智慧園區(qū)智能停車管理系統(tǒng)研究

張妍君

在高鐵車站、交通樞紐、園區(qū)等區(qū)域的大型停車場(chǎng),車主停車時(shí)存在車位難找、停車路徑規(guī)劃盲目等問(wèn)題；離開時(shí)存在忘記停車位置、尋車難等問(wèn)題；對(duì)于停車場(chǎng)運(yùn)營(yíng)方,存在運(yùn)營(yíng)人力成本高、管理復(fù)雜、缺乏數(shù)據(jù)記錄等問(wèn)題。隨著云計(jì)算、AI視覺(jué)分析技術(shù)、VR導(dǎo)航、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新一輪技術(shù)的迅速發(fā)展和深入應(yīng)用,利用智能系統(tǒng)進(jìn)行停車場(chǎng)智能化管理的理念逐漸深入人心。利用上述各種技術(shù)手段,能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化和人性化,同時(shí)提升用戶的綜合體驗(yàn)和運(yùn)維管理效率［1］。本文結(jié)合中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司研發(fā)基地的園區(qū)停車場(chǎng)智慧應(yīng)用需求,以智慧園區(qū)［2］智能停車管理系統(tǒng)為切入點(diǎn)進(jìn)行研究,探索適合園區(qū)智慧化應(yīng)用的停車管理系統(tǒng)架構(gòu),其研究結(jié)果對(duì)高鐵車站、交通樞紐等處的大型停車場(chǎng)亦有重要參考價(jià)值。

1 管理現(xiàn)狀

目前,停車場(chǎng)的停車管理系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、中心系統(tǒng)3部分組成,可自動(dòng)抓拍、記錄、識(shí)別通行的車輛信息,并傳輸和處理,同時(shí)還能完成車牌與車主信息管理錄入、車輛出入場(chǎng)管理、停車樓和地下停車場(chǎng)的車位信息識(shí)別,以及各層入口處的車位引導(dǎo)等。

既有系統(tǒng)功能:①車輛信息采用遠(yuǎn)距離識(shí)別,根據(jù)車輛全景圖片及特征圖片,完成車輛特征的判斷,結(jié)合觸發(fā)機(jī)制,可提供車牌號(hào)碼、經(jīng)過(guò)時(shí)間、車輛類型等基本信息；②車輛出入場(chǎng)管理,當(dāng)用戶車輛到達(dá)停車場(chǎng)入口時(shí),啟動(dòng)車輛信息識(shí)別系統(tǒng),決定是否開閘放行,當(dāng)用戶車輛準(zhǔn)備從停車場(chǎng)駛出時(shí),比較用戶是否按照要求駛離；③車位信息檢測(cè)功能可及時(shí)采集到每一個(gè)車位的即時(shí)停車狀態(tài)；④車位顯示功能,在車輛入場(chǎng)處和停車場(chǎng)內(nèi)部醒目位置安裝LED顯示屏,實(shí)時(shí)更新顯示車庫(kù)剩余車位［3］。

既有系統(tǒng)存在問(wèn)題:①智慧化程度不高。沒(méi)有人臉識(shí)別、個(gè)性化推薦、VR實(shí)景導(dǎo)航等技術(shù)；停車場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理方面,系統(tǒng)缺乏對(duì)停車用戶相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄和安全管理相關(guān)功能。②停車引導(dǎo)功能不夠完善。車主開車進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí),只能依據(jù)LED顯示屏的指引進(jìn)行大致路徑的規(guī)劃,缺乏對(duì)最優(yōu)停車路線的直觀顯示。③缺少反向?qū)ぼ嚬δ?。停車區(qū)域空間較大,方向不易辨別,車主容易記不清停車位置。反向?qū)ぼ嚬δ苣軌驇椭囍魍ㄟ^(guò)刷臉或輸入車牌號(hào)等方式快速找到停車位置,既有系統(tǒng)缺乏該功能,影響用戶智能、便捷的尋車體驗(yàn)。

