智慧燈桿在基于視頻分析的道路停車管理中的應(yīng)用研究

湯峰

（中國電子科技集團第五十研究所）

當前城市停車需求量大，缺口嚴重，采用建設(shè)停車場、停車樓的模式在時間與空間上都遠遠不能滿足現(xiàn)在的發(fā)展需求，挖掘和利用閑置的城市道路停車資源提供規(guī)范化的停車管理和服務(wù)，已經(jīng)成為一種趨勢[1]。智能道路停車管理系統(tǒng)能夠提高城市停車管理的能力，降低人工成本，杜絕停車收費造成的大量糾紛，提高公眾出行效率和體驗，快速、低成本解決城市停車難問題，保障道路交通暢通有序，提升城市通行效率，特別是基于視頻分析技術(shù)的道路停車系統(tǒng)由于“可視化、實時化”的優(yōu)勢正成為智能道路停車管理領(lǐng)域的“黑馬”。

2 基于視頻分析技術(shù)的道路停車管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)原理

基于視頻分析技術(shù)的道路停車管理系統(tǒng)是通過運用視頻智能識別技術(shù)、智能語音交互技術(shù)、大數(shù)據(jù)索引技術(shù)、電子支付等科技手段，實現(xiàn)全自動計時、全過程證據(jù)鏈、自動繳費來代替人工的道路停車管理[2]。視頻智能識別技術(shù)是將深度學(xué)習算法應(yīng)用在針對車輛的特征和車牌的視頻識別中，提高了在復(fù)雜場景和大傾斜角度下車牌識別的識別準度和精度，擴展了有效視頻監(jiān)控范圍，有效確認車輛的駛?cè)爰榜偝鰰r間，形成全過程證據(jù)鏈，使得視頻識別技術(shù)能夠得以應(yīng)用到停車管理領(lǐng)域，真正實現(xiàn)3D場景中精準定位車輛和車牌。

2.2 系統(tǒng)組成

基于視頻分析技術(shù)的道路停車管理系統(tǒng)整體運作包含了三大子系統(tǒng)：前端子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)和后端管理子系統(tǒng)（見圖1）。系統(tǒng)前端包括前端視頻抓拍識別系統(tǒng)（車位管理槍（球）機、交換機、終端服務(wù)器）、移動管理端（停車收費員版APP及車主用戶端APP），車位管理槍（球）機架設(shè)于道路停車點的一側(cè)，用于停車點停車狀態(tài)檢測以及車輛抓拍；交換機用于前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的匯聚；終端服務(wù)器用于前端數(shù)據(jù)緩存；收費員版APP終端輔助收費工作，用于泊位狀態(tài)以及車輛信息核準、收費管理等，用戶也可以通過手機APP系統(tǒng)自主繳費。后端管理子系統(tǒng)是停車管理平臺，對泊車、支付結(jié)算及APP、前端硬件設(shè)備等城市泊車涉及到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，基于城市管理視角，提供運營統(tǒng)計、實時監(jiān)管、人員管理、停車場管理、統(tǒng)計報表等功能，為管理者提供統(tǒng)一、多樣、可視化的管理。網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)的傳輸方式和途徑，一般包括網(wǎng)線、光纖、無線網(wǎng)絡(luò)和4G通信等。

圖1 基于視頻分析技術(shù)的道路停車管理系統(tǒng)

2.3 部署方式

結(jié)合設(shè)置道路停車所在道路交通情況合理配置立桿，桿體上安置視頻監(jiān)控設(shè)備、輔助支架、車輛感應(yīng)與拍攝裝置和補光燈等（見圖2）。視頻監(jiān)控設(shè)備立桿距離第1個監(jiān)控車位距離略大于6m。每個立桿上可以配置1～3個視頻監(jiān)控設(shè)備，最大有效檢測距離約50m（大約8個車位，具體情況根據(jù)視頻設(shè)備性能有所不同）。視頻監(jiān)控可全天候 24 h不間斷地對停放車輛進行自動拍攝；所拍攝圖像包含車輛全部特征，并附加時間、地點和方向特征等信息。具備各類信息的數(shù)據(jù)庫管理以及系統(tǒng)（含各功能模塊及其電源）故障自動診斷和遠程監(jiān)控、遠程維護等功能。立桿應(yīng)可抵御 35m/s風速襲擊，支架上應(yīng)合理設(shè)置避雷裝置和接口箱。立桿支架橫臂的高度應(yīng)確保攝像機及輔助光源安裝后離地凈高度不少于 6.0m。

