基于云服務的城市停車引導系統

摘 要：論述了建立城市停車引導系統的重要性，分析了基于云服務的城市停車引導系統的組成結構和工作原理，提出了停車引導系統的實現方案。給出了停車場控制終端的硬件設計方案以及協議和軟件實現原理，闡述了停車引導App軟件、停車引導服務器的工作原理和實現方法。這些原理和方法對城市停車引導系統的設計具有一定的參考價值。

關鍵詞：云服務；停車引導；嵌入式系統；LBS

中圖分類號：TP393.0 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）11-00-03

0 引 言

近年來，隨著汽車保有量的日益攀升，城市的交通狀況變得越來越令人擔憂。由停車困難導致的出行受阻、交通擁堵、道路占用、噪聲超標、尾氣污染加重等一系列問題變得日益突出。“云端服務”就是網絡服務，凡是借助網絡平臺實現的計算機和智能設備之間的數據采集、存儲、計算、處理等服務都屬于云服務的范疇。基于云服務的城市停車引導系統，綜合運用了計算機技術、嵌入式通信技術、移動互聯網技術、基于位置服務（LBS）等技術，將停車場泊位信息的實時采集、處理和發布功能集成于一體，通過多種途徑為駕駛員出行提供停車場的分布與泊位的動態信息，并借助科學的規劃算法為駕駛員提供有效的停車引導服務。城市停車引導系統的使用將會有效地緩解城市日益突出的“停車難”問題，有效提高停車場資源的利用率，改善城市交通生態環境，提高城市智能交通管理水平。

1 停車引導系統的組成原理

停車引導系統的組成原理如圖1所示。系統中的停車場控制終端是一個為了對停車場泊位信息實現動態采集而設計的，能以多種方式接入Internet的嵌入式設備。停車引導服務器是系統的核心，主要功能有：云數據的采集、處理、存儲服務，基于位置的查詢與引導服務，信息發布與第三方服務計算機、智能手機是實現停車引導服務的終端操作設備，司機用戶可借助其上安裝的瀏覽器、App軟件來實現車位查詢、車位預定、泊車路線引導等服務。停車引導系統的服務功能主要是圍繞著兩條信息流實現的。一條信息流是安裝在各停車場的控制終端，作為C/S結構中的客戶端，以Socket通信方式實時向停車引導服務器發送停車場的泊位信息。服務器對泊位信息數據進行處理、存儲、更新；另一條信息流是根據司機用戶發來的位置請求，停車引導服務器經過計算和處理向用戶計算機、智能手機推送與停車位置有關的停車信息數據，從而實現基于位置的查詢與引導服務。

圖1 停車引導系統組成原理

2 停車場泊位信息的采集與傳輸

2.1 停車場泊位信息采集方案

目前，停車場基本可以分為封閉式停車場和開放式停車場兩大類。封閉式停車場都有固定的場所和全天候的管理人員，一般配備了門禁收費系統，有的配備了較為先進的信息管理系統。這些停車場所用設備的廠商、型號、性能各不相同。為了實現數據采集，擬對這些停車場實現統一的技術改造，無論從可行性還是經濟性上分析這樣的方案都是不可取的。一種經濟實用的方案就是設計一款功能獨立、操作簡單，對原系統硬件改動很小的專用設備，即停車場控制終端，來實現對現有停車場的技術升級。控制終端只需與原停車場的出入口車輛感知傳感器和場內的車位傳感器相連就能獨立完成數據采集工作。對于公路邊、街道邊、臨時區域這樣的開放式停車場，由于不具有安裝固定設施的條件，因此，通過安裝設備自動實現信息傳輸是不太可能的。但是，好在這些區域往往有城市停車管理收費人員值守，通過為收費人員配置智能手機App收費管理軟件，可實現對開放式停車場的數據采集。其原理是利用具有移動接入功能的App軟件，每次完成收費后就會把停車場的剩余泊位信息自動發送到停車引導服務器。

