一種新型多傳感器智能泊車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

摘要：針對(duì)停車(chē)場(chǎng)內(nèi)部車(chē)位難找、導(dǎo)航信號(hào)弱等問(wèn)題，基于多種傳感器設(shè)計(jì)了一種智能化泊車(chē)系統(tǒng)，有效地提升了泊車(chē)效率。該系統(tǒng)的主要功能是基于RFID傳感器與光敏傳感器來(lái)獲得相關(guān)的信號(hào)，從而解決定位與車(chē)位使用情況分析難題，并通過(guò)軟件設(shè)計(jì)來(lái)提升系統(tǒng)的智能性。首先對(duì)系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，然后闡述了硬件、軟件設(shè)計(jì)的基本原理，最后進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。

關(guān)鍵詞：傳感器；物聯(lián)網(wǎng)；智能泊車(chē)系統(tǒng)；軟件

中圖分類(lèi)號(hào)：U462 收稿日期：2023-07-23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.020

1 前言

近年來(lái)，隨著GPS與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，室外定位以及基于衛(wèi)星導(dǎo)航的手機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)逐漸趨于完善，其定位的精度也有了明顯的提升，從而滿(mǎn)足了多種不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。然而，對(duì)于室內(nèi)導(dǎo)航來(lái)說(shuō)，由于衛(wèi)星信號(hào)難以有效穿透各種障礙物，從而導(dǎo)致衛(wèi)星定位技術(shù)難以發(fā)揮作用。近年來(lái)，多種室內(nèi)定位技術(shù)開(kāi)始不斷出現(xiàn)，但從實(shí)際來(lái)看都未能有效解決技術(shù)與成本方面所存在的根本性缺陷。目前，室內(nèi)定位功能的實(shí)現(xiàn)需要同時(shí)借助于多種不同的技術(shù)，傳感器則是其基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)［1-2］。

伴隨著我國(guó)城市人口規(guī)模、機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的不斷提升，建設(shè)地下停車(chē)庫(kù)成為緩解停車(chē)難問(wèn)題的根本性解決辦法，室內(nèi)智能化泊車(chē)場(chǎng)景變得更為頻繁。室內(nèi)智能化泊車(chē)系統(tǒng)需要綜合利用多種傳感器才能有效解決定位與導(dǎo)航問(wèn)題，從而提升泊車(chē)體驗(yàn)。本文對(duì)一種新型多傳感器智能化泊車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行了研究與分析。

2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

在地下停車(chē)場(chǎng)停車(chē)普遍存在停車(chē)難、找車(chē)難等問(wèn)題，為了進(jìn)一步提升泊車(chē)效率，應(yīng)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立智能泊車(chē)系統(tǒng)，具體而言，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)包含如下幾個(gè)層面：

a.停車(chē)場(chǎng)內(nèi)部車(chē)位預(yù)測(cè)。在室內(nèi)停車(chē)位附近可以設(shè)置光敏傳感器，傳感器可以根據(jù)停車(chē)位區(qū)域內(nèi)的光線(xiàn)強(qiáng)弱來(lái)對(duì)車(chē)位是否處于空置情況進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，可以通過(guò)誘導(dǎo)屏、手機(jī)APP等途徑播報(bào)停車(chē)位信息、位置等，還可以就用戶(hù)不合理的停車(chē)行為作出引導(dǎo)與干預(yù)。

b.車(chē)輛室內(nèi)行駛引導(dǎo)。通過(guò)RFID傳感器所獲得的停車(chē)位信息可以被RFID卡所識(shí)別，從而為駕駛?cè)私o出具體的位置、路線(xiàn)信息，有效減少人工尋找車(chē)位鎖占據(jù)的時(shí)間。

c.選擇停車(chē)場(chǎng)。當(dāng)?shù)谝粚榆?chē)位已經(jīng)被完全占據(jù)之后，通過(guò)多能演示版?zhèn)鞲衅鹘Y(jié)合電機(jī)能夠做成升降機(jī)，從而讓車(chē)輛能夠更方便地進(jìn)入到第二層，使得停車(chē)資源能夠得到有效應(yīng)用。

d.移動(dòng)互聯(lián)。允許用戶(hù)利用云服務(wù)器作為終端橋梁，用戶(hù)操作不受空間限制，方便延伸和擴(kuò)展到遠(yuǎn)程選擇車(chē)位，實(shí)現(xiàn)多個(gè)手機(jī)終端進(jìn)行操作和集中管理［3］。

2.2 框架總體設(shè)計(jì)

