基于GPRS的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)之中控子系統(tǒng)設(shè)計

徐運武+李艷

摘 要：智能停車誘導(dǎo)系統(tǒng)為泊車人群提供了便捷及時的停車場位信息，能有效提高停車場的利用率，降低污染，改善交通環(huán)境，而穩(wěn)定可靠的中央控制系統(tǒng)是停車誘導(dǎo)系統(tǒng)實現(xiàn)準(zhǔn)確誘導(dǎo)功能的重要前提，文章闡述中控系統(tǒng)的組成、設(shè)計理念和工作流程，通過采用模塊化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使中控系統(tǒng)具有良好的可擴展性、可維護性和數(shù)據(jù)共亨性，能更好地適應(yīng)我國汽車快速增長的需要。

關(guān)鍵詞：停車誘導(dǎo)系統(tǒng)；中央控制系統(tǒng)；分控系統(tǒng)；GPRS

中圖分類號：TP39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）05-0-04

0 引 言

中國作為全球第一大汽車市場，其增速再次達到兩位數(shù)的水平。根據(jù)搖號網(wǎng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，截止目前，2016年中國私家車保有量、新能源汽車保有量均達到歷史峰值，機動車保有量接近3億。由于停車設(shè)施管理不善、停車設(shè)施有限、停車信息不透明以及現(xiàn)有停車場利用效率低下等原因，中國最富裕的四大城市——北京、上海、廣州和深圳均面對嚴(yán)重的交通堵塞以及相關(guān)污染問題，且很多大中城市“停車難”問題日益嚴(yán)峻，成為制約社會和經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。因此必須及早規(guī)劃建設(shè)停車場（庫），提高停車場（庫）的使用率，而為改善交通環(huán)境而建立的智能停車誘導(dǎo)系統(tǒng)對于人口眾多的中大城市而言具有積極深遠的影響[1]。

智能停車誘導(dǎo)系統(tǒng)從功能上分為泊位信息采集部分、泊位信息發(fā)布部分、無線通訊部分和停車誘導(dǎo)中央控制系統(tǒng)。通過對各開放停車場空位信息進行采集、傳輸，中控系統(tǒng)查詢該停車場所屬的信息發(fā)布牌，生成對應(yīng)于各停車場的空余泊位數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向相關(guān)發(fā)布牌傳輸空余泊位信息并正確顯示空車位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對車位的實時監(jiān)控和及時顯示，為泊車人群提供便捷及時的停車場位信息，使之能在較短時間內(nèi)走最近的路找到合適的停車場位[2]。而整個系統(tǒng)能夠有效、穩(wěn)定工作的關(guān)鍵在于中央控制系統(tǒng)。

1 誘導(dǎo)中控系統(tǒng)功能及組成

誘導(dǎo)中控系統(tǒng)主要完成以下幾方面的功能：

（1）用戶信息登記。對于不同的用戶設(shè)置對應(yīng)的功能權(quán)限，首先設(shè)置用戶允許操作的片區(qū)，然后再設(shè)置允許操作的功能項。片區(qū)與功能項均采取多選的方式。

（2）基本信息登記。包括系統(tǒng)正常運行所需的全部信息，登記采集設(shè)備時必須與對應(yīng)的停車場掛鉤，登記發(fā)布設(shè)備時可與停車場或停車場組合掛鉤，一個停車場可具備多個采集設(shè)備，不同發(fā)布設(shè)備可發(fā)布相同的停車場或者停車場組合空位信息。

（3）設(shè)備分布與狀態(tài)查詢。根據(jù)設(shè)備登記信息及設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，產(chǎn)生設(shè)備分布與狀態(tài)示意圖，要求示意圖具備實時更新功能，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時可在示意圖上實時顯示。

（4）設(shè)備控制。設(shè)置采集設(shè)備上傳數(shù)據(jù)的時間間隔及閾值，設(shè)置發(fā)布牌超時等待時間間隔，設(shè)置發(fā)布牌亮度（含開關(guān)屏）、顏色，設(shè)置設(shè)備備用IP地址、端口號及啟用時間，設(shè)置設(shè)備重連頻率，獲取設(shè)備SIM卡號，獲取設(shè)備工作狀態(tài)等。當(dāng)用戶執(zhí)行實時操作指令時，必須能將指令下發(fā)到相應(yīng)的設(shè)備并處理返回的結(jié)果。

（5）運行規(guī)則管理。運行規(guī)則的設(shè)置是為使系統(tǒng)能按照用戶預(yù)先定制好的規(guī)則運行，運行規(guī)則主要是預(yù)先設(shè)定某一個時間點系統(tǒng)所要執(zhí)行的操作。