在智慧園區(qū)不斷發(fā)展的背景下,傳統(tǒng)停車場(chǎng)的管理模式已經(jīng)不符合智慧化要求,需對(duì)智能停車管理系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。

2 功能需求

智能停車管理系統(tǒng)既需要提升用戶體驗(yàn),使停車過(guò)程更為智能化和便捷化；還要提升園區(qū)資源配置,提高停車場(chǎng)的利用率及安全管理水平。

1）AI車位引導(dǎo)和反向?qū)ぼ嚬δ埽?］。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)定位車輛位置和空車位情況,規(guī)劃最優(yōu)線路,并借助VR實(shí)景中的增強(qiáng)信息引導(dǎo)車主停入空車位；場(chǎng)內(nèi)應(yīng)部署可供車主尋找車輛的屏幕,在車主注冊(cè)車牌信息并刷臉認(rèn)證后,屏幕顯示友好的VR實(shí)景導(dǎo)航界面,有明確的尋車路線指示；在手機(jī)端打開VR實(shí)景導(dǎo)航尋車界面,快速找到停車位置。

2）車場(chǎng)信息發(fā)布功能。將各停車場(chǎng)位置、總車位數(shù)、空余車位數(shù)等信息通過(guò)手機(jī)APP發(fā)布,方便用戶在家或者路途中查詢各個(gè)停車場(chǎng)的信息,規(guī)劃停車位置。

3）智能停車管理功能［5］。①統(tǒng)計(jì)停車場(chǎng)每天和每月的使用率、分時(shí)段使用率等,方便管理人員了解停車場(chǎng)的使用狀況,例如可以統(tǒng)計(jì)進(jìn)場(chǎng)/離場(chǎng)流量、車輛出場(chǎng)效率、停車位使用率等；②安全管理,判斷是否存在違停、逆行、擁堵等行為,并進(jìn)行報(bào)警；③車型識(shí)別,能夠識(shí)別并按日統(tǒng)計(jì)車型、車輛品牌、進(jìn)出場(chǎng)流量等。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 車位檢測(cè)技術(shù)

車位信息的采集是智慧停車各功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),目前采用以下檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)基本檢測(cè)功能。

1）超聲波車位探測(cè)技術(shù)［6］。超聲波車位探測(cè)器根據(jù)超聲波測(cè)距的工作原理,探測(cè)器不接觸被測(cè)物體,安裝簡(jiǎn)單且占用空間較小,因此,比較靈活方便；但由于在車位的正前上方需依附吊頂、支架等進(jìn)行安裝,在室外安裝時(shí)通常不具備安裝條件,因而很少應(yīng)用。另外,由于超聲探測(cè)器的技術(shù)限制,僅能探測(cè)到車位上有無(wú)車輛的信息,而對(duì)車位上車輛的車牌號(hào)、車型、外觀等其他信息無(wú)法檢測(cè),在擴(kuò)展其智慧應(yīng)用方面有一定的局限性。

2）地磁探測(cè)技術(shù)。地磁傳感器利用地球磁場(chǎng)在鐵磁物體通過(guò)時(shí)的變化來(lái)大致判斷出車輛的類型；在安裝維護(hù)方面,具有安裝尺寸小、靈敏度高、施工量小、使用壽命長(zhǎng)、對(duì)路面的破壞小等優(yōu)勢(shì),在室外停車場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用；在信息獲取方面,由于地磁傳感器的技術(shù)限制,能獲取的信息包括車位上有無(wú)車輛以及大致的類型（即小型車、大型車）,而無(wú)法提供更多的探測(cè)信息。

