基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型智能停車場

董佳寶　宋軼　張朋瑀　劉倩　趙澤洋

摘? ?要：隨著人均汽車擁有量的上升，停車已經(jīng)成為目前城市管理中普遍存在的問題。然而，當(dāng)前停車場的智能化、信息化水平還遠遠滯后于市場要求。如何提高車位利用率、如何節(jié)省尋找車位的時間成本以及如何最大限度降低人工成本成為目前停車場方案設(shè)計中亟待解決的問題。本設(shè)計從實際需求出發(fā)，設(shè)計并實現(xiàn)了一款智能車位預(yù)定與管理系統(tǒng)，分為用戶、停車場、管理公司三端，同時通過下位機與人機交互系統(tǒng)通信，完成訂單的驗證以及車位鎖的升降操作。

關(guān)鍵詞：車位預(yù)定? 智能化? 人機交互

中圖分類號：U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0074-03

Abstract： With the increase in per capita car holdings， parking has become a common problem in current urban management. On this basis， the current intelligent and informative level of parking lots lags far behind market requirements. How to improve parking space utilization， how to save the time cost of finding a parking space， and how to minimize the labor cost is the top priority of the current parking lot design. This design starts from the actual demand， and designs a system that can realize the parking space reservation. It is divided into three parts： user， parking lot and company. At the same time， human-computer interaction is realized through the lower computer， the order verification and the parking lock lifting operation are completed.

Key Words： Parking reservation; Intelligent; Human interaction

隨著物質(zhì)水平的提高，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕煌üぞ?。目前在國?nèi)各大中城市中，到處可見交通擁擠狀況，停車難成為了一個突出的問題。關(guān)于停車場信息如停車場位置、泊位利用情況、周邊道路情況等信息的提供比較缺乏，駕駛員在無法得到停車場相關(guān)信息的情況下，往往是憑借以往的經(jīng)驗尋找停車泊位或在目的地周圍繞行以尋找停車泊位，目的性不強，時間成本耗費較大且可靠性較低。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的車位預(yù)定與管理系統(tǒng)，同時融合了AR與大數(shù)據(jù)進行室內(nèi)微導(dǎo)航以及停車場車位在運籌學(xué)角度上的最優(yōu)分配。

1? 產(chǎn)品概述

本設(shè)計提供了一種新型的智能化停車場方案，同時兼容車位預(yù)定和隨到隨停兩種停車方式，在豐富了停車場功能結(jié)構(gòu)的同時，也大大提高了停車場車位的有效利用率。

用戶可通過APP提前預(yù)定車位，當(dāng)車位被預(yù)定后，該車位鎖升起，以防其他車輛駛?cè)搿．?dāng)用戶通過APP內(nèi)置AR微導(dǎo)航駛?cè)胍杨A(yù)定車位時，攝像頭拍照后上傳系統(tǒng)識別，獲得正確的反饋信息后，車位鎖降下，用戶駛?cè)胲囄?。為避免攝像頭臟污等原因，也同時設(shè)置了鍵盤以便采用驗證碼輸入方式進行驗證。當(dāng)用戶未預(yù)定直接駛?cè)肟刹慈胲囄粫r，該車位被占用后，即時傳遞信息到后臺，更改APP上車位的狀態(tài)。用戶駛離車位時，車位通過壓力傳感器和紅外傳感器綜合識別車輛是否離開，并發(fā)送通知請用戶確認，用戶確認后，該車位鎖升起，同時在停車場出口識別車牌號后升起停車桿，這在一定程度上也大大降低了車輛被盜的幾率。

2? 下位機方案

在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計中，下位機主要承擔(dān)著測量、控制、人機交互等功能，本設(shè)計采用STM32作為處理器，STM32具有低功耗，工作頻率高等特點，適合應(yīng)用于窄帶物聯(lián)網(wǎng)（見圖1）。

2.1 綜合傳感系統(tǒng)

在下位機設(shè)計中，紅外傳感主要應(yīng)用于檢測是否有車即將泊入，當(dāng)有物體進入紅外發(fā)射方向時，接收端將收到物體的反射信號，此時通過上升沿信號觸發(fā)單片機退出休眠模式，進入工作狀態(tài)。這種機制將大大減少單片機的功耗。為避免行人經(jīng)過干擾紅外，在反射之后，通過系統(tǒng)定時器定時0.5s再檢測串口電平，同時讀取車位前壓力傳感器，如果此時紅外對管輸出端仍為高電平且壓力傳感器數(shù)值大于1t，則啟動攝像頭拍照并上傳至后臺進行車牌識別。

2.2 語音模塊

當(dāng)車牌識別失敗，返回結(jié)果為失敗時，則啟動語音模塊提示用戶使用鍵盤輸入驗證碼驗證或者將車牌重新對準(zhǔn)攝像頭。語音模塊采用ISD1820語音芯片，同時為了增大音量，在其后級增加了一個耦合放大電路。

2.3 車位鎖

為了實現(xiàn)車位鎖的精準(zhǔn)升降，本設(shè)計采用步進電機進行驅(qū)動，通過步長計算出所需脈沖數(shù)來準(zhǔn)確升降。同時考慮到步進電機的失步等原因造成的升降高度誤差，在車位鎖內(nèi)部增設(shè)了位置傳感器，使用PID算法進行升降角度的補償。除此之外，由于車位鎖所需轉(zhuǎn)矩較大，故采用繼電器控制24V電壓驅(qū)動車位鎖。

3? 上位機方案

在本系統(tǒng)中，上位機分為兩級權(quán)限，單個停車場管理員和區(qū)域負責(zé)人。單個停車場負責(zé)人可查看域內(nèi)停車熱點圖，由后臺通過算法匹配得出各停車場車位最優(yōu)分配方案，并推薦給正在APP上尋找相應(yīng)地點附近車位的用戶。

