基于5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市智慧停車系統(tǒng)

劉增祥 李文源 王奇珍

一、我國城市停車現(xiàn)狀和面臨的問題

近些年，隨著我國居民收入水平提高和城市化逐步推進，我國居民的千人汽車持有量持續(xù)快速發(fā)展。根據(jù)國家住建部發(fā)布的數(shù)據(jù)，目前，我國大城市汽車與停車位的平均比例約為1：0.8，中小城市為1：0.5。作為城市發(fā)展的通病，“停車難”已成為困擾我國城市管理的一項重要的民生問題。

由于歷史原因，我國的城市建設(shè)特別是老城區(qū)、商業(yè)中心的停車場及周邊道路停車位數(shù)量明顯偏少，道路擁堵基本已成為常態(tài)，逢節(jié)假日時更甚。同時，城市現(xiàn)有停車位由于管理手段依然陳舊，停車位的周轉(zhuǎn)效率十分低下，無法進行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌。在收費管理上，落后的人工收費模式耗人、耗時，扯皮、逃費事件不時發(fā)生，影響了城市停車的正常管理和運營維護。

二、城市智慧停車系統(tǒng)與新技術(shù)的融合發(fā)展

為了解決城市停車問題，長期以來，我國各個城市道路停車系統(tǒng)采用了多種停車方案，如人工收費、咪表停車、手持PDA、地磁車位、側(cè)向視頻樁、高位視頻識別等。

人工收費模式是最原始的車位管理模式，一個人通常管理約10個車位左右，其管理效率十分低下，主動和被動逃費現(xiàn)象十分嚴(yán)重。咪表停車系統(tǒng)源于香港，采用電子計時，但咪表系統(tǒng)不適宜于露天環(huán)境，車主需要單獨辦理繳費卡片。該種方式在引用使用過程中，管理和服務(wù)方面問題不斷，未得到大量應(yīng)用。手持PDA模式是人工收費模式的改進版，有效的減少了停車收費管理工作過程中的人工干預(yù)，可實現(xiàn)停車信息采集、掃描識別、無線通訊、打印等功能智能化。地磁停車則是通過埋在地下地磁探測器對其探測范圍磁場的擾動變化來判斷車輛的停放情況，適用于道路和露天環(huán)境，但其單獨使用時無法對車輛信息進行識別查證。

作為視頻監(jiān)控的重要核心設(shè)備之一，發(fā)展至今，攝像機性能與以往比已獲得大量提升。低照度、寬動態(tài)、高清晰、數(shù)字化、智能化，已成為當(dāng)代攝像機性能的重要評定指標(biāo)。同時通過內(nèi)置人工智能芯片，當(dāng)代的攝像機可實時對進入視界的對象進行檢測和分析，實現(xiàn)諸如（人、車、物）特征信息提取、入侵檢測、快速移動、車輛逆行、人員聚集、人員徘徊、客流統(tǒng)計等功能。

側(cè)向視頻樁停車系統(tǒng)便是利用了攝像機的圖像識別和智能分析等相關(guān)技術(shù)特點，通過在每個停車位安裝視頻監(jiān)控裝置，實現(xiàn)停車管理全程無人監(jiān)管，計時、收費自動化、智能化，但其缺點是施工復(fù)雜，造價較高，影響城市美觀，且視頻樁宜被破壞。

高位視頻識別停車系統(tǒng)規(guī)避了視頻樁的弊端，通過在高處架設(shè)圖像監(jiān)管設(shè)備，劃定監(jiān)視范圍（停車位），實現(xiàn)對區(qū)域的車位情況的監(jiān)控。該方式可精準(zhǔn)的識別各車位的車位狀況和車輛狀態(tài)，并將采集的信息實時回傳，實現(xiàn)計時、計費、車輛數(shù)據(jù)保管、數(shù)據(jù)分析和用戶管理等功能。

由于受傳輸速率和帶寬的影響，當(dāng)前，已建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入大多采用有線傳輸?shù)姆绞剑岸藬z像機采集的視頻信息通過光纖傳送到電信運營商臨近的光交箱，再由光交箱接入運營商網(wǎng)絡(luò)，停車管理管理平臺通過與運營商網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通來實現(xiàn)與前端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

隨著5G技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，采用無線數(shù)據(jù)接入方式可使停車視頻監(jiān)控點位的部署更加靈活，也可使施工布線的成本大幅降低。根據(jù)IMT-2020業(yè)務(wù)模型，按照4K視頻傳輸計算，5G的網(wǎng)絡(luò)帶寬上行可達60Mbps，下行可達960Mbps，5G傳輸具有毫秒級、低延時、超高密度連接的特性。5G技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用可為無線監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供支撐和促進作用。

