基于手機應(yīng)用的智能停車誘導和繳費系統(tǒng)設(shè)計

羅梓銘+馬飛虎

摘 要： 傳統(tǒng)地下停車場停車效率低的主要表現(xiàn)為：進入停車場時難以尋找空車位，取車時難以準確找到車主停車的位置，在停車場內(nèi)盲目行駛導致?lián)矶拢约芭抨犂U費浪費時間等。針對此類問題，采用與手機應(yīng)用相結(jié)合的WIFI室內(nèi)定位技術(shù)進行停車誘導，利用RFID技術(shù)對車流量進行檢測并通過地磁傳感器采集車輛信息來改善地下停車場系統(tǒng)；設(shè)置分道式繳費站，使用智能手機繳費方式來提高繳費效率，進而構(gòu)建智能化停車場。

關(guān)鍵詞： 智能化停車場； 停車誘導； WIFI室內(nèi)定位技術(shù)； 智能手機； 分道式繳費站

中圖分類號：U12 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）07-17-04

Design of intelligent parking guidance and payment system

based on mobile phone application

Luo Ziming， Ma Feihu

（School of Civil Engineering and Architecture， East China Jiaotong University， Nanchang， Jiangxi 330013， China）

Abstract： The low parking efficiency of traditional underground parking lot is mainly manifested as： it is difficult to find an empty parking space when enter the parking lot， and difficult to find the parking position when take the car， congestion caused by blind driving in the parking lot， and time wasted by queuing for payment at the toll station. To solve the problems， WIFI indoor positioning technology combined with mobile phone application is used for parking guidance； the RFID technology is used to detect the traffic flow and car information is collected by the geomagnetic field sensors to improve the underground parking system. Meanwhile， the uses of smart phone payment， as well as the separate lane toll station， are contributed to improve the payment efficiency and build the intelligent parking lot.

Key words： intelligent parking lot； parking guidance； WIFI indoor positioning technology； smart phones； separate lane toll station

0 引言

城市的發(fā)展迅速和人們生活水平的提高，使汽車成為日常出行的必要交通工具。私家車數(shù)量不斷增多，停車難得問題日益突出。很多城市為緩解停車難的問題，在路邊布設(shè)臨時停車位，由于城市的土地資源有限，這種占用道路用來停車的方式已逐漸影響到城市交通的流通性。不斷地在外部開設(shè)停車位，會占用到大量的道路空間，導致交通陷入一種紊亂擁堵的狀態(tài)。這種占用地面停車位的方法不僅給交通和道路帶來不便，還會嚴重影響到城市的美觀[1]。因此，建設(shè)地下停車場就成為現(xiàn)在最主要的解決方法。

傳統(tǒng)的地下停車場，尋找空車位和停車場繳費存在效率低的問題，嚴重制約了停車場的運行。本文探討將手機應(yīng)用與智能停車場相結(jié)合，通過選取可行性高的室內(nèi)定位技術(shù)來改善傳統(tǒng)停車場，提出一種新型的誘導停車、取車和智能繳費系統(tǒng)，并在崗?fù)こ鋈肟谠O(shè)計分道式繳費站，以解決傳統(tǒng)繳費浪費的時間問題，提出智能化地下停車場的完善方式。

1 主流室內(nèi)定位技術(shù)的選取與應(yīng)用

隨著智能時代的來臨，室內(nèi)定位技術(shù)在智能交通（Intelligent Transportation Systems，ITS）中的運用也十分顯著。當前主流的室內(nèi)定位技術(shù)有[2-3]：輔助全球定位技術(shù)（Assistant-GPS，A-GPS），紅外線定位，超聲波定位，藍牙定位，射頻識別定位（RFID），基站定位，WIFI室內(nèi)定位，超寬帶定位，ZigBee室內(nèi)定位。在地下停車場的室內(nèi)定位設(shè)置中，對三種可行性較高的室內(nèi)定位技術(shù)（紅外線室內(nèi)定位技術(shù)，WIFI室內(nèi)定位技術(shù)，ZigBee室內(nèi)定位技術(shù)）進行選取。

表1 三種不同室內(nèi)定位技術(shù)的對比

[室內(nèi)定位技術(shù)＼&費用＼&精度＼&屬性＼&紅外線室內(nèi)定位＼&高＼&5-10米＼&通過光學傳感器接收到的紅外線進行定位，但僅能視距傳播，無法穿越障礙物。只適合于短距離傳播，且各處安裝接受天線造價較高。＼&WIFI室內(nèi)定位＼&低＼&2-50米＼&已被廣泛應(yīng)用，易于安裝，需要基站少。定位精度高，成本低，信號范圍大，適用性很強。＼&ZigBee室內(nèi)定位＼&低＼&1-2米＼&是一種低成本，低功耗，短距離的定位技術(shù)。但其容易受到環(huán)境的干擾影響，穩(wěn)定性較差。＼&]

