智慧共享車位租賃系統(tǒng)研究

摘要：本文研究的智慧共享車位租賃系統(tǒng)集軟件及硬件于一體，其中軟件部分的主要功能為出租車位、租賃車位、導(dǎo)航等；硬件的主體為安裝在車位的智能地鎖，部署了攝像頭模塊以及通信模塊等。本系統(tǒng)旨在向大眾共享私人車位，讓有限的停車位進行流動再分配，在方便租借者的同時，又為出租者提供了額外收入。共享停車位不只是傳統(tǒng)的商家對用戶的出租或者售賣，而是讓全民都能參與出租與租借的過程。在共享停車位的同時，本系統(tǒng)還能夠基于移動端進行實時動態(tài)發(fā)布和追蹤，根據(jù)移動端探測附近的出租車位信息，以打破傳統(tǒng)的出租方式。就國內(nèi)的發(fā)展趨勢而言，共享已經(jīng)成為一個大熱的投資詞。為了解決一、二線交通發(fā)達人口密集地區(qū)的停車問題，本文提出了這個項目，并且相較于傳統(tǒng)的停車場模式，本項目采用的共享模式更先進、更安全、更便捷。相信只要能夠?qū)⒂邢薜能囄贿M行錯時共享，就能有效解決停車位不足的問題。

關(guān)鍵詞：STM32；共享車位；視覺； Android應(yīng)用

一、引言

近年來，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)加速創(chuàng)新，逐漸融入經(jīng)濟社會發(fā)展各領(lǐng)域全過程，世界主要國家和地區(qū)紛紛構(gòu)建數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略布局。加快推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型是“十四五”時期建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國的重要戰(zhàn)略任務(wù)。隨著國內(nèi)停車需求與已有的城市規(guī)劃沖突日益顯現(xiàn)，停車難問題越來越嚴(yán)峻，在此背景下，借助新興技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，智慧停車應(yīng)運

而生。

二、應(yīng)用前景

2021年，越來越多城市重視停車問題，各地城市管理部門牽頭開放停車市場，以市場來推動智慧停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時一大批停車泊位開始建設(shè)或改造，各地的停車建設(shè)項目實現(xiàn)全面推進。結(jié)合國家政策鼓勵，智慧停車行業(yè)現(xiàn)狀如下：

1.國內(nèi)停車市場緊張

2015年—2020年全國汽車保有量從1.72億輛增長到 2.81億輛，年均復(fù)合增長率超過10%，汽車保有量的快速增長相應(yīng)地帶動了停車位需求增長。根據(jù)住建部2015年發(fā)布的《城市停車設(shè)施規(guī)劃導(dǎo)則》，對于規(guī)劃人口小于 50 萬的城市，停車位供應(yīng)總量與汽車保有量的比例應(yīng)控制在 1.1：1—1.5：1 之間；對于規(guī)劃人口大于50萬的城市，停車位供應(yīng)總量與汽車保有量的比例應(yīng)控制在1.1：1—1.3：1之間。

2.產(chǎn)業(yè)集中化進程加快

2020年12月23日，交通運輸部辦公廳印發(fā)《關(guān)于開展ETC智慧停車城市建設(shè)試點工作的通知》，選定北京等27個城市作為試點城市、江蘇省作為省級示范區(qū)，先期開展 ETC 智慧停車試點工作，以加快拓展 ETC服務(wù)功能，推動ETC停車場景應(yīng)用，更好地便利公眾出行。在政策發(fā)展的極大促進作用下，我國智慧停車行業(yè)將呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。

三、系統(tǒng)概述

（一）系統(tǒng)工作原理及設(shè)計概要

本系統(tǒng)主要包括移動端APP、Web云服務(wù)器、視覺智能車鎖共三個部分，下面只對移動端和智能車鎖視覺驗證系統(tǒng)進行簡單概括以及原理介紹。

1.智能車鎖視覺驗證系統(tǒng)

智能車鎖視覺驗證系統(tǒng)（以下簡稱驗證系統(tǒng)）通過使用OpenCV視覺開源庫配合視覺圖像處理對車牌進行檢測、識別以及驗證。在車輛入庫前，系統(tǒng)通過智能車鎖的攝像頭模塊捕捉車牌信息，在收到信息后立即進行檢測，當(dāng)車牌信息驗證成功后立即通知智能車鎖自動下降。

2.移動端

軟件主要包括發(fā)布車位以及租賃車位兩個功能。用戶在登入后即可發(fā)布安裝了本公司智能地鎖的空閑車位，同時還可以尋找并瀏覽附近他人發(fā)布的空閑車位。當(dāng)車位較為密集時，用戶可以通過GPS導(dǎo)航來尋找目標(biāo)車位。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

