基于GPRS的停車誘導系統之中控子系統設計

徐運武+李艷

摘 要：智能停車誘導系統為泊車人群提供了便捷及時的停車場位信息，能有效提高停車場的利用率，降低污染，改善交通環境，而穩定可靠的中央控制系統是停車誘導系統實現準確誘導功能的重要前提，文章闡述中控系統的組成、設計理念和工作流程，通過采用模塊化網絡結構，使中控系統具有良好的可擴展性、可維護性和數據共亨性，能更好地適應我國汽車快速增長的需要。

關鍵詞：停車誘導系統；中央控制系統；分控系統；GPRS

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）05-0-04

0 引 言

中國作為全球第一大汽車市場，其增速再次達到兩位數的水平。根據搖號網統計發現，截止目前，2016年中國私家車保有量、新能源汽車保有量均達到歷史峰值，機動車保有量接近3億。由于停車設施管理不善、停車設施有限、停車信息不透明以及現有停車場利用效率低下等原因，中國最富裕的四大城市——北京、上海、廣州和深圳均面對嚴重的交通堵塞以及相關污染問題，且很多大中城市“停車難”問題日益嚴峻，成為制約社會和經濟發展的瓶頸。因此必須及早規劃建設停車場（庫），提高停車場（庫）的使用率，而為改善交通環境而建立的智能停車誘導系統對于人口眾多的中大城市而言具有積極深遠的影響[1]。

智能停車誘導系統從功能上分為泊位信息采集部分、泊位信息發布部分、無線通訊部分和停車誘導中央控制系統。通過對各開放停車場空位信息進行采集、傳輸，中控系統查詢該停車場所屬的信息發布牌，生成對應于各停車場的空余泊位數據，通過GPRS網絡向相關發布牌傳輸空余泊位信息并正確顯示空車位數據，實現對車位的實時監控和及時顯示，為泊車人群提供便捷及時的停車場位信息，使之能在較短時間內走最近的路找到合適的停車場位[2]。而整個系統能夠有效、穩定工作的關鍵在于中央控制系統。

1 誘導中控系統功能及組成

誘導中控系統主要完成以下幾方面的功能：

（1）用戶信息登記。對于不同的用戶設置對應的功能權限，首先設置用戶允許操作的片區，然后再設置允許操作的功能項。片區與功能項均采取多選的方式。

（2）基本信息登記。包括系統正常運行所需的全部信息，登記采集設備時必須與對應的停車場掛鉤，登記發布設備時可與停車場或停車場組合掛鉤，一個停車場可具備多個采集設備，不同發布設備可發布相同的停車場或者停車場組合空位信息。

（3）設備分布與狀態查詢。根據設備登記信息及設備當前的工作狀態，產生設備分布與狀態示意圖，要求示意圖具備實時更新功能，當設備狀態發生變化時可在示意圖上實時顯示。

（4）設備控制。設置采集設備上傳數據的時間間隔及閾值，設置發布牌超時等待時間間隔，設置發布牌亮度（含開關屏）、顏色，設置設備備用IP地址、端口號及啟用時間，設置設備重連頻率，獲取設備SIM卡號，獲取設備工作狀態等。當用戶執行實時操作指令時，必須能將指令下發到相應的設備并處理返回的結果。

（5）運行規則管理。運行規則的設置是為使系統能按照用戶預先定制好的規則運行，運行規則主要是預先設定某一個時間點系統所要執行的操作。

（6）統計報表。提供基本的報表統計查詢功能以及報表打印功能。

（7）空位信息采集系統數據采集。實時接收空位信息采集系統上傳的空位變動數或者空車位數，經處理后得出該設備對應停車場的空車位數。

（8）空位信息發布系統數據發布。采取定時發布的方式，根據發布牌登記信息以及所對應發布的停車場當前空車位數，通過GPRS網絡發送到空位信息發布設備進行顯示[3]。

誘導中控系統主要分為中央控制系統以及分控系統。停車誘導系統結構如圖1所示。

2 分控系統

分控系統的主要功能包括管理與設備之間的通信鏈路；接收處理采集設備的空位信息，并將信息保存到中央數據庫中；按照一定的規則將空位信息發布到各發布設備；接收處理設備的狀態并保存到中央數據庫等；實時接收中控系統的控制指令并將指令下發到指定設備等。