（6）統(tǒng)計報表。提供基本的報表統(tǒng)計查詢功能以及報表打印功能。

（7）空位信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。實時接收空位信息采集系統(tǒng)上傳的空位變動數(shù)或者空車位數(shù)，經(jīng)處理后得出該設(shè)備對應(yīng)停車場的空車位數(shù)。

（8）空位信息發(fā)布系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)布。采取定時發(fā)布的方式，根據(jù)發(fā)布牌登記信息以及所對應(yīng)發(fā)布的停車場當(dāng)前空車位數(shù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到空位信息發(fā)布設(shè)備進行顯示[3]。

誘導(dǎo)中控系統(tǒng)主要分為中央控制系統(tǒng)以及分控系統(tǒng)。停車誘導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 分控系統(tǒng)

分控系統(tǒng)的主要功能包括管理與設(shè)備之間的通信鏈路；接收處理采集設(shè)備的空位信息，并將信息保存到中央數(shù)據(jù)庫中；按照一定的規(guī)則將空位信息發(fā)布到各發(fā)布設(shè)備；接收處理設(shè)備的狀態(tài)并保存到中央數(shù)據(jù)庫等；實時接收中控系統(tǒng)的控制指令并將指令下發(fā)到指定設(shè)備等。

分控系統(tǒng)主要針對某一個片區(qū)中的“泊位信息采集系統(tǒng)”與“泊位信息發(fā)布系統(tǒng)”進行控制，包括接收泊位信息采集系統(tǒng)的泊位信息以及發(fā)送泊位信息到泊位信息發(fā)布系統(tǒng)；通過中間層從中央數(shù)據(jù)庫中獲取所控制片區(qū)的基本信息以及接收從監(jiān)聽服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)的實時控制信息；將采集到的信息處理后通過中間層保存到中央數(shù)據(jù)庫中，用于中央控制系統(tǒng)統(tǒng)計查詢以及將信息發(fā)送到公用信息平臺等[4]。

分控系統(tǒng)接收到各停車場的空位信息后，按照指示牌與停車場的對應(yīng)關(guān)系，將空位數(shù)據(jù)匯總，生成指示牌當(dāng)前對應(yīng)的空位數(shù)，根據(jù)泊位信息發(fā)布牌顯示策略判斷是否需要發(fā)布，如需發(fā)布，則生成需要向外界發(fā)布的實時停車場信息，送入發(fā)布數(shù)據(jù)隊列中。

2.1 基本設(shè)計理念和處理流程

分控系統(tǒng)將采取無操作界面、后臺運行的Windows Server模式，所有處理通過服務(wù)來承載，對于與設(shè)備間的無線通信部分將采取多線程模式。分控系統(tǒng)通過主線程不斷監(jiān)視Socket通信端口，當(dāng)終端設(shè)備請求與分控系統(tǒng)建立通信連接時，分控系統(tǒng)通過對模塊號判斷后自動應(yīng)答，若允許建立通信則新建一個子線程來管理該鏈路，包括對該設(shè)備數(shù)據(jù)的收發(fā)等[5]。主線程序和子線程流程圖如圖2所示。

2.2 功能模塊結(jié)構(gòu)

各項功能需求的實現(xiàn)同各模塊的分配關(guān)系見表1所列。分控系統(tǒng)功能模塊如圖3所示。

（1）模塊1：通信鏈路管理模塊，主要負(fù)責(zé)管理各設(shè)備與分控系統(tǒng)的通信鏈路；

（2）模塊2：泊位信息采集模塊，主要負(fù)責(zé)接收采集設(shè)備發(fā)送的空位信息；

（3）模塊3：空位信息處理模塊，主要根據(jù)模塊登記的相關(guān)信息以及上傳空位信息計算各停車場當(dāng)前的空位數(shù)；

（4）模塊4：泊位信息發(fā)布系統(tǒng)，主要根據(jù)發(fā)布牌登記信息及所要發(fā)布的內(nèi)容將相關(guān)停車場的當(dāng)前空車位信息發(fā)布出去；

（5）模塊5：控制指令監(jiān)聽模塊，主要負(fù)責(zé)監(jiān)聽中控系統(tǒng)的實時控制指令，同時將實時控制指令轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的設(shè)備[6]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)和通信

分控系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)與泊位信息采集系統(tǒng)和泊位信息發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)備進行連接。分控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

