基于云平臺的城市級智慧停車系統研究與設計——以潮州市湘橋區為例

王會林，余曉春，周澤尋，廖曉鵬

（韓山師范學院 計算機與信息工程學院，廣東 潮州 521041）

根據中華人民共和國公安部發布的數據［1］，截止2020 年，我國汽車保有量達2.62 億輛，若以汽車保有量與停車位的比例計算，我國停車位需要達到2.88 億個.然而，由于歷史與地域條件等原因，截至2019年末我國停車位僅有1.07億個左右，現有城市停車位數已遠遠滿足不了日益增長的汽車保有量，導致城市停車矛盾非常突出.由此可見，如何高效地管理現有的與在建的停車位，緩解因用地緊張帶來泊位不足而引起的交通擁堵、生活不便、城市體驗感差等一系列問題，是當前我國大部分城市建設與可持續發展需要迫切解決的一個熱點問題.

通過改進管理方式，提高現有車位的利用率.隨著5G 移動互聯網、大數據與人工智能等新興信息技術的快速發展，智能化的信息管理理念與技術為管理停車位提供行之有效的技術方案，進而緩解城市停車供需緊張問題.我國交通運輸部于2019年發布的《數字交通發展規劃綱要》的指導思想明確指出，要促進先進信息技術與交通運輸深度融合，以“數據鏈”為主線，構建數字化的采集體系、網絡化的傳輸體系和智能化的應用體系，加快交通運輸信息化向數字化、網絡化、智能化發展，為交通強國建設提供支撐［2］.其中，在構建智能化的應用體系方面，指明要利用“互聯網+”推動便捷交通發展，通過制定相關規范來鼓勵和發展智能停車、智能公交、網絡預約出租車等新型城市交通服務.根據前瞻產業研究院對我國智慧停車市場規模的數據分析預測，在國家和地方政府的支持下，2020-2025年智慧停車的市場規模保持20%以上的復合平均增速，由156億元擴大到388億元［3］.智慧停車有機結合人工智能、5G 技術、大數據和移動支付等新興技術，可以突破現有停車管理的限制，滿足城市管理需要，具有廣闊的市場發展前景.本文以廣東省潮州市智慧停車云平臺建設為例，分別從總體規劃、系統架構設計、核心功能構建和平臺優勢這幾個方面，探討城市級智慧停車云平臺建設，為進一步發展和完善我國城市級智慧停車產業提供實踐經驗與技術參考.

1 國內外智慧停車的發展概況

智慧停車是利用無線通信網絡，整合移動終端、GPS、GIS、物聯網等技術用于城市停車位的采集、管理、查詢、預定和導航，通過基于智能處理與分析的數字化云平臺進行高效管理與一體化資源分配，實現城市停車場地資源利用率的最大化、停車經濟效益的最優化、用戶停車體驗的最佳化，能夠有效化解城市停車難這一社會性難題.從停車設施的信息化程度的角度上看，智慧停車由低到高需要經歷三個階段［4］：（1）點位級，將停車場的每個車位信息化處理，車主可以獲得車位的實時信息，能夠快速作為停車決策；（2）區域級，具備停車引導、移動支付停車費用、反向尋車等服務功能，優化停車體驗和提升停車效率；（3）城市級，與城市交通數據庫對接，不僅是歷史的智能交通大數據，實時的交通流數據，智慧停車系統都能夠勝任城市級別的數據體量的處理與分析.

