嵌入式智能泊車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

石正杰，李慶玲

（濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，日照 276826）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量快速增長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在大多數(shù)城市還存在著停車(chē)難、停車(chē)場(chǎng)事故頻發(fā)等問(wèn)題。在該背景下，如何讓司機(jī)知悉此停車(chē)場(chǎng)內(nèi)有多少空余車(chē)位，明確停車(chē)位的確切位置，避免因停車(chē)引發(fā)的爭(zhēng)端和事故成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，智能泊車(chē)系統(tǒng)的發(fā)展就顯得尤為重要。智能泊車(chē)系統(tǒng)是以GPS 定位、在線支付技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建能夠?qū)?chē)輛進(jìn)行智能識(shí)別、路線分析規(guī)劃、停車(chē)引導(dǎo)等功能的智能泊車(chē)系統(tǒng)。對(duì)車(chē)輛和停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行一體化全方位管理，為車(chē)主泊車(chē)提供最便捷、安全的規(guī)劃。

本文從城市停車(chē)難的迫切需求出發(fā)，提出了構(gòu)建嵌入式智能泊車(chē)系統(tǒng)，讓停車(chē)形成智能化操作，車(chē)主只需要根據(jù)指引進(jìn)行“傻瓜式”操作即可完成快速安全的停車(chē)操作。同時(shí)將停車(chē)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳管理，探尋其中規(guī)律，為徹底解決停車(chē)問(wèn)題提供新的突破。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)分為視覺(jué)系統(tǒng)、位置檢測(cè)、信息更新等部分，如圖1所示。憑借其以應(yīng)用為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根本，而且對(duì)軟硬件設(shè)備均按需求進(jìn)行裁剪，可以找到應(yīng)用中對(duì)功用、穩(wěn)定性、成本、容積、耗電量等有嚴(yán)謹(jǐn)需求的專(zhuān)用型計(jì)算機(jī)。要具有對(duì)外接交通裝備的管理工作、對(duì)傳感裝置的監(jiān)控以及系統(tǒng)化（如停車(chē)場(chǎng)出入口的發(fā)卡管理工作、讀卡信息處理、車(chē)牌辨識(shí)管理工作）等能力。對(duì)車(chē)室控制器的處理機(jī)而言，將由原有的8位單塊處理器提升至32位ARM平臺(tái)處理器，既保證了控制系統(tǒng)的處理速度，也提升了管理效能［1-3］。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智慧停車(chē)管理系統(tǒng)部分主要由上位機(jī)管理系統(tǒng)和APP 管理系統(tǒng)構(gòu)成，能夠進(jìn)行即時(shí)查看停車(chē)場(chǎng)的狀況、預(yù)約車(chē)位、交費(fèi)、查看客戶(hù)停車(chē)場(chǎng)情況等功能操作，如圖2所示。主要完成以下四個(gè)主要功能：①統(tǒng)計(jì)汽車(chē)的停放日期與收取金錢(qián)；②監(jiān)視進(jìn)出車(chē)輛牌照號(hào)，停放日期和訪問(wèn)記錄等；③利用操作數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)把停車(chē)位的所有資訊（用戶(hù)消息、預(yù)約車(chē)位消息、車(chē)位消息等）存儲(chǔ)在MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)上；④利用HTTP 協(xié)議遠(yuǎn)程傳送停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)資訊（停車(chē)場(chǎng)所剩車(chē)位、車(chē)輛停放狀況等）在移動(dòng)終端APP 上展示。

圖2 管理系統(tǒng)框架圖

APP 上設(shè)置的頁(yè)面包括：注冊(cè)頁(yè)面、車(chē)庫(kù)信息頁(yè)面、預(yù)約信息頁(yè)面、客戶(hù)個(gè)人頁(yè)面、車(chē)輛查詢(xún)頁(yè)面和付款界面等。其功能有：①展示各個(gè)停車(chē)場(chǎng)當(dāng)前停車(chē)狀態(tài)；②展示客戶(hù)的歷史停車(chē)位狀態(tài)；③展示綁定的車(chē)牌號(hào)的停車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)；④實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)訂、支付的服務(wù)；⑤提供連接服務(wù)的方式。

