基于LoRa技術(shù)的停車場管理的研究與實現(xiàn)

李克+付鴻達+李卓

摘要：伴隨大城市經(jīng)濟社會的發(fā)展和城市現(xiàn)代化水平的提高，停車場管理問題已經(jīng)成為了社會熱門話題之一，亟待我們?nèi)ソ鉀Q。而新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRa技術(shù)，具有遠距離和低功耗的特點，是這一問題的最優(yōu)解決方案之一。該文對LoRa技術(shù)進行簡單介紹，并通過在停車場的實地數(shù)據(jù)測量并研究，利用了LoRa技術(shù)對此問題進行解決。

關(guān)鍵詞：LoRa技術(shù)；停車場管理；Andriod技術(shù)

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）01-0101-02

1 概述

伴隨大城市經(jīng)濟社會的發(fā)展和城市現(xiàn)代化水平的提高，城市靜態(tài)交通問題就將越來越突出。解決城市交通堵塞和停車難的問題，已成為影響和制約城市建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素。2017年上半年全國新增機動車938萬輛，駕駛?cè)?381萬人，車輛的增加必定導致更多的交通擁堵和停車難的問題。停車難問題對于車主來說，在外找車位難，既浪費時間，又增加燃油成本開支；對社會來講，既增加了道路交通量，造成交通擁堵，又增加了尾氣排放量，污染空氣。停車難問題危害很多，亟待解決。

我們現(xiàn)在處于一個信息化的時代，物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，而作為城域網(wǎng)技術(shù)之一的LoRa技術(shù)更是新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的佼佼者。LoRa技術(shù)既有藍牙、Zigbee等局域網(wǎng)技術(shù)的低功耗、高傳輸速率的特點，又有3G、4G等廣域網(wǎng)技術(shù)的遠距離傳輸?shù)奶攸c，使得這項技術(shù)在現(xiàn)實中的很多場景均能發(fā)揮它的遠距離和低功耗的優(yōu)勢。而LoRa技術(shù)的遠距離和低功耗的特點能幫助我們更好的解決停車場管理這一問題。

本文通過具體實例數(shù)據(jù)分析，進行實地實驗，通過對停車場車位狀態(tài)的數(shù)據(jù)測量并研究，從而說明LoRa技術(shù)在停車場管理等社會問題中的應用。

2 LoRa技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)應用中的無線技術(shù)有多種，可組成局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。組成局域網(wǎng)的無線技術(shù)主要有2.4GHz的WiFi，藍牙、Zigbee等，組成廣域網(wǎng)的無線技術(shù)主要有2G/3G/4G等。這些無線技術(shù)，優(yōu)缺點非常明顯，可如圖1總結(jié)。在低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network， LPWAN）產(chǎn)生之前，似乎遠距離和低功耗兩者之間只能二選一。當采用LPWAN技術(shù)之后，設(shè)計人員可做到兩者都兼顧，最大程度地實現(xiàn)更長距離通信與更低功耗，同時還可節(jié)省額外的中繼器成本。

LoRa 是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術(shù)的超遠距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡單的能實現(xiàn)遠距離、長電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進而擴展傳感網(wǎng)絡(luò)。目前，LoRa 主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915 MHz等。

LoRa技術(shù)具有遠距離、低功耗（電池壽命長）、多節(jié)點、低成本的特性。

LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端（可內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或稱基站）、Server和云四部分組成。應用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（Low Power Wide Area Network， LPWAN）是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的一部分，具有功耗低、覆蓋范圍廣、穿透性強的特點，適用于每隔幾分鐘發(fā)送和接收少量數(shù)據(jù)的應用情況，如水運定位、路燈監(jiān)測、停車位監(jiān)測等等。LPWAN相關(guān)組織LoRa聯(lián)盟目前在全球已有145位成員，其繁茂的生態(tài)系統(tǒng)讓遵循LoRaWAN協(xié)議的設(shè)備具有很強的互操作性。一個完全符合LoRaWAN標準的通訊網(wǎng)關(guān)可以接入5到10公里內(nèi)上萬個無線傳感器節(jié)點，其效率遠遠高于傳統(tǒng)的點對點輪詢的通訊模式，也能大幅度降低節(jié)點通訊功耗。