2.4 運行流程

1）停車流程

用戶車輛駛?cè)氩次缓?，視頻檢測器感應(yīng)到空泊位有車?？浚_始識別車輛車牌等信息，在車輛停穩(wěn)后，用戶即可離開；同時，視頻檢測器記錄車輛占用泊位情況，開始停車時間等信息數(shù)據(jù)，發(fā)送至停車管理平臺；用戶手機也會接收到平臺推送的停車信息，車主購買停車時長完成預(yù)付。

圖2 視頻停車設(shè)置示例

2）出車流程

出車流程：用戶進入停車區(qū)取車，車輛駛離車位；視頻檢測器感應(yīng)到車輛離開，將車輛離開時間、泊位信息等上傳至停車管理平臺，平臺進行費用計算和車位空余信息處理；用戶手機APP收到停車結(jié)算，多退少補，可以在一定時限內(nèi)通過手機付費。

此外，用戶可通過手機APP實時查詢停車信息，包括道路停車場位置、當前空余車位數(shù)量、車位價格、周邊信息、誘導(dǎo)車輛停車服務(wù)、個人停車信息、車輛狀態(tài)等，以及反向?qū)ぼ嚒?/p>

2.5 落地實施難點

1）建設(shè)專用的視頻監(jiān)控桿費用高

在城市道路上設(shè)立一根專用視頻設(shè)備桿體不僅位置要符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范標準和道路實際情況，而且為確保系統(tǒng)安全，桿體本身、底座和基礎(chǔ)都需要較高的結(jié)構(gòu)強度，能夠抵御大風影響，所需建設(shè)和施工費用不菲，拉高了停車系統(tǒng)的建設(shè)成本。

2）通信和電力接入難度大

系統(tǒng)建設(shè)需要配套的電力、通信供應(yīng)，申請接入難度大，所需周期長，這都使得基于視頻分析技術(shù)的停車使用范圍受限。

3 智慧燈桿

3.1 智慧燈桿系統(tǒng)構(gòu)成

城市路燈是重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施，遍布城市每個角落，實現(xiàn)對城市地理位置的全面覆蓋，又自接電力資源，是作為布局城市物聯(lián)網(wǎng)的最佳載體，也是服務(wù)市民的一個絕佳平臺。智慧燈桿以照明為基礎(chǔ)，在燈桿上集成攝像頭、無線AP、語音廣播、顯示屏、4G/5G/物聯(lián)網(wǎng)通訊基站、指示牌、環(huán)境監(jiān)測（PM2.5）、氣象監(jiān)測等設(shè)備，同時配套智慧燈桿一體化物聯(lián)網(wǎng)平臺，利用云計算、視頻智能分析、大數(shù)據(jù)分析等手段實現(xiàn)人流分析及熱力圖預(yù)警、信息交互、公共廣播、無線城市、安防管控、環(huán)境監(jiān)測、水位監(jiān)測、節(jié)能環(huán)保等多功能[3]。

3.2 智慧燈桿建設(shè)意義

通過對交通信號燈、交通標識牌、道路指示牌、電子監(jiān)控等傳統(tǒng)設(shè)施進行有效整合，多桿合一，降低建設(shè)、運維成本，避免因桿體、路面重復(fù)建設(shè)和施工產(chǎn)生的負面社會影響，減少對城市地面和空間資源的占用，美化城市景觀風貌。《杭州市城市道路桿件及標識整合設(shè)計導(dǎo)則》、《南京市城市道路桿件設(shè)置技術(shù)導(dǎo)則》、《上海市城市道路桿件整合設(shè)計導(dǎo)則》都已正式發(fā)布，并開始試點和推廣。

4 智慧燈桿和智慧道路停車系統(tǒng)的結(jié)合

4.1 智慧燈桿結(jié)合視頻停車可行性分析

1）路燈間隔和車位數(shù)量

路燈間隔一般為25m～35m，根據(jù)《城市道路停車泊位設(shè)置規(guī)范》（GA/T 850-2009），道路停車位的單個車位尺寸一般為2.5m×6m，那么兩相鄰路燈桿間可以設(shè)置4～6個車位，也就是1～2個視頻監(jiān)控終端可以實現(xiàn)檢測和識別的數(shù)量；或者可以每隔1桿路燈上安裝視頻監(jiān)控終端，數(shù)量2～3個。

2）桿體高度和挑臂長度

按照《上海市城市道路桿件整合設(shè)計導(dǎo)則》，在6.5米處設(shè)置橫調(diào)臂，滿足治安卡口、交通違章監(jiān)控的安裝，和視頻停車監(jiān)控設(shè)備高度一致。挑臂長度為2.7m～10.5m，可根據(jù)需求進行調(diào)整。

3）桿體強度和基礎(chǔ)安全

在智慧燈桿的設(shè)計要求中，考慮到搭載多種設(shè)備的要求，設(shè)計荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009）規(guī)定取值，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限50a，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，合桿基礎(chǔ)設(shè)計按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007）執(zhí)行，確保安全。

