能的優(yōu)劣。該層要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求，分析出具體的業(yè)務(wù)邏輯和實現(xiàn)策略。本系統(tǒng)根據(jù)智能車位信息管理過程中的需求，設(shè)計了用戶管理、停車場管理、收費管理和統(tǒng)計分析四大模塊。而且這四大模塊還和數(shù)據(jù)庫進行交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信、采集、處理、分發(fā)和存取。

3）數(shù)據(jù)采集層 。本層的主要功能是進行原始車位信息的采集。主要通過硬件設(shè)備RFID實現(xiàn)車輛信息和車位信息的采集，再結(jié)合攝像頭的視頻數(shù)據(jù)進行綜合分析，就可以把停車場車位信息和車輛信息的實時數(shù)據(jù)收集過來，為業(yè)務(wù)邏輯層提供重要的原始數(shù)據(jù)。具體工作過程是標(biāo)簽閱讀器讀取信息并解碼后，把信息傳輸?shù)綐I(yè)務(wù)邏輯層的接口，通過業(yè)務(wù)邏輯層的接口處理后保存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

根據(jù)以上分析，系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖4所示。

5 系統(tǒng)運行與分析

根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況，通過統(tǒng)計某小區(qū)早高峰時間段（7：30-9：00）和晚高峰時間段（17：00-19：30）進入車輛數(shù)、駛出車輛數(shù)量以及車主平均停車時間，其中，平均停車時間是指車主從入口進入后到通過智能引導(dǎo)屏或自助方式停車完畢的時間。通過對各項指標(biāo)數(shù)據(jù)在智能入口和傳統(tǒng)方式的臨時入口分別進行取樣統(tǒng)計，可以得出表1的統(tǒng)計結(jié)果。

6 結(jié)束語

基于RFID的智能停車系統(tǒng)在現(xiàn)有的硬件基礎(chǔ)上提高了資源的利用率和管理效率，有效地節(jié)約了資源，為解決買車易，停車難的問題提供了一種有效的解決方案，而且這種實現(xiàn)方式簡單方便，具有很好的實際應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1] 劉勃， 宋慶恒， 胡三慶. 基于 RFID 的停車場智能管理系統(tǒng)[J].計算機與數(shù)字工程，2008 （5）： 153-155.

[2] 吳若偉. 大型停車場智能泊車引導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)[D]. 南京： 南京航空航天大學(xué)， 2013.

[3] 王浩. 基于RFID和ZigBee技術(shù)的智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)設(shè)計[J]. 山東交通學(xué)院學(xué)報， 2014， 22（1）： 15-16.

[4] 馬靜， 李寧. RFID 技術(shù)在智能引導(dǎo)停車場管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 科技信息， 2013（36）： 266.

[5] 邱坤林. 智能車位引導(dǎo)系統(tǒng)研究[D]. 長春： 吉林大學(xué)， 2014.

[6] 王霖. 移動停車車位管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計[D]. 昆明： 云南大學(xué)， 2013.

[7] 王石磊. Java Web開發(fā)技術(shù)詳解[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2014.

[8] 謝星星， 劉小松， 王堅寧. UML統(tǒng)一建模教程與實驗指導(dǎo)[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2013.

[9] 侯振云， 肖進.MySQL5數(shù)據(jù)庫入門與提高[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2015.