傳感器技術(shù)在智能停車場中的應(yīng)用探究

周婷

摘要：傳感器技術(shù)是智能停車場的感知單元。基于現(xiàn)有智能停車場的應(yīng)用情況，對傳感器技術(shù)的工作原理進(jìn)行介紹;根據(jù)傳感器技術(shù)在停車場中的應(yīng)用場景來分析其工作過程、特點、優(yōu)缺點等;最后對智能停車場中的傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢給出了建議，包括傳感器性能提升、多傳感器融合、停車導(dǎo)航、反向?qū)ぼ嚨确矫妗?/p>

Abstract： Sensor technology is the sensing unit of smart parking. Based on the application of existing intelligent parking lot， the working principle of sensor technology is introduced. According to the sensor technology in the parking lot application scenario，its working process， characteristics， advantages and disadvantages are analyzed. Finally， the development trend of sensor technology in intelligent parking lot is proposed， including sensor performance improvement， multi-sensor fusion， parking navigation and reversing for car.

關(guān)鍵詞：智能停車場;傳感器技術(shù);工作原理;應(yīng)用分析;環(huán)形線圈;圖像處理

Key words： intelligent parking lot;sensor technology;the working principle;application analysis;toroidal coil;picture processing

中圖分類號：TU248.3????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0210-02

1? 背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能交通、智能出行成為大眾越來越關(guān)注的問題。智能交通中非常重要的一個環(huán)節(jié)就是智慧停車。通過自主創(chuàng)新與技術(shù)研發(fā)，實現(xiàn)“停車收費、管理的電子化，停車信息更新的即時化、智能化，車位資源使用的最大化”將是未來一段時間停車問題研究的重點。這些研究都離不開傳感器技術(shù)?；诖耍疚膶?yīng)用于智能停車場的傳感器技術(shù)進(jìn)行了梳理，并對這些傳感器在停車場各環(huán)節(jié)的應(yīng)用情況做了分析。

2? 智能停車場中的傳感器技術(shù)工作原理介紹

2.1 環(huán)形線圈傳感技術(shù)

環(huán)形線圈傳感技術(shù)應(yīng)用了電磁感應(yīng)原理。環(huán)形線圈通以交變電流后，其周圍產(chǎn)生了電磁場。車體駛過環(huán)形線圈區(qū)域或停留在其上時會切割磁力線，檢測器通過捕捉到線圈回路中電感的變化來判斷車輛信息。環(huán)形線圈傳感技術(shù)常用于闖紅燈抓拍、測速等。

2.2 圖像傳感技術(shù)

圖像傳感技術(shù)將攝像機(jī)作為檢測裝置。車輛通過攝像機(jī)覆蓋的工作區(qū)域引起圖像信息的變化。計算機(jī)分析圖像來獲取這些變化，從而實現(xiàn)對車輛信息的檢測。借助圖像傳感技術(shù)對車輛的檢測是視頻技、計算機(jī)、通信等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用。

2.3 紅外傳感技術(shù)

紅外傳感技術(shù)是對紅外線的應(yīng)用，包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。用于交通領(lǐng)域的紅外檢測技術(shù)包括主動式和被動式。主動式紅外檢測包括紅外信號發(fā)射裝置和接收裝置，通過信號的發(fā)送與接收來判斷車輛的存在性。紅外檢測技術(shù)可實現(xiàn)對檢測目標(biāo)的無接觸檢測。

2.4 微波雷達(dá)傳感技術(shù)

微波雷達(dá)傳感技術(shù)應(yīng)用了多普勒效應(yīng)。雷達(dá)發(fā)射裝置通過天線發(fā)射電磁波，電磁波遇到障礙物（車輛）被反射，再被天線接收[1]。通過對發(fā)射和接收到的電磁波的分析、計算來提取有用信息。微波雷達(dá)傳感技術(shù)常用于機(jī)動車測速。

2.5 地磁傳感技術(shù)

地磁傳感技術(shù)是對地磁場的應(yīng)用。鐵磁車身置于地球磁場中，使磁場產(chǎn)生擾動。地磁傳感器檢測到這種擾動，從而實現(xiàn)對車輛信息的檢測。

2.6 超聲波傳感技術(shù)

超聲波傳感器主要包括超聲波探頭和檢測電路兩部分。首先由超聲波探頭的發(fā)射端發(fā)送出超聲波信號，傳播至接收端以后，通過相關(guān)的換能裝置轉(zhuǎn)換出所需數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)應(yīng)用[2]。在用于車輛檢測時，可由超聲波傳感器發(fā)射端發(fā)射出信號至待檢測區(qū)域（一般是路面或車輛表面），通過路面或車輛表面反射的波形進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。