在該設(shè)計(jì)方案之中，基于多種無(wú)線(xiàn)傳感器與網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)一種物聯(lián)網(wǎng)智能泊車(chē)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的具體操作相對(duì)簡(jiǎn)單，且能耗較低，能夠大幅度提升泊車(chē)的智能化水平，具體的框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

a.由于硬件中的信息不能直接發(fā)送到移動(dòng)終端，為此該系統(tǒng)選擇通過(guò)服務(wù)器采用MQTT協(xié)議作為信息中轉(zhuǎn)，同時(shí)該協(xié)議還能起到車(chē)位監(jiān)管的作用，避免出現(xiàn)不良停車(chē)行為。不同的設(shè)備通過(guò)該協(xié)議訪問(wèn)車(chē)位數(shù)據(jù)都能得到完全相同的結(jié)果，這就避免了同一車(chē)位被不同車(chē)輛選擇的情況。同時(shí)用戶(hù)在通過(guò)不同平臺(tái)注冊(cè)時(shí)都需要輸入手機(jī)號(hào)碼或者車(chē)牌號(hào)避免車(chē)位數(shù)據(jù)混亂。

b.當(dāng)首層停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位數(shù)被完全占用時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)將車(chē)輛引導(dǎo)到第二層，當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入到升降板上時(shí)則通過(guò)多功能演示板進(jìn)行上升操作，從而順利進(jìn)入到第二層車(chē)位。

c.用戶(hù)在系統(tǒng)的終端可以看到停車(chē)場(chǎng)的整體平面位置與空余車(chē)位情況，通過(guò)車(chē)位上所設(shè)置的RFID傳感器與車(chē)上的RFID卡之間的感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)泊車(chē)引導(dǎo)。停車(chē)位是否被占用則是通過(guò)光敏傳感器所感知的光照強(qiáng)度來(lái)判別的。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的硬件主要有如下構(gòu)成：繼電器模塊、RFID傳感器、光敏傳感器、直流電動(dòng)機(jī)。綜合考慮成本、系統(tǒng)能耗以及信號(hào)傳輸要求，該系統(tǒng)的組網(wǎng)模塊采用ZigBee模塊，具體加固如圖2所示。

在該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，光敏傳感器的主要作用是判定車(chē)位是否被使用，其基本原理是基于光敏元件能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的基本功能，在系統(tǒng)中只需要對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行判定就可以知曉車(chē)位的具體情況。因?yàn)橹灰谲?chē)位上安裝了光敏元件即可獲得光線(xiàn)的強(qiáng)弱信號(hào)，當(dāng)車(chē)位被占用之后，車(chē)輛必然會(huì)導(dǎo)致車(chē)位上的光照變?nèi)?，從而判定?chē)位之上是否有車(chē)輛。此外，還可以通過(guò)車(chē)位上方光線(xiàn)變暗的時(shí)間來(lái)明確車(chē)輛停放時(shí)間，從而計(jì)算停車(chē)費(fèi)。

下面分析無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與射頻識(shí)別的綜合使用。RFID傳感器的使用是解決室內(nèi)停車(chē)導(dǎo)航通信問(wèn)題的關(guān)鍵所在，也是該系統(tǒng)最大的創(chuàng)新點(diǎn)。RFID傳感器與信號(hào)識(shí)別可以基于無(wú)接觸的方式實(shí)現(xiàn)，RFID標(biāo)簽只要被粘貼在物體表面即可實(shí)現(xiàn)有效識(shí)別，通過(guò)車(chē)輛的電子標(biāo)簽，RFID傳感器能夠有效判別車(chē)輛在停車(chē)場(chǎng)中的具體位置，從而為車(chē)輛提供導(dǎo)航服務(wù)。具體使用時(shí)，RFID傳感器模塊上的讀卡模塊發(fā)射射頻信號(hào)，當(dāng)有電子標(biāo)簽（IC卡）進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，激活電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽發(fā)出自身信息，讀卡模塊讀取電子標(biāo)簽（IC卡）上的數(shù)據(jù)，使用Android的特有接口獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)服務(wù)器端進(jìn)行解析，可以在車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)時(shí)進(jìn)行快速車(chē)流引導(dǎo)，車(chē)輛可以快速找到屬于自己的停車(chē)位，有序引導(dǎo)避免高峰時(shí)期停車(chē)場(chǎng)車(chē)輛擁擠的問(wèn)題，符合開(kāi)發(fā)、共享、節(jié)能的現(xiàn)代化理念，致力停車(chē)場(chǎng)“智能化”管理［4-5］。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為了降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作量，在該項(xiàng)目當(dāng)中軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用基于安卓平臺(tái)來(lái)開(kāi)展，數(shù)據(jù)語(yǔ)言采用Java，數(shù)據(jù)提取則采用JDBC技術(shù)，軟件的具體架構(gòu)如圖3所示。

當(dāng)車(chē)輛行駛到RFID傳感器周邊時(shí)，傳感器通過(guò)讀取車(chē)身上的標(biāo)簽來(lái)識(shí)別車(chē)輛信息與車(chē)輛位置，并將相關(guān)信息上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)之上，通過(guò)不同位置的RFID傳感器的信息反饋就能對(duì)車(chē)輛的具體行駛信息進(jìn)行判斷分析，并給出最優(yōu)的泊車(chē)路徑。由于數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)崟r(shí)接收光敏傳感器的信息，這就允許用戶(hù)能夠在進(jìn)入到停車(chē)場(chǎng)之后就判斷所需要的停車(chē)位，在進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)之前就允許用戶(hù)選擇好需要的停車(chē)位，當(dāng)選擇好停車(chē)位之后，則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)算法匹配最佳停車(chē)路線(xiàn)并發(fā)送到用戶(hù)的終端。