1.1 國外智慧停車的發展概況

美國的智慧停車主要由幾個子領域構成：停車誘導、停車預約、代客泊車和電子付費，并且這些領域都有相應成熟的企業和應用，如Parker［5］、BestParking［6］、ParkMobile［7］等.這些不同領域各司其職為美國整個停車行業提供優質的技術服務.日本的智慧停車解決方案包括停車誘導和自主繳費，通過在街道、網上、手機、車載GPS 獲取停車場空滿狀態、價格等信息，同時場內配置自助繳費機.Park24［8］是日本最大最有代表性的智慧停車企業，它通過微小模式、點狀分布以及自身掌握的海量數據，拓展在線增值服務，在日本的停車與共享服務領域占據最大份額.新加坡通過電子停車系統來有效緩解本國車位緊張問題.在停車時，這些停車場設置的電子停車系統只需用戶輸入個人密碼，系統即可自動完成車位尋找；在取車時，系統也是通過輸入的密碼自動完成尋車、挪車、取車一系列過程.意大利的NICE［9］停車管理系統集視頻采集、圖像抓拍、車牌識別、數據傳輸、數據緩存等功能于一體，它的優點是體積小，純硬件識別處理，性能優越，還可以通過互聯網實時上傳識別結果.

1.2 國內智慧停車的發展概況

我國的停車設施產業的發展可以分為以下四個階段：醞釀階段、起步階段、發展穩定階段、全面創新階段［10］.上世紀80 年代，早期的停車場規模很小，這時候停車行業還處于醞釀階段，只需專門開辟一定空間作為停車場地并雇專人進行簡單的人工收費和防盜管理即可.從上世紀90年代起，停車場地的規模也有所擴大，并且引入國外的停車場管理系統，國內的一些做門閘的企業以此抓住商機，將門閘結合開發出初步具有停車收費與防盜管理的出入口控制的停車設施.停車行業由門禁系統起步，處于初步發展水平，仍以人工收費為主.從2000年開始，城市停車難問題日益突出.為了能提高人們的停車效率，在原有出入口控制的門閘式停車場基礎上，停車行業逐漸將車位引導系統應用到現行的停車管理系統［11］.結合優良的人機交互界面，基于車位引導的停車系統可以讓車主快速了解停車場車位現況，提高停車效率.停車行業所需的基本技術與產品框架在此進入穩定的發展階段.從2010年開始，伴隨大數據時代到來，以人工智能為代表的信息智能處理技術驅動原有出入口控制的停車場管理系統更新換代以適應時代發展和市場需要.ETC（Electronic Toll Collection，不停車收費系統）、非接觸IC 卡、車牌識別、室外停車引導系統、反向尋車系統等新技術呈噴薄發展，停車管理系統進入全面創新階段［12］.尤其是我國大部分城市，將5G 移動通信、北斗導航實時定位、物聯/車聯網、云計算、大數據分析等技術進行整合，并出臺相關政策，鼓勵新技術服務城市建設與管理［13］.因此，基于大數據的停車運營也將成為今后停車管理行業重要的發展方向.

2 潮州市智慧停車研究

2.1 研究背景

隨著近幾年潮州市經濟發展，潮州市的汽車保有量逐年增加，停車位緊張的社會問題已經日益凸顯，主要體現在以下幾個方面：（1）公共停車泊位總量小且分布不均，尤其是湘橋區這類老城區停車難問題突出；（2）土地面積有限，新建停車位較難；（3）停車場數據無法互通互聯，不能實現數據共享，市民無法實時獲取停車場內剩余車位信息.針對上述問題，潮州市于2019 年12 月開始建設市城區智慧停車云平臺，工作核心在于整合市區內的停車資源，利用移動通信、大數據分析等技術，實現移動端動態查詢/預約車位，將現有分散的泊位進行信息化管理，提高停車位的流轉率，縮小尋找停車位耗費的時間與距離；利用計算機視覺，在指定區域安裝路牙或懸掛攝像頭，結合停車設施進行全景視頻自動識別車牌，并通過物聯網數據通信鏈路上傳云計算平臺，實時提交停車與移動支付信息，整合原本各個孤立的停車位數據資源.

2.2 系統架構設計

根據潮州市湘橋區智慧停車云平臺的項目特點，對整個項目進行規劃與設計，該平臺劃分為：信息采集層、通信協議層、數據存儲層、核心業務層和應用接口層.圖1展示了整體系統架構.

