一種基于智能道釘的高速公路服務區停車管理系統

摘 要：近年汽車數量的幾何倍數增長對高速公路服務區停車服務提出了新的要求，如何有效利用現有服務區場地提高服務區停車服務水平，尤其在節假日高峰期的停車服務水平顯得尤為重要。本文以德（州）--商（丘）高速公路夏津西服務區為例，結合國內現有高速公路服務區的現狀，利用智能道釘系統和可變信息情報板等監控系統，有效對服務區停車場進行監控和管理，從區內車位管理、車位占用情況、車輛進區引導等方面進行管理，有效提高高峰期的服務區服務水平。

關鍵詞：汽車保有數量；高速公路服務區；智能道釘；藍牙通信；可變信息情報板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.115

0 引言

高速公路服務區是高速公路的重要配套設施，服務區除了解決司乘人員的休息、吃飯、如廁、購物、問詢等問題外，還承擔著給過往車輛，，尤其是長途客車和貨車提供停車、加油、維修、配件等服務職能。由于近幾年車輛數量的爆炸性增長而服務區場地、規模和服務人員的數量還停留在原有水平上，導致部分高速公路服務區在高峰期尤其是節假日車位緊張，許多車輛無處可停、部分車輛亂停亂放，嚴重影響了服務區服務質量，同時帶來了安全隱患。因此，在不增加服務區場地的情況下，結合高速公路交通流量數據，對服務區停車數量進行精確統計并結合高速公路沿線的可變信息情報板等信息發布手段對車流進行有效引導，可做到既不鋪張浪費又能滿足車輛服務要求，提高服務水平。

本文將通過調查分析司乘人員的需求及其容忍彈性，結合德商高速服務設施間距設置情況，根據高速公路沿線車輛流量情況、停車場數量和對服務區駛入量進行統計，結合各類型服務需求量進行計算，采用未滿足需求逐次累積方法，以司乘人員需求彈性和服務設施運營成本為約束，提出了基于智能道釘的高速公路服務區停車管理方案，滿足高峰期車輛停車服務需求。

1 智能道釘系統

山東鼎維數字技術有限公司的智能道釘系統，利用智能無線傳感節點 P-Node，集成先進微傳感技術、微功耗處理器技術、低功耗無線通訊技術、高效率太陽能收集和管理技術，實現對停車位的有效檢測與管理。并利用智能節點的鏈式無線網絡，構建超遠距離的路邊停車或超大規模停車場的集成與管理系統，系統具有自由擴展性、靈活性，并能以較低的成本實現大規模監測，具有極大的應用前景。

智能道釘集成先進微傳感器技術。單一節點集成三軸地磁傳感器，最小靈敏度為 0.5uT，采樣率最高可達 300Hz。該系統可以在低功耗下正常運行，在此基礎上還有極低功耗的休眠狀態可選擇。還具有極短的啟動時間且在傳輸完數據后能迅速地關閉，這也使得整個系統功耗更低。采用全球開放 ISM 頻段的低功耗 2.4GHz 無線傳輸技術，具有超低的峰值、平均和待機模式功耗、低成本、高可靠性、無線覆蓋范圍大等優點。其低功耗特性結合高效自供電技術可長時間維持傳感器節點自供電運行。另外該系統利用高效率太陽能收集和管理技術。可維持智能節點長時間進行檢測、采集及無線傳輸功能。不需更換電池，可達 10 年工作壽命。與其它無線傳感器節點及設備相比，本智能節點在功能強大的基礎上，具有體積小型化，重量輕質化的特點。安裝簡便，不需破壞停車位路面，極易安裝和維護。安裝后在停車位內任意位置都可以實現停車位的檢測和管理。

每個智能道釘都有全球唯一的ID，并通過內部編碼包含自己的物理位置、車位類型、相鄰道釘ID、是否有車輛停放等車位物理信息。智能道釘主要通過藍牙BLE協議，設計開發了基于藍牙通信技術的的道釘主從節點以及網關，實現了智能道釘節點的數據采集、傳輸以及停車數據網絡數據收集和整理，進而構建了面向服務區停車區域應用的無線藍牙網絡——以網關為主節點，以智能道釘為從節點的星形網絡。并以此為基礎設計了面向停車誘導和車位管理的藍牙線性散射網。

智能道釘具有三色閃光指示燈。正常為黃色閃爍狀態，車位占用或車輛駛過為紅色閃爍，車輛導引狀態為綠色閃爍。

2 停車場規劃和改造

集散車道是高速公路和服務區內場地之間的連接區域，集散車道一般采用貫通式即線形的減速車道滿足規范要求的漸變率，路線全線貫通整個服務區。德商高速公路在進入集散車道前1000米內，設有可變信息情報板并與監控系統相連。停車場進行嚴格的區域劃分，大貨車、大客車、小客車在停車區內有明確的區域并有明確的進出場道路和指示標志。