智慧共享車位共享租賃系統(tǒng)結(jié)合計算機視覺處理、自動控制、Web云服務(wù)器、移動端APP以及3D打印等技術(shù)，旨在為“車位共享”提供完美的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

（三）系統(tǒng)使用流程

本系統(tǒng)主要以手機移動端APP的形式與用戶進行交互。在使用本系統(tǒng)之前，用戶需先下載移動端APP，再注冊并登錄APP，登錄后用戶不僅可以發(fā)布自己的閑置車位，還可以成為租客租用車位。

在出租車位前，用戶需要先添加車鎖設(shè)備，并定位車位坐標(biāo)地址，將車位坐標(biāo)與車鎖設(shè)備進行綁定；在綁定成功后，用戶需要選擇車位開放時間段，并拍攝車位圖片。以幫助租客快速找到車位地址，當(dāng)車位發(fā)布成功后，車鎖便開始自動運行。

租用車位的用戶可以在自己所在地搜索附近車位。當(dāng)找到目標(biāo)車位后，租客需要輸入自己的車牌號碼，并選擇合理的車位租用時段，即可創(chuàng)建租用訂單。當(dāng)租客到達車位后，在倒車入庫的過程中，智能車鎖視覺驗證系統(tǒng)將識別到車牌號碼，并與云服務(wù)器后臺訂單數(shù)據(jù)進行比對，匹配成功則自動開鎖。若車牌受損或無車牌，租客可以打開移動端APP，使用二維碼開鎖。

四、詳細功能設(shè)計

（一）視覺智能車鎖介紹

1.智能車鎖機械結(jié)構(gòu)

視覺智能車鎖機械結(jié)構(gòu)先采用SolidWorks三維機械設(shè)計軟件建模，再進行車鎖實物制作，部分器件采用3D打印技術(shù)制作，以便驗證結(jié)構(gòu)合理性以及后續(xù)的結(jié)構(gòu)微調(diào)，智能車鎖三維建模圖如圖1所示。

目前，該機械結(jié)構(gòu)已經(jīng)申請實用新型專利。

2. 智能車鎖視覺驗證系統(tǒng)

視覺驗證系統(tǒng)是該產(chǎn)品的一大亮點所在，通過處理車位鎖上攝像頭所采集的視覺信息，并與云端數(shù)據(jù)庫內(nèi)容比對，以驗證租客身份。

視覺驗證系統(tǒng)使用英偉達的Jetson Nano開發(fā)板作為視覺運算平臺，可以滿足視覺處理的運算需求。此外，本系統(tǒng)使用CMOS工業(yè)相機采集視頻數(shù)據(jù)，視頻圖像分辨率設(shè)置為1980×1080，在1080P的圖像分辨率下等效視場角相當(dāng)于120°超廣角，且刷新幀率可達 60fps，以滿足采集移動中汽車車牌信息的需求，同時使用 CMOS 傳感器，以避免圖像的“果凍效應(yīng)”。

視覺圖像處理所采用的傳統(tǒng)算法是根據(jù)目標(biāo)特征自行編寫的識別算法，基于C++語言進行開發(fā)，配合OpenCV視覺開源庫，通過對多維數(shù)組與圖像矩陣進行運算，使用最底層的方法，并在一些關(guān)鍵部分直接對像素點進行操作篩選。圖像處理部分代碼量最為龐大，需要考慮多種特殊情況。

視覺識別系統(tǒng)的主要功能是為了驗證租客身份信息，本系統(tǒng)采用了兩種方案進行驗證，以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性：

方案一：識別用戶車牌號碼。用戶在移動端預(yù)定車位時需填寫車牌號碼。首先，當(dāng)用戶在移動端APP下單后，車位鎖運算平臺便從云服務(wù)器獲取訂單信息，并進行視覺檢測。接著，經(jīng)過車牌字符識別得到當(dāng)前即將駛?cè)氲能嚺铺柎a，再將其與預(yù)約的用戶信息進行對比，匹配成功則自動降下車鎖。

方案二：在用戶移動端應(yīng)用上生成動態(tài)二維碼，用戶將手機對準(zhǔn)攝像頭，通過二維碼識別算法識別二維碼信息，并與云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中信息進行比對，通過驗證二維碼信息進行解鎖。由于方案二需要車主下車操作，相較于方案一少了些智能性，故作為備選方案使用。

3.智能車鎖控制系統(tǒng)

車鎖控制采用STM32F103低功耗單片機作為主控，通過PWM脈沖驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動來控制車鎖，采用光電限位進行鎖定，并使用USART串口與視覺運算平臺連接，用于接收控制信息和控制車鎖升降。