外場設(shè)備將定時向分控系統(tǒng)發(fā)送目前的工作狀態(tài)，中控若要知道外場設(shè)備的工作狀態(tài)，必須首先保障通信正常，若通信異常，中控將只能等待通信恢復(fù)正常后設(shè)備才會將其正確的工作狀態(tài)返回。分控系統(tǒng)在設(shè)備通信正常的情況下將定時給外場設(shè)備發(fā)送返回工作狀態(tài)的指令，并等待設(shè)備返回當(dāng)前的工作狀態(tài)。對每一個發(fā)布牌，根據(jù)其管理的片區(qū)停車場的空位數(shù)及變化量，按數(shù)量區(qū)段劃分成不同的刷新時間，設(shè)置不同的刷新步長。如100個空車位以上，按每20輛數(shù)據(jù)變化刷新一次；50～100個空車位，按每5輛數(shù)據(jù)變化刷新一次；若在50個空車位以下，則按每1輛數(shù)據(jù)變化刷新一次[7]。

采集設(shè)備發(fā)送的空車位數(shù)據(jù)中都帶有時間幀和校驗幀，數(shù)據(jù)通過分控系統(tǒng)交給中控系統(tǒng)處理完成后，中控系統(tǒng)返回處理結(jié)果，通過返回的結(jié)果判斷發(fā)送的數(shù)據(jù)是否正確，若不正確則分控系統(tǒng)要求設(shè)備將數(shù)據(jù)重發(fā)或校正。停車誘導(dǎo)系統(tǒng)各服務(wù)器與代理服務(wù)器位于同一個局域網(wǎng)，代理服務(wù)器通過不同的端口映射到各分控系統(tǒng)服務(wù)器。不同片區(qū)的發(fā)布與采集系統(tǒng)通過不同的網(wǎng)絡(luò)端口經(jīng)網(wǎng)關(guān)連接到代理服務(wù)器，從而與對應(yīng)的分控服務(wù)器建立通信。每個分控系統(tǒng)都獨立管理某個片區(qū)，即便某個片區(qū)出現(xiàn)異常也不會影響整個系統(tǒng)的正常運行。

3 中控系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)的主要功能包括片區(qū)管理、街道管理、系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)日志、發(fā)布設(shè)備、用戶管理、設(shè)備狀態(tài)、示意圖、停車場管理、停車場設(shè)備、停車場組合、發(fā)布牌狀態(tài)、設(shè)備工作日志、圖形報表、反向報表等。中央控制系統(tǒng)主要是對各片區(qū)分控系統(tǒng)的管理、配置，對中央數(shù)據(jù)庫的管理以及管理外部其他系統(tǒng)的接口，為外部系統(tǒng)提供有用數(shù)據(jù)。中控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

中央控制系統(tǒng)通過網(wǎng)頁的形式體現(xiàn)，根據(jù)實際的片區(qū)分布情況登記各片區(qū)的基本信息，包括街道信息、停車場信息、停車場組合信息以及發(fā)布牌信息等，同時中央控制系統(tǒng)將設(shè)定相關(guān)的規(guī)則及基本參數(shù)，并將所有信息保存到中央數(shù)據(jù)庫中，各分控系統(tǒng)將通過中間層獲取該部分信息。中央控制系統(tǒng)根據(jù)各分控系統(tǒng)采集到的停車場空位信息以及設(shè)備狀態(tài)信息生成相關(guān)報表以及設(shè)備狀態(tài)圖供用戶查看，對于設(shè)備實時控制的信息[8]，中央控制系統(tǒng)通過監(jiān)聽服務(wù)將信息發(fā)布到中間層，再由中間層將控制指令發(fā)布到分控系統(tǒng)執(zhí)行。

文中主要采用BS模式設(shè)計，采用目前常用的三層架構(gòu)來搭建系統(tǒng)，用戶操作界面采用Flash實現(xiàn)，ASP.NET作為Flash的數(shù)據(jù)來源，為Flash的表現(xiàn)做數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和復(fù)雜運算，而ASP.NET通過Web Service訪問數(shù)據(jù)庫，操作數(shù)據(jù)庫。中控還包括核心服務(wù)部分，主要負(fù)責(zé)與各分控的通信交流數(shù)據(jù)以及監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況等。而在用戶操作過程中有時產(chǎn)生實時的控制消息必須馬上讓分控或者設(shè)備響應(yīng)，所以ASP段有實時處理的部件可通知中控核心服務(wù)[9]。中控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。系統(tǒng)業(yè)務(wù)關(guān)系圖如圖7所示。