3? 傳感器技術(shù)在智能停車場中的應(yīng)用分析

按照車輛進(jìn)出停車場的流程，智能停車場中傳感器的功能體現(xiàn)在計費、防砸車、車位誘導(dǎo)等方面。

3.1 出入停車場信息驗證與計費

車輛進(jìn)出停車場時，停車場管理系統(tǒng)需要完成信息驗證、費用計算、放行等操作。目前對于出入停車場的信息驗證與計費，常見的有以下3種模式：

3.1.1 “環(huán)形線圈傳感+圖像傳感”模式

此模式采用環(huán)形線圈和高清攝像機(jī)。環(huán)形線圈觸發(fā)抓拍設(shè)備進(jìn)行抓拍，因此也叫觸發(fā)線圈;圖像傳感技術(shù)體現(xiàn)在攝像機(jī)抓拍環(huán)節(jié)，檢測時攝像機(jī)的檢測區(qū)域?qū)?zhǔn)觸發(fā)線圈。以入口為例：車輛到達(dá)觸發(fā)線圈所在區(qū)域后，觸發(fā)線圈檢測到車輛并將信號傳送至抓拍單元。接收到信號的抓拍相機(jī)開始抓拍工作，系統(tǒng)對拍到的圖片進(jìn)行存儲、數(shù)字化、提取特征信息等操作后，獲得車牌信息，完成信息驗證，并控制道閘桿升起。這種模式的優(yōu)勢在于環(huán)形線圈技術(shù)成熟，成本低，準(zhǔn)確率高;抓拍相機(jī)不需要持續(xù)工作，只需等待環(huán)形線圈將檢測到車輛信息的信號傳遞過來即可。劣勢在于施工時需切割路面，對路面有傷害。

3.1.2 “圖像傳感”模式

在車輛進(jìn)出停車場的信息驗證環(huán)節(jié)，除前文所述環(huán)形線圈可作為抓拍設(shè)備的觸發(fā)裝置外，視頻圖像處理技術(shù)中的虛擬線圈也可扮演這一角色。虛擬線圈是指在圖像畫面中設(shè)定重點檢測區(qū)域，此區(qū)域的功能類似于環(huán)形線圈。檢測時，系統(tǒng)重點關(guān)注這一區(qū)域，若捕捉到此區(qū)域的變化超出閾值，即可認(rèn)為有車輛到達(dá)[3]。此環(huán)節(jié)常將沒有車輛通過時的路口畫面作為背景圖像，檢測到有車輛通過時，將當(dāng)前圖像與背景圖像對比，得到車輛區(qū)域，并檢測到車牌信息。

采用此模式的優(yōu)勢在于不需切割路面、便于維護(hù)，對于車輛信息可自動識別，方便快捷。劣勢在于“圖像傳感”模式需選準(zhǔn)背景圖像。

3.1.3 “雷達(dá)傳感+圖像傳感”模式

此模式采用雷達(dá)和高清攝像機(jī)。其工作過程與“環(huán)形線圈傳感+圖像傳感”模式類似。

3.2 出入口處防砸車

用于防砸車功能的傳感器主要包括以下幾種：

3.2.1 環(huán)形線圈傳感技術(shù)用于防砸車

采用環(huán)形線圈傳感技術(shù)時，此線圈也被稱為“防砸線圈”，常設(shè)置于道閘桿下方。車輛到達(dá)道閘桿下方后，防砸線圈檢測到車輛，道閘桿則保持抬起狀態(tài);車輛離開后，線圈檢測到區(qū)域內(nèi)無車，道閘桿落下，恢復(fù)正常。故出入口處防砸線圈的功能可總結(jié)為：防止車輛通行時被砸和車輛通過后及時落桿。采用環(huán)形線圈的優(yōu)勢是線圈結(jié)構(gòu)簡單、成本低，車輛檢測準(zhǔn)確性好;劣勢為環(huán)形線圈的安裝維護(hù)較麻煩，且僅能實現(xiàn)對車輛的檢測，若道閘桿抬起狀態(tài)下有人在此處出現(xiàn)，線圈無法識別，道閘桿會因此誤傷到人。

3.2.2 紅外傳感技術(shù)用于防砸車

用于防砸車的紅外傳感技術(shù)使用了阻斷式紅外傳感技術(shù)，即紅外發(fā)射裝置與接收裝置分別安裝于道閘兩側(cè)，發(fā)射裝置向檢測區(qū)域發(fā)出紅外信號，若無車經(jīng)過，則接收裝置可接收到紅外信號;若有車經(jīng)過，紅外信號被車體阻斷，接收裝置無法接收到信號。以此來判斷道閘桿下方是否有車輛經(jīng)過，從而決定道閘桿是否落下。采用紅外傳感技術(shù)來防砸車的優(yōu)勢在于設(shè)備反應(yīng)迅速，且可實現(xiàn)對人、非機(jī)動車的檢測，防止誤傷。但使用時要注意紅外對射探頭的響應(yīng)時間，若響應(yīng)時間過短，檢測過于靈敏，對于快速移動的物體如飛鳥等，易產(chǎn)生誤判，干擾道閘桿的落下;若響應(yīng)時間太長，會出現(xiàn)車輛或行人處于道閘桿下方卻檢測不到的情況，造成對車輛和人員的傷害。此外，環(huán)境震動可能會引起兩側(cè)光柵對焦不準(zhǔn)，環(huán)境溫度、濕度、雨雪天氣等也會對其造成干擾。