3）AI視頻探測(cè)技術(shù)［7］。利用智能視頻分析相關(guān)算法,通過(guò)對(duì)停車區(qū)域的全面覆蓋獲取并分析車場(chǎng)、車輛的相關(guān)信息；AI智能攝像機(jī)的安裝方式與普通攝像機(jī)相同,單個(gè)設(shè)備覆蓋多個(gè)車位,無(wú)需對(duì)每個(gè)車位進(jìn)行施工,能夠減少施工和維護(hù)的工作量。但其成本較高,還需要電力支撐,同時(shí)還需考慮天氣或人為破壞的影響。在信息獲取方面,AI智能攝像機(jī)能夠獲取車位是否空閑信息,以及車牌號(hào)、車型、外觀等其他信息,結(jié)合前端視頻分析和后端數(shù)據(jù)處理功能,可以實(shí)現(xiàn)智慧應(yīng)用。

針對(duì)技術(shù)成熟度、安裝運(yùn)維、成本、適用場(chǎng)景等方面進(jìn)行比較,3種車位檢測(cè)技術(shù)對(duì)比見表1。

由表1可以看出,3種檢測(cè)技術(shù)在技術(shù)層面都是比較成熟的,安裝和維護(hù)都易于實(shí)現(xiàn)；AI視頻探測(cè)技術(shù)比超聲波探測(cè)、地磁探測(cè)等傳感器探測(cè)技術(shù)成本高,且智能化應(yīng)用所需的軟件費(fèi)用會(huì)比既有常規(guī)停車場(chǎng)管理軟件高出不少,因此會(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)方案的成本較高；但利用AI視頻探測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)停車場(chǎng)智能化管理和應(yīng)用,提升用戶體驗(yàn),因此建議采用AI視頻探測(cè)技術(shù)。

表1 3種車位檢測(cè)技術(shù)對(duì)比

3.2 室內(nèi)定位技術(shù)

為了進(jìn)一步擴(kuò)展和豐富智慧園區(qū)停車應(yīng)用相關(guān)功能,需要獲取車輛的位置信息。目前有以下定位技術(shù)［8］。

1）Wi-Fi定位技術(shù)［9］。Wi-Fi定位技術(shù)是利用在區(qū)域內(nèi)安裝無(wú)線基站、根據(jù)待定位Wi-Fi設(shè)備的信號(hào)特征,并結(jié)合無(wú)線基站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),綜合確定待定位Wi-Fi設(shè)備的坐標(biāo)。Wi-Fi技術(shù)本身具有便于擴(kuò)展、可自動(dòng)更新數(shù)據(jù)、設(shè)備成本低等優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí),雖然停車場(chǎng)目前具備一定的Wi-Fi覆蓋,但由于在定位精度要求較高時(shí)需要密集布置,所以目前的AP部署的數(shù)量還不能滿足需求,需進(jìn)一步增加設(shè)備數(shù)量。在安裝和運(yùn)維方面,需要對(duì)密布的AP設(shè)備進(jìn)行供電,另外AP設(shè)備采用有線方式接入系統(tǒng),需考慮線纜敷設(shè)相關(guān)的施工和運(yùn)維成本。完成該系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備安裝后,車上人員打開手機(jī)Wi-Fi功能后,可以獲取到手機(jī)位置信息并間接確定人員、車輛的位置信息,實(shí)現(xiàn)AI車位引導(dǎo)等功能。

2）藍(lán)牙定位技術(shù)。其定位原理與Wi-Fi技術(shù)類似,一般的智能手機(jī)都具有藍(lán)牙功能。由于藍(lán)牙技術(shù)容易受到外部噪聲信號(hào)的干擾,通信范圍較小,所以需在室內(nèi)定位區(qū)域部署大量的Beacon,因此該系統(tǒng)的建設(shè)成本較高。另外,由于藍(lán)牙接收設(shè)備布置密集,如果采用供電線路進(jìn)行供電的話,帶來(lái)的安裝和維護(hù)成本也比較高,可以選擇利用電池方式進(jìn)行供電,但由于需要定期更換電池,同樣會(huì)帶來(lái)較高的運(yùn)維成本。在應(yīng)用場(chǎng)景方面,藍(lán)牙與Wi-Fi技術(shù)一樣,可以通過(guò)手機(jī)終端的位置間接確定人員及車輛位置,并結(jié)合系統(tǒng)VR實(shí)景導(dǎo)航引擎進(jìn)行車位引導(dǎo)等操作。