為了提升用戶(hù)的使用體驗(yàn)，還需要基于安卓系統(tǒng)優(yōu)化界面設(shè)計(jì)，通過(guò)移動(dòng)終端的APP用戶(hù)能夠查詢(xún)并選擇理想的停車(chē)位。該系統(tǒng)的傳感器等硬件的使用是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，但缺乏合理的軟件系統(tǒng)支撐也難以達(dá)到效果。為了滿(mǎn)足硬件、應(yīng)用場(chǎng)景的需求，基于Java語(yǔ)言完成了手機(jī)端數(shù)據(jù)庫(kù)的編寫(xiě)，框架則采用Sping+Mybatic，從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)查詢(xún)流程并為后期的功能拓展預(yù)留接口［6-7］。

5 系統(tǒng)測(cè)試

為了對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證分析，還進(jìn)一步構(gòu)建了相關(guān)模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，該模型如圖4所示。

在智能化泊車(chē)系統(tǒng)中，軟件與硬件的有效配合是提升泊車(chē)效率的關(guān)鍵所在。該系統(tǒng)之中增加了車(chē)位感知、泊車(chē)路徑優(yōu)化算法、平臺(tái)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)共享等多種信息化技術(shù)［8］。

在該系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)模塊主要是RFID傳感器與光敏傳感器，分別用于車(chē)輛在室內(nèi)的導(dǎo)航以及車(chē)位使用情況的判定，并結(jié)合泊車(chē)路徑算法來(lái)設(shè)計(jì)最優(yōu)的泊車(chē)路徑。當(dāng)傳感器通過(guò)MQTT協(xié)議將所獲得的信息傳遞到系統(tǒng)終端之后，用戶(hù)就可以通過(guò)終端查看停車(chē)場(chǎng)內(nèi)部的信息，并結(jié)合算法來(lái)選擇合適的泊車(chē)路徑，從而在最短的時(shí)間內(nèi)選擇到合適的停車(chē)位。

通過(guò)終端進(jìn)入系統(tǒng)之后，用戶(hù)還能夠在終端上使用定位導(dǎo)向功能，從而通過(guò)人工的方式從停車(chē)場(chǎng)內(nèi)部找到最合適的泊車(chē)路徑。同時(shí)終端還能根據(jù)用戶(hù)的需求對(duì)停車(chē)位的使用情況進(jìn)行監(jiān)控，即當(dāng)用戶(hù)通過(guò)終端選擇了需要使用的停車(chē)位，但是在其進(jìn)入到停車(chē)位之前如果該車(chē)位被他人所占用，則系統(tǒng)會(huì)給出提示并自動(dòng)給出建議的最優(yōu)停車(chē)路線(xiàn)，為用戶(hù)找到其他停車(chē)位。此外，考慮到駕駛?cè)藛T在駕駛時(shí)操作終端的不便性，在該終端中還增設(shè)了語(yǔ)音導(dǎo)航方式允許駕駛?cè)藛T直接通過(guò)語(yǔ)音進(jìn)行導(dǎo)航。最后，軟件采用了開(kāi)放的數(shù)據(jù)共享模式，此種方式不僅有利于數(shù)據(jù)的管理，同時(shí)也促進(jìn)了資源共享，能夠接入到城市泊車(chē)系統(tǒng)之中。

6 結(jié)語(yǔ)

由于機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的不斷提升，停車(chē)庫(kù)的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大面積的地下停車(chē)場(chǎng)成為大多數(shù)民用建筑建設(shè)的標(biāo)配。室內(nèi)由于信號(hào)屏蔽嚴(yán)重，智能化導(dǎo)航一直存在著較大的難度。本文基于多種傳感器所構(gòu)建的智能化泊車(chē)系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)室內(nèi)導(dǎo)航信號(hào)弱等缺陷，同時(shí)針對(duì)停車(chē)場(chǎng)泊車(chē)場(chǎng)景解決了找車(chē)?yán)щy、找車(chē)位困難等難題。通過(guò)終端允許用戶(hù)查找停車(chē)場(chǎng)內(nèi)部停車(chē)位的使用信息，并選擇最優(yōu)的泊車(chē)路徑，當(dāng)停車(chē)位被使用之后還能將停車(chē)信息自動(dòng)傳輸?shù)较到y(tǒng)之中以免造成同一車(chē)位被多輛車(chē)同時(shí)搶占的情況發(fā)生。對(duì)于雙層車(chē)庫(kù)，該系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效提升停車(chē)位的使用效率，通過(guò)設(shè)置誘導(dǎo)屏等方式能夠更好地引導(dǎo)駕駛?cè)藛T高效泊車(chē)。

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作者簡(jiǎn)介：

劉玉均，女，1985年生，講師，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化、新能源汽車(chē)等。