3.2.3 雷達(dá)傳感技術(shù)用于防砸車

雷達(dá)傳感技術(shù)用于防砸車時是將雷達(dá)傳感器安裝于道閘桿的箱體上，其檢測區(qū)域為道閘欄桿下方。

使用雷達(dá)傳感器的優(yōu)勢在于安裝維護(hù)方便，可識別人和非機(jī)動車，避免道閘桿傷人。相較紅外傳感而言，對環(huán)境的適應(yīng)性較好。

3.3 停車場內(nèi)車位檢測

3.3.1 地磁車位探測器

地磁傳感技術(shù)應(yīng)用于車位檢測時，在檢測位置的地面安裝地磁傳感器，檢測此處磁場強度的變化情況，并獲取停車位上車輛的存在性。

使用地磁傳感器檢測車位，設(shè)備體積小，可以無線通信的方式實現(xiàn)車位信息的傳輸，可使用電池供電來保證傳感器的工作動力，減少了停車場內(nèi)的布線。但常需要考慮電池的蓄電問題，且一個地磁傳感器僅可檢測一個車位。

3.3.2 超聲波車位探測器

超聲波車位探測器位于停車位上方。車位探測器向地面發(fā)射脈沖式超聲波，并接收來自地面或車頂?shù)幕夭?。通過分析反射回來的波形、時間差，測算從傳感器到反射超聲波表面的距離，判斷車位是否有車輛占用。

使用超聲波傳感器檢測車位，不需開挖路面，安裝調(diào)試方便，穩(wěn)定性好。但每個車位需單獨安裝檢測器。

3.3.3 視頻車位探測器

圖像傳感技術(shù)在車位檢測中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在高位視頻。這種檢測技術(shù)將車位信息以圖片形式采集、傳輸、處理和分析，從而獲取車位數(shù)量、占用情況等。采用圖像傳感技術(shù)可在車位檢測的同時滿足監(jiān)控安防需求[4]。

高位視頻進(jìn)行車位檢測時，一臺視頻采集設(shè)備可同時覆蓋多個車位。對比地磁檢測、超聲波檢測的逐個車位安裝，高位視頻檢測的安裝、維護(hù)都相對方便。

4? 建議與對策

伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，如何借助傳感器實現(xiàn)更智能、便捷、高效的停車體驗成為非常受關(guān)注的問題。目前智能停車場常用的傳感器技術(shù)都有其優(yōu)勢與局限[5]，要實現(xiàn)停車場的智能化、精準(zhǔn)化管理與使用，仍有許多方面可進(jìn)一步提升。

4.1 提升現(xiàn)有傳感器的性能，攻克缺陷

要使車輛在進(jìn)出停車場、車位檢測等環(huán)節(jié)更順暢、智能，需提升現(xiàn)有傳感器的性能。如縮短傳感器響應(yīng)時間，更快速地獲取檢測信息，減少車輛等待時間，進(jìn)一步確保數(shù)據(jù)的實時更新;加強傳感器穩(wěn)定性，減弱干擾因素帶來的影響，減少誤檢、漏檢;提升傳感器的供能裝置性能，延長傳感器獨立工作的時間，減少供能不足帶來的損失。

4.2 加強傳感器組合使用，促進(jìn)多傳感器融合

為促進(jìn)停車場的高效、智能，多傳感器融合也是未來的趨勢。不同傳感器工作時對環(huán)境要求不同，且各有優(yōu)勢。多傳感器融合可對數(shù)據(jù)進(jìn)行更全面的采集。

4.3 加強地下車庫導(dǎo)航技術(shù)與智能尋車技術(shù)的研究

由于地下車庫環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)航信號弱，停車時駕駛員很難快速找到空車位;停車結(jié)束后，由于空間大，車輛多，環(huán)境辨識度低，快速尋找車輛困難。因此，地下車庫的導(dǎo)航技術(shù)與反向?qū)ぼ嚰夹g(shù)是非常值得研究的。

5? 結(jié)語

智能停車場是智慧出行體驗的重要部分。傳感器是智能停車場獲取信息、接收指令的觸角。應(yīng)用于停車場的傳感器各有優(yōu)缺點、適用場景這些傳感器在各環(huán)節(jié)的相互配合保證了智能停車場的正常運行。隨著新技術(shù)的發(fā)展，傳感器性能的進(jìn)一步提升、多傳感器融合技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用、地下車庫的導(dǎo)航、反向?qū)ぼ嚰夹g(shù)將成為未來的研究趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳敬軒.基于微波雷達(dá)的交通信息檢測算法研究[D].北京：北京理工大學(xué)，2016：12-14.

[2]吳啟強.超聲波三維風(fēng)速測量系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué)，2019：10-13.

[3]黃日明.停車場智能停車引導(dǎo)方法及系統(tǒng)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2020：23-25.

[4]王梨，王飛，等.基于視覺分析的室內(nèi)停車場車位檢測[J].軟件導(dǎo)刊，2019，18（4）：13-15，20.

[5]高暢.傳感器在交通信息采集中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究[J].傳感器世界，2020，26（5）：18-23.