中控對分控系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)進行合法性、合理性判斷，對于非正常數(shù)據(jù)進行自動報警提示和保存，提交人工處理。根據(jù)采集設(shè)備的類型及傳送數(shù)據(jù)的模式，將接收的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為停車場當(dāng)前的空位數(shù)。由于不同的停車場采集空位數(shù)據(jù)的模式不同，例如有的停車場通過自建的管理網(wǎng)絡(luò)將進出場信息匯總后直接計算出空位數(shù)，然后將空位數(shù)通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)送出，將數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成停車場實時的空位數(shù)；有的停車場在進出口安裝獨立車輛進出檢測儀的基礎(chǔ)上進行計算后得到當(dāng)前的空位數(shù)。按照指示牌與停車場的對應(yīng)關(guān)系，將空位數(shù)據(jù)匯總，生成指示牌當(dāng)前對應(yīng)的空位數(shù)，根據(jù)泊位信息發(fā)布牌顯示策略，判斷是否需要發(fā)布，若需要，則生成需要向外界發(fā)布的實時停車場信息，送入對應(yīng)分控系統(tǒng)待發(fā)布數(shù)據(jù)隊列中。通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將整理好的待發(fā)空位數(shù)據(jù)信息發(fā)往對應(yīng)的指示牌，并等待對方接收標(biāo)志，若未發(fā)成功則重發(fā)[10]，重發(fā)次數(shù)可由中控系統(tǒng)設(shè)置，若在重發(fā)次數(shù)內(nèi)設(shè)備都無反應(yīng)，則進行設(shè)備故障報警并保存報警信息。

4 設(shè)計技術(shù)特點

4.1 數(shù)據(jù)接入的開放性

在本系統(tǒng)的建設(shè)過程中應(yīng)保證與干線交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、交通信息采集及共用信息平臺建立良好的關(guān)系，共同擬定數(shù)據(jù)接口和傳輸模式，確保數(shù)據(jù)接入的開放性。

4.2 底層設(shè)備接入的開放性

底層設(shè)備具備在停車場誘導(dǎo)系統(tǒng)中接入各停車場不同類型數(shù)據(jù)的能力，可將停車場空位信息發(fā)送到停車誘導(dǎo)控制系統(tǒng)處理，向外通過泊位顯示屏發(fā)布。認(rèn)真分析當(dāng)前停車場的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和主流接入模式，并從軟硬件兩個層面詳細(xì)闡述建立適應(yīng)各種停車場接口的設(shè)計方案。

4.3 良好的系統(tǒng)可用性

建立完善的非法操作告警保護體系，避免因用戶誤操作給系統(tǒng)帶來損失。提供良好的啟發(fā)式操作機制和在線幫助，人機界面智能化，可幫助用戶快速上手，降低操作的繁瑣程度和使用難度。

4.4 良好的系統(tǒng)可維護性

建立良好的運行保障體系，使系統(tǒng)運行狀態(tài)可觀測、可跟蹤，系統(tǒng)設(shè)備故障可檢測、可維護。

4.5 通訊設(shè)備技術(shù)約束

確保中心和前端設(shè)備之間無線通訊穩(wěn)定、誤碼率低。

4.6 電子電路技術(shù)約束

選用耐高溫元器件及材料，抗EMI、防水防潮，適合室外應(yīng)用，使系統(tǒng)具有良好的耐候性[11]。

5 結(jié) 語

停車場誘導(dǎo)控制系統(tǒng)采用樹形擴展結(jié)構(gòu)，停車場誘導(dǎo)中央系統(tǒng)位于上層，下層根據(jù)停車場片區(qū)的劃分可擴展停車誘導(dǎo)分控系統(tǒng)，具有良好的可擴展性和可維護性，無論添加多少個分控系統(tǒng)，只需要改變配置甚至不必重新啟動系統(tǒng)就能夠順利擴展。采用這種模塊化、組件化設(shè)計大大方便了分控片區(qū)與中央控制系統(tǒng)的接入；數(shù)據(jù)接入的開放性也使交通信息公開、共享，可通過圖文電視、廣播、電話、電臺獲得交通信息，甚至通過訪問互聯(lián)網(wǎng)得到系統(tǒng)內(nèi)每個停車場的使用情況。停車誘導(dǎo)系統(tǒng)高效運行，系統(tǒng)通過與外部系統(tǒng)的接口還可以協(xié)助進行安全協(xié)調(diào)監(jiān)控和緊急救援等服務(wù)，實現(xiàn)交通調(diào)度的智能化和管理現(xiàn)代化，大大提高了交通管理的服務(wù)水平，提高城市形象，同時為智能交通（ITS）的進一步研究打下堅實基礎(chǔ)[12]。

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