基于藍牙傳輸的新型停車場泊位誘導系統的設計

洪長平

(漳州職業技術學院 建筑工程學院，福建 漳州 363000)

在經濟快速發展的今天，居民的汽車保有量在大幅度地增加，停車位缺少是現代文明社會急需解決的一個問題，我們常常看到擁擠的道路上亂停的汽車，使交通越發混亂。因此，設計智能停車場的場內誘導系統顯得尤為重要，如何將停車場有效地利用起來，如何對停車場內部合理誘導，是一個值得探討的問題。

目前停車場入口的位置，都有醒目的顯示屏顯示停車場空余的車位數，在內部，通過車位上的信號燈來指示該車位是否被占用，這些方法一定程度上起到了引導作用。隨著物聯網技術、ZigBee技術等被應用于停車場的誘導設計中，很大程度起到了泊車誘導，但也存在不少問題。主要有：停車高峰時，車輛多，駕駛者只能通過顯示屏人工設施來尋找，一定程度上造成了駕駛者的分心，增加了危險性；多輛車同時駛向同一個地方，容易發生擁堵，疏導難[1]。

本研究擬設計的基于藍牙傳輸通信的誘導系統，旨在解決以上2個難題，能合理地安排停車，提高場內車位的利用率，精準停車，減少駕駛者尋找車位的時間，節約因時間消耗所產生的經濟成本，優化資源配置，一切以客戶為中心。引入誘導系統后，將軟件與硬件結合，改造現有的停車設施，實現停車場的智能化管理，提高經濟效益，節約成本，改善停車難的問題。

1 誘導系統組成部分

系統的組成主要有三大部分，分別是攝像機、藍牙模塊(覆蓋出口、入口和部分區域)、計算機管理系統。可以按照泊車的流程將該系統分為3個子系統，分別是入口、停車場內誘導、停車位占用檢測。入口系統的主要作用是負責車輛車牌識別、出入道閘控制和計時收費；場內誘導主要是對駕駛員進行語音指導，引導車輛行進路線；車位占用檢測系統主要向監控室反饋車位使用情況。系統硬件框架如圖1所示。

①入口子系統；②場內誘導子系統；③車位檢測子系統計算機管理系統及藍牙卡部分為基礎部分(與虛框線內各個部分完成整體流程)圖1 系統硬件框架

2 入口系統設計及藍牙模塊工作流程

2.1 入口系統硬件組成

停車場入口管理子系統主要負責車輛信息的采集、識別和計時收費3個功能。該系統的工作流程如圖1的基礎部分及①虛線部分所圍成的工作流程[2]。

2.2 核心單片機

此系統是目前主流的ARM單片機。支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好兼容8位/16位器件，它具有體積小、功耗低、成本低、性能高、運行速度更快等優點。該單片機集成化程度高，能耗低，可編寫庫函數，有效降低了編程難度。它廣泛應用于工業控制領域以及無線通訊領域等建筑通信領域。

2.3 藍牙模塊讀卡

將停車場內的用戶分為三類，分別是購買固定車位的持卡客戶、租用固定車位的持卡客戶、來訪的臨時客戶。前兩類用戶提前發放藍牙卡，放置汽車副駕駛位，用于入口識別。后一類用戶則需要臨時領取才能進入。

車輛駛入入口時，入口藍牙模塊與車內藍牙模塊相連，讀取車輛數據，與計算機管理系統的注冊信息比對，判斷該藍牙卡是否在系統里，是，則記錄車輛信息，否，則提示用戶去管理處領取藍牙卡。讀卡后，由單片機來控制道閘，允許車輛通過，并在顯示屏顯示信息，車輛駛離線圈感應地后，線圈反饋信號給單片機，關閉道閘。

車輛進入場內后，根據自己的停車位或租用他人的停車位有序停放。對于臨時停放的車輛，根據誘導系統尋找車位，計時收費[3]。

3 車位分配與檢測

3.1 車位分配考慮的主要因素

駕駛者到達入口時，系統會自動分配車位，顯示在入口顯示屏。為了使駕駛者獲得最合適的路徑，盡量減少在停車場的尋位時間，減少停車費用，本研究根據停車場面積和區域流線劃分多個區域分配，進行車位分配。

針對上述定義的三類用戶，本研究采用分區的方式管理，對于固定車位或租用固定車位的用戶，將為其分配固定車位，對于臨時用戶，將為其分配臨時車位。分配時，優先在區域不擁堵、車流量少的路線分配，停車場的車位參數見表1，場內有A區、B區、C區、D區車位，其中D區車位為固定車位，A區、B區、C區為非固定車位，算法研究將集中在這3個區域。

對車位進行算法研究，要考慮以下5個因素，分別是(1)車位到電梯的距離，用x0表示；(2)入口到停車位的距離，用x1表示；(3)分區內車輛流動的數量。在車位算法研究時，應考慮停車場內各個分區內的交通流量，分配車位時，要考慮車數量，避免擁堵，流動車輛包括等待車輛和剛離位車輛，用x2表示(各區為x11，x12，x13)；(4)停車場內是否有利于停放，停車位內兩旁是否有柱子，要讓停車位盡量靠墻，用x3表示。運算時，應考慮：車位一邊為柱子，一邊為車；車位一邊為車，一邊為空位；車位一邊為柱子，一邊空位；車位兩邊均為空位；車位處于遠端；車位兩邊都是車。x3取值不同，取值遞減；(5)停車效率值和入口到達車位的距離。若駕駛者不能熟練地將車迅速停到分配車位，會造成場內擁堵。所以，對于技術生疏的駕駛者，應分配距離入口遠的車位，而技術熟練的用戶則不需要考慮這個因素。效率值分熟練和生疏，用k表示。系統調取駕駛員歷史停車記錄，對于駕駛員的停車效率進行評估，更新。k>0，表示技術生疏，k=0，表示熟練。車位到入口的距離用x4表示[4]。

