基于全景視頻監(jiān)控的服務(wù)區(qū)停車位智能管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

為了提高高速公路服務(wù)區(qū)停車場的停車效率、車位信息更新速率，提高服務(wù)區(qū)智慧化、信息化和數(shù)字化管理水平，文章提出基于全景視頻監(jiān)控的高速公路服務(wù)區(qū)停車場車位智能檢測、停車自動引導(dǎo)系統(tǒng)這一先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計方案，以實現(xiàn)對服務(wù)區(qū)停車位進(jìn)行智能化管理，方便車主快速準(zhǔn)確泊車，同時為服務(wù)區(qū)的監(jiān)控和調(diào)度帶來便利。

服務(wù)區(qū)；全景相機；車位檢測；監(jiān)控

U491.1+16A541863

基金項目：

中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項“廣西智慧道路機電系統(tǒng)新技術(shù)綜合平臺建設(shè)”（編號：桂科ZY20111015）

作者簡介：

王玲容（1991—），碩士，工程師，研究方向：智能交通信息化、深度學(xué)習(xí)。

0" 引言

傳統(tǒng)的停車位管理系統(tǒng)存在不夠直觀、信息割裂等問題，車主短時間內(nèi)很難從簡單的停車位信息理解和把握停車場車位情況，無法快速直接停車；同樣，服務(wù)區(qū)管理人員無法從全局角度把握停車場車位停車狀況，不能快速有效地規(guī)劃和管理停車；再者，傳統(tǒng)的停車位管理系統(tǒng)大都采用地磁、線圈感應(yīng)等設(shè)備進(jìn)行車位停車狀態(tài)檢測，存在耗材費用高、安裝維護(hù)難等問題。對傳統(tǒng)停車管理系統(tǒng)存在的問題，本文以高速公路服務(wù)區(qū)為例提出了提高停車場的停車效率、車位信息更新速率，提高服務(wù)區(qū)智慧化、信息化和數(shù)字化管理水平的系統(tǒng)設(shè)計方案，旨在給車主提供一個高效舒適安全的停車休息環(huán)境［1］，提升高速公路服務(wù)區(qū)服務(wù)質(zhì)量。該系統(tǒng)基于全景圖像拼接視頻拼接技術(shù)和深度學(xué)習(xí)智能處理技術(shù)，開發(fā)新一代基于全景監(jiān)控視頻的服務(wù)區(qū)停車智能管理系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的依賴大量傳感設(shè)備的停車位檢測和非智能化的管理模式。

本文以廣西蘭海高速公路那馬服務(wù)區(qū)為示范點，建立基于全景視頻監(jiān)控的停車位智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但可以通過服務(wù)區(qū)誘導(dǎo)屏、手機終端等實時告知行駛過程中的駕乘人員服務(wù)區(qū)停車場現(xiàn)有剩余的車位數(shù)量，還可以通過停車場各引導(dǎo)屏、手機APP等顯示的詳細(xì)、準(zhǔn)確、實時的停車位信息引導(dǎo)駕乘人員快速、準(zhǔn)確將車輛停入空余車位［2］。智能化的停車位管理系統(tǒng)不僅給駕乘人員提供全面實時的服務(wù)區(qū)停車位信息，解決尋找停車位困難的問題，也給服務(wù)區(qū)管理人員對停車場停車情況的把控和安全維護(hù)帶來極大的便利，使服務(wù)區(qū)停車場停車和管理更加方便快捷有效［3］，避免了由于車位信息發(fā)布不通暢、車輛不能快速停放、從而造成的高速公路服務(wù)區(qū)出入口擁堵的問題。

1" 停車位智能管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

本文提出的基于全景視頻監(jiān)控的服務(wù)區(qū)停車位智能管理系統(tǒng)由三大模塊組成：全景視頻圖像采集模塊、停車位智能檢測模塊、數(shù)據(jù)圖像分析處理和應(yīng)用模塊。全景視頻圖像采集模塊主要是將多個普通視角的攝像頭的圖像進(jìn)行拼接融合處理，形成具有超大視角的多拼全景相機，用來采集服務(wù)區(qū)停車場視頻圖像數(shù)據(jù)。停車位智能檢測模塊采用基于深度學(xué)習(xí)的車位智能檢測技術(shù)對全景相機監(jiān)控下的停車場進(jìn)行停車位檢測并實時標(biāo)注車位的停車情況，判斷是否有車停泊在該車位，并將車位停車情況檢測結(jié)果發(fā)送給圖像服務(wù)器。數(shù)據(jù)圖像分析處理和應(yīng)用模塊包含圖像服務(wù)器將停車位狀態(tài)實時檢測結(jié)果進(jìn)行綜合和分區(qū)域統(tǒng)計，并將服務(wù)區(qū)綜合統(tǒng)計結(jié)果同步更新發(fā)送到服務(wù)區(qū)誘導(dǎo)屏、手機終端等，實時告知行駛過程中的駕乘人員服務(wù)區(qū)停車場現(xiàn)有剩余的車位數(shù)量，將各停車區(qū)停車統(tǒng)計結(jié)果同步更新發(fā)送到停車場停車引導(dǎo)屏、手機APP等顯示的詳細(xì)、準(zhǔn)確、實時的停車位信息，進(jìn)行停車場空余車位數(shù)據(jù)的顯示和引導(dǎo)，從而實現(xiàn)將車輛快速、精準(zhǔn)引導(dǎo)進(jìn)入服務(wù)區(qū)停車場可停車位的功能；同時將停車場的實時停車數(shù)據(jù)傳送并存放到數(shù)據(jù)服務(wù)器，將停車場監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)及車位停車歷史信息等存入NVR存儲錄像設(shè)備；用戶管理員可通過監(jiān)控大屏、手機等終端查詢停車場的實時車位信息及車場的日常車輛停車統(tǒng)計數(shù)據(jù)?；谌耙曨l監(jiān)控的服務(wù)區(qū)停車位智能管理系統(tǒng)的模塊組成及架構(gòu)如圖1所示。

