基于物聯網技術的新型智能停車場

董佳寶　宋軼　張朋瑀　劉倩　趙澤洋

摘? ?要：隨著人均汽車擁有量的上升，停車已經成為目前城市管理中普遍存在的問題。然而，當前停車場的智能化、信息化水平還遠遠滯后于市場要求。如何提高車位利用率、如何節省尋找車位的時間成本以及如何最大限度降低人工成本成為目前停車場方案設計中亟待解決的問題。本設計從實際需求出發，設計并實現了一款智能車位預定與管理系統，分為用戶、停車場、管理公司三端，同時通過下位機與人機交互系統通信，完成訂單的驗證以及車位鎖的升降操作。

關鍵詞：車位預定? 智能化? 人機交互

中圖分類號：U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0074-03

Abstract： With the increase in per capita car holdings， parking has become a common problem in current urban management. On this basis， the current intelligent and informative level of parking lots lags far behind market requirements. How to improve parking space utilization， how to save the time cost of finding a parking space， and how to minimize the labor cost is the top priority of the current parking lot design. This design starts from the actual demand， and designs a system that can realize the parking space reservation. It is divided into three parts： user， parking lot and company. At the same time， human-computer interaction is realized through the lower computer， the order verification and the parking lock lifting operation are completed.

Key Words： Parking reservation; Intelligent; Human interaction

隨著物質水平的提高，汽車已成為人們日常生活中必不可少的交通工具。目前在國內各大中城市中，到處可見交通擁擠狀況，停車難成為了一個突出的問題。關于停車場信息如停車場位置、泊位利用情況、周邊道路情況等信息的提供比較缺乏，駕駛員在無法得到停車場相關信息的情況下，往往是憑借以往的經驗尋找停車泊位或在目的地周圍繞行以尋找停車泊位，目的性不強，時間成本耗費較大且可靠性較低。本文設計并實現了一種基于物聯網的車位預定與管理系統，同時融合了AR與大數據進行室內微導航以及停車場車位在運籌學角度上的最優分配。

1? 產品概述

本設計提供了一種新型的智能化停車場方案，同時兼容車位預定和隨到隨停兩種停車方式，在豐富了停車場功能結構的同時，也大大提高了停車場車位的有效利用率。

用戶可通過APP提前預定車位，當車位被預定后，該車位鎖升起，以防其他車輛駛入。當用戶通過APP內置AR微導航駛入已預定車位時，攝像頭拍照后上傳系統識別，獲得正確的反饋信息后，車位鎖降下，用戶駛入車位。為避免攝像頭臟污等原因，也同時設置了鍵盤以便采用驗證碼輸入方式進行驗證。當用戶未預定直接駛入可泊入車位時，該車位被占用后，即時傳遞信息到后臺，更改APP上車位的狀態。用戶駛離車位時，車位通過壓力傳感器和紅外傳感器綜合識別車輛是否離開，并發送通知請用戶確認，用戶確認后，該車位鎖升起，同時在停車場出口識別車牌號后升起停車桿，這在一定程度上也大大降低了車輛被盜的幾率。

2? 下位機方案

在物聯網設計中，下位機主要承擔著測量、控制、人機交互等功能，本設計采用STM32作為處理器，STM32具有低功耗，工作頻率高等特點，適合應用于窄帶物聯網（見圖1）。

2.1 綜合傳感系統

在下位機設計中，紅外傳感主要應用于檢測是否有車即將泊入，當有物體進入紅外發射方向時，接收端將收到物體的反射信號，此時通過上升沿信號觸發單片機退出休眠模式，進入工作狀態。這種機制將大大減少單片機的功耗。為避免行人經過干擾紅外，在反射之后，通過系統定時器定時0.5s再檢測串口電平，同時讀取車位前壓力傳感器，如果此時紅外對管輸出端仍為高電平且壓力傳感器數值大于1t，則啟動攝像頭拍照并上傳至后臺進行車牌識別。

2.2 語音模塊

當車牌識別失敗，返回結果為失敗時，則啟動語音模塊提示用戶使用鍵盤輸入驗證碼驗證或者將車牌重新對準攝像頭。語音模塊采用ISD1820語音芯片，同時為了增大音量，在其后級增加了一個耦合放大電路。

2.3 車位鎖

為了實現車位鎖的精準升降，本設計采用步進電機進行驅動，通過步長計算出所需脈沖數來準確升降。同時考慮到步進電機的失步等原因造成的升降高度誤差，在車位鎖內部增設了位置傳感器，使用PID算法進行升降角度的補償。除此之外，由于車位鎖所需轉矩較大，故采用繼電器控制24V電壓驅動車位鎖。