單片機連接著兩組光電門，當(dāng)車鎖開啟時，光電門檢測到低電平；當(dāng)車鎖關(guān)閉時，光電門也檢測到低電平；當(dāng)車鎖正在運動時，光電門檢測高電平；當(dāng)光電門出現(xiàn)低電平時，電機應(yīng)停止轉(zhuǎn)動。

（二）移動端APP介紹

移動端應(yīng)用采用uni-app框架進行開發(fā)，以實現(xiàn)用戶注冊、用戶登錄、用戶信息管理、車鎖車位ID綁定、私家車位發(fā)布、空閑車位查詢及租賃以及動態(tài)解鎖二維碼生成等功能。

首先，uni-app 是一個使用 Vue.js 開發(fā)所有前端應(yīng)用的框架，其 "在開發(fā)者數(shù)量、案例、跨端抹平度、擴展規(guī)模、性能體驗、周邊生態(tài)、學(xué)習(xí)成本、開發(fā)成本等8大關(guān)鍵指標(biāo)上都擁有著很強的優(yōu)勢。其次，uni-app 具有很好的跨平臺性， 其在跨平臺的過程中不犧牲平臺特色，可優(yōu)雅調(diào)用平臺專有能力，真正做到海納百川、各取所長。同時，uni-app 具備良好的視覺效果，界面簡約美觀，應(yīng)用開發(fā)邏輯清晰且架構(gòu)合理。最后，uni-app實現(xiàn)一套代碼可同時運行到多個平臺，如iOS系統(tǒng)、Android系統(tǒng)、HTML5、微信開發(fā)者工具、支付寶小程序Studio、百度開發(fā)者工具、字節(jié)跳動開發(fā)者工具、QQ開發(fā)者工具等。

（三）Web云服務(wù)器后臺介紹

云服務(wù)器（Elastic Compute Service， ECS）是一種簡單高效、安全可靠、處理能力可彈性伸縮的計算服務(wù)，其管理方式比物理服務(wù)器更加簡單高效。

Web云服務(wù)器使用Django框架進行開發(fā)，采用 MVT 軟件設(shè)計模式（即Model 模型、View視圖和Templates模板），并為客戶端提供API接口；采用阿里云ESC 服務(wù)器部署Centos7系統(tǒng)，使用Nginx和Uwsgi將 Django項目部署到阿里云服務(wù)器。

Django 是使用 Python 開發(fā)的開源 Web 開發(fā)框架。使用Django可以以最小的代價構(gòu)建和維護高質(zhì)量的 Web 應(yīng)用。在開發(fā)Web應(yīng)用時，本系統(tǒng)的視圖層采用CBV（Class Base Views）視圖，導(dǎo)入DRF（Diangorestframe）包，視圖層的類繼承APIview，使用Response函數(shù)返回數(shù)據(jù)，并采用Serialization進行數(shù)據(jù)的序列化和反序列化。API接口訪問權(quán)限需要驗證頭文件里是否有已經(jīng)登錄的 Token裝飾器，并配合用戶密碼加密，以保證用戶信息的安全性。

此外，Web云服務(wù)器通過部署MySQL數(shù)據(jù)庫來存儲客戶信息和訂單信息，在收到用戶訂單后，將訂單信息傳輸給智能車鎖。同時，小程序后臺開發(fā)了管理界面，后臺管理員在輸入管理賬號和密碼之后便可直接訪問后臺MySQL數(shù)據(jù)庫列表，并對后臺數(shù)據(jù)庫進行“增刪改查”操作。最后，本系統(tǒng)將已經(jīng)備案的域名與阿里云服務(wù)器公網(wǎng)IP綁定，以實現(xiàn)域名訪問。

五、結(jié)束語

本文設(shè)計了一款基于視覺識別的共享車位租賃系統(tǒng)，運用無線通信、傳感器、視頻采集傳輸、智能識別、物聯(lián)網(wǎng)、移動終端、定位、地圖、無感支付等多種技術(shù)，以車鎖這類最簡單的形式呈現(xiàn)出來，以此向大眾共享私人車位，讓有限的停車位實現(xiàn)流動地再分配，在方便了租借者的同時，又為出租者提供了額外收入。

作者單位：余湘 王冠群 羅凱文 南華大學(xué)計算機學(xué)院

參考文獻

[1]曾泉，譚北海.基于SVM和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車牌識別系統(tǒng).電子科技，2016，01（29）：98-101.

[2]Liao，Minghui，et al.Real-time scene text "detection with differentiable binarization. Proceedings of the AAAI Conference on Artificial "Intelligence.2020，07，34.

[3]高聰，王福龍.基于模板匹配和局部HOG特征的車牌識別算法.計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2017（1）：122-128.

[4]Xu，Zhenbo，et al.Towards end-to-end license plate "detection and recognition：A large dataset and "baseline.Proceedings of the European conference on "computer vision （ECCV），2018.