傳感器技術在智能停車場中的應用探究

周婷

摘要：傳感器技術是智能停車場的感知單元。基于現有智能停車場的應用情況，對傳感器技術的工作原理進行介紹;根據傳感器技術在停車場中的應用場景來分析其工作過程、特點、優缺點等;最后對智能停車場中的傳感器技術的發展趨勢給出了建議，包括傳感器性能提升、多傳感器融合、停車導航、反向尋車等方面。

Abstract： Sensor technology is the sensing unit of smart parking. Based on the application of existing intelligent parking lot， the working principle of sensor technology is introduced. According to the sensor technology in the parking lot application scenario，its working process， characteristics， advantages and disadvantages are analyzed. Finally， the development trend of sensor technology in intelligent parking lot is proposed， including sensor performance improvement， multi-sensor fusion， parking navigation and reversing for car.

關鍵詞：智能停車場;傳感器技術;工作原理;應用分析;環形線圈;圖像處理

Key words： intelligent parking lot;sensor technology;the working principle;application analysis;toroidal coil;picture processing

中圖分類號：TU248.3????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0210-02

1? 背景

隨著物聯網技術的發展，智能交通、智能出行成為大眾越來越關注的問題。智能交通中非常重要的一個環節就是智慧停車。通過自主創新與技術研發，實現“停車收費、管理的電子化，停車信息更新的即時化、智能化，車位資源使用的最大化”將是未來一段時間停車問題研究的重點。這些研究都離不開傳感器技術。基于此，本文對應用于智能停車場的傳感器技術進行了梳理，并對這些傳感器在停車場各環節的應用情況做了分析。

2? 智能停車場中的傳感器技術工作原理介紹

2.1 環形線圈傳感技術

環形線圈傳感技術應用了電磁感應原理。環形線圈通以交變電流后，其周圍產生了電磁場。車體駛過環形線圈區域或停留在其上時會切割磁力線，檢測器通過捕捉到線圈回路中電感的變化來判斷車輛信息。環形線圈傳感技術常用于闖紅燈抓拍、測速等。

2.2 圖像傳感技術

圖像傳感技術將攝像機作為檢測裝置。車輛通過攝像機覆蓋的工作區域引起圖像信息的變化。計算機分析圖像來獲取這些變化，從而實現對車輛信息的檢測。借助圖像傳感技術對車輛的檢測是視頻技、計算機、通信等多種技術的綜合應用。

2.3 紅外傳感技術

紅外傳感技術是對紅外線的應用，包括光學系統、檢測元件和轉換電路。用于交通領域的紅外檢測技術包括主動式和被動式。主動式紅外檢測包括紅外信號發射裝置和接收裝置，通過信號的發送與接收來判斷車輛的存在性。紅外檢測技術可實現對檢測目標的無接觸檢測。

2.4 微波雷達傳感技術

微波雷達傳感技術應用了多普勒效應。雷達發射裝置通過天線發射電磁波，電磁波遇到障礙物（車輛）被反射，再被天線接收[1]。通過對發射和接收到的電磁波的分析、計算來提取有用信息。微波雷達傳感技術常用于機動車測速。

2.5 地磁傳感技術

地磁傳感技術是對地磁場的應用。鐵磁車身置于地球磁場中，使磁場產生擾動。地磁傳感器檢測到這種擾動，從而實現對車輛信息的檢測。

2.6 超聲波傳感技術

超聲波傳感器主要包括超聲波探頭和檢測電路兩部分。首先由超聲波探頭的發射端發送出超聲波信號，傳播至接收端以后，通過相關的換能裝置轉換出所需數據，并進行數據應用[2]。在用于車輛檢測時，可由超聲波傳感器發射端發射出信號至待檢測區域（一般是路面或車輛表面），通過路面或車輛表面反射的波形進行數據獲取。

