基于計(jì)算機(jī)的停車場監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘 要： 針對傳統(tǒng)停車位管理系統(tǒng)運(yùn)行效率較低，不夠人性化等問題，設(shè)計(jì)一種計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)的智能停車場監(jiān)控管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)以ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為核心，實(shí)現(xiàn)了車輛進(jìn)出停車場無需停車即可完成對車輛的識別、刷卡、數(shù)據(jù)錄入等功能，同時(shí)為了提高人性化，使用計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)對車位進(jìn)行檢測，結(jié)合車輛位置檢測功能實(shí)現(xiàn)對車輛的引導(dǎo)。上位機(jī)使用組態(tài)軟件與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫建立管理軟件系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 停車場管理； ZigBee； 無線傳感網(wǎng)絡(luò)； 車位檢測

中圖分類號： TN98?34； TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）10?0084?04

Research on parking lot monitoring system based on computer technology

BI Ye1， CHEN Qiaoying2

（1. Engineering Training Center， Shanghai Second Polytechnic University， Shanghai 201209， China；

2. Shanghai Research Institute， China Coal Technology and Engineering Group， Shanghai 200030， China）

Abstract： Since the traditional parking management system has low efficiency and has no enough humanization， a new intelligent parking lot monitoring management system is designed in this paper， which is based on ZigBee wireless network system. The computer image technology is adopted in the system to conduct the detection of the parking place to improve the humanization of the system. The system can realize the functions of vehicle identification， credit card swiping and data entry while vehicle is moving. The vehicle guidance is achieved in combination with the vehicle location detection function. The configuration software is used in the upper computer to establish a management software system by means of the computer database.

Keywords： parking lot management； ZigBee； wireless sensor network； parking place detection

隨著我國的社會與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，車輛保有量急劇上升，車位與汽車比例明顯不均衡，而現(xiàn)在建立大型智能化停車場的需求不斷上升，尤其是在大型城市的人口密集區(qū)域、娛樂中心以及商業(yè)中心等。針對停車場的智能管理系統(tǒng)的研究儼然成為當(dāng)前熱點(diǎn)問題之一[1]。傳統(tǒng)停車場通過安裝門禁系統(tǒng)加強(qiáng)安全和規(guī)范管理，雖然提高了安全性，但是降低了停車場的運(yùn)行效率，浪費(fèi)了車主的時(shí)間，人性化設(shè)計(jì)較弱。本文設(shè)計(jì)停車位的重點(diǎn)是使用計(jì)算機(jī)技術(shù)提高停車位的智能化與人性化程度[2]。

1 停車場監(jiān)控管理系統(tǒng)組成及工作流程

1.1 系統(tǒng)組成

本文設(shè)計(jì)的停車場監(jiān)控系統(tǒng)主要由入口、出口門禁管理系統(tǒng)，停車引導(dǎo)系統(tǒng)，車位檢測系統(tǒng)，無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)等組成[3]。

1.2 出入停車場流程

停車場管理系統(tǒng)的出入通道控制如圖1所示。當(dāng)車輛入口車輛檢測器A檢測到進(jìn)場的車輛時(shí)，入口車輛身份檢測裝置啟動，通過無線讀卡器與攝像頭檢測車主的ID信息以及車牌等。身份核實(shí)后，控制器控制入口閘道開啟放行，當(dāng)入口車輛檢測器B檢測到車輛完全進(jìn)入停車場后，關(guān)閉閘道，避免誤砸車輛。車主車內(nèi)的基于ZigBee的射頻卡和入口的無線讀卡器的通信距離可以達(dá)到十多米，可以做到車輛不用停車即完成對車輛的身份識別和讀卡工作，節(jié)約了車主進(jìn)入停車場的時(shí)間，提高了停車場的工作效率[4]。車輛離開停車場時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程與車輛進(jìn)入時(shí)類似。出口車輛檢測器A檢測到車輛時(shí)，車輛身份檢測裝置啟動，通過無線讀卡器與攝像頭檢測車主的ID信息以及車牌等。身份核實(shí)后，控制器控制出口閘道開啟放行，當(dāng)出口車輛檢測器B檢測到車輛完全離開停車場后，關(guān)閉閘道，避免誤砸車輛。車輛進(jìn)出停車場的時(shí)長、地點(diǎn)、費(fèi)用以及身份等信息已錄入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中[5]。

1.3 車輛引導(dǎo)系統(tǒng)工作流程

當(dāng)車輛傳統(tǒng)停車場，車主必須憑靠感覺、視線以及運(yùn)氣對停車場的空閑車位進(jìn)行搜尋，本文方案中設(shè)計(jì)有車輛引導(dǎo)系統(tǒng)，其由車輛定位系統(tǒng)、車位檢測系統(tǒng)、指引路牌和無線通信系統(tǒng)組成。通過基于計(jì)算機(jī)圖像的車位檢測系統(tǒng)檢測對車位進(jìn)行監(jiān)測，判別車位的停車情況。車輛定位系統(tǒng)能夠?qū)M(jìn)入停車場的車輛實(shí)時(shí)定位，并通過算法為車輛找到一條最優(yōu)的停車路徑，并在十字路口安裝有電子指示路牌引導(dǎo)車輛進(jìn)入指定停車位中[6]。