2" 全景視頻圖像采集

目前服務(wù)區(qū)安裝的攝像機分布在各角落，攝像頭的監(jiān)控范圍局限零散，這些孤立分散的視頻數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)停車場停車位的全局監(jiān)控和檢測統(tǒng)計。因此，本文設(shè)計的停車位智能管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集端采用針對服務(wù)區(qū)的多鏡頭拼接全景相機，進(jìn)行大場景視頻圖像的數(shù)據(jù)采集?；诙噻R頭拼接全景相機的實現(xiàn)方法流程如下：（1）多個鏡頭采用同步曝光的方式進(jìn)行帶有標(biāo)定物圖像采集，獲得多幅不同視角下的標(biāo)定圖片；（2）分別對單個相機進(jìn)行

內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定和相鄰相機之間外部參數(shù)標(biāo)定，并對全部相機的位姿參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化；（3）將標(biāo)定完成的相機置于需要拍攝全景圖像的區(qū)域，對該區(qū)域進(jìn)行拍攝，并獲得需要拼接的圖像；（4）利用標(biāo)定好的參數(shù)對拍攝得到的多視角圖片進(jìn)行柱面成像過程投影，使其投影到同一柱面模型上；（5）采用融合算法，將多幅圖像（在重疊區(qū)域）進(jìn)行圖像融合，獲得一幅高質(zhì)量的全景拼接圖像。將已標(biāo)定的全景相機安裝在服務(wù)區(qū)攝像機高桿上，進(jìn)行視頻圖像采集，結(jié)合經(jīng)標(biāo)定優(yōu)化后的鏡頭參數(shù)，對采集的視頻圖像進(jìn)行實時拼接處理，得到最終的全景圖像［4］，如圖2所示。

3" 停車位智能檢測

3.1" 停車位標(biāo)注

要實現(xiàn)車位停車狀態(tài)檢測，首先要對停車位進(jìn)行標(biāo)注。為提高停車位標(biāo)注精度，本文采用手動標(biāo)注的方式對待處理圖像停車位用矩形框進(jìn)行車位標(biāo)注，并根據(jù)大車小車停車位進(jìn)行車位編號；同時按照車位編號將對應(yīng)矩形框位置參數(shù)進(jìn)行保存，建立車位信息表，以便分別統(tǒng)計大車位和小車位的停車情況。

3.2" 停車位停車狀態(tài)分類

停車位停車狀態(tài)按照是否停車或者車位是否足夠停車分為兩大類：車位空間充足可以泊車和車位停有車或者車位空間不足不能泊車。對停車位停車狀態(tài)進(jìn)行分類，統(tǒng)計停車場停車以及空余車位情況，需要采用YOLOv5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對停車場車位停車狀態(tài)數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，以能實現(xiàn)停車狀態(tài)自動檢測分類。

（1）建立訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。根據(jù)光照度不同，本文采集不同天氣時刻的數(shù)據(jù)集，分別為晴天白天、晴天夜晚、陰天白天、陰天夜晚、雨天白天以及雨天夜晚6種情況下的數(shù)據(jù)集各300張，對數(shù)據(jù)集中可以泊車的停車位標(biāo)注為0，對不能泊車的停車位標(biāo)注為1。

（2）對數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練。搭建YOLOv5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將標(biāo)注分類好的數(shù)據(jù)集對網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到停車位是否可泊車的模型。

（3）采用訓(xùn)練好的檢測模型對停車位是否可以泊車進(jìn)行實時檢測分類。輸入全景相機實時采集的視頻數(shù)據(jù)和建立好的停車位信息表，經(jīng)過實時檢測，輸出每個停車位是否泊車的狀態(tài)，并進(jìn)行已泊車車位數(shù)量和未泊車車位數(shù)量統(tǒng)計，實時記錄可停車車位的數(shù)量和位置。圖3為停車位分類檢測結(jié)果。