3? 傳感器技術在智能停車場中的應用分析

按照車輛進出停車場的流程，智能停車場中傳感器的功能體現在計費、防砸車、車位誘導等方面。

3.1 出入停車場信息驗證與計費

車輛進出停車場時，停車場管理系統需要完成信息驗證、費用計算、放行等操作。目前對于出入停車場的信息驗證與計費，常見的有以下3種模式：

3.1.1 “環形線圈傳感+圖像傳感”模式

此模式采用環形線圈和高清攝像機。環形線圈觸發抓拍設備進行抓拍，因此也叫觸發線圈;圖像傳感技術體現在攝像機抓拍環節，檢測時攝像機的檢測區域對準觸發線圈。以入口為例：車輛到達觸發線圈所在區域后，觸發線圈檢測到車輛并將信號傳送至抓拍單元。接收到信號的抓拍相機開始抓拍工作，系統對拍到的圖片進行存儲、數字化、提取特征信息等操作后，獲得車牌信息，完成信息驗證，并控制道閘桿升起。這種模式的優勢在于環形線圈技術成熟，成本低，準確率高;抓拍相機不需要持續工作，只需等待環形線圈將檢測到車輛信息的信號傳遞過來即可。劣勢在于施工時需切割路面，對路面有傷害。

3.1.2 “圖像傳感”模式

在車輛進出停車場的信息驗證環節，除前文所述環形線圈可作為抓拍設備的觸發裝置外，視頻圖像處理技術中的虛擬線圈也可扮演這一角色。虛擬線圈是指在圖像畫面中設定重點檢測區域，此區域的功能類似于環形線圈。檢測時，系統重點關注這一區域，若捕捉到此區域的變化超出閾值，即可認為有車輛到達[3]。此環節常將沒有車輛通過時的路口畫面作為背景圖像，檢測到有車輛通過時，將當前圖像與背景圖像對比，得到車輛區域，并檢測到車牌信息。

采用此模式的優勢在于不需切割路面、便于維護，對于車輛信息可自動識別，方便快捷。劣勢在于“圖像傳感”模式需選準背景圖像。

3.1.3 “雷達傳感+圖像傳感”模式

此模式采用雷達和高清攝像機。其工作過程與“環形線圈傳感+圖像傳感”模式類似。

3.2 出入口處防砸車

用于防砸車功能的傳感器主要包括以下幾種：

3.2.1 環形線圈傳感技術用于防砸車

采用環形線圈傳感技術時，此線圈也被稱為“防砸線圈”，常設置于道閘桿下方。車輛到達道閘桿下方后，防砸線圈檢測到車輛，道閘桿則保持抬起狀態;車輛離開后，線圈檢測到區域內無車，道閘桿落下，恢復正常。故出入口處防砸線圈的功能可總結為：防止車輛通行時被砸和車輛通過后及時落桿。采用環形線圈的優勢是線圈結構簡單、成本低，車輛檢測準確性好;劣勢為環形線圈的安裝維護較麻煩，且僅能實現對車輛的檢測，若道閘桿抬起狀態下有人在此處出現，線圈無法識別，道閘桿會因此誤傷到人。

3.2.2 紅外傳感技術用于防砸車

用于防砸車的紅外傳感技術使用了阻斷式紅外傳感技術，即紅外發射裝置與接收裝置分別安裝于道閘兩側，發射裝置向檢測區域發出紅外信號，若無車經過，則接收裝置可接收到紅外信號;若有車經過，紅外信號被車體阻斷，接收裝置無法接收到信號。以此來判斷道閘桿下方是否有車輛經過，從而決定道閘桿是否落下。采用紅外傳感技術來防砸車的優勢在于設備反應迅速，且可實現對人、非機動車的檢測，防止誤傷。但使用時要注意紅外對射探頭的響應時間，若響應時間過短，檢測過于靈敏，對于快速移動的物體如飛鳥等，易產生誤判，干擾道閘桿的落下;若響應時間太長，會出現車輛或行人處于道閘桿下方卻檢測不到的情況，造成對車輛和人員的傷害。此外，環境震動可能會引起兩側光柵對焦不準，環境溫度、濕度、雨雪天氣等也會對其造成干擾。