通過對比上述的三種室內(nèi)定位技術(shù)，考慮到地下停車場規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且車位利用率高。WIFI室內(nèi)定位技術(shù)具有定位精度高、成本低、信號范圍大等優(yōu)勢[4]。GPS通過周邊AP信號的MAC地址去查詢不同AP的坐標（每一個AP坐標都有其特定的MAC地址且MAC地址在全球是惟一的），WIFI室內(nèi)定位通過接受信號并參考數(shù)據(jù)庫終端的AP坐標（通過GPS設(shè)備定位出相應(yīng)的AP坐標）來進行計算，根據(jù)信號的強度計算出所在的位置，當智能手機等設(shè)備開啟WIFI后，可以自動掃描附近的熱點，同時上傳它們的位置信息。對停車場進行AP節(jié)點和WIFI信號的全方位布設(shè)，通過將采集和傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)進行分析處理，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，用于誘導用戶的停車取車和車輛定位。當出現(xiàn)車輛偷竊或毀壞等突發(fā)事件時，利用WIFI定位可以第一時間鎖定該車輛的位置，同時在停車場播放警告提示音，通過攝像頭及時調(diào)出該位置的實時監(jiān)控，讓相關(guān)人員能夠在最短時間內(nèi)處理此類事件。因此，選取WIFI室內(nèi)定位技術(shù)來完善地下停車場。

2 智能停車場系統(tǒng)設(shè)計

通過將基于WIFI室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用在地下停車場內(nèi)，與智能手機APP相結(jié)合，提出一種新型的智能停車誘導系統(tǒng)，這種智能停車誘導系統(tǒng)能夠有效提升用戶在地下停車場的停車效率，解決傳統(tǒng)停車模式所帶來的各類問題。

2.1 車流量檢測

對于停車場的車流量進行檢測統(tǒng)計，采用RFID（射頻識別）技術(shù)[5]。RFID具有遠距離，長時間，高速度的特點，在地下停車場進出口的墻面或支架處布設(shè)RFID讀寫器。每一輛車都有其特定的車載標簽，RFID讀寫器通過天線發(fā)射出一定頻率的射頻信號，當車輛進出停車場內(nèi)RFID讀寫器的范圍，讀寫器自動讀取車載標簽的ID信息同時接受射頻信號并解碼。再將解碼后的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至系統(tǒng)終端，與數(shù)據(jù)庫相連接進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，從而檢驗出停車場內(nèi)的進出車流量情況和車輛進出停車場的時間，得到停車場內(nèi)已?？寇囕v數(shù)目和空閑車位數(shù)目。在停車場的入口顯眼處安裝LED外顯屏，后臺系統(tǒng)通過接受其RFID檢測到的實時數(shù)據(jù)，把該地下停車場內(nèi)所?？臻e車位的數(shù)目顯示在LED外顯屏上。便于車主在駛?cè)胪＼噲鲋斑M行判斷，避免遇到進入停車場后卻無處停車的情況[6]。

2.2 車位檢測

停車場內(nèi)車位狀態(tài)檢測傳感器選用地磁傳感器。地磁傳感器尺寸小，安裝和維修方便，不易受環(huán)境的影響且具有高檢測靈敏度[7]。車輛?？繒r會引起磁場變化，車位處地磁傳感器的芯片通過探測磁場的變化，輸出弱電信號。信號調(diào)節(jié)電路對弱電信號進行放大、比較，輸出電平信號（車位上有車輛為高電平，無車輛則為低電平）。電平信號與TTL電平兼容，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將車位信息傳輸給系統(tǒng)終端并存儲至數(shù)據(jù)庫中，在車位狀態(tài)發(fā)生變化時更新數(shù)據(jù)。

2.3 智能停車誘導方式

該系統(tǒng)的整體框架是將智能手機APP與停車場系統(tǒng)終端相結(jié)合。由于WIFI無線網(wǎng)絡(luò)在地下停車場的布設(shè)范圍廣，信號強。因此在停車場各處安置AP節(jié)點，對車位位置的指紋信息進行收集更新，和WIFI相連接的AP節(jié)點接收停車場內(nèi)部的車輛和車位變化信息，并將其傳輸至系統(tǒng)終端，進行相應(yīng)的算法運算，通過將所收集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，用WIFI室內(nèi)定位技術(shù)對停車路線進行最優(yōu)路徑篩選，由通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街悄苁謾CAPP上。當手機接收到系統(tǒng)終端傳來的數(shù)據(jù)時，進行精確定位并規(guī)劃出停車路徑，并誘導車輛停入空車位。當車輛?？客戤?，AP節(jié)點和地磁傳感器再次進行數(shù)據(jù)收集并傳輸，此時系統(tǒng)終端就可以更新停車場實時的車位信息[8-9]。停車場信息傳輸系統(tǒng)框架如圖1所示。

