基于無避讓智能立體停車設(shè)備的智慧停車系統(tǒng)

劉湘煜，唐 倫，羅花芝

（1.湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院信息工程學(xué)院，株洲 412001；2.湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院車輛工程學(xué)院，株洲 412001）

0 引言

隨著汽車的進(jìn)一步普及，停車已經(jīng)變成許多城市的一大難題。立體停車應(yīng)運(yùn)而生。大型的立體停車庫雖然好用，也可提供很多停車位，但因所需初期投資較多，同時多數(shù)情況下也不需要，因而產(chǎn)生了比較簡單的雙層立體停車庫。張濤等設(shè)計了三層停車庫；王中原等設(shè)計了基于ADAMS 的無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備升降機(jī)構(gòu)。這些設(shè)計均已經(jīng)對側(cè)方位立體停車庫的機(jī)械設(shè)計進(jìn)行了分析，本文基于無避讓側(cè)方位智能停車設(shè)備的嵌入式智能控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析和設(shè)計。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于無避讓智能立體停車設(shè)備的智慧停車系統(tǒng)分為三部分，分別是車庫管理云平臺，智慧停車App 以及智能立體停車裝置，作為Iot（internet of things，物聯(lián)網(wǎng)）系統(tǒng)，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧停車系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)開發(fā)分為前端智慧停車App 以及后臺車庫管理云平臺，同時針對后臺平臺管理的Web頁面。

其中，車庫管理云平臺作為整個停車服務(wù)的中心，承接了App 與立體停車設(shè)備間的通信，停車流程如下：

（1）當(dāng)用戶發(fā)起停車請求時，服務(wù)器生成訂單，記錄起始時間。

（2）服務(wù)器對指定停車設(shè)備下達(dá)指令，同時監(jiān)測停車設(shè)備狀態(tài)。

（3）當(dāng)停車設(shè)備正確打開且車輛停入后，服務(wù)器收到反饋，對數(shù)據(jù)庫中該設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行更新。

（4）當(dāng)用戶停車結(jié)束后，將車輛駛離停車設(shè)備。

（5）服務(wù)器監(jiān)聽到設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變，對該次服務(wù)的訂單進(jìn)行更新，記錄結(jié)束時間。

（6）服務(wù)器推送賬單信息給用戶。

流程簡圖如圖2所示。

圖2 停車流程簡圖

2 車庫管理云平臺設(shè)計

2.1 車庫管理云平臺架構(gòu)設(shè)計

服務(wù)器后臺采用Spring+SpringMVC+MyBatis的經(jīng)典SSM 框架。由Spring 統(tǒng)一所有實體類的創(chuàng)建與使用，SpringMVC 攔截用戶請求并處理，再通過MyBatis對數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行更新。

考慮到服務(wù)器需要對多個停車設(shè)備硬件下達(dá)指令，并且接收到反饋結(jié)果更新設(shè)備狀態(tài)，輪詢對服務(wù)器壓力過大，因此需要建立服務(wù)器與終端間的TCP 長連接，通過心跳檢測來確保連接狀態(tài)，同時還需要對不同的設(shè)備指令進(jìn)行異步處理。

因此在SSM 框架的基礎(chǔ)上，整合了Netty 開源框架，由Netty 專門處理對于長連接的異步通信及狀態(tài)更新。它提供了對TCP、UDP、HTTP（S）等幾乎所有的通用協(xié)議以及文件傳輸?shù)膹?qiáng)大支持。在保證應(yīng)用程序安全性、健壯性的同時又隱藏了其API 的復(fù)雜性，為不同傳輸類型提供了幾乎完全一致的API接口。

停車設(shè)備通信與服務(wù)器流程如圖3 所示。NettySocketListener 對服務(wù)器與停車設(shè)備的TCP連接進(jìn)行監(jiān)聽，心跳包中包括了當(dāng)前停車設(shè)備的狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)在專有的通道Channel 中傳輸。如果停車設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變，NettyServer ChannelInitalizer 將 通 知TCPServer Handler 把 這次數(shù)據(jù)更新，并交給Spring 生成相應(yīng)容器，同時在SpringMVC 中進(jìn)行處理，由Mybatis 更新數(shù)據(jù)庫該設(shè)備狀態(tài)和本次服務(wù)訂單詳情。

圖3 SSM+Netty框架下停車設(shè)備與服務(wù)器通信流程

如果是用戶主動發(fā)起請求，通過Netty Util與服務(wù)器建立連接、發(fā)出請求，請求由SpringMVC 攔截進(jìn)行處理，通過Spring 生成具體指令，交由TCPServerHandler執(zhí)行。

