基于圖像識別技術(shù)的車位管理系統(tǒng)研究與設(shè)計

馮建 李嘉明 廖明華 宋春華

摘要：隨著汽車保有量的大幅度增長，車位被占用矛盾日益突出。文章討論一款基于圖像識別技術(shù)的車位管理系統(tǒng)研究與設(shè)計，利用攝像頭對每一個停車位實時監(jiān)測，每個車位上安裝有車位鎖，車位鎖由遠(yuǎn)程服務(wù)器控制開關(guān)。攝像頭檢測到有小車要駛進(jìn)車位時，識別出車牌號碼并把號碼發(fā)送遠(yuǎn)程服務(wù)器。服務(wù)器對車牌號進(jìn)行權(quán)限判斷，如果該車牌小車對車位有停車權(quán)限，則服務(wù)器遠(yuǎn)程控制車位上的車位鎖開鎖，否則不開鎖。實驗表明，系統(tǒng)對停車請求響應(yīng)時間小于4.5s，車牌識別率大于95%。

關(guān)鍵詞：圖像識別;實時監(jiān)測;服務(wù)器控制;權(quán)限判斷

伴隨著汽車的大幅增長，汽車車位需求增大，由于車位短缺而引發(fā)的問題也日漸顯露出來，車主因為車位被占用而引發(fā)的沖突時有發(fā)生。文獻(xiàn)[1]研究表明，為了尋找路邊停車泊位，司機(jī)在路上的平均巡游時間約為8min，并且在擁擠的道路上大部分車輛都處于巡游狀態(tài)，證明停車難是造成道路擁堵的原因之一。

文獻(xiàn)[2-3]指出智慧停車可以實現(xiàn)停車位資源最大化利用，本文討論在車位安裝智能車位鎖，車位鎖根據(jù)車牌號碼控制鎖開關(guān)，非法車輛無法駛?cè)胲囄?，從源頭上杜絕車位被占用問題，將因為車位被占用而引發(fā)的矛盾扼殺于萌芽之中。通過出行前預(yù)約停車，引導(dǎo)大家有計劃開車出門，減少車位尋找時間，降低交通擁堵。文獻(xiàn)[4]介紹了一款采用藍(lán)牙通信技術(shù)實現(xiàn)的一款智能喚醒車位鎖，感應(yīng)控制節(jié)省 12.5μA 的功率消耗，同時能夠縮短0.27S的延遲時間。文獻(xiàn)[5]通過藍(lán)牙模塊進(jìn)行信息及定位，將定位結(jié)果與地磁信號融合提高車輛檢測準(zhǔn)確定，同時實現(xiàn)手機(jī)App推送開鎖校驗碼。文獻(xiàn)[6]采用STM32和OV2640設(shè)計一款車位鎖，該車位鎖在車輛駛?cè)胪＼囄粫r能識別車牌號自動控制電機(jī)解鎖，車輛駛離時自動上鎖，對非用戶進(jìn)入停車位發(fā)出警報信號，并將圖像信息存儲在SD卡中。文獻(xiàn)[7]設(shè)計了一款能夠?qū)崿F(xiàn)防碰撞報警、夜間警示、無線藍(lán)牙控制且低功耗環(huán)保的智能車位鎖。目前針對車位管理的研究主要對車位的車位鎖進(jìn)行研究及設(shè)計，或者是對車位管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā)及研究，對在車位上進(jìn)行車牌號碼識別，根據(jù)車牌號碼進(jìn)行開關(guān)車位鎖管理系統(tǒng)的研究及討論非常少。

1總體設(shè)計

本設(shè)計包括三大部分：遠(yuǎn)程服務(wù)器、工控機(jī)、車位鎖。工控機(jī)上安裝有1個或者多個攝像頭，不斷輪循調(diào)用攝像頭拍照，對所拍相片調(diào)用車牌識別算法，如果識別到相片里有車牌號碼，則把車牌號發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器對車牌號權(quán)限進(jìn)行查詢，如果有停車權(quán)限，服務(wù)器向工控機(jī)發(fā)送開鎖指令，車位鎖開啟，隨后車輛泊入，否則不予開鎖;當(dāng)車輛駛離車位后，工控機(jī)控制車位鎖鎖上，并把汽車駛離信息并上傳至服務(wù)器。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示。

2 車位鎖控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1鎖臂升降控制系統(tǒng)