3.2 車位分配算法

從正常的邏輯來講，車位到電梯的距離x0越小，車位就越易被選中；入口到車位的距離x1越小，車位就越易被選中；車位區域內車流量x2越少，車位就越易被選中；車位越是易于停放x3，就越易被選中。這幾個參數具有不一致的表一性，不能夠統一，但須用統一的指數算法，即用因素值除以適當的統一值，后折算。將參數標準化后，得到選中車位的統一公式(1)：

y車位號=a0x0/x0max+a1x1/x1max+a2x2/x2max+a3x3/x3max-kx4/x4max

(1)

公式(1)中，前4項為常規變量，后1項為特殊考慮值。在實際算法研究中，將駕駛者的k值設定為最高，當區域內車流量多時，停車擁堵，效率低。所以a2和k值取值一樣，設為最大，a1為中等值，其他的為最低，車場建成后，一般不改變。所以將a0、a1、a2、a3、x0、x1、x4看作常量。x2和x3看作變量。因此，公式(1)可轉化成公式(2):

y車位號=z+m×x

(2)

其中，z=a0x0/x0max+a1x1/x1max，x0、x1的值與車位有關，在系統制表、分配車位時，m值用此公式計算即可：m=[a2/x2maxa3/x3maxk/x4max]為系數變量；x=[x1x2x4]T，為車位參數向量。根據不同的m和x算得y，比較y值，y值越小，優先被分配車位。

將場內的數值代入上式計算，可得分配車位向量y=z+m×s.其中z=[a0x0/x0max+a1x1/x1maxa0x0/x0max+a1x1/x1max…a0x0/x0max+a1x1/x1max]，為車位總數行變量；s=[xA1,xA2,…,xB1,xB2,…,xC1,xC2]，為車位參數[5]。

下面簡單舉例說明公式(2)的運算過程。

某停車場內車位寬3.5m，長4.5m，設定以下因素值，a0=1,a1=2,a2=3,a3=1,k=3，各車位x0,x1,x4,z的數值匯總于表1。

表1 車位參數

4 車位分布

根據本文“3.2”的車位分配算法，將表1中的各個參數代入相應的公式，求得相應的分配車位y,如圖2所示，區域內用不同色塊代表車位不同的狀況，統計適時更新。

圖2 車位分布(一部分)

5 停車場內部誘導系統硬件電路、示意圖及工作流程

5.1 內部硬件系統電路

系統的硬件系統電路見圖1中的基礎部分及圖1中的虛框②部分，該系統可完成語音的傳輸及播放，引導駕駛者找到相應分配的車位，完成停車。

5.2 誘導系統

誘導系統示意圖見圖3。

圖3 誘導系統

5.3 誘導系統工作流程

入口藍牙比對成功后，若該車的信息是已注冊在案的車輛，系統自動記錄該車信息，由系統自動分配車位，系統顯示車位信息，并提醒駕駛者注意語音提示，同時系統自動將車位信息碼通過入口藍牙傳輸到室內藍牙模塊。

駕駛者到達入口時，室內藍牙與路口藍牙連接，路口藍牙通過車位信息碼調用語音文件，將音頻傳送到室內藍牙卡部分。室內藍牙卡的單片機讀取音頻數據，由音頻解碼模塊將音頻數據轉化為模擬信號，由室內播放器播出。駕駛者通過語音引導，找到相應的車位，車內藍牙模塊的工作原理如圖4所示。

圖4 藍牙模塊工作原理

通過各個路口的誘導，駕駛者駕駛車輛臨近停車區域，在即將駛入停車區域后，室內播放器會提供一段語音，提醒駕駛者到達停車區域，減速慢行。駕駛者根據車位狀態顯示屏上的數值，倒車入庫，完成整個停車流程。

6 車位檢測工作流程

在停車場內車位上方顯示區域，車位狀態燈有紅色、綠色、黃色3種燈，紅色表示位置里有車，綠色表示車位空閑，黃色表示即將有車輛駛入。當駕駛者進入停車場入口時，檢測系統已給該車分配好車位并將信息發至室內藍牙卡，當車輛到達指定區域后，區域藍牙與室內藍牙數據對接，獲取信息碼，并按信息碼控制區域單片機使該碼對應車位的指示燈變成藍色。車輛停入后，攝像機探測到車輛并將圖像信號傳輸到計算機管理系統，完成識別后，由系統自動匹配。若匹配成功，由區域單片機向車位狀態燈發出信號，變成紅色；若匹配不成功，系統將進入誤停處理模式，系統處理完后由區域單片機向車位狀態燈發出信號，變成紅色[6]。

目前，城市停車位的數量不能滿足日益增長的汽車數量，這是造成停車難的主要原因。如何高效合理地使用現有停車場內的停車位、如何節省車主尋找車位的時間并節約成本是本研究的重點。本研究通過克服傳統停車場各自為政、功能單一、效率低下等弊端，提出了一種基于藍牙傳輸的停車場內部誘導系統。通過車位檢測系統，為車輛提供最優停車位，利用語音引導對駕駛者提供路線誘導，能夠解決停車難和找車難的問題，節省客戶時間，提高停車場的利用率，有利于提升停車場內部的智能化管理水平。