2.2 車庫管理云平臺模塊劃分

車庫管理云平臺作為智慧停車App 和智能停車設(shè)備的后臺服務(wù)器，同時對用戶及停車設(shè)備進(jìn)行管理模塊。

云平臺主要分為3個模塊，分別是用戶管理模塊，訂單管理模塊和停車設(shè)備管理模塊。

（1）用戶管理模塊。用于用戶登錄，包括注冊功能和信息查詢。

（2）訂單管理模塊。訂單中包含停車設(shè)備id，用戶id，起始時間與結(jié)束時間。用戶發(fā)起的初始訂單不包含結(jié)束時間，當(dāng)停車服務(wù)結(jié)束后，訂單更新并推送給用戶。

（3）停車設(shè)備管理模塊。僅對管理員開放，可以查看所有設(shè)備的狀態(tài)，添加新設(shè)備與刪除設(shè)備。同時可以對設(shè)備直接下達(dá)指令進(jìn)行狀態(tài)更改。車庫管理云平臺用例圖如圖4所示。

圖4 車庫管理云平臺例圖

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為停車場信息表（Car_Park），停車設(shè)備信息表（Pillar_info），訂單表（Order），以及用戶表（User）。

其中停車場信息表包含其本身編號C_id，以及所在省市地區(qū)。

停車設(shè)備信息表包含設(shè)備編號P_id 以及所處停車場編號C_id，校驗碼crc，登記時間setup_time，以及status 狀態(tài)，其中0 代表關(guān)閉，1代表正在使用，2表示故障其他。

用戶表包含用戶登錄基本信息以及用戶編號，同時需要記錄用戶手機(jī)號碼與車牌信息。為方便管理，將管理員也加入到User 表中，用permission 來表示權(quán)限，0 為用戶，1 為管理員。管理員可對后臺的web 端進(jìn)行操作，而用戶只可使用App前端。

訂單表包含本身訂單編號O_id，發(fā)起的用戶U_id，使用的停車設(shè)備P_id，訂單狀態(tài)status，起始時間startTime，以及結(jié)束時間endTime。

其中O_status 用于表示訂單當(dāng)前狀態(tài)，0 為進(jìn)行中，1為結(jié)束，2為異常申報。

新生成的訂單endTime為空，當(dāng)停車服務(wù)結(jié)束后，對該次訂單結(jié)束時間進(jìn)行更新，便于計算賬單。

其中，訂單表Order結(jié)構(gòu)見表1。

表1 訂單表（Order）

3 智慧停車App設(shè)計

3.1 App功能劃分

智慧停車App 功能劃分為三個部分，分別是“我的”，“停車”和“歷史”。

功能結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 App功能結(jié)構(gòu)圖

（1）“我的”用于用戶登陸后顯示自己信息，可對資料進(jìn)行完善，也可看到自己當(dāng)前是否在停車狀態(tài)中。

（2）“停車”是主要功能模塊，根據(jù)移動設(shè)備的LBS 定位獲取經(jīng)緯度信息，使用百度定位SDK 獲取具體所在地區(qū)，并在數(shù)據(jù)庫中與停車場信息表進(jìn)行匹配，顯示附近的停車場位置。

到達(dá)停車場后，停車設(shè)備上貼有二維碼，用戶掃碼獲取停車設(shè)備信息，并發(fā)起停車請求，生成訂單。

通過停車結(jié)束功能結(jié)算當(dāng)前訂單，訂單更新結(jié)束時間，用戶需要在五分鐘內(nèi)完全駛離該停車樁。

（3）“歷史”功能可以查詢歷史停車記錄，包括所處停車場，使用的停車設(shè)備信息以及起止時間和支付金額。同時可以對有異議的訂單進(jìn)行申報。

3.2 掃碼停車

為了方便用戶使用停車功能，使得用戶不用下車也能便捷停車，采用App 掃描二維碼來發(fā)起訂單請求。二維碼生成基于Zxing 的開源庫。

二維碼包含該停車設(shè)備編號P_id，停車場編號C_id，上次維護(hù)時間maintenance_time 以及校驗碼，以Json 數(shù)據(jù)的格式編譯為二維碼張貼在停車設(shè)備上。

當(dāng)用戶掃碼之后獲取Json 數(shù)據(jù)，App 使用Google 的開源庫Gson 工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，驗證校驗碼，并確定該設(shè)備在使用年限中。然后獲取停車設(shè)備編號P_id，將自己的編號U_id 加上當(dāng)前時間current_time 打包成新的Json 數(shù)據(jù)，并向服務(wù)器發(fā)送訂單請求。

服務(wù)器接到用戶請求，向指定停車設(shè)備下達(dá)指令，并且生成訂單。

流程圖如圖6所示。

圖6 掃碼停車流程圖

4 結(jié)語

本文完成了基于無避讓智能立體停車設(shè)備的智慧停車系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一個車庫管理云平臺以及智慧停車App，結(jié)合智能立體停車設(shè)備可以大大提高停車場的空間利用率，使得停車更加規(guī)范化，緩解道路壓力，同時使用戶停車過程更加便捷，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。