3.2.3 雷達傳感技術用于防砸車

雷達傳感技術用于防砸車時是將雷達傳感器安裝于道閘桿的箱體上，其檢測區域為道閘欄桿下方。

使用雷達傳感器的優勢在于安裝維護方便，可識別人和非機動車，避免道閘桿傷人。相較紅外傳感而言，對環境的適應性較好。

3.3 停車場內車位檢測

3.3.1 地磁車位探測器

地磁傳感技術應用于車位檢測時，在檢測位置的地面安裝地磁傳感器，檢測此處磁場強度的變化情況，并獲取停車位上車輛的存在性。

使用地磁傳感器檢測車位，設備體積小，可以無線通信的方式實現車位信息的傳輸，可使用電池供電來保證傳感器的工作動力，減少了停車場內的布線。但常需要考慮電池的蓄電問題，且一個地磁傳感器僅可檢測一個車位。

3.3.2 超聲波車位探測器

超聲波車位探測器位于停車位上方。車位探測器向地面發射脈沖式超聲波，并接收來自地面或車頂的回波。通過分析反射回來的波形、時間差，測算從傳感器到反射超聲波表面的距離，判斷車位是否有車輛占用。

使用超聲波傳感器檢測車位，不需開挖路面，安裝調試方便，穩定性好。但每個車位需單獨安裝檢測器。

3.3.3 視頻車位探測器

圖像傳感技術在車位檢測中的應用主要體現在高位視頻。這種檢測技術將車位信息以圖片形式采集、傳輸、處理和分析，從而獲取車位數量、占用情況等。采用圖像傳感技術可在車位檢測的同時滿足監控安防需求[4]。

高位視頻進行車位檢測時，一臺視頻采集設備可同時覆蓋多個車位。對比地磁檢測、超聲波檢測的逐個車位安裝，高位視頻檢測的安裝、維護都相對方便。

4? 建議與對策

伴隨物聯網技術的發展，如何借助傳感器實現更智能、便捷、高效的停車體驗成為非常受關注的問題。目前智能停車場常用的傳感器技術都有其優勢與局限[5]，要實現停車場的智能化、精準化管理與使用，仍有許多方面可進一步提升。

4.1 提升現有傳感器的性能，攻克缺陷

要使車輛在進出停車場、車位檢測等環節更順暢、智能，需提升現有傳感器的性能。如縮短傳感器響應時間，更快速地獲取檢測信息，減少車輛等待時間，進一步確保數據的實時更新;加強傳感器穩定性，減弱干擾因素帶來的影響，減少誤檢、漏檢;提升傳感器的供能裝置性能，延長傳感器獨立工作的時間，減少供能不足帶來的損失。

4.2 加強傳感器組合使用，促進多傳感器融合

為促進停車場的高效、智能，多傳感器融合也是未來的趨勢。不同傳感器工作時對環境要求不同，且各有優勢。多傳感器融合可對數據進行更全面的采集。

4.3 加強地下車庫導航技術與智能尋車技術的研究

由于地下車庫環境復雜，導航信號弱，停車時駕駛員很難快速找到空車位;停車結束后，由于空間大，車輛多，環境辨識度低，快速尋找車輛困難。因此，地下車庫的導航技術與反向尋車技術是非常值得研究的。

5? 結語

智能停車場是智慧出行體驗的重要部分。傳感器是智能停車場獲取信息、接收指令的觸角。應用于停車場的傳感器各有優缺點、適用場景這些傳感器在各環節的相互配合保證了智能停車場的正常運行。隨著新技術的發展，傳感器性能的進一步提升、多傳感器融合技術的進一步應用、地下車庫的導航、反向尋車技術將成為未來的研究趨勢。

參考文獻：

[1]陳敬軒.基于微波雷達的交通信息檢測算法研究[D].北京：北京理工大學，2016：12-14.

[2]吳啟強.超聲波三維風速測量系統的設計與實現[D].南京：東南大學，2019：10-13.

[3]黃日明.停車場智能停車引導方法及系統研究[D].廣州：華南理工大學，2020：23-25.

[4]王梨，王飛，等.基于視覺分析的室內停車場車位檢測[J].軟件導刊，2019，18（4）：13-15，20.

[5]高暢.傳感器在交通信息采集中的應用現狀研究[J].傳感器世界，2020，26（5）：18-23.