基于手機應用的智能停車誘導和繳費系統設計

羅梓銘+馬飛虎

摘 要： 傳統地下停車場停車效率低的主要表現為：進入停車場時難以尋找空車位，取車時難以準確找到車主停車的位置，在停車場內盲目行駛導致擁堵，以及排隊繳費浪費時間等。針對此類問題，采用與手機應用相結合的WIFI室內定位技術進行停車誘導，利用RFID技術對車流量進行檢測并通過地磁傳感器采集車輛信息來改善地下停車場系統；設置分道式繳費站，使用智能手機繳費方式來提高繳費效率，進而構建智能化停車場。

關鍵詞： 智能化停車場； 停車誘導； WIFI室內定位技術； 智能手機； 分道式繳費站

中圖分類號：U12 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）07-17-04

Design of intelligent parking guidance and payment system

based on mobile phone application

Luo Ziming， Ma Feihu

（School of Civil Engineering and Architecture， East China Jiaotong University， Nanchang， Jiangxi 330013， China）

Abstract： The low parking efficiency of traditional underground parking lot is mainly manifested as： it is difficult to find an empty parking space when enter the parking lot， and difficult to find the parking position when take the car， congestion caused by blind driving in the parking lot， and time wasted by queuing for payment at the toll station. To solve the problems， WIFI indoor positioning technology combined with mobile phone application is used for parking guidance； the RFID technology is used to detect the traffic flow and car information is collected by the geomagnetic field sensors to improve the underground parking system. Meanwhile， the uses of smart phone payment， as well as the separate lane toll station， are contributed to improve the payment efficiency and build the intelligent parking lot.

Key words： intelligent parking lot； parking guidance； WIFI indoor positioning technology； smart phones； separate lane toll station

0 引言

城市的發展迅速和人們生活水平的提高，使汽車成為日常出行的必要交通工具。私家車數量不斷增多，停車難得問題日益突出。很多城市為緩解停車難的問題，在路邊布設臨時停車位，由于城市的土地資源有限，這種占用道路用來停車的方式已逐漸影響到城市交通的流通性。不斷地在外部開設停車位，會占用到大量的道路空間，導致交通陷入一種紊亂擁堵的狀態。這種占用地面停車位的方法不僅給交通和道路帶來不便，還會嚴重影響到城市的美觀[1]。因此，建設地下停車場就成為現在最主要的解決方法。

傳統的地下停車場，尋找空車位和停車場繳費存在效率低的問題，嚴重制約了停車場的運行。本文探討將手機應用與智能停車場相結合，通過選取可行性高的室內定位技術來改善傳統停車場，提出一種新型的誘導停車、取車和智能繳費系統，并在崗亭出入口設計分道式繳費站，以解決傳統繳費浪費的時間問題，提出智能化地下停車場的完善方式。

1 主流室內定位技術的選取與應用

隨著智能時代的來臨，室內定位技術在智能交通（Intelligent Transportation Systems，ITS）中的運用也十分顯著。當前主流的室內定位技術有[2-3]：輔助全球定位技術（Assistant-GPS，A-GPS），紅外線定位，超聲波定位，藍牙定位，射頻識別定位（RFID），基站定位，WIFI室內定位，超寬帶定位，ZigBee室內定位。在地下停車場的室內定位設置中，對三種可行性較高的室內定位技術（紅外線室內定位技術，WIFI室內定位技術，ZigBee室內定位技術）進行選取。

表1 三種不同室內定位技術的對比

[室內定位技術＼&費用＼&精度＼&屬性＼&紅外線室內定位＼&高＼&5-10米＼&通過光學傳感器接收到的紅外線進行定位，但僅能視距傳播，無法穿越障礙物。只適合于短距離傳播，且各處安裝接受天線造價較高。＼&WIFI室內定位＼&低＼&2-50米＼&已被廣泛應用，易于安裝，需要基站少。定位精度高，成本低，信號范圍大，適用性很強。＼&ZigBee室內定位＼&低＼&1-2米＼&是一種低成本，低功耗，短距離的定位技術。但其容易受到環境的干擾影響，穩定性較差。＼&]

通過對比上述的三種室內定位技術，考慮到地下停車場規模大，結構復雜，且車位利用率高。WIFI室內定位技術具有定位精度高、成本低、信號范圍大等優勢[4]。GPS通過周邊AP信號的MAC地址去查詢不同AP的坐標（每一個AP坐標都有其特定的MAC地址且MAC地址在全球是惟一的），WIFI室內定位通過接受信號并參考數據庫終端的AP坐標（通過GPS設備定位出相應的AP坐標）來進行計算，根據信號的強度計算出所在的位置，當智能手機等設備開啟WIFI后，可以自動掃描附近的熱點，同時上傳它們的位置信息。對停車場進行AP節點和WIFI信號的全方位布設，通過將采集和傳輸的實時數據進行分析處理，建立相應數據庫，用于誘導用戶的停車取車和車輛定位。當出現車輛偷竊或毀壞等突發事件時，利用WIFI定位可以第一時間鎖定該車輛的位置，同時在停車場播放警告提示音，通過攝像頭及時調出該位置的實時監控，讓相關人員能夠在最短時間內處理此類事件。因此，選取WIFI室內定位技術來完善地下停車場。