將室內(nèi)定位技術(shù)運用在地下停車場，車輛進入停車場時應(yīng)用智能手機APP進行停車誘導定位，找到可以停靠車輛的空車位。在手機設(shè)備上，能夠獲取包含整個停車場實時信息數(shù)據(jù)的電子地圖，并根據(jù)停車情況，在停車場地圖上顯示該時刻的車位狀態(tài)（采用紅-綠區(qū)分法來表示手機電子地圖上的車位狀態(tài)，紅色為車位已被使用，綠色為空車位）。另外，智能手機上提供兩種車位選取方式，一種是自選車位，另一種是機選車位。使用自選車位方式時，需輸入綠色車位編號進行車輛誘導定位，找尋空車位的過程中，通過手機與室內(nèi)定位終端的連接，使用手機語音播報的方式，從進入停車場的入口指揮車主按照最適路徑向目標車位的方向行駛到達該車位。使用機選車位的方式時，系統(tǒng)會篩選最優(yōu)方式，自動導航車主到達最適空車位。

智能停車誘導流程圖如圖2所示。

2.4 智能尋車功能

智能尋車功能是基于WIFI室內(nèi)定位技術(shù)在智能手機上的應(yīng)用，通過車位處地磁傳感器所傳輸給系統(tǒng)終端的信息數(shù)據(jù)，車主能夠在智能手機APP上得到自己?？康能囄痪幪栃畔?，同時打開停車場電子地圖，系統(tǒng)會根據(jù)車主所在位置和所需尋找的車輛位置進行定位，并在電子地圖上顯示出一條兩者之間的最適路徑，車主可以根據(jù)電子地圖所顯示的路徑尋車。這種智能手機尋車功能大大提高了車主的尋車效率。

3 智能手機繳費系統(tǒng)

智能手機繳費系統(tǒng)是一種將智能手機與停車繳費系統(tǒng)相結(jié)合的應(yīng)用，其方式是通過所采集的停車場車輛信息數(shù)據(jù)，計算出停車所需繳費的金額。當車輛進入車位，該處地磁傳感器能夠自動感應(yīng)車輛的?？?，并采用定位AP節(jié)點和無線WIFI定位方式，通過網(wǎng)絡(luò)信號上傳至系統(tǒng)終端。當車輛離開其車位，地磁傳感器再次讀取數(shù)據(jù)進行傳輸，并自動停止計費。車主也可以使用智能手機應(yīng)用隨時查詢停車的收費情況，并使用手機繳費快捷的繳納停車費，同時也節(jié)約了在駛出停車場時崗?fù)だU費的時間。使用手機進行繳費后，車主需在半小時內(nèi)將車輛駛離車位，此期間不會產(chǎn)生額外的停車費用。這種新型繳費方式的提出，把智能化手機繳費形式推向用戶，尤其當車流量處于高峰期，崗?fù)だU費時經(jīng)常因為管理員找零錢慢或車主自身原因而導致時間拖延，產(chǎn)生排隊堵車等現(xiàn)象，使后方車輛無法及時出行。這種智能手機繳費方式能夠有效提升車主駛出停車場的效率，節(jié)約崗站繳費所花費的時間。

4 分道式繳費站設(shè)計

結(jié)合上述的智能手機繳費系統(tǒng)，提出一種分道式崗?fù)だU費方法：在出入室內(nèi)停車場的崗?fù)ぬ?，劃分為三條道路，分別是入口，手動繳費出口，智能繳費出口。車主通過智能手機APP繳費后，可在行駛出停車場時走智能繳費出口，無需進行繳費直接駛出停車場即可，避免高峰期排隊繳費的麻煩。在智能繳費出口處安設(shè)車牌識別系統(tǒng)和攝像機，可以過識別車牌來連接系統(tǒng)終端，查詢車輛是否在行駛出停車場前進行繳費，若未繳費就駛出停車場，則會想起提示警告聲，并對其車輛進行拍照，依法追加該車輛的停車費用以及罰款金額。分道式的崗?fù)だU費方式是對傳統(tǒng)崗?fù)だU費方式的改進，把車輛駛出停車場的道路分成兩處，避免了高峰期排隊等車繳費所浪費的時間問題，同時也減少了車輛在崗?fù)だU費處因頻繁加、減速及怠速所造成的過度耗油和尾氣排放等問題。圖4所示為分道式繳費站結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。

