REST架構下的智能共享停車位系統①

陸曉天,葛 艷,2,郭煥杰,陶晟宇,陳 明

1(上海海洋大學 信息學院,上海 201306)

2(農業部漁業信息重點實驗室,上海 201306)

3(上海海洋大學 工程學院,上海 201306)

4(上海海洋大學 現代信息與教育技術中心,上海 201306)

近年來,隨著我國經濟的發展,中國民用汽車保有量持續高速增長.據統計[1],1995至2016年,中國民用汽車擁有量由1040萬輛劇烈增加到19 440萬輛,年均增長率高達14.96%.2012年,中國民用汽車保有量更是首次突破1億輛大關.而大城市市中心的停車場卻已幾乎接近飽和,難以大規模擴大停車位規模.汽車保有量持續增長與停車位數量停滯之間的矛盾急待解決.

為此,北京、上海等多個城市推出立體車庫[2],商場車位共享利用[3],老舊小區改造等提高公共資源利用效率的方案,取得了一定成效,但仍有不足,例如立體車庫的建設成本較高,停車不便利,對車主車技有一定要求;老舊小區改造,還是受有限的物理空間的限制,緩解程度很有限;商場車位共享在居民區相對遠離商業區的情況,可操作性并不強.相對這些通過增加車位來緩解矛盾的方法之外,我們還會注意到,現實生活中還存在大量空閑車位,因不方便被發現,或不能分時共享而造成的變相浪費.于是,我們提出了一種基于app的共享車位系統的解決方案,配合智能車位鎖,讓車位主在車位空閑時,將車位信息動態發布,供有停車需求的人發現,通過app控制智能車位鎖,實現車位分時共享,及時發現.

1 智能車位系統構思

為實現共享車位的信息實時發布、發現、租賃、歸還和計費,在車位主和車位需求者搭起溝通的橋梁,我們將業務功能分割成如圖1所示三種不同用戶功能.主要覆蓋以下內容:

圖1 系統整體用例圖

1.1 車位主用例

(1)個人車位實時發布:車位主可以在車位閑置期間,將車位發布,供有需要的車主發現可用信息.

(2)個人車位停止發布:車位主不想把車位出租出去時,在app上點擊停止發布后,車位將不再顯示在app上.

(3)盈利結算:按車主租用費用按一定比例付與車位擁有主.

1.2 車主用例

(1)個人車位實時發現:車位能夠在app上的地圖看到附近可用車位,并導航到車位位置.

(2)車位租用:車主在app上點擊開鎖即可打開智能車位鎖.

(3)計費和付費:車主在使用結束后,在app上點擊關鎖即可鎖起智能車位鎖,系統自動按使用時間乘以單價計費計算出此次租用價格,使用時間為智能車位鎖開啟的時間到關閉的時間,此后可利用微信和支付寶等電子支付工具進行支付.

1.3 管理員用例

(1)車位狀態實時監控:管理員能夠監控各個區域實時的車位情況,剩余可用車位數量等.

(2)訂單管理:數據庫會記錄所有用戶的每次租賃的情況(例如開始時間,結束時間,租用車位號,總價等等),如產生異議,管理員可對其追溯.

(3)用戶管理:為了防止不付款等惡意行為,我們會給予每個用戶信用分評價,管理員能夠將禁止分數過低的用戶使用app上的功能.

2 軟件系統架構選型

隨著“Web 2.0”概念的提出,Web Services已經在互聯網的方方面面廣泛使用,目前Web Services有兩種主流架構,分別是面向服務的SOAP架構和面向資源的REST架構.

從基本原理上看,SOAP架構是一個嚴格定義的信息交換協議,用于在Web Service中封裝成機器可讀的格式化數據.REST架構則是一種輕量級的架構,完全基于http協議本身來實現[4].

在具體的協議上,SOAP架構采用應用程序自定義協議的方式,其中WS-*一系列協議是最為廣泛使用的,但其缺乏統一的標準.REST架構采用http協議.

原生提供的GET、POST、PUT和DELETE四個方法,分別正好對應獲取、創建、修改和刪除四種對資源的操作.并把符合REST架構設計的應用編程接口稱作RESTful api.