2 智能停車場系統設計

通過將基于WIFI室內定位技術應用在地下停車場內，與智能手機APP相結合，提出一種新型的智能停車誘導系統，這種智能停車誘導系統能夠有效提升用戶在地下停車場的停車效率，解決傳統停車模式所帶來的各類問題。

2.1 車流量檢測

對于停車場的車流量進行檢測統計，采用RFID（射頻識別）技術[5]。RFID具有遠距離，長時間，高速度的特點，在地下停車場進出口的墻面或支架處布設RFID讀寫器。每一輛車都有其特定的車載標簽，RFID讀寫器通過天線發射出一定頻率的射頻信號，當車輛進出停車場內RFID讀寫器的范圍，讀寫器自動讀取車載標簽的ID信息同時接受射頻信號并解碼。再將解碼后的數據通過通信網絡發送至系統終端，與數據庫相連接進行相關數據處理，從而檢驗出停車場內的進出車流量情況和車輛進出停車場的時間，得到停車場內已停靠車輛數目和空閑車位數目。在停車場的入口顯眼處安裝LED外顯屏，后臺系統通過接受其RFID檢測到的實時數據，把該地下停車場內所剩空閑車位的數目顯示在LED外顯屏上。便于車主在駛入停車場之前進行判斷，避免遇到進入停車場后卻無處停車的情況[6]。

2.2 車位檢測

停車場內車位狀態檢測傳感器選用地磁傳感器。地磁傳感器尺寸小，安裝和維修方便，不易受環境的影響且具有高檢測靈敏度[7]。車輛停靠時會引起磁場變化，車位處地磁傳感器的芯片通過探測磁場的變化，輸出弱電信號。信號調節電路對弱電信號進行放大、比較，輸出電平信號（車位上有車輛為高電平，無車輛則為低電平）。電平信號與TTL電平兼容，通過無線通信網絡將車位信息傳輸給系統終端并存儲至數據庫中，在車位狀態發生變化時更新數據。

2.3 智能停車誘導方式

該系統的整體框架是將智能手機APP與停車場系統終端相結合。由于WIFI無線網絡在地下停車場的布設范圍廣，信號強。因此在停車場各處安置AP節點，對車位位置的指紋信息進行收集更新，和WIFI相連接的AP節點接收停車場內部的車輛和車位變化信息，并將其傳輸至系統終端，進行相應的算法運算，通過將所收集到的數據進行處理和分析，用WIFI室內定位技術對停車路線進行最優路徑篩選，由通信網絡傳輸到智能手機APP上。當手機接收到系統終端傳來的數據時，進行精確定位并規劃出停車路徑，并誘導車輛停入空車位。當車輛停靠完畢，AP節點和地磁傳感器再次進行數據收集并傳輸，此時系統終端就可以更新停車場實時的車位信息[8-9]。停車場信息傳輸系統框架如圖1所示。

將室內定位技術運用在地下停車場，車輛進入停車場時應用智能手機APP進行停車誘導定位，找到可以停靠車輛的空車位。在手機設備上，能夠獲取包含整個停車場實時信息數據的電子地圖，并根據停車情況，在停車場地圖上顯示該時刻的車位狀態（采用紅-綠區分法來表示手機電子地圖上的車位狀態，紅色為車位已被使用，綠色為空車位）。另外，智能手機上提供兩種車位選取方式，一種是自選車位，另一種是機選車位。使用自選車位方式時，需輸入綠色車位編號進行車輛誘導定位，找尋空車位的過程中，通過手機與室內定位終端的連接，使用手機語音播報的方式，從進入停車場的入口指揮車主按照最適路徑向目標車位的方向行駛到達該車位。使用機選車位的方式時，系統會篩選最優方式，自動導航車主到達最適空車位。

智能停車誘導流程圖如圖2所示。

2.4 智能尋車功能

智能尋車功能是基于WIFI室內定位技術在智能手機上的應用，通過車位處地磁傳感器所傳輸給系統終端的信息數據，車主能夠在智能手機APP上得到自己停靠的車位編號信息，同時打開停車場電子地圖，系統會根據車主所在位置和所需尋找的車輛位置進行定位，并在電子地圖上顯示出一條兩者之間的最適路徑，車主可以根據電子地圖所顯示的路徑尋車。這種智能手機尋車功能大大提高了車主的尋車效率。