分控系統主要針對某一個片區中的“泊位信息采集系統”與“泊位信息發布系統”進行控制，包括接收泊位信息采集系統的泊位信息以及發送泊位信息到泊位信息發布系統；通過中間層從中央數據庫中獲取所控制片區的基本信息以及接收從監聽服務轉發的實時控制信息；將采集到的信息處理后通過中間層保存到中央數據庫中，用于中央控制系統統計查詢以及將信息發送到公用信息平臺等[4]。

分控系統接收到各停車場的空位信息后，按照指示牌與停車場的對應關系，將空位數據匯總，生成指示牌當前對應的空位數，根據泊位信息發布牌顯示策略判斷是否需要發布，如需發布，則生成需要向外界發布的實時停車場信息，送入發布數據隊列中。

2.1 基本設計理念和處理流程

分控系統將采取無操作界面、后臺運行的Windows Server模式，所有處理通過服務來承載，對于與設備間的無線通信部分將采取多線程模式。分控系統通過主線程不斷監視Socket通信端口，當終端設備請求與分控系統建立通信連接時，分控系統通過對模塊號判斷后自動應答，若允許建立通信則新建一個子線程來管理該鏈路，包括對該設備數據的收發等[5]。主線程序和子線程流程圖如圖2所示。

2.2 功能模塊結構

各項功能需求的實現同各模塊的分配關系見表1所列。分控系統功能模塊如圖3所示。

（1）模塊1：通信鏈路管理模塊，主要負責管理各設備與分控系統的通信鏈路；

（2）模塊2：泊位信息采集模塊，主要負責接收采集設備發送的空位信息；

（3）模塊3：空位信息處理模塊，主要根據模塊登記的相關信息以及上傳空位信息計算各停車場當前的空位數；

（4）模塊4：泊位信息發布系統，主要根據發布牌登記信息及所要發布的內容將相關停車場的當前空車位信息發布出去；

（5）模塊5：控制指令監聽模塊，主要負責監聽中控系統的實時控制指令，同時將實時控制指令轉發到對應的設備[6]。

2.3 網絡和通信

分控系統采用GPRS網絡與泊位信息采集系統和泊位信息發布系統的設備進行連接。分控系統網絡結構如圖4所示。

外場設備將定時向分控系統發送目前的工作狀態，中控若要知道外場設備的工作狀態，必須首先保障通信正常，若通信異常，中控將只能等待通信恢復正常后設備才會將其正確的工作狀態返回。分控系統在設備通信正常的情況下將定時給外場設備發送返回工作狀態的指令，并等待設備返回當前的工作狀態。對每一個發布牌，根據其管理的片區停車場的空位數及變化量，按數量區段劃分成不同的刷新時間，設置不同的刷新步長。如100個空車位以上，按每20輛數據變化刷新一次；50～100個空車位，按每5輛數據變化刷新一次；若在50個空車位以下，則按每1輛數據變化刷新一次[7]。

采集設備發送的空車位數據中都帶有時間幀和校驗幀，數據通過分控系統交給中控系統處理完成后，中控系統返回處理結果，通過返回的結果判斷發送的數據是否正確，若不正確則分控系統要求設備將數據重發或校正。停車誘導系統各服務器與代理服務器位于同一個局域網，代理服務器通過不同的端口映射到各分控系統服務器。不同片區的發布與采集系統通過不同的網絡端口經網關連接到代理服務器，從而與對應的分控服務器建立通信。每個分控系統都獨立管理某個片區，即便某個片區出現異常也不會影響整個系統的正常運行。

3 中控系統

中央控制系統的主要功能包括片區管理、街道管理、系統設置、系統日志、發布設備、用戶管理、設備狀態、示意圖、停車場管理、停車場設備、停車場組合、發布牌狀態、設備工作日志、圖形報表、反向報表等。中央控制系統主要是對各片區分控系統的管理、配置，對中央數據庫的管理以及管理外部其他系統的接口，為外部系統提供有用數據。中控系統的網絡結構圖如圖5所示。