3）視覺(jué)定位技術(shù)［10］。視覺(jué)定位是利用AI攝像頭采集車輛圖像信息并傳送到后臺(tái)服務(wù)器,通過(guò)系統(tǒng)算法可以實(shí)時(shí)定位車輛位置,并同時(shí)獲取車輛車牌等相關(guān)信息。視覺(jué)定位系統(tǒng)需安裝一定數(shù)量的AI智能攝像機(jī),其硬件部署成本及網(wǎng)絡(luò)要求均高于Wi-Fi及藍(lán)牙定位。但對(duì)于智能停車應(yīng)用,若在車位檢測(cè)時(shí)選用AI視頻探測(cè)技術(shù),則其硬件部署已經(jīng)滿足視覺(jué)定位的使用需求,因而該方案降低了工程造價(jià)。在實(shí)際應(yīng)用中,視覺(jué)定位技術(shù)不依賴于手機(jī)等的定位信息間接獲取車輛位置,而是根據(jù)車輛圖像等相關(guān)信息和算法直接對(duì)車輛進(jìn)行定位。對(duì)于智能停車場(chǎng),在AI車位引導(dǎo)等大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景下,各類功能的實(shí)現(xiàn)依賴于智能手機(jī)端的操作和展示,但對(duì)于智能停車系統(tǒng)中獨(dú)立于人員及手機(jī)終端的統(tǒng)計(jì)、分析及告警類應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn),直接對(duì)車輛進(jìn)行定位的方式更為合理和高效。

室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)比見表2。

表2 室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)比

3種定位技術(shù)在技術(shù)層面都是比較成熟的,在設(shè)備安裝和維護(hù)層面,視覺(jué)定位技術(shù)可以直接利用AI智能攝像機(jī),無(wú)需加裝其他定位設(shè)備,成本較低；另外,利用視覺(jué)定位能夠直接獲取車輛的位置信息,而非通過(guò)人員及手機(jī)終端位置間接獲取車輛位置,有利于實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)智能化管理和應(yīng)用的相關(guān)功能；因此建議采用視覺(jué)定位技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)車輛定位。

3.3 與既有系統(tǒng)結(jié)合方案

對(duì)于新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)的結(jié)合方式,主要考慮功能層面、數(shù)據(jù)層面以及硬件層面。

1）功能層面。既有系統(tǒng)主要側(cè)重于車輛身份的認(rèn)證以及在認(rèn)證的基礎(chǔ)上進(jìn)行車輛出入的管理,并對(duì)車位信息進(jìn)行檢測(cè)和顯示；新設(shè)系統(tǒng)主要側(cè)重于基于VR實(shí)景的車位導(dǎo)航,以及車場(chǎng)安全管理和統(tǒng)計(jì)分析。兩者在功能上是相對(duì)獨(dú)立的。

2）數(shù)據(jù)層面。既有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能需要獲取員工的車牌信息、停車場(chǎng)車位有無(wú)車輛等信息；新系統(tǒng)主要需獲取車位上有無(wú)車輛、對(duì)應(yīng)的車輛及其車牌信息、進(jìn)行車輛車牌與人臉信息綁定、獲取停車場(chǎng)三維模型信息和實(shí)景圖像畫面信息、以及車輛位置信息等。兩者在數(shù)據(jù)層面基本上是獨(dú)立的,唯一都有涉及的部分是對(duì)車位有無(wú)車輛信息的獲取,但既有系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)是單一的,不足以支撐新系統(tǒng)的應(yīng)用需求。因此,從數(shù)據(jù)層面來(lái)看,既有系統(tǒng)和新系統(tǒng)沒(méi)有數(shù)據(jù)交互的需求。