3 智能手機繳費系統

智能手機繳費系統是一種將智能手機與停車繳費系統相結合的應用，其方式是通過所采集的停車場車輛信息數據，計算出停車所需繳費的金額。當車輛進入車位，該處地磁傳感器能夠自動感應車輛的停靠，并采用定位AP節點和無線WIFI定位方式，通過網絡信號上傳至系統終端。當車輛離開其車位，地磁傳感器再次讀取數據進行傳輸，并自動停止計費。車主也可以使用智能手機應用隨時查詢停車的收費情況，并使用手機繳費快捷的繳納停車費，同時也節約了在駛出停車場時崗亭繳費的時間。使用手機進行繳費后，車主需在半小時內將車輛駛離車位，此期間不會產生額外的停車費用。這種新型繳費方式的提出，把智能化手機繳費形式推向用戶，尤其當車流量處于高峰期，崗亭繳費時經常因為管理員找零錢慢或車主自身原因而導致時間拖延，產生排隊堵車等現象，使后方車輛無法及時出行。這種智能手機繳費方式能夠有效提升車主駛出停車場的效率，節約崗站繳費所花費的時間。

4 分道式繳費站設計

結合上述的智能手機繳費系統，提出一種分道式崗亭繳費方法：在出入室內停車場的崗亭處，劃分為三條道路，分別是入口，手動繳費出口，智能繳費出口。車主通過智能手機APP繳費后，可在行駛出停車場時走智能繳費出口，無需進行繳費直接駛出停車場即可，避免高峰期排隊繳費的麻煩。在智能繳費出口處安設車牌識別系統和攝像機，可以過識別車牌來連接系統終端，查詢車輛是否在行駛出停車場前進行繳費，若未繳費就駛出停車場，則會想起提示警告聲，并對其車輛進行拍照，依法追加該車輛的停車費用以及罰款金額。分道式的崗亭繳費方式是對傳統崗亭繳費方式的改進，把車輛駛出停車場的道路分成兩處，避免了高峰期排隊等車繳費所浪費的時間問題，同時也減少了車輛在崗亭繳費處因頻繁加、減速及怠速所造成的過度耗油和尾氣排放等問題。圖4所示為分道式繳費站結構設計圖。

控制中心：崗亭人員通過運用控制管理系統，對離場車輛進行收費，找零和打印收費小票。通過停車場出入口處攝像機的圖像抓拍和地感線圈所采集的信息，在崗亭內的計算機中能夠顯示進出車輛的相關數據，并存儲在數據庫中，便于數據提取和查證。

攝像機：具有圖像抓拍和車輛動態攝像功能。在車輛進出時進行抓拍并上傳圖片至控制中心。

LED外顯屏：通過RFID技術所采集的車流量數據進行分析處理，在LED外顯屏上顯示出該停車場所剩余的空車位，方便車主停車。

自動道閘：通過調節自動道閘的升降，用于攔截和放行車輛的進出。

地感線圈：主要作用于防丟卡和壓地感讀卡，可辨別行駛車輛的方向。當有車在地感線圈處時，自動道閘不會落桿，防止砸車，待車輛通過且后方無車輛接觸地感線圈時自動落桿。

手動繳費出口：車輛可以在此出口處進行崗站的手動繳費。

智能繳費出口：當車主通過智能手機繳費完畢后，直接行使此出口，無需停車等待和繳費即可離開停車場。

5 結束語

當前智能手機應用和ITS的結合已經成為熱門的研究。為解決傳統停車場的停車效率低等問題，本文采用了一系列方式來提升停車效率，構建智能化停車場。所得結論有四點。

⑴ 采用了WIFI室內定位技術來定位停車場中的車輛，并與智能手機APP連接進行車位誘導，解決車主因停車場的復雜環境而無法準確搜尋到空車位的情況，還可通過其手機應用來進行反向尋車。

⑵ 根據安設的RFID讀寫器對車流量進行檢測，得到進出停車場的實時車流量數據，并將剩余空車位數顯示在停車場入口處的LED顯示屏上，便于車主在進入停車場前了解到內部車位剩余情況。

⑶ 采用地磁傳感器來對車位狀態進行檢測，將其信息數據傳到系統終端，同時存儲在數據庫中，該數據可用于分析和必要時被提取。

⑷ 智能手機繳費系統的提出和分道式繳費站的結構設計，節約了高峰期排隊繳費的時間，提高了車輛駛出停車場的效率。

下一步，我們還將對WIFI基站的部署位置，停車誘導路徑的最優算法，手機導航APP的開發與分道式繳費站的實際構建展開研究，實現快速停車和便捷繳費的智能化停車場。

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