3 系統(tǒng)模型與實現(xiàn)

該模型主要分為三個部分：車位信息感知模塊，LoRa網(wǎng)關(guān)部分和服務(wù)端部分。

由地磁傳感器獲取該車位信息，經(jīng)LoRa無線技術(shù)來接收在停車場復雜環(huán)境下每一停車位的狀況，后由LoRa網(wǎng)關(guān)機捕獲信息，經(jīng)網(wǎng)關(guān)機內(nèi)部的中國移動GSM模塊將信息送至PC端后臺處理后，在停車者進場時就可得知何處有空車位。其次收集的停車位狀態(tài)也可送至云端供其他使用者了解空車位狀態(tài)。

在停車場部分，由于實地實驗的停車場為室外停車場，所以用的是在室外條件下更為敏感和準確的地磁傳感器作為停車場部分的傳感器設(shè)備。因為室外停車場存在安全隱患，我們采用了電池供電，但由于是通過LoRa信號進行傳遞，能耗極小，電池使用壽命達到5年以上，基本規(guī)避了沒有直接電源需要經(jīng)常更換電池這一缺點。

在網(wǎng)關(guān)部分，我們使用了LoRa網(wǎng)關(guān)，電池供電，2節(jié)5號電池可工作10年，且網(wǎng)關(guān)與終端有效通信距離空曠可達5km，真正實現(xiàn)低功耗和遠距離的結(jié)合。網(wǎng)關(guān)機內(nèi)部還包括了中國移動GSM模塊，該模塊負責將信息發(fā)送到PC端后臺，并可以同步至云端。

在服務(wù)端部分，運用了Android Studio做了一個手機端的APP，調(diào)用并顯示出后臺捕獲的數(shù)據(jù)，來向用戶更直觀的反饋出我們停車場檢測到的數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)分析

我們檢測兩個停車位（181號和213號）的狀態(tài)作為實例，兩個車位有四種停車狀況，我們分別測試并記錄了后臺服務(wù)器端和手機移動應用端數(shù)據(jù)。

1） 181車位和213車位均無車，如圖6。

2） 181車位有車，213車位無車，如圖7。

3） 181車位無車，213車位有車，如圖8。

4） 181車位和213車位均有車，如圖9。

我們通過四組實驗數(shù)據(jù)，可以看出車位上有無車，在后臺端可以通過1和0來體現(xiàn)，亦可從手機移動應用端給用戶正常的反饋。

5 結(jié)論

LoRa技術(shù)最大的優(yōu)勢就是具有遠距離和低功耗兩大特點，而我們正是運用的這兩大特點成功布置了一個停車場管理系統(tǒng)的模型。經(jīng)過實地實驗和數(shù)據(jù)分析，這個系統(tǒng)成功實現(xiàn)了用LoRa技術(shù)進行對停車場的監(jiān)控與管理，實現(xiàn)了我們所預期的結(jié)果。

參考文獻：

[1] http：//www.loraapp.com[Z].

[2] 劉云浩. 物聯(lián)網(wǎng)導論[M]. 北京：科學出版社，2010.

[3] 武奇生， 姚博彬， 高榮， 等. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用[M]. 2版.北京：機械工業(yè)出版社， 2016.

[4] S.A.A'ssri， F.H.K.Zaman， S.Mubdi. The efficient parking bay allocation and management system using LoRaWAN[R]. ICSGRC， 2017.

[5] Huang Y，Chen Y C， You C W，et al. Toward an easy deployable outdoor parking system — Lessons from long-term deployment[R]. PerCom， 2017 IEEE International Conference on， 2017.endprint