基于LoRa技術(shù)的停車場(chǎng)管理的研究與實(shí)現(xiàn)

李克+付鴻達(dá)+李卓

摘要：伴隨大城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和城市現(xiàn)代化水平的提高，停車場(chǎng)管理問題已經(jīng)成為了社會(huì)熱門話題之一，亟待我們?nèi)ソ鉀Q。而新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRa技術(shù)，具有遠(yuǎn)距離和低功耗的特點(diǎn)，是這一問題的最優(yōu)解決方案之一。該文對(duì)LoRa技術(shù)進(jìn)行簡單介紹，并通過在停車場(chǎng)的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)測(cè)量并研究，利用了LoRa技術(shù)對(duì)此問題進(jìn)行解決。

關(guān)鍵詞：LoRa技術(shù)；停車場(chǎng)管理；Andriod技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）01-0101-02

1 概述

伴隨大城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和城市現(xiàn)代化水平的提高，城市靜態(tài)交通問題就將越來越突出。解決城市交通堵塞和停車難的問題，已成為影響和制約城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。2017年上半年全國新增機(jī)動(dòng)車938萬輛，駕駛?cè)?381萬人，車輛的增加必定導(dǎo)致更多的交通擁堵和停車難的問題。停車難問題對(duì)于車主來說，在外找車位難，既浪費(fèi)時(shí)間，又增加燃油成本開支；對(duì)社會(huì)來講，既增加了道路交通量，造成交通擁堵，又增加了尾氣排放量，污染空氣。停車難問題危害很多，亟待解決。

我們現(xiàn)在處于一個(gè)信息化的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，而作為城域網(wǎng)技術(shù)之一的LoRa技術(shù)更是新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的佼佼者。LoRa技術(shù)既有藍(lán)牙、Zigbee等局域網(wǎng)技術(shù)的低功耗、高傳輸速率的特點(diǎn)，又有3G、4G等廣域網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，使得這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的很多場(chǎng)景均能發(fā)揮它的遠(yuǎn)距離和低功耗的優(yōu)勢(shì)。而LoRa技術(shù)的遠(yuǎn)距離和低功耗的特點(diǎn)能幫助我們更好的解決停車場(chǎng)管理這一問題。

本文通過具體實(shí)例數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)停車場(chǎng)車位狀態(tài)的數(shù)據(jù)測(cè)量并研究，從而說明LoRa技術(shù)在停車場(chǎng)管理等社會(huì)問題中的應(yīng)用。

2 LoRa技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的無線技術(shù)有多種，可組成局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。組成局域網(wǎng)的無線技術(shù)主要有2.4GHz的WiFi，藍(lán)牙、Zigbee等，組成廣域網(wǎng)的無線技術(shù)主要有2G/3G/4G等。這些無線技術(shù)，優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯，可如圖1總結(jié)。在低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network， LPWAN）產(chǎn)生之前，似乎遠(yuǎn)距離和低功耗兩者之間只能二選一。當(dāng)采用LPWAN技術(shù)之后，設(shè)計(jì)人員可做到兩者都兼顧，最大程度地實(shí)現(xiàn)更長距離通信與更低功耗，同時(shí)還可節(jié)省額外的中繼器成本。

LoRa 是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。目前，LoRa 主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括433、868、915 MHz等。

LoRa技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、低功耗（電池壽命長）、多節(jié)點(diǎn)、低成本的特性。

LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端（可內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或稱基站）、Server和云四部分組成。應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（Low Power Wide Area Network， LPWAN）是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的一部分，具有功耗低、覆蓋范圍廣、穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于每隔幾分鐘發(fā)送和接收少量數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況，如水運(yùn)定位、路燈監(jiān)測(cè)、停車位監(jiān)測(cè)等等。LPWAN相關(guān)組織LoRa聯(lián)盟目前在全球已有145位成員，其繁茂的生態(tài)系統(tǒng)讓遵循LoRaWAN協(xié)議的設(shè)備具有很強(qiáng)的互操作性。一個(gè)完全符合LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)的通訊網(wǎng)關(guān)可以接入5到10公里內(nèi)上萬個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢的通訊模式，也能大幅度降低節(jié)點(diǎn)通訊功耗。

3 系統(tǒng)模型與實(shí)現(xiàn)

該模型主要分為三個(gè)部分：車位信息感知模塊，LoRa網(wǎng)關(guān)部分和服務(wù)端部分。

由地磁傳感器獲取該車位信息，經(jīng)LoRa無線技術(shù)來接收在停車場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境下每一停車位的狀況，后由LoRa網(wǎng)關(guān)機(jī)捕獲信息，經(jīng)網(wǎng)關(guān)機(jī)內(nèi)部的中國移動(dòng)GSM模塊將信息送至PC端后臺(tái)處理后，在停車者進(jìn)場(chǎng)時(shí)就可得知何處有空車位。其次收集的停車位狀態(tài)也可送至云端供其他使用者了解空車位狀態(tài)。

在停車場(chǎng)部分，由于實(shí)地實(shí)驗(yàn)的停車場(chǎng)為室外停車場(chǎng)，所以用的是在室外條件下更為敏感和準(zhǔn)確的地磁傳感器作為停車場(chǎng)部分的傳感器設(shè)備。因?yàn)槭彝馔＼噲?chǎng)存在安全隱患，我們采用了電池供電，但由于是通過LoRa信號(hào)進(jìn)行傳遞，能耗極小，電池使用壽命達(dá)到5年以上，基本規(guī)避了沒有直接電源需要經(jīng)常更換電池這一缺點(diǎn)。

在網(wǎng)關(guān)部分，我們使用了LoRa網(wǎng)關(guān)，電池供電，2節(jié)5號(hào)電池可工作10年，且網(wǎng)關(guān)與終端有效通信距離空曠可達(dá)5km，真正實(shí)現(xiàn)低功耗和遠(yuǎn)距離的結(jié)合。網(wǎng)關(guān)機(jī)內(nèi)部還包括了中國移動(dòng)GSM模塊，該模塊負(fù)責(zé)將信息發(fā)送到PC端后臺(tái)，并可以同步至云端。

在服務(wù)端部分，運(yùn)用了Android Studio做了一個(gè)手機(jī)端的APP，調(diào)用并顯示出后臺(tái)捕獲的數(shù)據(jù)，來向用戶更直觀的反饋出我們停車場(chǎng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)分析

我們檢測(cè)兩個(gè)停車位（181號(hào)和213號(hào)）的狀態(tài)作為實(shí)例，兩個(gè)車位有四種停車狀況，我們分別測(cè)試并記錄了后臺(tái)服務(wù)器端和手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用端數(shù)據(jù)。

1） 181車位和213車位均無車，如圖6。

2） 181車位有車，213車位無車，如圖7。

3） 181車位無車，213車位有車，如圖8。

4） 181車位和213車位均有車，如圖9。

我們通過四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出車位上有無車，在后臺(tái)端可以通過1和0來體現(xiàn)，亦可從手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用端給用戶正常的反饋。

5 結(jié)論

LoRa技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是具有遠(yuǎn)距離和低功耗兩大特點(diǎn)，而我們正是運(yùn)用的這兩大特點(diǎn)成功布置了一個(gè)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的模型。經(jīng)過實(shí)地實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，這個(gè)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了用LoRa技術(shù)進(jìn)行對(duì)停車場(chǎng)的監(jiān)控與管理，實(shí)現(xiàn)了我們所預(yù)期的結(jié)果。

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