實現方式上,SOAP架構是是基于wsdl描述,然后通過UDDI注冊發布,從而再被調用者發現,實現調用.REST架構通過url來定義因特網上獨一無二的一個資源,所謂資源,就是指網絡上一個實體,或者說是網絡上的一個具體信息,通過設計RESTful api來使用四種http方法來改變這個資源的狀態,完成相關業務邏輯.

在使用場景上,SOAP架構適合復雜的非功能性的需求以及端到端之間的交互,例如銀行ATM機對數據庫中用戶金額的讀寫操作REST架構適合無狀態,多個終端之間的簡單交互,例如對數據表單的簡單增改刪查[5,6].

雖然REST架構在處理大規模復雜問題上不如SOAP架構,但REST架構簡單,系統性能高.數據量越大時REST架構的服務性能越優于SOAP架構[7].此外,REST架構具有耦合度低,易于擴展等優點,智能共享車位系統具有交互簡單,資源清晰,狀態明確的特點,非常適合選用REST架構.

3 基于REST架構的共享車位系統邏輯框架

結合架構選型,綜合考慮系統待完成的功能,本文設計的系統架構如圖2所示.架構將整個系統的邏輯結構分為四個組成部分,分別是:客戶端app,后臺管理系統,智能車位鎖和中央服務器.

圖2 系統整體邏輯框架

3.1 客戶端app

客戶端app作為提供給車位主和車主的主要終端交互方式,具有注冊登錄,地圖上標記車位,導航,控制智能車位鎖打開/關閉以及顯示計費等主要功能.

3.2 后臺管理系統

后臺管理系統是提供給管理員的終端,實現管理員對車位主,車主的集中管理.界面實時顯示車位狀態,可用車位數量,訂單記錄,用戶記錄,并建立相應的數據庫保存所有歷史記錄,方便運營維護和責任追究.

3.3 智能車位鎖

智能車位鎖是由車位鎖服務器和車位鎖兩個部分組成的.

車位鎖采用Aithinker7模塊,可以進行GSM/GPS/GPRS通信,實時上傳車位信息,包括設備號(如0001),經度,緯度,鎖的狀態(0,1),是鎖否被鎖定(0,1).車位鎖的通訊情況較為復雜,且若在信號不好的地方(如地下室等)較容易斷開連接,此時需要重連.

為了降低耦合度,車位鎖不與中央服務器直接通信,而是與車位鎖服務器建立基于TCP/IP的socket長連接通信.車位鎖服務器是車位鎖和中央服務器的中介,將連接的具體細節屏蔽后,提供開鎖和關鎖的RESTful api給中央服務器調用,將復雜的通信變為請求-等待-回應的簡單模型,即中央服務器向車位鎖服務器請求開鎖或關鎖,等待處理,車位鎖服務器返回結果(成功或失敗).

3.4 中央服務器

中央服務器是全系統的核心,提供了數十個RESTful api實現與app、后臺管理系統以及車位鎖服務器的連接.為了保持數據和狀態的統一性,各部分都只和中央服務器交互,由中央服務器統一將數據保存在數據庫中.

在app側的RESTful api主要實現用戶的登陸、短信驗證碼獲取及注冊、獲得該用戶所有訂單歷史記錄、查詢附近車位并計算距離、發布車位、取消發布車位、開啟智能車位鎖并創建訂單和關閉智能車鎖并結束訂單等功能.

在后臺管理系統側,管理員擁有比普通用戶更高的權限,這一側的RESTful api主要實現查看訂單記錄并進行篩選、監視車位狀態和查看用戶歷史記錄等功能.