2.2 視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

視覺(jué)系統(tǒng)主要用于車(chē)牌識(shí)別、車(chē)位檢測(cè)兩部分，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能泊車(chē)功能，如圖3所示。

圖3 視覺(jué)系統(tǒng)框架圖

2.2.1 車(chē)牌識(shí)別

車(chē)牌識(shí)別算法主要包括以下三步：圖片預(yù)處理、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)車(chē)牌的粗確定、藍(lán)色圖像計(jì)算和行列掃描車(chē)牌的精準(zhǔn)位置。采用了號(hào)牌獲取、照片預(yù)處理、特征提取、車(chē)牌字符識(shí)別等技術(shù)手段，最終確定機(jī)動(dòng)車(chē)號(hào)牌。

車(chē)牌辨識(shí)主要包括以下六個(gè)方法：①圖像壓縮和RGB 彩色圖像灰度變換。因?yàn)閳D像收集儀器所收集的圖像體積很大，使圖像數(shù)據(jù)處理的工作量很大，為確保整個(gè)系統(tǒng)的即時(shí)性，增加計(jì)算效率，就需要減小圖像的體積。由于彩色圖像具有豐富的彩色內(nèi)容，且占用空間較多，可對(duì)彩色圖像采用降維處理方法。②畫(huà)面圖像灰度拉伸。經(jīng)過(guò)灰度轉(zhuǎn)換后的圖片，可能存在顏色對(duì)比度不高、圖像畫(huà)面模糊不清的問(wèn)題，此時(shí)就可以通過(guò)灰度拉伸，增加圖片對(duì)比度，凸顯車(chē)牌區(qū)域。③增強(qiáng)車(chē)牌的信號(hào)質(zhì)量。該技術(shù)主要利用了幾何與形態(tài)學(xué)中的運(yùn)算，通過(guò)先腐蝕后膨脹以減少背景噪聲，再通過(guò)簡(jiǎn)化的圖像代數(shù)計(jì)算，以增強(qiáng)車(chē)牌區(qū)域。④汽車(chē)圖像的二值化技術(shù)。汽車(chē)圖像二值化技術(shù)是以圖像灰度區(qū)域三分點(diǎn)為閾值。⑤車(chē)牌提取。透過(guò)邊緣檢測(cè)可以獲得牌照，包括字符的輪廓。這一方法使提取弱邊信息的結(jié)果更加精準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)這些步驟，便可以實(shí)現(xiàn)有效地提取車(chē)牌數(shù)據(jù)并上傳至網(wǎng)絡(luò)并在停車(chē)場(chǎng)配對(duì)APP顯示并記錄［4-5］。

2.2.2 車(chē)位檢測(cè)

設(shè)置該功能的主要目的是用來(lái)統(tǒng)計(jì)停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位數(shù)量。當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別到停車(chē)位的空余車(chē)位后，將把停車(chē)場(chǎng)的實(shí)際停車(chē)狀態(tài)反映在APP 上，讓客戶(hù)可以即時(shí)地查詢(xún)停車(chē)位的實(shí)際情況，從而便于客戶(hù)挑選停車(chē)位。系統(tǒng)主要通過(guò)模板匹配的方式，檢查停車(chē)位上是否有機(jī)動(dòng)車(chē)停放。停車(chē)位的各個(gè)車(chē)庫(kù)均有固定的車(chē)庫(kù)編碼，選用模板配對(duì)技術(shù)，逐個(gè)配對(duì)確定是否有相應(yīng)的車(chē)庫(kù)編碼，當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入車(chē)位時(shí)，如果沒(méi)有匹配到相應(yīng)的車(chē)庫(kù)編碼，則表示此時(shí)的車(chē)位已被搶占。

2.3 基于GPS定位的位置檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

運(yùn)用了現(xiàn)代GPS 準(zhǔn)確定位和電子地圖繪制等先進(jìn)技術(shù)手段，使用戶(hù)可以借助該信息系統(tǒng)獲得即時(shí)位置資訊，還能夠查看停車(chē)場(chǎng)、停車(chē)位信息和路面擁堵情況等實(shí)際狀況，從而有效指導(dǎo)車(chē)主泊車(chē)，如圖4所示。

