小型智能停車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李俊萍 徐寧寧

（安徽工程大學(xué) 安徽省蕪湖市 241000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，轎車數(shù)量持續(xù)增高。私家車數(shù)量的不斷增加也為城市停車帶來了諸多挑戰(zhàn)，城市和已建小區(qū)住宅的土地面積已不足以提供足夠的停車位。特別是公園和老舊園區(qū)停車難問題突出，車位不足、停車難、繳費(fèi)排隊(duì)等問題都和現(xiàn)代人的快節(jié)奏生活格格不入。停車位和汽車數(shù)量比例的嚴(yán)重失調(diào)，使停車難問題成為建設(shè)智慧城市所急需解決的問題。

如何讓車主便捷完成停車、取車、繳費(fèi)等一列流程；對于停車的管理方而言，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，如何利用新技術(shù)對停車場進(jìn)行高效的智能化管理和引導(dǎo)，真正為客戶帶來便捷的停車服務(wù)，是管理方所面臨的挑戰(zhàn)。如何更好的利用車位，高效運(yùn)維的停車場，是當(dāng)下傳統(tǒng)停車系統(tǒng)所面臨的問題。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)集物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，整合停車場信息，能有效縮短停車等待時(shí)間，并能給車主帶來預(yù)約停車、無感支付等數(shù)智化體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)總架構(gòu)圖如圖1所示，應(yīng)用層為智能終端APP，車主通過APP 來完成一系列操作。停車服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)層，阿里云服務(wù)器是數(shù)據(jù)通信，存儲(chǔ)，控制系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)模塊和MCU 構(gòu)成，控制車輛進(jìn)出，發(fā)布車位信息，實(shí)現(xiàn)車庫監(jiān)控。

2 總設(shè)計(jì)思路

針對以上提到的問題，在吸收了傳統(tǒng)立體停車場的有利結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，借鑒吊床可升降和橫移的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，再結(jié)合電梯的升降原理與安全防護(hù)結(jié)構(gòu)作為智能立體停車庫系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，既提高了土地利用率，又充分考慮到了車庫的安全性。該智能停車系統(tǒng)是一種小型化停車，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人臉識(shí)別技術(shù)等技術(shù)形成的一種集客戶端就近車位查找、車位預(yù)約、刷臉取車、二維碼取車、自動(dòng)計(jì)費(fèi)、自助繳費(fèi)等功能于一體的停車管理系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 系統(tǒng)電路硬件部分

智能停車系統(tǒng)的電路硬件部分主要由樹莓派CM4 板、ARM Cortex-M3 MCU、500 萬像素?cái)z像頭、24 英寸HDMI 顯示器、控制電機(jī)及傳感器等組成（如圖2所示）。

圖1：系統(tǒng)總架構(gòu)圖

圖2：硬件圖

樹莓派CM4 CM4IO 時(shí)性能最強(qiáng)的樹莓派計(jì)算模塊，該產(chǎn)品被用于工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用[2]。其中ARM 處理器主頻1.5GHz 64 位4 核，HDMI 接口是4K 高清視頻輸出雙接口，工作電壓5V，VideoCore VI 圖形，支持OpenGL ES 3.x。支持多操作系統(tǒng)，是嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的理想選擇。計(jì)算模塊IO 板配合計(jì)算核心使用，其配有兩個(gè)全尺寸HDMI 接口，千兆以太網(wǎng)接口，攝像頭和顯示器FPC 接口，兩個(gè)USB 2.0 接口[3]。其與云服務(wù)器通訊、上傳車庫狀態(tài)以及接收云服務(wù)器下達(dá)的指令并向STM32下達(dá)控制指令完成存取車等動(dòng)作。樹莓派采用USB-GPRS 模塊提供上網(wǎng)數(shù)據(jù)流量，用于HTTP 請求訪問face++ API，同時(shí)和服務(wù)器建立連接、與客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

STM32 單片機(jī)是設(shè)計(jì)ARM Cortex?-M 內(nèi)核最佳選擇[4]，其中STM32F103RCT6 是ST 旗下的一款常用的增強(qiáng)型系列微控制器，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器、豐富的外設(shè)和通信接口，STM32 MCU 主要負(fù)責(zé)接收CM4 發(fā)送的指令，控制電機(jī)和升降地鎖完成車庫存取車等動(dòng)作。另外，MCU 還負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測各種傳感器，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