控制中心：崗?fù)と藛T通過運用控制管理系統(tǒng)，對離場車輛進行收費，找零和打印收費小票。通過停車場出入口處攝像機的圖像抓拍和地感線圈所采集的信息，在崗?fù)?nèi)的計算機中能夠顯示進出車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于數(shù)據(jù)提取和查證。

攝像機：具有圖像抓拍和車輛動態(tài)攝像功能。在車輛進出時進行抓拍并上傳圖片至控制中心。

LED外顯屏：通過RFID技術(shù)所采集的車流量數(shù)據(jù)進行分析處理，在LED外顯屏上顯示出該停車場所剩余的空車位，方便車主停車。

自動道閘：通過調(diào)節(jié)自動道閘的升降，用于攔截和放行車輛的進出。

地感線圈：主要作用于防丟卡和壓地感讀卡，可辨別行駛車輛的方向。當有車在地感線圈處時，自動道閘不會落桿，防止砸車，待車輛通過且后方無車輛接觸地感線圈時自動落桿。

手動繳費出口：車輛可以在此出口處進行崗站的手動繳費。

智能繳費出口：當車主通過智能手機繳費完畢后，直接行使此出口，無需停車等待和繳費即可離開停車場。

5 結(jié)束語

當前智能手機應(yīng)用和ITS的結(jié)合已經(jīng)成為熱門的研究。為解決傳統(tǒng)停車場的停車效率低等問題，本文采用了一系列方式來提升停車效率，構(gòu)建智能化停車場。所得結(jié)論有四點。

⑴ 采用了WIFI室內(nèi)定位技術(shù)來定位停車場中的車輛，并與智能手機APP連接進行車位誘導，解決車主因停車場的復(fù)雜環(huán)境而無法準確搜尋到空車位的情況，還可通過其手機應(yīng)用來進行反向?qū)ぼ嚒?/p>

⑵ 根據(jù)安設(shè)的RFID讀寫器對車流量進行檢測，得到進出停車場的實時車流量數(shù)據(jù)，并將剩余空車位數(shù)顯示在停車場入口處的LED顯示屏上，便于車主在進入停車場前了解到內(nèi)部車位剩余情況。

⑶ 采用地磁傳感器來對車位狀態(tài)進行檢測，將其信息數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)終端，同時存儲在數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)可用于分析和必要時被提取。

⑷ 智能手機繳費系統(tǒng)的提出和分道式繳費站的結(jié)構(gòu)設(shè)計，節(jié)約了高峰期排隊繳費的時間，提高了車輛駛出停車場的效率。

下一步，我們還將對WIFI基站的部署位置，停車誘導路徑的最優(yōu)算法，手機導航APP的開發(fā)與分道式繳費站的實際構(gòu)建展開研究，實現(xiàn)快速停車和便捷繳費的智能化停車場。

參考文獻（References）：

[1] 張國伍.停車系統(tǒng)在智能交通中的地位與應(yīng)用[J].交通運輸

系統(tǒng)工程與信息，2014.14（1）：2-8

[2] 阮陵，張翎，許越等.室內(nèi)定位：分類、方法與應(yīng)用綜述[J].地理

信息世界，2015.22（2）：8-14

[3] 曹世華.室內(nèi)定位技術(shù)和系統(tǒng)的研究進展[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)

用，2013.22（9）：1-5

[4] 趙銳，鐘榜，朱祖禮，馬樂，姚金飛.室內(nèi)定位技術(shù)及應(yīng)用綜述[J].

電子科技，2014.27（3）：154-157

[5] 陳月梅，蔡堅勇，陳由甲，黃永亮，林鴻.基于RFID的室內(nèi)車輛

跟蹤及定位仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機與現(xiàn)代化，2013.2：189-193

[6] 唐輝.基于RFID的智能停車場管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武

漢理工大學，2008：22-26

[7] 舒華文，周鵬.手機與ZigBee結(jié)合的城市停車系統(tǒng)[J].計算機

工程與設(shè)計，2015.36（6）：1676-1680

[8] 樊培毅，陳陽，程森森，王長靜，毛文濤.基于WiFi室內(nèi)定位的

地下停車場智能導航系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016.62（4）：31-34

[9] 黃旭，范婧，吳茂念，顧永跟.基于Wi-Fi指紋定位技術(shù)的智能

停車場系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機科學，2016.43（6A）：512-515