在智能車位鎖一側,也是采用REST架構對開鎖、關鎖這兩個核心交互的業務邏輯進行封裝和抽象,從而實現在app和智能車位鎖之間達到了雙向透明傳輸的效果.于是,app不需要知道智能車位鎖具體的通信方式,智能車位鎖也不需要知道app上層的業務邏輯.以app上打開車鎖并創建一個訂單開始計費的一個智能車位鎖側的RESTful api為例,其定義如下:

4 REST架構下的核心代碼實現

幾乎所有主流開發語言都支持REST架構,其中nodejs是基于事件循環的異步非阻塞I/O模式,在以被訪問為主要功能的服務器中效率較高,因此我們選用的服務器端程序是基于nodejs的express框架,在這種框架下,一個RESTful api恰好對應一個中間件,每個中間件都是一個獨立的模塊.

在上述RESTful api定義基礎上,以下給出部分api代碼實現.

4.1 車位信息獲取api

車位信息獲取api是在app加載完成后自動調用,從而獲取信息的.服務器會根據用戶請求的區域,以及用戶提供的經度和緯度,在數據庫查詢相應的車位并計算距離,然后按距離從小到大的排序,返回查詢結果.

代碼示例:

//根據車位和用戶距離排序的sql代碼,查詢部分具體代碼省略

4.2 創建訂單的api

在app上點車位開鎖,首先app會發一個http請求給中央服務器,此時中央服務器進行一些業務處理(例如檢查是否登陸,檢查車位是不是已經被占用了)之后,向車位鎖服務器發一個開鎖的http請求,這時候車位鎖服務器會向智能地鎖發一個tcp包檢查當前智能地鎖是否在線,是否能打開,如果正確打開,智能地鎖向車位鎖服務器回發一個tcp包,車位鎖服務器再向中央服務器返回一個成功的http狀態,中央服務器將這次行為包裝成一個訂單后記錄進數據庫后,向app返回一個成功的信息.如果有任何一個環節出錯,就會向app返回一個拒絕的信息,不會開始收費,這樣保障了系統的健壯性.

代碼示例:

//查詢車位狀態

//具體沒有該車位id,返回錯誤

//具體該車位狀態不是空閑,返回錯誤

//向車位鎖服務器發送開鎖請求

//如果開鎖失敗,返回錯誤

//向數據庫插入新的數據

//如果一切正常,返回正確結果

4.3 后臺管理系統獲取地區狀態的api

管理員登錄后會定時輪詢這個api以獲得最新的動態情況,在服務器中計算出每個地區的車位數量及可用車位數量后返回給瀏覽器.

代碼示例:

5 原型系統展示

以車主用戶為例,打開app后,附近的可用停車位用P圖標在地圖上標識,如圖3(a)初始可用車位標記頁面所示.

此時用戶可以選擇預停的車位,點擊地圖上的圖標后將自動生成導航路線,如圖3(b)所示,待用戶到達指定車位后,可以看到智能車位鎖處于圖4(b)點擊開鎖圖標即可進入開鎖界面,如圖3(c)所示.點擊開鎖后,智能車位鎖將會自動打開,如圖4(c)所示,用戶此時可以實現停車.

圖3 原型app界面

停車結束后,用戶將車開走,然后點擊app的結束停車圖標,如圖4(a)所示,智能車位鎖將會自動關閉,如圖4(b)所示,同時結算本次計費,對接用戶賬戶完成扣款.

圖4 停車界面及車位鎖變化

以體育館門前某一個停車位為例,原來沒有任何信息化管理,該車位長期處于空閑狀態,增加智能停車鎖后,統計該車位一天內的使用情況,如圖5所示,可以看出,使用頻次明顯增加,這在無形中就拓展了可用車位,緩解了車位難求的困境.

圖5 后臺管理系統界面

6 結束語

本文利用REST架構模塊化,易擴展,無狀態等優點,提供了基于REST架構的智能車位鎖物連網解決方案,可以將分時可用車位信息集中發布,并共享給手機用戶,用戶借助手機app可以發現,查找,預約和導航到對應車位,并可以實現車位鎖開啟和閉合控制等操作,有效提升了車位管理水平和車位使用效率.

該系統在今年的全國移動創新大賽,全國iCAN大賽決賽以及上海市的創造杯大賽中都取得不錯的成績.在第十九屆中國國際工業博覽會上展示,也得到了來自物業、停車場行業相關企業以及市民的廣泛好評和熱切關注.