RFID 面板組能夠?qū)^(qū)域內(nèi)空閑車位實(shí)現(xiàn)定位，并為車主提供反向?qū)ぼ嚩ㄎ唬蚨蟠筇岣咄＼嚒⑷≤嘯6]效率。而升降地鎖對車位停車時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)費(fèi)。

Face++人工智能開放平臺(tái)是北京曠視科技有限公司（后稱曠視科技）推出的開放平臺(tái)[5]。系統(tǒng)的人臉識(shí)別部分調(diào)用開源Face++API 程序的方法予以實(shí)現(xiàn)[5]，識(shí)別速度快，精確度高、穩(wěn)定性好。Face++除了SDK 產(chǎn)品形態(tài)，還支持API 接口，用戶可以更低成本、更便捷迅速的在APP、小程序或H5 平臺(tái)接入[7]。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

控制主程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）用戶信息管理。用戶要在APP 上進(jìn)行人臉或賬號登錄，認(rèn)證身份信息以及車牌信息。

（2）車位信息管理及實(shí)時(shí)發(fā)布。通過顯示屏或終端APP 對外呈現(xiàn)。車主根據(jù)訴求進(jìn)行查詢等。

（3）停車位導(dǎo)航。用戶可查看離自己最近的停車位，并通過程序引導(dǎo)到相應(yīng)車位。

（4）預(yù)約停車。車主可提前10 分鐘預(yù)約車位停車，或取車。當(dāng)預(yù)約的車子到達(dá)車庫時(shí)，車主掃描二維碼即可完成停車。

（5）自動(dòng)計(jì)時(shí)、自助繳費(fèi)。升降車鎖有自動(dòng)計(jì)時(shí)功能，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器端數(shù)據(jù)庫可以核算費(fèi)用。APP 上的支付方式融合了目前盛行的微信、支付寶等移動(dòng)支付程序，可便捷繳費(fèi)。

3.3 存取車操作流程

使用前，用戶需要下載APP，APP 有車位查詢、導(dǎo)航、預(yù)約、自助繳費(fèi)等功能。

取車時(shí)，車主只需面對攝像頭，系統(tǒng)會(huì)車自動(dòng)分析面部信息并且在系統(tǒng)中搜索與之匹配的賬戶，系統(tǒng)搜索并匹配成功后就會(huì)將對應(yīng)的車位取出（其操作流程如圖3所示），車主將車駛出車位完成取車過程，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算停車時(shí)間并在車主賬戶上扣除相應(yīng)費(fèi)用。

3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

取某小型停車場一部分?jǐn)?shù)據(jù)測試比較有沒有裝智能系統(tǒng)軟件的可視化圖形如圖4所示：紅色為人工停車找尋車位時(shí)間，綠色為裝了智能軟件后的等待時(shí)間，可以看到平均節(jié)約6 分鐘，說明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，能滿足人們便捷停車的需要。

圖3：操作流程

圖4：找車時(shí)間與停車時(shí)間對比

4 結(jié)語

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、城市停車問題的凸顯，立體車庫行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。一般路邊停車又非常的方便，所以適時(shí)開發(fā)路邊停車系統(tǒng)就顯得非常緊迫，一個(gè)路邊車庫可停放十輛左右汽車，秉持"小而分散"的原則，更有利于部署在街道旁、小區(qū)內(nèi)等空間相對較小的城市區(qū)域，更符合私家車車主的停車習(xí)慣。同時(shí)這種智能車庫結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)智能停車管理的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)車庫間的資源整合、協(xié)調(diào)運(yùn)作從而發(fā)揮整體效益。而新的智能立體車庫系統(tǒng)創(chuàng)新性的采用人臉識(shí)別技術(shù)作為車主身份認(rèn)證手段以及取車及收費(fèi)等相關(guān)功能的載體，并且結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上查找、預(yù)約車位等功能，這些極大的方便了車主，是未來路邊停車的一個(gè)方向。