車位鎖的主要部分包括MCU主控、直流減速電機(jī)、鎖臂、鎖狀態(tài)檢測電路。

鎖臂升降控制系統(tǒng)如圖2所示，MCU接收到鎖的控制命令之后，從鎖狀態(tài)檢測電路中讀取鎖當(dāng)前狀態(tài)，通過電機(jī)驅(qū)動模塊控制直流減速電機(jī)進(jìn)行開鎖或者鎖操作。如果是開鎖命令，控制鎖臂與地面成水平角度，如果是鎖命令，控制鎖臂與地面成900。

電機(jī)驅(qū)動芯片采用RZ7888，其中RZ7888引腳1、2通過電阻R63、R62與MCU通用IO連接，如圖3所示。RZ7888輸入與輸出邏輯關(guān)系如表1所示。MCU根據(jù)表1可控制直流減速電機(jī)自由正反轉(zhuǎn)。

2.2鎖狀態(tài)檢測電路

車位鎖結(jié)構(gòu)如圖4a所示，車位鎖開、關(guān)由鎖臂狀態(tài)決定，鎖臂升起來，車位鎖鎖住，否則開鎖。轉(zhuǎn)軸與鎖臂連接，直流電機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。鎖臂狀態(tài)由轉(zhuǎn)盤遮擋兩個紅外對管狀態(tài)感知。其中圖4a為開鎖狀態(tài)，圖4b為上升或下降（運動）狀態(tài)，圖4c 為上鎖狀態(tài)。

圖4所示為鎖狀態(tài)檢測的轉(zhuǎn)盤設(shè)計， 轉(zhuǎn)軸穿過轉(zhuǎn)盤圓心與鎖臂連接，控制車位開關(guān)鎖狀態(tài)。采用兩個紅外對管對轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動位置進(jìn)行檢測。在圖4a位置，轉(zhuǎn)盤把兩個紅外接收管進(jìn)行遮擋，此時鎖狀態(tài)處于開鎖狀態(tài)。圖4b位置，轉(zhuǎn)盤把紅外接收管2遮擋住，紅外接收管1透光，此時鎖處于上升或者下降（運動）狀態(tài)。在4c位置，轉(zhuǎn)盤把紅外接收管1遮住，紅外接收管2透光，此時鎖處于緊鎖狀態(tài)。紅外接收管信號接入比較電路，把紅外接收管接收紅外光狀態(tài)轉(zhuǎn)為高低電平信號。其電路原理如圖5所示。

其中T1、T2為紅外對管，兩個接收管分別接R4、R5分壓電阻。當(dāng)電機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動控制鎖開關(guān)時，紅外接收管接收到的紅外光產(chǎn)生變化，接收管的分壓將產(chǎn)生變化。把兩個接收管的兩個分壓信號連接到比較器LM339的引腳5和引腳7。當(dāng)紅外接收管接收到紅外光時，對應(yīng)LM339輸出通道輸出低電平，否則輸出高電平。經(jīng)過比較電路后，T1對應(yīng)輸出信號為O1，T2對應(yīng)輸出信號為O2，O1、O2信號對應(yīng)鎖狀態(tài)如表2所示。

3程序設(shè)計

軟件設(shè)計包括工控機(jī)端車牌識別算法、與服務(wù)器數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器端軟件設(shè)計功能包括數(shù)據(jù)庫表設(shè)計、用戶注冊、停車預(yù)約、停車?yán)U費等功能。

3.1工控機(jī)程序設(shè)計

工控機(jī)啟動之后，加載第三方車車牌識別模型進(jìn)行車牌識別，定時啟用拍照功能。如果小汽要駛?cè)肽耻囄?，?zhí)行倒車入庫動作，工控機(jī)將能從拍攝的相片中識別到車牌號碼，把車牌號通過網(wǎng)絡(luò)上傳服務(wù)器，等待服務(wù)器返回該車牌停車權(quán)限信息。服務(wù)器對車牌號進(jìn)行查詢后，把停車權(quán)限查詢結(jié)果返回工控機(jī)，工控機(jī)對服務(wù)器反饋信息進(jìn)行處理，對車位鎖進(jìn)行控制。程序處理流程如圖6所示。

3.2 服務(wù)器程序設(shè)計

服務(wù)器主要記錄車位鎖管理數(shù)據(jù)，用戶注冊數(shù)據(jù)，接收工控機(jī)發(fā)送過來的車牌號、地鎖編號，根據(jù)車牌號、地鎖編號對汽車停車權(quán)限進(jìn)行查詢反饋。提供訪問、配置接口給客戶端，客戶端可以通過小程序、App、網(wǎng)頁進(jìn)行注冊操作。當(dāng)有汽車駛近車位鎖，工控機(jī)識別到車牌號之后，把車牌號與當(dāng)前車位鎖編號發(fā)送服務(wù)器，服務(wù)器工作過程如下：