2 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

使用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)建立無線停車場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以選用星形、樹形和網(wǎng)狀形三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于星形和樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)十分有限，不適應(yīng)于大型網(wǎng)絡(luò)中，因此本文采用網(wǎng)狀形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。網(wǎng)狀形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅能夠支持大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)容錯能力強(qiáng)，某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障不會造成系統(tǒng)的癱瘓。停車場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

將停車場中劃分為多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)中配置一臺ZigBee路由設(shè)備，負(fù)責(zé)對該分區(qū)中的車位檢測等終端設(shè)備的監(jiān)測控制，各個(gè)分區(qū)的ZigBee路由設(shè)備由惟一的一臺ZigBee協(xié)調(diào)器進(jìn)行連接連接，并由ZigBee協(xié)調(diào)器向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，接收上位機(jī)指令[7]。

3 車位監(jiān)控系統(tǒng)

為提高停車場管理監(jiān)控系統(tǒng)的人性化與智能化，停車場配置有停車引導(dǎo)系統(tǒng)，車位檢測系統(tǒng)則是停車引導(dǎo)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。車位檢測技術(shù)目前主要有紅外線檢測、地感線圈和視頻檢測等。紅外線檢測存在壽命低、抗干擾能力弱等缺點(diǎn)；地感線圈檢測方法需要在停車位地面挖掘埋放感應(yīng)線圈，缺點(diǎn)是成本高，破壞地面，不利于后期維護(hù)等；而視頻檢測技術(shù)具有檢測率高，智能化，使用的攝像頭同時(shí)能夠作為安防用途，一舉兩得，因此本文設(shè)計(jì)中采用視頻檢測技術(shù)對車位進(jìn)行檢測。

為了提高視頻攝像頭的利用率，降低成本，將視頻攝像頭與停車位成一定角度，以使得更多的車位占用情況能夠被視頻攝像頭采集，但是角度不宜過大，以避免采集的圖片模糊等會導(dǎo)致誤識別的情況[8]，如圖3所示。

圖3 視頻攝像頭安裝示意圖

由于車位沒有車輛時(shí)，采集到車位圖像灰度值十分接近，方差較小，車位邊緣信息單一，背景相對固定不變；而車位停有車輛時(shí)，采集到車位圖像的方差會產(chǎn)生波動，車位邊緣圖像信息會相對豐富，背景會被車輛覆蓋，當(dāng)背景覆蓋率滿足一個(gè)閾值時(shí)，即判斷該車位有車。利用這些對比條件即可使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)利用采集的圖像進(jìn)行車位檢測[9]，檢測流程如圖4所示。

（1） 輪廓占用率

停車位沒有車輛停放時(shí)，車位輪廓清晰，圖像里有著固定的邊緣信息，而有車輛時(shí)，圖像邊緣信息就不會固定，因此可以使用車位圖像的邊緣信息作為車位有無車的判斷依據(jù)。特征提取方法是在OpenCV中選取Sobel算子、Laplacian算子以及Canny算子等函數(shù)對邊緣檢測信息進(jìn)行特征提?。?/p>

圖5 圖像輪廓占有率、方差以及像素覆蓋率

通過像素覆蓋率對比可以看出，車輛駛?cè)胍约半x開均會產(chǎn)生較大的像素差異，一般大于65%，而行人對像素覆蓋率影響不大，低于20%，不會對車輛判別產(chǎn)生影響，而物體的陰影對于像素覆蓋率影響幾乎為零，可以忽略不計(jì)。通過輪廓占有率對比可以看出，動態(tài)的車輛以及行人均沒有清晰的輪廓，僅在車輛完全停止后，輪廓信息比較清晰。通過方差值對比可以看出，當(dāng)車輛進(jìn)入車位時(shí)的方差值，相對于無車時(shí)的方差值，會有較大的跳動，車輛停穩(wěn)后，方差值在一個(gè)范圍內(nèi)穩(wěn)定。行人基本不會對圖像的方差值產(chǎn)生太大影響。

4 監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件

上位機(jī)監(jiān)控管理軟件使用C#.net與SQL數(shù)據(jù)庫編寫。如圖6所示，其主要功能模塊有用戶管理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面系統(tǒng)、系統(tǒng)設(shè)置、車輛引導(dǎo)系統(tǒng)、車輛識別系統(tǒng)、車位檢測系統(tǒng)等組成[13]。

5 結(jié) 論

本文針對基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的智能停車場管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其核心為ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)。本文對智能停車場的系統(tǒng)組成及工作流程進(jìn)行分析，之后對智能停車場的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，核心ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)選用支持大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并具有較強(qiáng)容錯能力的網(wǎng)狀形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了提高停車場管理監(jiān)控系統(tǒng)的人性化與智能化，停車場配置有停車引導(dǎo)系統(tǒng)，車位檢測系統(tǒng)則是停車引導(dǎo)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本文中采用視頻檢測技術(shù)對車位進(jìn)行檢測，視頻檢測技術(shù)具有檢測率高，智能化，使用的攝像頭同時(shí)能夠作為安防用途，一舉兩得。使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫與計(jì)算機(jī)程序建立具有停車場監(jiān)測、控制、車主信息管理、識別等強(qiáng)大功能的上位機(jī)的管理軟件。

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