基于圖像識(shí)別的停車位管理系統(tǒng)

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)第一中學(xué) 郭睿海

基于圖像識(shí)別的停車位管理系統(tǒng)

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)第一中學(xué) 郭睿海

本文針對(duì)商場(chǎng)、體育場(chǎng)館等大型露天停車場(chǎng)車位信息不透明，導(dǎo)致車主尋找車位困難的問(wèn)題，提出了一種低成本、易施工、利于維護(hù)的基于圖像識(shí)別引導(dǎo)停車的車位管理系統(tǒng)，首先在停車場(chǎng)周圍大型建筑物上配置攝像頭拍攝清晰圖像，并配合地面停車位印制字符，通過(guò)對(duì)字符的識(shí)別實(shí)現(xiàn)車位狀態(tài)信息低成本獲取，并構(gòu)建了車位信息獲取、主控單元、信息共享顯示以及WIFI通信網(wǎng)絡(luò)的初步系統(tǒng)架構(gòu)，并提出了使用不同的顏色顯示車位概率的辦法，方便車主停車。

圖像識(shí)別；車位管理；車位概率；引導(dǎo)停車

1 項(xiàng)目需求

以車代步擴(kuò)展了人們的生活半徑，提高了人們的生活品質(zhì)，汽車成為越來(lái)越多家庭的必需品。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2015年6月，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量為2.71 億輛（汽車1.63億量）[1]。然而，當(dāng)我們享受汽車帶來(lái)的便利的同時(shí)，也要面對(duì)停車難的尷尬困境。尋找到停車位往往成為用車出行的瓶頸，車主們不知道停車區(qū)域內(nèi)剩余多少空位，以及空位的位置，使得車主在停車區(qū)域內(nèi)尋找停車位的時(shí)間增長(zhǎng)，占用道路造成堵塞，更不利于車位的發(fā)現(xiàn)。因此急需要設(shè)計(jì)一個(gè)停車位的引導(dǎo)管理系統(tǒng)，將停車位信息管理起來(lái)，提高空間的有效利用率，提高車輛及時(shí)停放的效率，從而提高能源利用率。

2 相關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)狀

目前關(guān)于停車位管理系統(tǒng)的產(chǎn)品有很多，在停車位的識(shí)別中采取了多種辦法，主要有這幾類：1.電動(dòng)車位鎖進(jìn)行車位管理，通過(guò)安裝在車位上的電動(dòng)車位鎖進(jìn)行空車位的管理和計(jì)費(fèi)；2.利用超聲測(cè)距技術(shù)檢測(cè)車輛是否在停車位上，探測(cè)器由上而下發(fā)出超聲波，分析汽車或地面的反射波，精確測(cè)量出反射面到探測(cè)器的距離，由此探測(cè)出每個(gè)車位的停車情況；3.基于車輛對(duì)地磁的干擾進(jìn)行空車位的識(shí)別，在地面安裝無(wú)線地磁探測(cè)器，通過(guò)接收汽車對(duì)地磁場(chǎng)的干擾，從而判斷停車位是否有車[2]；4.車牌識(shí)別探測(cè)就是由每個(gè)車位前安置的攝像頭進(jìn)行圖像采集，通過(guò)車牌識(shí)別技術(shù)對(duì)獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得車位上?？康能嚺铺?hào)，并確定車位狀態(tài)。以上這些方法解決了空車位的識(shí)別、管理，并形成了一些市場(chǎng)產(chǎn)品，但這些方法都需要對(duì)停車場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改造，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大；配置成本隨著車位的增加而成比例增加，成本控制難；對(duì)于國(guó)內(nèi)大多數(shù)室外停車場(chǎng)受安裝條件限制超聲探測(cè)方法不實(shí)用，而光學(xué)探測(cè)和地磁探測(cè)則由于車輛對(duì)地面設(shè)備的碾壓帶來(lái)的維修成本居高不下。急需要可靠、低成本的車位識(shí)別方法。

現(xiàn)在商場(chǎng)、酒店、體育場(chǎng)館等場(chǎng)地圍繞核心建筑配置了大型露天停車場(chǎng)，這些停車場(chǎng)多數(shù)都配置了基于車牌識(shí)別的停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，但針對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)空位統(tǒng)計(jì)，引導(dǎo)用戶快速停車的系統(tǒng)還沒(méi)有成熟產(chǎn)品，本論文將實(shí)現(xiàn)一款低成本、易施工、利于維護(hù)的基于圖像識(shí)別引導(dǎo)停車的車位管理系統(tǒng)。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 總體方案