圖4 位置檢測(cè)系統(tǒng)框架圖

2.3.1 定位系統(tǒng)功能分析

該系統(tǒng)包括地圖顯示模塊、位置模型、停車(chē)場(chǎng)信息模型和道路導(dǎo)航模型。

（1）地圖顯示模塊。地圖展示功能。該模塊是其他三個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。此功能地圖用來(lái)展示包括道路兩旁的建筑物和街道路線上具有特定指示意義的標(biāo)志，主要方便使用者在使用時(shí)綜合分析系統(tǒng)和實(shí)際情況，使車(chē)主可以更加便捷地找到智能泊車(chē)場(chǎng)的位置并規(guī)劃最短路線。另外，地圖顯示功能也要具備自動(dòng)瀏覽、放大、壓縮、移動(dòng)等功能，讓使用者具有體驗(yàn)性。

（2）定位模塊。當(dāng)?shù)貓D資料加載完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取用戶(hù)的定位信息，并以標(biāo)簽的形式將當(dāng)前的定位信息從地圖返回并呈現(xiàn)出來(lái)。獲得當(dāng)前地址的同時(shí)，還得到了該地點(diǎn)周邊區(qū)域以及各停車(chē)場(chǎng)的實(shí)際地址，一并加載標(biāo)注到移動(dòng)地圖上。用戶(hù)在移動(dòng)的同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟蹤定位，地圖的顯示將同時(shí)更新［4］。

（3）停車(chē)場(chǎng)信息模塊。停車(chē)位信息系統(tǒng)模塊在地圖展示模塊和位置模組的前提條件下，而停車(chē)位信息系統(tǒng)模組也是反映了應(yīng)用交互、定制化特點(diǎn)的一種模組。介于各個(gè)使用者在挑選停車(chē)位時(shí)考量因素各不同，系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足每個(gè)使用者的要求，故采用該模型賦予了使用者的最大挑選權(quán)利。使用者可以透過(guò)對(duì)各種考量因素加以排名與甄選，如：停車(chē)費(fèi)用較實(shí)惠、停車(chē)場(chǎng)內(nèi)空缺車(chē)位較多、停車(chē)位環(huán)境、停車(chē)路線方便等。通過(guò)對(duì)多種條件過(guò)濾和排名后，用戶(hù)將選定最佳停車(chē)場(chǎng)，并切換至下一個(gè)模塊。

（4）路線導(dǎo)航模塊。路線指引系統(tǒng)也是所有智能泊車(chē)系統(tǒng)中工作流程的最后一個(gè)，通過(guò)使用此功能，客戶(hù)就可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于該系統(tǒng)的最終目的，并完成客戶(hù)體驗(yàn)。正式發(fā)動(dòng)汽車(chē)后，開(kāi)啟語(yǔ)音播報(bào)功能的同時(shí)，系統(tǒng)將自行選擇最好的路線進(jìn)行導(dǎo)航。所謂最佳路徑，即通過(guò)對(duì)用戶(hù)基本信息（主要涉及車(chē)牌號(hào)）進(jìn)行定位比對(duì)后選擇路程時(shí)間最短的一條路線，避開(kāi)各種影響因素，如路面施工、路況、區(qū)域限號(hào)、紅綠燈數(shù)量、道路交通管制等。該模塊能夠減少路面堵塞，在一定程度上減輕道路壓力，為使用者節(jié)省行車(chē)時(shí)間，以最具性?xún)r(jià)比的方式完成泊車(chē)操作。

2.3.2 數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建

（1）車(chē)位信息采集。主要是將監(jiān)控設(shè)備安裝到各個(gè)停車(chē)場(chǎng)，從而收集和管理通過(guò)磁阻傳感器為主的檢測(cè)設(shè)備傳回的場(chǎng)地停車(chē)數(shù)據(jù)。根據(jù)車(chē)輛自身的材質(zhì)，被喻為一個(gè)鐵磁性的物質(zhì)，當(dāng)這個(gè)物質(zhì)進(jìn)入某個(gè)特殊的磁場(chǎng)，也就是停車(chē)場(chǎng)時(shí)，將對(duì)該磁場(chǎng)引起干擾。而信息采集儀器便根據(jù)對(duì)該電磁干擾的劇烈程度來(lái)做出對(duì)停車(chē)情況的評(píng)估［6］。

