基于地磁車位停車計(jì)時(shí)算法系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)*

李向榮 張明克 范福海

（青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 青島 266061）

1 引言

城市由于交通設(shè)施的增加造成的交通擁擠甚至混亂給人們的生活帶來(lái)極大的不便［1］，這種不便迫使人們?nèi)ふ腋呒夹g(shù)的有效手段去解決這種不便。智能化的停車場(chǎng)就是順應(yīng)這一時(shí)代需求的高技術(shù)產(chǎn)物。這不僅可以有效地解決亂停亂放造成的交通混亂［2］，而且可以促進(jìn)交通設(shè)施的正規(guī)化建設(shè)。市場(chǎng)上存在的地磁傳感器用于檢測(cè)車輛的存在和車型識(shí)別，準(zhǔn)確率是制約停車收費(fèi)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素，尤其是在地磁誤報(bào)或者不報(bào)的情況下，造成停車計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)的偏差［3～4］，直接影響到消費(fèi)者的根本利益。因此，本文著重圍繞地磁上報(bào)數(shù)據(jù)的各種情況全面合理的展開(kāi)分析，拋出問(wèn)題。并分析問(wèn)題同時(shí)提出解決方案，然后將新方案納入測(cè)試系統(tǒng)中驗(yàn)證可靠性和實(shí)用性。

2 系統(tǒng)框架

圖1 平臺(tái)架構(gòu)圖

epark最主要的是接口部分，展示層網(wǎng)頁(yè)JSP、手機(jī)APP、VPaas對(duì)接三部分組成。1）Ajax請(qǐng)求到對(duì)應(yīng)的地址并對(duì)應(yīng)到程序接口，程序處理后返回對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求結(jié)果。2）程序讀取數(shù)據(jù)庫(kù)配置類信息，刷新到Redis緩存中，可加快訪問(wèn)速度。3）VPass指令傳輸?shù)浇涌?，根?jù)指令內(nèi)容完成對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，比如推送到手機(jī)、保存訂單信息、基于泊車狀態(tài)的邏輯。4）地磁檢測(cè)器發(fā)送駛?cè)腭偝觯琕Pass首先完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，然后發(fā)送到平臺(tái)。

關(guān)于Vpass的部署：

Vpaas也利用數(shù)據(jù)庫(kù)，表：Vpaasv2_db.domain_appkey，負(fù)責(zé)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)。

3 地磁檢測(cè)器的工作原理

圖2 地磁檢測(cè)器實(shí)物圖

工作原理：基于磁場(chǎng)傳感器的車輛停放狀態(tài)探測(cè)裝置，包括電源，探測(cè)器，數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊。探測(cè)裝置利用磁場(chǎng)傳感器在有外部磁場(chǎng)干擾源的影響下，各個(gè)方向上的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)生比較大幅度的變化，依據(jù)變化的幅度情況判斷該區(qū)域是否有車輛停放，在無(wú)車的情況下，其采集到的X、Y、Z三軸的數(shù)據(jù)就是當(dāng)?shù)氐拇艌?chǎng)數(shù)據(jù)。有車在磁場(chǎng)傳感器的上方時(shí)，三軸的數(shù)據(jù)將發(fā)生明顯的變化，并用Matlab把三軸的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并總結(jié)出判定算法。

圖3 三維磁場(chǎng)向量圖

算法公式如下所示［9］：

其中 Mout表示模長(zhǎng)即靈敏度；Xr、Yt、Zr表示當(dāng)前時(shí)刻采樣得到的分別在X、Y、Z軸上投影后的磁場(chǎng)值；Xl、Yl、Zl表示分別在X、Y、Z軸上投影后的基準(zhǔn)值或者叫本底值。