針對(duì)露天停車場(chǎng)的停車引導(dǎo)系統(tǒng)主要包括控制單元、車位信息采集單元、數(shù)據(jù)共享和顯示單元、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)組成?？刂茊卧钦麄€(gè)車庫(kù)管理系統(tǒng)的中樞部分，采用高性能、高穩(wěn)定性的工業(yè)計(jì)算機(jī)作為管理計(jì)算機(jī)，完成車位信息的分析、統(tǒng)計(jì)、整理，為相關(guān)停車指導(dǎo)服務(wù)提供數(shù)據(jù)和信息支持。車位信息采集單元是整個(gè)車庫(kù)信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本項(xiàng)目采用攝像技術(shù)對(duì)車位狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別和信息獲取。數(shù)據(jù)共享顯示單元是將車庫(kù)內(nèi)停車位信息通過(guò)多種方式傳遞給用戶，可以在車庫(kù)入口電子屏顯示，提示用戶；還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)APP共享，為附近行駛的車輛提供停車信息。信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是主控單元與車位信息采集單元、數(shù)據(jù)共享和顯示單元進(jìn)行信息交換的可靠網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

3.2 控制單元

控制單元是控制中樞，設(shè)計(jì)采用高性能、高穩(wěn)定性的工業(yè)計(jì)算機(jī)作為管理計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，對(duì)數(shù)據(jù)的安全性有更好的保障，通常進(jìn)行了計(jì)算機(jī)的加固、防塵、防潮、防腐、防電磁兼容等處理，如圖2所示。在選型中考慮以下因素: 低成本，在成品工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中進(jìn)行選擇；從性能、儲(chǔ)存容量、擴(kuò)充接口、通信接口、配置外設(shè)、提供的操作系統(tǒng)等方面進(jìn)行選型；工作環(huán)境及特殊要求，0度到40度工作，滿足電磁兼容等方面的要求；廠家選擇有影響力的廠家，典型的有研祥、研華、浪潮等，便于后期維護(hù)和配置方面的升級(jí)。如果本系統(tǒng)兼顧視頻監(jiān)控要求，還需要配置磁盤陣列，對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，主控計(jì)算機(jī)還需完成圖像的壓縮，以減少存儲(chǔ)空間。

圖2 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

3.3 車位信息采集單元

本文提出了基于高清攝像和圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)室外停車場(chǎng)低成本車位信息采集。高清攝像技術(shù)快速發(fā)展，攝像頭是影像捕捉功能中的核心電子器件，其外型封裝的越來(lái)越小巧，功能卻越來(lái)越強(qiáng)大，像素越來(lái)越高，目前可選擇的100萬(wàn)到1000萬(wàn)像素的攝像頭產(chǎn)品非常多，這使得較低成本能夠獲取到更高分辨率的圖像，為本項(xiàng)目提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

數(shù)字圖像識(shí)別作為一門獨(dú)立的學(xué)科，近年來(lái)隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，圖像識(shí)別技術(shù)得到快速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)以圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)自動(dòng)完成各種信息的處理功能日趨成熟，也形成了像名片識(shí)別管理等具有復(fù)雜功能的圖像識(shí)別產(chǎn)品，為本項(xiàng)目通過(guò)圖像進(jìn)行車位識(shí)別提供了技術(shù)支撐。

攝像頭在選型中綜合考慮以下要素，室外工作環(huán)鏡，零下20度到50度；像素和清晰度，不低于100萬(wàn)像素；內(nèi)置WEB，具備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理功能，方便將圖像資料存在遠(yuǎn)程的硬盤上；內(nèi)置操作系統(tǒng)，使用遠(yuǎn)端的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)能方便實(shí)現(xiàn)多路監(jiān)控，從而不增加成本而實(shí)現(xiàn)多路多車位的管理識(shí)別；能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，例如錄像設(shè)置、云臺(tái)控制、報(bào)警管理等功能。

安裝攝像頭選擇在露天停車場(chǎng)附近的商城、體育場(chǎng)、飯店等大型建筑物上，一方面方便解決攝像頭的供電問(wèn)題；另一方面解決攝像頭視角和管理問(wèn)題，在高處獲得更大的視角；第三也可以實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的安防監(jiān)控。為便于車位狀態(tài)的準(zhǔn)確識(shí)別，在停車場(chǎng)內(nèi)對(duì)停車位進(jìn)行白色熒光劃線，并對(duì)停車位進(jìn)行字符和數(shù)字（0-9）編號(hào)，并將編號(hào)涂覆在停車位內(nèi)，能對(duì)字符進(jìn)行完整識(shí)別，該車位為空。過(guò)兩位字符進(jìn)行組合，便于圖像識(shí)別和停車狀態(tài)獲取，并在有限位數(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大240個(gè)車位的管理，通過(guò)攝像頭的區(qū)分，可以擴(kuò)展到更多的車位管理，攝像頭和車位處理示意圖如圖3所示。

圖3 攝像頭和車位處理示意圖

3.4 數(shù)據(jù)共享和顯示單元

本文設(shè)計(jì)在停車場(chǎng)入口即停車場(chǎng)道閘，或商城外墻大屏幕顯示，對(duì)停車信息進(jìn)行發(fā)布，為用戶提供空車位數(shù)量剩余信息，停車空位的位置，這樣用戶駛?cè)胲噹?kù)時(shí)，和在停車場(chǎng)行進(jìn)中，可以獲知當(dāng)前空車位分布狀況，供用戶靈活選擇自己的停車位。并可以由主控計(jì)算機(jī)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將停車位的空位數(shù)量信息發(fā)布給公共交通的指示信息牌，進(jìn)行信息共享。