中央控制系統通過網頁的形式體現，根據實際的片區分布情況登記各片區的基本信息，包括街道信息、停車場信息、停車場組合信息以及發布牌信息等，同時中央控制系統將設定相關的規則及基本參數，并將所有信息保存到中央數據庫中，各分控系統將通過中間層獲取該部分信息。中央控制系統根據各分控系統采集到的停車場空位信息以及設備狀態信息生成相關報表以及設備狀態圖供用戶查看，對于設備實時控制的信息[8]，中央控制系統通過監聽服務將信息發布到中間層，再由中間層將控制指令發布到分控系統執行。

文中主要采用BS模式設計，采用目前常用的三層架構來搭建系統，用戶操作界面采用Flash實現，ASP.NET作為Flash的數據來源，為Flash的表現做數據基礎和復雜運算，而ASP.NET通過Web Service訪問數據庫，操作數據庫。中控還包括核心服務部分，主要負責與各分控的通信交流數據以及監控系統的運行狀況等。而在用戶操作過程中有時產生實時的控制消息必須馬上讓分控或者設備響應，所以ASP段有實時處理的部件可通知中控核心服務[9]。中控系統軟件結構圖如圖6所示。系統業務關系圖如圖7所示。

中控對分控系統發來的數據進行合法性、合理性判斷，對于非正常數據進行自動報警提示和保存，提交人工處理。根據采集設備的類型及傳送數據的模式，將接收的數據信息轉換為停車場當前的空位數。由于不同的停車場采集空位數據的模式不同，例如有的停車場通過自建的管理網絡將進出場信息匯總后直接計算出空位數，然后將空位數通過無線通訊網絡送出，將數據直接轉換成停車場實時的空位數；有的停車場在進出口安裝獨立車輛進出檢測儀的基礎上進行計算后得到當前的空位數。按照指示牌與停車場的對應關系，將空位數據匯總，生成指示牌當前對應的空位數，根據泊位信息發布牌顯示策略，判斷是否需要發布，若需要，則生成需要向外界發布的實時停車場信息，送入對應分控系統待發布數據隊列中。通過無線通信網絡將整理好的待發空位數據信息發往對應的指示牌，并等待對方接收標志，若未發成功則重發[10]，重發次數可由中控系統設置，若在重發次數內設備都無反應，則進行設備故障報警并保存報警信息。

4 設計技術特點

4.1 數據接入的開放性

在本系統的建設過程中應保證與干線交通誘導系統、交通信息采集及共用信息平臺建立良好的關系，共同擬定數據接口和傳輸模式，確保數據接入的開放性。

4.2 底層設備接入的開放性

底層設備具備在停車場誘導系統中接入各停車場不同類型數據的能力，可將停車場空位信息發送到停車誘導控制系統處理，向外通過泊位顯示屏發布。認真分析當前停車場的數據采集設備和主流接入模式，并從軟硬件兩個層面詳細闡述建立適應各種停車場接口的設計方案。

4.3 良好的系統可用性

建立完善的非法操作告警保護體系，避免因用戶誤操作給系統帶來損失。提供良好的啟發式操作機制和在線幫助，人機界面智能化，可幫助用戶快速上手，降低操作的繁瑣程度和使用難度。

4.4 良好的系統可維護性

建立良好的運行保障體系，使系統運行狀態可觀測、可跟蹤，系統設備故障可檢測、可維護。

4.5 通訊設備技術約束

確保中心和前端設備之間無線通訊穩定、誤碼率低。

4.6 電子電路技術約束

選用耐高溫元器件及材料，抗EMI、防水防潮，適合室外應用，使系統具有良好的耐候性[11]。

5 結 語

停車場誘導控制系統采用樹形擴展結構，停車場誘導中央系統位于上層，下層根據停車場片區的劃分可擴展停車誘導分控系統，具有良好的可擴展性和可維護性，無論添加多少個分控系統，只需要改變配置甚至不必重新啟動系統就能夠順利擴展。采用這種模塊化、組件化設計大大方便了分控片區與中央控制系統的接入；數據接入的開放性也使交通信息公開、共享，可通過圖文電視、廣播、電話、電臺獲得交通信息，甚至通過訪問互聯網得到系統內每個停車場的使用情況。停車誘導系統高效運行，系統通過與外部系統的接口還可以協助進行安全協調監控和緊急救援等服務，實現交通調度的智能化和管理現代化，大大提高了交通管理的服務水平，提高城市形象，同時為智能交通（ITS）的進一步研究打下堅實基礎[12]。

參考文獻

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