具體的判定有無(wú)車的算法流程如圖4所示。

圖4 判斷有無(wú)車的算法流程圖

4 地磁車位的訂單生成流程

手機(jī)端APP的目標(biāo)用戶是現(xiàn)場(chǎng)收費(fèi)人員，車輛停入泊位后，地磁檢測(cè)器報(bào)有車后將會(huì)向云端傳送數(shù)據(jù)1，此時(shí)會(huì)觸發(fā)推送通知收費(fèi)員該泊位有車輛駛?cè)?，此時(shí)泊位狀態(tài)由空泊位變?yōu)檎加?，收費(fèi)員手動(dòng)創(chuàng)建訂單。車輛在離場(chǎng)后，地磁檢測(cè)器報(bào)駛離后將會(huì)向云端傳送數(shù)據(jù)0，此時(shí)會(huì)觸發(fā)推送通知收費(fèi)員該泊位有車輛駛離，這時(shí)需要收費(fèi)員對(duì)該車輛進(jìn)行離場(chǎng)操作結(jié)束訂單［5～8］。

5 分析問(wèn)題

鑒于收費(fèi)員反映的快慢［9］，所有訂單的駛?cè)霑r(shí)間取法為：若創(chuàng)建訂單時(shí)間之前20min之內(nèi)有地磁數(shù)據(jù)1時(shí)，則取地磁報(bào)1時(shí)的時(shí)間作為訂單的駛?cè)霑r(shí)間。若創(chuàng)建訂單時(shí)間之前20min之內(nèi)無(wú)地磁數(shù)據(jù)1時(shí)，則取當(dāng)前收費(fèi)員創(chuàng)建訂單的時(shí)間作為訂單的駛?cè)霑r(shí)間。其中，著重分析的駛離時(shí)間的四種異常情況如下。

1）訂單駛?cè)霑r(shí)間和收費(fèi)員操作訂單結(jié)束時(shí)間之間沒(méi)報(bào)駛離，如圖5所示。

圖5 A種異常

2）訂單駛?cè)霑r(shí)間和收費(fèi)員操作訂單結(jié)束時(shí)間之間有報(bào)多次駛?cè)?，如圖6所示。

圖6 B種異常

3）訂單駛?cè)霑r(shí)間和收費(fèi)員操作訂單結(jié)束時(shí)間之間有報(bào)多條駛離時(shí)，如圖7所示。

圖7 C種異常

4）訂單駛?cè)霑r(shí)間和收費(fèi)員操作訂單結(jié)束時(shí)間之間有報(bào)多條駛?cè)腭傠x：（1）當(dāng)有報(bào)多條駛?cè)腭傠x且第一條為駛?cè)霑r(shí)，如圖8所示。

圖8 D種異常

5）當(dāng)有報(bào)多條駛?cè)腭傠x且第一條為駛離時(shí)，如圖9所示。

圖9 E種異常

6 解決問(wèn)題

改進(jìn)即校正駛離時(shí)間：改進(jìn)規(guī)則計(jì)算出更準(zhǔn)確的駛離時(shí)間。

通過(guò)分析各種異常情況知道唯一正常的訂單情況為訂單駛?cè)霑r(shí)間和收費(fèi)員操作訂單結(jié)束時(shí)間之間有且僅有一條報(bào)駛離，除此之外的訂單需要通過(guò)處理異常情況邏輯代碼計(jì)算出正確的停車時(shí)長(zhǎng)并校正訂單的駛離時(shí)間。處理異常情況邏輯部分代碼如下：

A種異常處理邏輯：取收費(fèi)員操作時(shí)間作為訂單的駛離時(shí)間；

B種異常處理邏輯：取收費(fèi)員操作訂單結(jié)束時(shí)間作為訂單的駛離時(shí)間；

C種異常處理邏輯：當(dāng)有報(bào)一條駛離時(shí)取這條唯一的駛離時(shí)間作為訂單駛離時(shí)間，當(dāng)有報(bào)多條駛離時(shí)取最后一條駛離時(shí)間作為訂單駛離時(shí)間；

D種異常處理邏輯：當(dāng)有報(bào)多條駛?cè)腭傠x且第一條為駛?cè)霑r(shí)取最近的一條駛離作為訂單的駛離時(shí)間；

E種異常處理邏輯：當(dāng)有報(bào)多條駛?cè)腭傠x且第一條為駛離時(shí)取第一條駛離作為訂單的駛離時(shí)間。

分析可知唯一正常的訂單情況如圖10所示。

圖10 正常情況

本文用jQuery EasyUI技術(shù)選出異常訂單所對(duì)應(yīng)的地磁泊位如圖11所示。

圖11 異常數(shù)據(jù)表

頁(yè)面后臺(tái)查詢邏輯如下：

//查詢?cè)撚唵?，在駛?cè)霑r(shí)間和操作駛離時(shí)間內(nèi)，上報(bào)地磁是駛離的數(shù)據(jù)的條數(shù)