為避免用戶進(jìn)入時(shí)還剩少量車位，但由于前面有已駛?cè)胲囕v將會(huì)占用車位，而導(dǎo)致車位信息延時(shí)帶來(lái)的誤判尷尬。需要和已有的車輛管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，對(duì)剛進(jìn)入停車場(chǎng)在道路上行駛的車輛，即進(jìn)入停車場(chǎng)的待停車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)待停車位根據(jù)車輛進(jìn)入遠(yuǎn)近進(jìn)行甄別預(yù)判，并設(shè)計(jì)使用不同的顏色定義車位概率，綠色表示可以停放，對(duì)于處于車輛前進(jìn)路線近段停車位，雖然尚未被停靠，但被?？扛怕蚀?，則用藍(lán)色表示，白色為已經(jīng)占用車位，通過(guò)顏色區(qū)分，方便用戶直觀判斷。例如停車場(chǎng)尚有A2、A7、B5、B2、C0、C6、C9七個(gè)空余車位，有四個(gè)車輛已經(jīng)進(jìn)入車場(chǎng)，但尚未到達(dá)車位，根據(jù)沿路就近原則，對(duì)可能被停的A2、A7、B5、C6按圖像概率顯示為藍(lán)色，圖像概率導(dǎo)引示意例圖如圖4所示。

圖4 圖像概率導(dǎo)引示意圖

3.5 信息傳輸網(wǎng)絡(luò)

信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是解決主控單元與車位信息采集單元、數(shù)據(jù)共享和顯示單元進(jìn)行信息交換的可靠網(wǎng)絡(luò)，在商場(chǎng)、酒店等有條件的場(chǎng)所，首先推薦采用有線傳輸方式，傳輸可靠，不受環(huán)境限制，可以采用同軸、網(wǎng)線、光纖等多種形式，目前網(wǎng)線傳輸距離可以達(dá)到百米，通過(guò)光纖傳輸距離可以達(dá)到幾千米以上。

在不能布線或不好布線施工的情況下，可以使用無(wú)線通信方式，就是通過(guò)電磁波作為載波的方式，建立無(wú)線視頻傳輸和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，常見(jiàn)的無(wú)線通信方式和網(wǎng)絡(luò)主要包括：藍(lán)牙、ZigBee、2G3G4G、Wi-Fi等接口[3]。四種無(wú)線通信方式對(duì)比如表1所示。藍(lán)牙具有統(tǒng)一的實(shí)施規(guī)范，兼容性好，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間在無(wú)線狀態(tài)下數(shù)據(jù)通信功能，缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)所包含的節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限，作用距離較近，通信速率較慢1Mbps/s，一般用于通信控制，但不適合數(shù)據(jù)量較大的視頻傳輸。ZigBee技術(shù)基于IEEE802.15.4的通信標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz頻段，具有較遠(yuǎn)的傳輸距離75米，成本低、網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)數(shù)目可達(dá)65536個(gè)，但傳輸速率低424kbps/s，也難以支撐視頻傳輸。2G3G4G網(wǎng)絡(luò)是利用移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，其中目前最快的4G的傳輸速率理論上達(dá)到100Mbps/s，而且不受作用距離限制，缺點(diǎn)是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)使用是有償?shù)?，運(yùn)營(yíng)中需要不斷傳輸數(shù)據(jù)，產(chǎn)生成本和費(fèi)用。Wi-Fi技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速度快11Mbps/s，通信距離達(dá)到100米，用戶可以構(gòu)建自己的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)成本低，可靠性高，因此無(wú)線傳輸推薦使用Wi-Fi通信方式。

表1 四種無(wú)線通信方式對(duì)比一覽表

3.6 系統(tǒng)的基本組成

綜上所述，要想構(gòu)建一個(gè)最小的基于視頻圖像識(shí)別的車位管理系統(tǒng)最小配置如表2所示。

表2 基于視頻圖像識(shí)別的車位管理系統(tǒng)配置表

4 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前城市機(jī)動(dòng)車的迅猛增加的形勢(shì)下，在現(xiàn)有停車管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建設(shè)基于圖像識(shí)別的停車引導(dǎo)系統(tǒng)，可以方便市民停車，減少尋找車位的時(shí)間，提高停車效率，降低道路占用率，節(jié)約能源，改善市民出行環(huán)境，提升開車人的幸福指數(shù)，從而為推進(jìn)智慧城市添磚加瓦。

[1]孫巍巍,曾文,呂濤．基于視頻識(shí)別的城市智慧停車管理模式—城市智能停車管理、交通管理與互聯(lián)網(wǎng)出行服務(wù)綜合解決方案[C]．第十一屆中國(guó)智能交通年會(huì)大會(huì),2016．

[2]葉俊謙．智能化停車場(chǎng)車位監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)[D]．中山大學(xué),2007．

[3]尚兆功．基于視頻識(shí)別技術(shù)的智能車庫(kù)管理系統(tǒng)[D]．山東建筑大學(xué),2016．

郭睿海（2000—），男，青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)第一中學(xué)學(xué)生，長(zhǎng)期對(duì)電子科學(xué)感興趣，并開展研究。