（2）車(chē)位信息傳輸。通過(guò)磁阻感應(yīng)器結(jié)合ZigBee 技術(shù)實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到信號(hào)傳輸?shù)倪B接。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)是一種在電腦內(nèi)部實(shí)現(xiàn)傳輸時(shí)具有近距、低效等優(yōu)點(diǎn)的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)將收集到的車(chē)位數(shù)據(jù)傳遞到主控單位，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

（3）車(chē)位數(shù)據(jù)處理。服務(wù)器端在接收到車(chē)位數(shù)據(jù)后，在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行計(jì)算、匯總，并自動(dòng)更新。其次，數(shù)據(jù)庫(kù)中的車(chē)位信息也能夠使用管理員授權(quán)后增刪改等手段操作，以便于處理特殊情況。

（4）車(chē)位信息公布。車(chē)位信息發(fā)布過(guò)程分為誘導(dǎo)屏發(fā)布與上位機(jī)發(fā)布，必須先完成與主控單元間的通信，在后臺(tái)將各數(shù)據(jù)信息整理后即同時(shí)傳送到移動(dòng)終端，從而實(shí)現(xiàn)了各車(chē)位信號(hào)的顯示。在汽車(chē)應(yīng)用的安卓平臺(tái)顯示端，展示內(nèi)容不僅有車(chē)庫(kù)信息，還有停車(chē)位信息、停車(chē)場(chǎng)外道路信息、汽車(chē)位置信息等。而在具體停車(chē)位外道路信息收集部分，也可以使用已有的地圖應(yīng)用軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在一定程度上能夠提高生產(chǎn)效率。

2.4 基于大數(shù)據(jù)的路線規(guī)劃

大數(shù)據(jù)的路線規(guī)劃如圖5所示。

圖5 路線規(guī)劃系統(tǒng)框架圖

2.4.1 線路規(guī)劃

路線規(guī)劃系統(tǒng)的研究，主要對(duì)停車(chē)路線的各種情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而計(jì)算挑選出最佳路線，使車(chē)主可以在第一時(shí)間獲取最簡(jiǎn)便泊車(chē)路線。自動(dòng)泊車(chē)的過(guò)程主要分為了三個(gè)階段，分別為：檢查、定位、調(diào)節(jié)，同時(shí)還研究了由于車(chē)速、轉(zhuǎn)角限制等不確定因素，給泊車(chē)造成的影響危害。使用控制參量法，先掌握車(chē)輛時(shí)速與轉(zhuǎn)彎角度，而后根據(jù)對(duì)車(chē)位的限定進(jìn)行道路設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)時(shí)避開(kāi)車(chē)輛的算法手動(dòng)停車(chē)，可滿(mǎn)足于所有的實(shí)際狀況，大大提高了車(chē)輛在泊車(chē)過(guò)程中的安全性。

2.4.2 線路信息提示

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的路線規(guī)劃，相應(yīng)路線情況會(huì)在車(chē)主手機(jī)客戶(hù)端進(jìn)行顯示，同時(shí)路線指示牌會(huì)在泊車(chē)線路中通過(guò)指示燈進(jìn)行顯示。定位系統(tǒng)與沿途指示燈的同步，從而指引車(chē)主準(zhǔn)確簡(jiǎn)單地進(jìn)行泊車(chē)操作。

3 結(jié)語(yǔ)

智能泊車(chē)技術(shù)是反映現(xiàn)代交通技術(shù)水準(zhǔn)的一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)。目前，系統(tǒng)的整體研發(fā)工作所做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，相關(guān)技術(shù)也難以實(shí)現(xiàn)，且缺乏系統(tǒng)高效的集成。因此，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式界面及開(kāi)發(fā)技術(shù)融合運(yùn)用到泊車(chē)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)車(chē)牌辨識(shí)、泊車(chē)監(jiān)控等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這一系統(tǒng)讓停車(chē)場(chǎng)更加智能，顯著提高了停車(chē)效率，也提高了停車(chē)場(chǎng)的使用率。提供了新的解決停車(chē)難問(wèn)題的途徑，并將處理信息融會(huì)貫通，為用戶(hù)提供最優(yōu)化的泊車(chē)指南。