//只有當(dāng)訂單期間只有1條地磁數(shù)據(jù)，且是駛離數(shù)據(jù)的，才是正常情況。除此之外的所有情況，都是異常情況，都要查詢出來(lái)。 if

導(dǎo)出數(shù)據(jù)如表1所示。相應(yīng)的異常地磁數(shù)據(jù)查看如圖12所示。

表1 導(dǎo)出的異常數(shù)據(jù)

圖12 異常地磁數(shù)據(jù)

頁(yè)面后臺(tái)邏輯如下：

地磁泊位結(jié)合地磁服務(wù)器導(dǎo)出采集的異常x軸、y軸、z軸的磁場(chǎng)變化量及angl和dtype的數(shù)據(jù)值，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示［10～11］。

表2 導(dǎo)出的異常坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)

對(duì)上表中選出的顯示在上位機(jī)軟件屏幕上的三軸磁場(chǎng)數(shù)據(jù)即x軸、y軸、z軸用Matlab軟件分析如圖13所示［12～20］。

圖13 靈敏度分析操作界面

作圖14如下。

圖14 靈敏度隨基值的變化趨勢(shì)

通過(guò)對(duì)地磁檢測(cè)裝置所上傳上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)出新增規(guī)律及判定條件為：當(dāng)靈敏度＞5并且軸變化量＞5時(shí)也判定為有車。

7 結(jié)語(yǔ)

驗(yàn)證校正結(jié)果邏輯：通過(guò)獲得訂單集合，依次查詢此訂單集中每一個(gè)訂單在訂單駛?cè)霑r(shí)間和收費(fèi)員操作訂單結(jié)束時(shí)間之間所對(duì)應(yīng)的地磁數(shù)據(jù)集合，定義一個(gè)布爾變量，然后判斷此地磁數(shù)據(jù)，是否正常（有且僅有1條駛離數(shù)據(jù)，是正常），如果只有1條記錄，且是駛離數(shù)據(jù)0，則返回為true，否則返回為false。如果返回false，則控制臺(tái)輸出異常，訂單編號(hào)，泊位號(hào)碼，駛?cè)霑r(shí)間，駛離時(shí)間，收費(fèi)員駛離操作時(shí)間。并且控制臺(tái)輸出相應(yīng)的地磁數(shù)據(jù)編號(hào)，泊位號(hào)碼，上報(bào)時(shí)間，上報(bào)數(shù)據(jù)（上報(bào)數(shù)據(jù)如果為1則控制臺(tái)輸駛?cè)?，上?bào)數(shù)據(jù)如果為0則控制臺(tái)輸駛離）。然后結(jié)合上文中的四種異常情況判斷屬于其中何種異常，并查看控制臺(tái)輸出的該訂單駛離時(shí)間是否取值對(duì)應(yīng)異常情況的處理辦法。如果返回true，則屬于正常訂單，此時(shí)控制臺(tái)輸出訂單編號(hào)，泊位號(hào)碼，駛?cè)霑r(shí)間，駛離時(shí)間，收費(fèi)員駛離操作時(shí)間。驗(yàn)證輸出結(jié)果為：A種異常驗(yàn)證結(jié)果符合處理邏輯B種異常驗(yàn)證結(jié)果，符合處理邏輯C種異常驗(yàn)證結(jié)果，符合處理邏輯D種異常驗(yàn)證結(jié)果，符合處理邏輯E種異常驗(yàn)證結(jié)果，符合處理邏輯。同時(shí)地磁判定算法中加入新增規(guī)律及判定條件后較之前準(zhǔn)確率也提高了1%。

鑒于論文的改進(jìn)是否具有實(shí)際意義，需要在路邊停車收費(fèi)模式實(shí)踐中檢驗(yàn)跟蹤，并且跟蹤統(tǒng)計(jì)結(jié)果為停車投訴因地磁問(wèn)題導(dǎo)致的分布表如圖15所示，由原來(lái)的平均每天62條投訴降至平均每天44條。

圖15 停車投訴分布表