3）系統(tǒng)設(shè)備層面。在前端,既有系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴電動(dòng)擋車器、車號(hào)識(shí)別單元、出入口控制終端、超聲波車位探測(cè)器、LED顯示屏等硬件設(shè)備；新系統(tǒng)主要依賴AI攝像頭、刷臉尋車屏、手機(jī)終端等硬件設(shè)備。在后端,既有系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)量較小,后臺(tái)設(shè)備相對(duì)配置較低,而新系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置要求都比較高,因此無(wú)法與既有系統(tǒng)共用,需要重新規(guī)劃和考慮。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

智能停車管理系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、后端管理平臺(tái)系統(tǒng)組成,其架構(gòu)見圖1。

圖1 智能停車管理系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)內(nèi)屏幕刷臉進(jìn)行VR實(shí)景導(dǎo)航,顯示尋車路線指示,幫助車主快速找車,手機(jī)端引導(dǎo)車主以最短的時(shí)間快速進(jìn)入空余車位,停車場(chǎng)使用狀況統(tǒng)計(jì)分析及信息發(fā)布,以及具有安全管理及車型識(shí)別等功能。

4.1 前端系統(tǒng)

1）AI智能半球網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。利用AI攝像頭獲取車場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像信息,與三維全景結(jié)合獲取車場(chǎng)畫面；檢測(cè)車位停車信息,將信息傳輸?shù)胶笈_(tái)進(jìn)行處理；獲取車輛定位信息,傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)車輛導(dǎo)航功能。

2）尋車信息屏。在車主注冊(cè)車牌信息并刷臉認(rèn)證后,可以通過(guò)該屏幕反向?qū)ぼ?。屏幕顯示友好的VR實(shí)景導(dǎo)航界面,有明確的尋車路線指示,幫助車主快速找到停車位置。

4.2 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成視頻、數(shù)據(jù)等的傳輸與交換,分為有線傳輸和無(wú)線傳輸部分。

有線傳輸前端主要由接入交換機(jī)組成,中心網(wǎng)絡(luò)主要由核心交換機(jī)組成:AI攝像頭、刷臉尋車屏通過(guò)六類線或光纜接入到接入交換機(jī),接入交換機(jī)通過(guò)光纜接入到核心交換機(jī),與后端平臺(tái)設(shè)備進(jìn)行信息交換。

無(wú)線傳輸部分通過(guò)5G技術(shù)實(shí)現(xiàn),用戶手機(jī)終端通過(guò)5G公網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)與后臺(tái)服務(wù)器通信；對(duì)于室外停車場(chǎng),由于現(xiàn)場(chǎng)接入交換機(jī)到機(jī)房核心交換機(jī)間距離較遠(yuǎn),敷設(shè)光纜需對(duì)大量地面進(jìn)行開鑿,可以考慮采用無(wú)線方案,將現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)接入5G路由器,通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)胶蠖朔?wù)器。

4.3 后端管理平臺(tái)系統(tǒng)

后端管理平臺(tái)系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)信息的接入、比對(duì)、記錄、分析與共享,由各類服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備組成。服務(wù)器主要包括:數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和Web服務(wù)器。其中,數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器保存系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)處理服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解析、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)以及上下級(jí)通信等；Web服務(wù)器負(fù)責(zé)向B/S用戶提供訪問(wèn)服務(wù)。存儲(chǔ)設(shè)備主要包括網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī),負(fù)責(zé)與服務(wù)器和攝像機(jī)協(xié)同工作,完成視頻的錄像、存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)功能。

5 結(jié)論

從當(dāng)前停車場(chǎng)停車現(xiàn)狀及存在問(wèn)題、功能需求分析、關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)架構(gòu)等多個(gè)方面,對(duì)智能停車管理系統(tǒng)在智慧園區(qū)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。利用AI視頻攝像機(jī)對(duì)停車區(qū)域進(jìn)行全面覆蓋,可以獲取并分析車場(chǎng)和車輛的相關(guān)信息,實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)車位信息檢測(cè)、車輛室內(nèi)定位以及其他停車場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析和判斷,能夠滿足智慧園區(qū)的智慧化應(yīng)用需求,也為高鐵車站、交通樞紐等處的大型停車場(chǎng)的智能停車管理提供參考。