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

后臺數(shù)據(jù)庫共建有3個數(shù)據(jù)表，分別為Users（用戶信息）表、Parking（車位信息）表、ParkingRecord（預(yù)定記錄）表。

Users（用戶信息）表：字段有Name（姓名）、Password（密碼）、CellPhoneNumber（電話號碼）、CarId（車牌號碼）。

Parking（車位信息）表：字段有PName（停車場名）、PArea（停車區(qū)域）、PAdress（停車場地址）、P01（車位預(yù)定狀態(tài)）、Ptype（停車場類型）、Ppark（是否停車）。

ParkingRecord（預(yù)定記錄）表：字段有Name（用戶名）、PAdress（停車地址）、CarId（車牌號）、PName（停車場名）、PArea（停車區(qū)域）、PTime（預(yù)定時間）、CellPhoneNumber（手機號碼）、Ptype（停車場類型）、Code（停車驗證碼）。

3.2 車位故障自動檢測

車位故障主要分為離線故障和車位鎖故障。

離線故障為車位控制器連接網(wǎng)絡(luò)失敗，如果未能及時發(fā)現(xiàn)或處理，容易造成實際車位狀態(tài)與APP上不符等失誤。本系統(tǒng)通過下位機定期發(fā)送信息確認是否失聯(lián)，如果車位超過3個周期未發(fā)送信息，則后臺將其錯誤信息發(fā)送至該停車場值班人員。考慮到功耗要求，周期定為1分鐘一次。

車位鎖故障為由于電機損壞等原因造成的車位鎖上升不到相應(yīng)位置或無法下降。車位鎖故障報錯檢修采用雙層報錯機制。當(dāng)單片機發(fā)出相應(yīng)驅(qū)動指令后，若10s后位置傳感器還未被驅(qū)動，則進行第一次報錯，第一次報錯由下位機自行處理，通過繼續(xù)發(fā)出驅(qū)動脈沖進行補償，若5s后，車位鎖仍未到達指定位置觸發(fā)位置傳感器，則進行第二次報錯。第二次報錯直接發(fā)送給停車場值班人員，要求其前往檢修。

4? 其他創(chuàng)新

4.1 AR微導(dǎo)航

很長時期內(nèi)，以點線面組成的二維地圖是我國電子導(dǎo)航地圖的主要呈現(xiàn)形式，在Google Earth所代表的三維導(dǎo)航地圖方案的持續(xù)刺激之下，我國電子導(dǎo)航地圖也開始步入三維時代。

在車場之外，停車場是個大的目的地，傳統(tǒng)導(dǎo)航就完全可以良好應(yīng)用。著重的創(chuàng)新點是在于靠近車場以及車場內(nèi)的車位導(dǎo)航。首先，傳統(tǒng)導(dǎo)航中，在到達目的地附近時，導(dǎo)航就會提示，已到達目的地附近，導(dǎo)航結(jié)束?？墒怯脩艉芸赡懿]有找到目的地的具體方位，這時就發(fā)揮了AR地圖的功能，它可以識別攝像頭所示內(nèi)容中有無目的地的信息，會比gps定位更加精確智能。再者，在初到一個陌生而規(guī)模龐大的停車場時，其中的標(biāo)識總是不能足夠智能的起到導(dǎo)航作用。在軟件中顯示空車位或是用戶預(yù)定車位，AR導(dǎo)航便可以實時識別場景的變化，即使是一個小標(biāo)志物的不同也可以識別到，這樣識別與導(dǎo)航結(jié)合使尋找車位這一過程更加智能便捷。

4.2 基于大數(shù)據(jù)的車位推薦

在多停車場管理中，如果單純依賴于地理位置面向用戶提供推薦，易導(dǎo)致單個或部分停車場飽和，而周圍其他停車場出現(xiàn)無人預(yù)定的現(xiàn)象。同時，由于忽略了道路交通實時狀況，造成由于交通堵塞而產(chǎn)生的用戶預(yù)定而未停入的時間過長，在影響用戶體驗的，也引發(fā)停車場因為大量車位雖然被預(yù)定但閑置的收益降低。

基于云計算大數(shù)據(jù)，幫助大數(shù)據(jù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，打破了數(shù)據(jù)孤島，讓以前閑置的道路數(shù)據(jù)和后臺各停車場車位狀態(tài)數(shù)據(jù)運作起來，為智慧停車提供數(shù)據(jù)的支持。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過運籌學(xué)的分析，訓(xùn)練出一個綜合多項數(shù)據(jù)向用戶推薦車位的非線性模型，在最大程度上優(yōu)化一定區(qū)域內(nèi)停車場總收入和用戶駛?cè)霑r間。

5? 結(jié)語

本系統(tǒng)基于目前城市普遍存在的停車問題，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了用戶遠程預(yù)定車位及停車場車位的有效管理。同時，結(jié)合AR微導(dǎo)航技術(shù)，彌補以往只有室外導(dǎo)航而造成車位難尋問題，解決了停車的“最后一公里問題”。在系統(tǒng)下位機的設(shè)計與實現(xiàn)中，涵蓋綜合傳感系統(tǒng)、語音傳感模塊、車位鎖等部分，進行車輛泊入信息感知、車輛有效信息確認以及車位預(yù)定。綜上所述，本系統(tǒng)所具有的增加停車場車位利用率、減少駕駛?cè)藛T尋找車位的空駛率，以及室內(nèi)導(dǎo)航至車位的精確度等功能，都切實解決了當(dāng)前停車所存在的問題，優(yōu)化了以往停車場管理模式所存在的不足之處。在停車問題日益嚴重的當(dāng)代，發(fā)展前景廣闊。

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