3? 上位機方案

在本系統中，上位機分為兩級權限，單個停車場管理員和區域負責人。單個停車場負責人可查看域內停車熱點圖，由后臺通過算法匹配得出各停車場車位最優分配方案，并推薦給正在APP上尋找相應地點附近車位的用戶。

3.1 數據庫設計

后臺數據庫共建有3個數據表，分別為Users（用戶信息）表、Parking（車位信息）表、ParkingRecord（預定記錄）表。

Users（用戶信息）表：字段有Name（姓名）、Password（密碼）、CellPhoneNumber（電話號碼）、CarId（車牌號碼）。

Parking（車位信息）表：字段有PName（停車場名）、PArea（停車區域）、PAdress（停車場地址）、P01（車位預定狀態）、Ptype（停車場類型）、Ppark（是否停車）。

ParkingRecord（預定記錄）表：字段有Name（用戶名）、PAdress（停車地址）、CarId（車牌號）、PName（停車場名）、PArea（停車區域）、PTime（預定時間）、CellPhoneNumber（手機號碼）、Ptype（停車場類型）、Code（停車驗證碼）。

3.2 車位故障自動檢測

車位故障主要分為離線故障和車位鎖故障。

離線故障為車位控制器連接網絡失敗，如果未能及時發現或處理，容易造成實際車位狀態與APP上不符等失誤。本系統通過下位機定期發送信息確認是否失聯，如果車位超過3個周期未發送信息，則后臺將其錯誤信息發送至該停車場值班人員?？紤]到功耗要求，周期定為1分鐘一次。

車位鎖故障為由于電機損壞等原因造成的車位鎖上升不到相應位置或無法下降。車位鎖故障報錯檢修采用雙層報錯機制。當單片機發出相應驅動指令后，若10s后位置傳感器還未被驅動，則進行第一次報錯，第一次報錯由下位機自行處理，通過繼續發出驅動脈沖進行補償，若5s后，車位鎖仍未到達指定位置觸發位置傳感器，則進行第二次報錯。第二次報錯直接發送給停車場值班人員，要求其前往檢修。

4? 其他創新

4.1 AR微導航

很長時期內，以點線面組成的二維地圖是我國電子導航地圖的主要呈現形式，在Google Earth所代表的三維導航地圖方案的持續刺激之下，我國電子導航地圖也開始步入三維時代。

在車場之外，停車場是個大的目的地，傳統導航就完全可以良好應用。著重的創新點是在于靠近車場以及車場內的車位導航。首先，傳統導航中，在到達目的地附近時，導航就會提示，已到達目的地附近，導航結束。可是用戶很可能并沒有找到目的地的具體方位，這時就發揮了AR地圖的功能，它可以識別攝像頭所示內容中有無目的地的信息，會比gps定位更加精確智能。再者，在初到一個陌生而規模龐大的停車場時，其中的標識總是不能足夠智能的起到導航作用。在軟件中顯示空車位或是用戶預定車位，AR導航便可以實時識別場景的變化，即使是一個小標志物的不同也可以識別到，這樣識別與導航結合使尋找車位這一過程更加智能便捷。

4.2 基于大數據的車位推薦

在多停車場管理中，如果單純依賴于地理位置面向用戶提供推薦，易導致單個或部分停車場飽和，而周圍其他停車場出現無人預定的現象。同時，由于忽略了道路交通實時狀況，造成由于交通堵塞而產生的用戶預定而未停入的時間過長，在影響用戶體驗的，也引發停車場因為大量車位雖然被預定但閑置的收益降低。

基于云計算大數據，幫助大數據實現了數據共享，打破了數據孤島，讓以前閑置的道路數據和后臺各停車場車位狀態數據運作起來，為智慧停車提供數據的支持。在此基礎上，經過運籌學的分析，訓練出一個綜合多項數據向用戶推薦車位的非線性模型，在最大程度上優化一定區域內停車場總收入和用戶駛入時間。

5? 結語

本系統基于目前城市普遍存在的停車問題，利用物聯網技術，實現了用戶遠程預定車位及停車場車位的有效管理。同時，結合AR微導航技術，彌補以往只有室外導航而造成車位難尋問題，解決了停車的“最后一公里問題”。在系統下位機的設計與實現中，涵蓋綜合傳感系統、語音傳感模塊、車位鎖等部分，進行車輛泊入信息感知、車輛有效信息確認以及車位預定。綜上所述，本系統所具有的增加停車場車位利用率、減少駕駛人員尋找車位的空駛率，以及室內導航至車位的精確度等功能，都切實解決了當前停車所存在的問題，優化了以往停車場管理模式所存在的不足之處。在停車問題日益嚴重的當代，發展前景廣闊。

參考文獻

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