4" 數(shù)據(jù)圖像分析處理和應(yīng)用

服務(wù)區(qū)停車位智能管理系統(tǒng)通過安裝在服務(wù)區(qū)的全景拼接攝像機，采集服務(wù)區(qū)停車場全景視頻數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)智能檢測算法實時檢測標(biāo)注車位的停車情況，判斷是否有車停泊在該車位，并將停車位停車情況檢測結(jié)果發(fā)送給圖像服務(wù)器。圖像服務(wù)器將停車位狀態(tài)實時檢測結(jié)果進(jìn)行停車位統(tǒng)計并輸出顯示在系統(tǒng)平臺上，如下頁圖4所示。服務(wù)區(qū)管理人員可通過平臺顯示的實時可停車位數(shù)量對服務(wù)區(qū)進(jìn)行車流量的把控。

同時，圖像服務(wù)器將服務(wù)區(qū)停車位統(tǒng)計結(jié)果同步更新，發(fā)送到服務(wù)區(qū)誘導(dǎo)屏、手機終端等，以實時告知行駛過程中的駕乘人員服務(wù)區(qū)停車場現(xiàn)有剩余的車位數(shù)量，將各停車區(qū)停車統(tǒng)計結(jié)果同步更新發(fā)送到停車場停車引導(dǎo)屏、手機APP等顯示的詳細(xì)、準(zhǔn)確、實時的停車位信息，進(jìn)行停車場空余車位數(shù)據(jù)的顯示和引導(dǎo)，從而實現(xiàn)將車輛快速、精準(zhǔn)引導(dǎo)進(jìn)入服務(wù)區(qū)停車場可停車位的功能。同時，將停車場的實時停車數(shù)據(jù)傳送并存放到數(shù)據(jù)服務(wù)器，將停車場監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)及車位停車歷史信息等存入NVR存儲錄像設(shè)備。在數(shù)據(jù)服務(wù)器采用MySQL數(shù)據(jù)庫處理通過全景視頻檢測的實時停車位數(shù)據(jù)，建立服務(wù)區(qū)停車位智能管理系統(tǒng)，如下頁圖5所示。管理員可通過計算機登錄操作管理服務(wù)區(qū)停車場管理系統(tǒng)，實時掌控和管理停車場車位信息及車場的日常車輛統(tǒng)計數(shù)據(jù)，車主可通過手機終端查詢停車場的實時停車車位數(shù)量及位置信息，及根據(jù)停車引導(dǎo)實現(xiàn)快速停車。具體功能有：

（1）登錄服務(wù)區(qū)停車管理系統(tǒng)：給服務(wù)區(qū)管理管理人員開通管理權(quán)限，注冊賬號并登錄管理系統(tǒng)。

（2）在停車管理系統(tǒng)中找到需要查看的服務(wù)區(qū)。

（3）查看服務(wù)區(qū)停車場的停車信息。

（4）對停車場車位狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（5）車主通過手機終端查詢服務(wù)區(qū)停車場停車信息。

5" 結(jié)語

本文設(shè)計和開發(fā)了服務(wù)區(qū)停車位智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但可以實時告知行駛過程中的駕乘人員服務(wù)區(qū)停車場現(xiàn)有剩余的車位數(shù)量，還通過智能引導(dǎo)屏、手機APP等引導(dǎo)駕乘人員快速精準(zhǔn)駛?cè)肟沼嗤＼囄?，讓駕乘人員快速了解服務(wù)區(qū)停車位情況，并快速找到停車位，極大地增強了服務(wù)區(qū)停車過程中方便快捷舒適的體驗感，避免了由于車位信息發(fā)布不通暢、車輛不能快速停放、從而造成的高速公路入口擁堵的情況。通過使用服務(wù)區(qū)停車位智能管理系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確引導(dǎo)駕乘人員停入空余車位，極大縮短駕乘人員尋找停車位時間，從而縮短在其服務(wù)區(qū)的停留時間，有效提高服務(wù)區(qū)停車位流轉(zhuǎn)率，停車位流轉(zhuǎn)率比系統(tǒng)應(yīng)用前提高了35%左右。同時，服務(wù)區(qū)停車位智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，使管理人員只需通過系統(tǒng)平臺顯示的停車場全景監(jiān)控視頻，以及停車位實時停車信息、車位使用率及其他停車數(shù)據(jù)分析就能實時全面了解和掌握停車場車位使用和剩余情況，為高峰期指揮和調(diào)度停車秩序帶來便利，大大節(jié)省人力成本，相應(yīng)地降低了運營管理成本?；谌耙曨l監(jiān)控的停車位智能管理系統(tǒng)采用全景視頻智能檢測技術(shù)，取代傳統(tǒng)依賴大量傳感器的停車位檢測，節(jié)約了基礎(chǔ)建設(shè)和設(shè)備管理維護(hù)成本，是新一代智能化的服務(wù)區(qū)停車位管理系統(tǒng)。

［1］譚" 雷.物聯(lián)網(wǎng)倫理問題探析［D］.沈陽：東北大學(xué)，2011.

［2］文" 斐.智能停車場案例分析［J］.智能建筑與智慧城市，2018（3）：80-82.

［3］陳勇剛.淺談城市交通智能引導(dǎo)管理系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.中國電子商務(wù)，2011（7）：35-36.

［4］李小勇，王玲容，唐文娟.三維視頻融合監(jiān)控系統(tǒng)在服務(wù)區(qū)的應(yīng)用研究［J］.西部交通科技，2021（11）：179-182.

20240320