4）電力和通信系統(tǒng)

在《杭州市城市道路桿件及標識整合設(shè)計導(dǎo)則》、《南京市城市道路桿件設(shè)置技術(shù)導(dǎo)則》、《上海市城市道路桿件整合設(shè)計導(dǎo)則》中都提出在綜合桿建設(shè)同時配套電力、通信管道，減少后期的重復(fù)開挖和建設(shè)。

4.2 智慧燈桿與視頻停車系統(tǒng)結(jié)合

通過分析，智慧燈桿與視頻停車識別系統(tǒng)在位置上是重合的，在技術(shù)上結(jié)合可行的，而且能夠解決電力、通信難題，滿足視頻車輛識別設(shè)置的要求，系統(tǒng)建設(shè)成本可大幅降低。兩者結(jié)合構(gòu)建的道路停車管理系統(tǒng)如圖3所示。

4.3 系統(tǒng)結(jié)合點分析

1）設(shè)置視頻監(jiān)控終端

視頻監(jiān)控終端有球機、雙槍機、槍機+球機等多種方案，都可以設(shè)置在智慧燈桿的橫挑臂上，監(jiān)控終端的附屬設(shè)備可以放置在桿體內(nèi)，或通過機箱設(shè)置在桿體上。智慧燈桿上的視頻監(jiān)控終端可全方位實時監(jiān)測車輛周邊的狀態(tài)，對各種情況進行視頻取證，對于未按時付費的行為進行記錄，并可為出現(xiàn)的車輛刮蹭等人為損害現(xiàn)象提供證據(jù)。

2）停車收費信息顯示

采用LED顯示屏，可顯示停車指示、收費信息，空車位數(shù)量、車位已滿等停車場相關(guān)信息。

3）停車誘導(dǎo)信息發(fā)布

停車誘導(dǎo)信息發(fā)布能夠調(diào)節(jié)停車需求在時間和空間分布上的不均勻，提高停車設(shè)施使用率和整個交通系統(tǒng)的效率。通過智慧燈桿上的LED顯示屏，可以顯示當前燈桿附近的車位信息，或者指示空余車位的方向，通過多個LED屏的聯(lián)動，實現(xiàn)停車誘導(dǎo)和指示。

圖3 智慧燈桿與視頻停車管理系統(tǒng)的結(jié)合示意圖

4）信息終端機繳費

在智慧燈桿箱體上的互動信息屏內(nèi)可以結(jié)合設(shè)置信息終端機，整合支付寶、微信支付功能或現(xiàn)金收費，實現(xiàn)自主繳費，代替人工進行智能收費管理，滿足車主多樣化支付需求。

5）新能源汽車充電

智慧燈桿桿體上有充電接口，能夠提供充電服務(wù)，道路停車可將臨近燈桿的2-3個車位設(shè)置為充電車位，緩解城市充電樁不足的難題，也為正在迅速發(fā)展的新能源汽車共享服務(wù)提供更大的發(fā)展空間[4]。智慧燈桿管理系統(tǒng)可以對充電樁組件狀態(tài)和充電計費環(huán)管理，查看各處充電樁的狀態(tài)，用戶可以通過IC卡、終端機、手機APP等進行付費。

6）兩大系統(tǒng)管理平臺對接

智慧燈桿的管理系統(tǒng)側(cè)重于對桿體上的電力、通信、設(shè)備運行狀態(tài)的檢測，停車信息管理系統(tǒng)側(cè)重于對車位、車輛以及收費的管理，兩個系統(tǒng)可以獨立運行，更可以進行信息共享，更好發(fā)揮各自作用。比如智慧燈桿對于桿體上的視頻監(jiān)控終端和新能源汽車充電器信息的管理可以提供給視頻停車管理信息系統(tǒng)，更好實現(xiàn)對停車設(shè)施的管理；智慧燈桿獲得停車使用信息和汽車充電信息可以和燈桿上其他設(shè)備信息疊加（如環(huán)境氣象監(jiān)測）綜合分析，實現(xiàn) “大數(shù)據(jù)”的獲取和處理。

5 結(jié)語

基于視頻的道路停車管理系統(tǒng)能夠節(jié)省人力，減少停車糾紛，提高停車服務(wù)和管理效率，順應(yīng)未來停車發(fā)展趨勢；結(jié)合智慧燈桿使得視頻道路停車系統(tǒng)建設(shè)更易落地，應(yīng)用更為豐富和便捷，反過來這種結(jié)合也拓展了智慧燈桿的使用場景，有助于智慧燈桿這一新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模推廣和建設(shè)，支撐新型智慧城市建設(shè)。