打破信息孤島，實現(xiàn)城市級的停車管理，停車信息服務(wù)平臺可采用基于物聯(lián)網(wǎng)的“云”架構(gòu)方案。通過 基于“云”架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)信息平臺，可以將全市既有和待建的各種類型停車資源進行互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、管理，實現(xiàn)全市范圍的統(tǒng)一規(guī)劃、調(diào)配和調(diào)度?；诮y(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺，也便于停車收費財務(wù)管理和全網(wǎng)停車系統(tǒng)的設(shè)備運維管理，通過開放協(xié)議接口，平臺還可以進行后續(xù)的物理擴容和功能擴展。

三、基于5G和物聯(lián)網(wǎng)的智慧停車系統(tǒng)應(yīng)用

結(jié)合5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，新一代城市智慧停車系統(tǒng)可在信息采集、傳輸通道、管理平臺等不同的層面與現(xiàn)代技術(shù)相融合，采用“端、管、云”的體系進行構(gòu)建。

某市基于5G和物聯(lián)網(wǎng)的智慧停車系統(tǒng)建設(shè)框架圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由道路停車視頻采集單元、前端視頻處理主機、5G無線傳送單元、5G基站傳輸設(shè)備、停車場管理數(shù)據(jù)中心、停車管理與監(jiān)控中心、停車管理終端等幾部分組成。

（一） 智慧停車前端部分

攝像機、視頻主機、桿件、交換機、電源模塊及箱體等組成停車系統(tǒng)的前端部分。攝像機對車輛進入車位前、泊車過程中、停泊完成、車輛駛出等全過程進行抓拍記錄，輸出視頻流給視頻處理主機。根據(jù)現(xiàn)場道路情況、監(jiān)測范圍、車位部署場景（順向車位、垂直車位、斜方車位等），可以采用球機、槍球或多槍系統(tǒng)，既可以捕捉車輛的行駛軌跡和出入位情況，又可以對車輛進行對焦車牌識別。

視頻主機以數(shù)字圖像處理、模式識別、計算機視覺等技術(shù)為基礎(chǔ)，采用物理上獨立于攝像機的分體設(shè)備，對攝像機所拍攝的車輛圖像或者視頻序列進行識別和分析?？梢詫缥煌＼?、斜位停車、反向停車等異常停車行為進行狀態(tài)識別，提供車輛的近遠景圖片、車位編號、車牌號碼、車身顏色等信息，還可以對車輛的出入位狀態(tài)、出入位全景、出入位特寫自動抓拍，記錄車輛出入位時間、車輛停泊期間的連續(xù)性視頻等。視頻主機采集的圖像和視頻的分辨率不低于1920×1080，視頻主機具有軟硬件開發(fā)接口，支持API、ONVIF、 GB/T 28181 等視頻協(xié)議，MTBF≥20000小時，防護等級不低于IP65。

攝像機立桿采用Q235熱鍍鋅剛結(jié)構(gòu)，立桿表面做防腐處理。立桿基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度大于C25，基礎(chǔ)澆注時考慮為防雷接地及進桿線預(yù)留管路空間，施工工藝符合國家標(biāo)準(zhǔn)《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

（二） 5G數(shù)據(jù)傳輸通道

基于5G的數(shù)據(jù)傳輸由視頻采集側(cè)設(shè)備和基站側(cè)設(shè)備組成，視頻采集側(cè)5G終端CPE（Customer Premise Equipment）采用華為公司相關(guān)設(shè)備，可以同時支持NSA和SA組網(wǎng)。5G終端CPE設(shè)備通過和基站側(cè)5G AAU設(shè)備無線互聯(lián)，從而建立視頻采集前端到數(shù)據(jù)中心的物理鏈路。

與4G相比，基站側(cè)AAU設(shè)備采用Massive MIMO技術(shù)，并將天線與RRU技術(shù)融合，是5G網(wǎng)絡(luò)的天線處理單元，實現(xiàn)基帶數(shù)字信號到高頻射頻信號的轉(zhuǎn)換。BBU負責(zé)基帶數(shù)字信號的處理，建立與運營商傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接。項目實施過程中，基站側(cè)“AAU+BBU”及其到數(shù)據(jù)中心的物理鏈路由運營商負責(zé)打通。