2.2 停車場控制終端的硬件功能與實現

停車場控制終端硬件組成原理如圖2所示。整個硬件系統的功能是通過三條數據傳輸通道來實現的。這三條數據傳輸通道分別是：

（1）由以太網接口、無線WiFi接口、移動通信GPRS接口組成的互聯網傳輸通道。這個通道保證了停車場控制終端能以有線、無線等多種方式方便地接入互聯網，從而保證了停車場泊位信息實時地傳輸到停車引導服務器。

圖2 停車場控制終端硬件原理

（2）由RS 485接口組成的現場總線數據通道。現場總線用于連接停車場出入口車輛感知傳感器、場內車位傳感器、停車場其它監控設備。現場總線數據通道保證了控制終端對停車場泊位信息的動態采集和對停車場工作狀態的實時監控。

（3）由觸摸屏接口組成的輸入輸出數據通道，該通道保證了設備調試、參數設置、狀態監控等人機接口功能的實現。

停車場控制終端硬件系統中微控制器采用了Ubicom公司生產的SX52芯片。它是一款利用先進CMOS工藝制造的、高速的8位通信控制芯片。利用廠商所提供的虛擬軟件包代碼可以方便地實現TCP/IP協議棧中常用的協議，從而使系統能方便地實現互聯網接入功能。以太網接口通過采用臺灣REALTEK公司生產的高集成度、全雙工以太網控制器芯片RTL8019AS來實現。該芯片支持IEEE802.3 MAC子層協議，可以與很少的外圍電路一起實現10 Mb/s速率的數據收發功能。WiFi接口采用了HI-LINK公司生產的HLK-WIFI-M03模塊。它是一款基于UART接口的、符合WiFi無線網絡標準的嵌入式通信接口模塊。芯片內置了IEEE802.11無線網絡協議和TCP/IP協議棧，能夠實現用戶串口數據到無線網絡PDU之間的轉換，支持基于ASCII格式的AT操作命令，支持包括Web方式的多種參數配置方式，因此能方便地實現嵌入式設備以無線的方式接入互聯網。GPRS接口選用SIMCOM公司生產的SIM300模塊。SIM300是一款內部集成了完整的射頻電路和基帶處理器的、支持三頻段GSM/GPRS的、可實現短信和數據高速傳輸的通信模塊。模塊內嵌了豐富的TCP/IP協議，提供了通用的UART接口和AT控制命令，因此使得嵌入式設備通過移動通信網接入互聯網變得方便。

2.3 協議與軟件的實現

由SX52組成的嵌入式系統硬件資源有限，沒有實時多任務操作系統，所以協議和應用軟件的實現必須通過面向硬件底層的編程來完成。控制終端要通過互聯網與引導服務器進行通訊，軟件上必須要實現TCP/IP功能。為了能在系統資源相對匱乏的嵌入式系統中實現TCP/IP協議，必須對標準的、龐大的TCP/IP協議棧進行裁剪和簡化處理，處理原理如下：

（1）ARP協議，具體可分為請求和應答兩類，在本系統中只需實現應答功能。

（2）IP協議，它是TCP/IP協議棧中最為核心的協議，本系統中必須實現其基本的尋址、封裝、路由、解封裝、檢驗等功能，但可以裁減掉IP的分片和重組功能。

（3）ICMP協議，它主要用來傳輸差錯報文和控制報文，本系統中只保留最常用到的ICMP請求/應答報文對，其它功能可被剪裁掉。

（4）TCP協議，本系統保留了諸如可靠地建立與關閉連接、應答確認等最基本的功能，而簡化掉一些如窗口流量控制等復雜的狀態機部分。

控制終端的軟件流程如圖3所示。軟件功能主要有3個部分：對控制終端自身的監控管理；對停車場泊位信息的數據采集；與停車引導服務器的數據通信。系統軟件設計采用順序執行與中斷處理相結合的程序結構，把實時性要求較低、執行起來較費時的應用層處理任務和TCP/IP協議處理任務放在主程序順序循環結構中實現，而把實時性要求較高的按鍵處理及定時處理等任務放在中斷處理程序中完成。