停車場空余車位由以下公式確定：

其中，為停車場空余車位數量；為服務區車位總數；Q為道路車流量；i為第i類車倆駛入率，服務區小、中、大型車輛比例分別為20%～50%、5%～35%、12%～15%；為第i類車輛駛出幾率，假日和平時不均勻采用不同的系數；為集散車道檢測到的第i類車駛入數量。

根據以上設計思路，在集散車道每個兩側每隔3米加裝一對智能道釘，在集散車道出入口加設道釘網關用于數據收集和分析；在小車停車位的對角線各加裝一個智能道釘，在小車停車位區域中央部位加設道釘網關用于數據收集和分析；在大貨車車位對角及中心線兩側位置各加裝一個智能道釘，在大貨車停車位區域中央部位加設道釘網關用于數據收集和分析；在大客車車位對角及中心線兩側位置各加裝一個智能道釘，在大客車停車位區域中央部位加設道釘網關用于數據收集和分析；在服務區機房設置一套停車管理系統服務器和網關以及相關的軟件系統，用于管理、分析和發布車位信息。

3 停車管理系統拓撲結構及功能

基于智能道釘的高速公路服務區停車管理系統拓撲結構如圖1所示。

如圖1所示，集散車道的智能道釘用于檢測車道上是否有車輛通過，并通過道釘網關初步判斷車輛類型，上述數據由服務區道釘網關收集后交由服務區停車管理系統進行分析判斷，確定車位空余數量，并將數據反饋至集散車道智能道釘網關，集散車道智能道釘網關發出控制指令至智能道釘，智能道釘改變閃光指示燈顏色，引導車輛進入相應車位停放，相應的停車區道釘和網關根據車輛位置和空余車位位置也做出相應的控制變化引導車輛停車就位。在車輛停放到位后，車位道釘指示燈顏色改變至占用狀態，并將狀態上傳至服務區停車管理系統，服務區停車管理系統將空余車位數據發布至服務區道路可變信息情報板，提醒過往客貨車司機注意。

在交通高峰期，服務區停車管理系統可和道路監控系統聯動，及時將車位數量反饋至全路段，如有需要，可將空余車位數據在全路段進行發布。

設置在停車位的智能道釘，不但可以判斷車位占用情況，也可對車型及車輛停放是否標準進行檢測，如出現車輛停放不規范或者一輛車占用多個車位的情況，系統可及時將信息發布至管理人員終端，由管理人員進行糾正。

4 系統實現的技術要點及借鑒

目前，我國高速公路的監控信息的發布基本上是通過道路管理分中心的監控中央控制室進行控制，部分新建或改建后高速公路在服務區設置獨立顯示系統，鑒于此情況并結合德商高速公路夏津西服務區的安裝應用經驗，在新建和既有高速公路施工中應把握的技術要點如下：

首先，通信路由的暢通，根據系統實現功能的需求，應保證服務區至中控室的信息可靠的傳輸，以便及時的把停車信息傳至中控室監控管理系統，再由中控室視情況進行發布，為降低投資，可借用監控系統或是通信系統的備用光纖，使用前應對光纖各項指標進行測試，結果符合相關要求。

系統軟件的兼容及功能實現，本停車管理系統采用開放式設計思路，提供數據接口規范和各種API，同時也可能夠較好的兼容國內高速公路常用的監控管理平臺，在系統功能實現時，需要根據原軟件平臺中設置：可變信息傳輸的優先級別，自動、手動功能等，進行優化，在確保重要信息優先的前提下，更好的服務于服務區的管理。

在服務區需要設置足夠的提示警示標志，最好在集散車道的入口處設置一個小型的可變信息情報板來提醒司機注意，如：“請按照綠色道釘的引導通行”等等。

系統剛開始建設，需要安排數量稍微多一點的地面工作人員進行人工指揮，待運行三個月以后，司機慢慢接受以后可減少工作人員數量。

5 結論

實驗研究表明本方案設計提供的基于智能道釘的高速公路服務區停車管理系統具有最大限度節省現有投資、環保節能等優點，創造性的將地磁測量的智能道釘和燈光誘導系統技術應用到高速公路，將高速公路監控系統和服務區停車場系統進行了融合，不但降低了系統的建設成本，還將停車場車位進行了有效管理，有效提高了高速公路服務區停車場高峰期的利用率，提高了服務區的服務質量。系統可實現多機互聯，利用藍牙技術實現設備聯網、故障診斷、參數設置、功能升級等功能。

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作者簡介：李平忠（1977-），男，山東微山人，一級建造師，從事鐵路通信、軌道交通和高速公路建設工作。