通過利用5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬、低延時、大聯(lián)接的技術(shù)特點，數(shù)據(jù)傳輸通道可以保障前端到數(shù)據(jù)中心的無線視頻數(shù)據(jù)順暢、無卡頓。該種方式節(jié)省了以往現(xiàn)場施工過程中光纜敷設(shè)、道路開挖等工程量。

（3） 智慧停車管理平臺

智慧停車信息服務(wù)管理平臺硬件主要包括各種功能的服務(wù)器設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備以及安全設(shè)備等。在軟件實現(xiàn)方面，智慧停車管理平臺的軟件架構(gòu)可用圖2表示。

通過采用基于“云”架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)智慧停車管理平臺，系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能（包括但不限于）：

（一） 信息采集、存儲及核驗管理

系統(tǒng)通過前端攝像機可以實時采集各車位的視頻信息并進行存儲，包括各停車位的實時視頻、車輛特寫（如車輛牌照、車身顏色、車輛類型、年代款式等）。同時，平臺可以對車輛經(jīng)過濾提取、智能分析后的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化信息進行存儲。

（二） 車輛計時與收費管理

可以對進入泊位后的車輛自動計時、計費，并將信息即時通知車主。在車輛駛出停車泊位時停止計時，并將停車?yán)U費信息發(fā)送到車主手機上。

（三） 停車信息實時和歷史數(shù)據(jù)查詢管理

監(jiān)控中心可以實時查看各個車位的狀態(tài)，以及現(xiàn)場車輛停車入位的情況，對各車位的停車狀況進行記錄，為后續(xù)停車責(zé)任追溯和費用追繳提供依據(jù)。

（四） 停車收費財務(wù)管理

停車管理平臺可精確的計算每個停車泊位停放車輛的停車次數(shù)、停車時長、應(yīng)收費用，自動產(chǎn)生每個車位的費用報表，按照日、月、年等方式進行靈活統(tǒng)計和輸出，便于財務(wù)管理。

（五） 停車系統(tǒng)設(shè)備資產(chǎn)管理

管理平臺可以實現(xiàn)對停車系統(tǒng)的運維管理，實時快速了解系統(tǒng)前端、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心的設(shè)備狀態(tài)，便于及時處理設(shè)備故障和報警信息，確保系統(tǒng)實時可靠、可用。

（六） 用戶及配置管理

通過停車管理平臺，可以遠程對系統(tǒng)設(shè)備進行配置管理，建立設(shè)備檔案。可以根據(jù)不同職責(zé)進行用戶分組，基于統(tǒng)一平臺設(shè)立不同的用戶權(quán)限。

（七） 功能拓展與接口管理

停車管理平臺提供拓展接口，方便城市智慧停車項目在工程分期建設(shè)過程中新建項目的陸續(xù)接入，同時，開放軟件數(shù)據(jù)接口，便于各種客戶端、便民APP的數(shù)據(jù)接入。

（八） 智慧停車管理服務(wù)終端

前已述及，通過與智慧停車管理平臺互聯(lián)，在監(jiān)控中心的大屏可以實時監(jiān)看現(xiàn)場的停車情況，實現(xiàn)停車調(diào)度管理的可視化。

現(xiàn)場巡視員可以通過手持PDA查詢各車位的停車情況，打印收費票據(jù)。車主可以通過掃描二維碼或者掃描巡視員出示的付款碼進行停車?yán)U費，通過定制開發(fā)的APP，還可以實現(xiàn)車位預(yù)約、超時提醒、停車周邊的服務(wù)查詢、洗車保養(yǎng)等其他服務(wù)。

四、結(jié)語

通過與信息技術(shù)的發(fā)展相融合，基于5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高位智慧停車系統(tǒng)與以往系統(tǒng)相比，前端信息采集更加準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)抗干擾能力和質(zhì)量均有所增強和提高。同時，采用該種方式后，系統(tǒng)工程建設(shè)實施變得更加簡潔，效果更加美觀，與城市精細化改造所倡導(dǎo)的理念不謀而合，既降低了投資，美化了環(huán)境，也增加了效益。

另外，基于5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高位智慧停車系統(tǒng)在后續(xù)工程建設(shè)中，可根據(jù)城市現(xiàn)狀及需求，考慮在桿位建設(shè)等方面與智慧燈桿統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一建設(shè)，適當(dāng)?shù)倪M行城市基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)用，從而在城市市容整潔美觀和節(jié)約資源方面做出更大的貢獻。

作者單位：劉增祥、李文源 中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司王奇珍 南京曉莊學(xué)院