圖3 控制終端軟件流程

3 停車引導App功能的實現

停車引導App設計為Android和iOS 兩個版本。其主要功能為：

（1）個人信息管理主要包括賬戶信息管理、訂單與支付信息管理；

（2）停車場信息查詢功能包括附近搜索、指定目標搜索；

（3）車位預訂與支付；

（4）停車引導與路線導航；

（5）評價與分享；

（6）第三方增值服務。

App工作原理如下：首先，App軟件向停車引導服務器發送請求建立連接。其次，App通過手機定位組件或手機地圖獲取要查詢停車位置的經緯度，解析成可讀信息后通過互聯網發送到引導服務器。最后引導服務器處理用戶發來的位置信息，為App提供GIS（地理信息系統）服務，把相關停車場服務信息通過移動互聯網推送到用戶的手機終端App，從而實現停車引導功能。App軟件的核心技術是LBS，其關鍵是要實現GIS服務和移動定位服務。GIS服務是通過調用谷歌、百度地圖等系統的API來實現。定位服務可分為GPS（全球定位系統）定位技術和移動定位技術，移動定位技術又可分為移動終端定位技術和移動網絡定位技術。以安卓應用為例，定位服務是通過安卓平臺提供的地理位置服務類 android.location來實現的。該類提供兩種服務，全球定位系統服務和網絡定位服務。App應用中使用的位置信息是由 Location來表示的，內容包含有經緯度、海拔、標準時間等。App開發主要使用的類為：

（1）LocationManager，它包含了一系列函數，這些函數可以訪問定位服務，從而可實時獲取移動設備的位置信息；

（2）LocationProvider，關于定位信息提供者的抽象類；

（3）LocationListener，包含一個回調函數，這個函數在位置信息內容發生改變時被觸發；

（4）Criteria，使應用能夠通過LocationProvider中設置的值來選擇恰當的定位信息提供者。

4 停車引導服務器功能與實現

停車引導系統服務器體系結構如圖4所示。主要由停車場信息云計算服務平臺、運營服務平臺、LBS服務平臺以及第三方信息服務平臺等四部分組成。停車場信息云計算服務平臺對停車場控制終端通過互聯網傳輸來的數據進行接收分發、格式轉化、加工處理，最后與地理信息系統數據融合，并對數據庫進行更新。該平臺還能接受其它三個平臺的服務請求，為它們提供停車場信息數據服務。此外，該平臺還具有對各停車場用戶的設備認證、系統監控、車位預訂等管理功能。運營服務平臺為用戶提供所有數據的接收、存儲、查詢、統計、分析、發布功能。具體包括：停車場信息管理、司機用戶信息管理、停車泊位信息查詢、停車泊位預訂與支付等功能。LBS服務平臺為用戶提供地理信息服務，實現泊位信息的地圖化顯示，以及對用戶駕車路線進行引導與實時導航。第三方服務平臺可提供多種服務接口，支持網站、手機應用、短信、微信等第三方信息服務。提供如評價、分享、積分、促銷等多種功能。停車引導服務器是基于云服務技術、LBS技術、WebGIS技術 ，通過Jboss、Nginx、Netty等多種B/S架構實現的服務平臺。實現的技術路線為：開發采用MVC框架模式，地理信息系統采用ESRI公司的ArcGIS解決方案， 數據庫平臺選用MySQL，服務器開發采用Java、ASP、HTML等工具實現。

圖4 停車引導系統服務器結構

5 結 語

基于云服務的城市停車引導系統具有設計思路新、實現成本低、實用性強、便于推廣的特點。因此可作為城市智能交通系統的輔助系統，為緩解城市交通擁堵狀況，改善交通環境起到積極作用。和傳統的城市停車誘導系統相比可帶來良好的社會效益和經濟效益。

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