圖1 智慧停車云平臺架構示意圖

2.2.1 信息采集層

信息采集層主要利用光敏、壓敏等傳感器及其網絡，對場內/外停車信息進行采集，是整個系統對外部環境的感知.核心技術包括傳感器技術、無線組網技術、視頻技術、智能識別技術等物聯網技術.通過嵌入式系統技術將這些技術進行集成并開發出具有智能感知功能的一體化信息采集設備，如高清車牌識別視頻樁、路牙、基于NB-IoT 的地磁等核心產品設備.此外，可以通過增加不同類型的傳感器對不同場景進行數據采集和微環境數據監測，如在室內停車場，可以添加煙霧報警器進行火災隱患防范.

2.2.2 通信協議層

通信協議層主要是用于信息傳輸，核心采用物聯網通信協議.常用的物聯網通信協議［14］如DDS、MQTT、AMQP和JMS是基于發布/訂閱模式的，這類協議具有服務自發現、事件過濾和動態擴展的特點，可以較好地在空間、時間上實現松耦合的物物相聯.考慮到整個系統內部各個子功能的信息交互，如平臺可以向移動終端推送實時的停車位信息、車主需要利用移動終端與停車系統進行交互、泊位停車設施需要向平臺提交車輛實時信息等不同的應用場景，所以整個通信協議層并不是支持單一的某種協議，而是根據需要選擇相適應的通信協議.例如，車牌識別視頻樁可以使用XMPP 協議實現即時通信，控制攝像頭開關；當對停車設施進行巡檢時，可以使用MQTT 協議進行消息推送；車主想查詢扣費情況，可以由系統使用REST/HTTP協議開發API服務.

2.2.3 數據存儲層

智慧停車系統的數據采用云存儲技術，可以保證數據的實時性以及數據存儲的安全性、完整性.

2.2.4 核心業務層

核心業務層作為整個系統的基礎平臺，主要是面向云計算環境的應用程序提供運行過程中所需的基礎服務，包括視頻、語言、圖像等前端數據處理與分析、消息的管理與分發、Web應用、應用程序性能和流量監控、計費與盈利統計分析等.核心業務層首先將前端上傳的數據拆分成各類數據，然后調用本層內的應用程序接口來處理這些數據，如針對圖像、視頻數據，則會調用車牌識別的程序進行處理分析；而對于支付數據，則會由計費功能的程序調用支付網關進行計費.此外，核心業務層被設計成一個開放的應用程序開發平臺，可以為用戶提供適用于大部分需求的編程模型和應用程序接口以便于快速開發和部署程序.

2.2.5 應用接口層

應用接口層通過不同的配置與管理，為系統內外圍的不同角色的用戶程序提供不同的功能和使用權限.對于管理員，應用接口層提供身份驗證的PC 終端、移動端等APP 遠程查看與監控功能；車主可以通過移動端實現停車的歷史視頻/圖片查看、手機自動扣費明細、停車誘導、反向尋車等功能；對于運營方，本層提供了周、月、季、年停車盈利的報表統計與分析等功能；對于交通管制部門，本系統的應用接口層也提供相應的應用接口進行對接，為處罰違章亂停提供證據鏈.

2.3 系統功能設計

潮州市智慧停車管理平臺主要集成了路內外停車、室內立體停車、停車誘導、反向自助尋車、自助繳費等子系統.從服務功能角度上可劃分為停車資源管理、停車服務管理、巡檢移動管理、停車監控管理、運營財務管理、停車設備管理、停車大數據分析、系統管理與維護、服務接口管理.

2.3.1 停車資源管理

停車資源管理主要負責全區路內停車場、路外停車場以及立體停車庫的可視化管理，通過前期的信息化建設與內部數據管道，實現全區停車資源動態信息監管.利用物聯網技術，結合層次化管理模式，將城區的停車信息進行分級管理，以泊位為基礎單位，從低到高，依次為道路、片區、場庫、小區、城區、城市逐級管理停車資源數據；并以此劃分停車管理的組織機構，對每級下轄管理機構進行信息管理，包括機構成員信息、聯系方式等.

2.3.2 停車服務管理

停車服務管理是本系統最核心模塊，主要分為兩部分：車主信息管理與基礎停車服務，如圖2 所示.其中車主信息管理負責車主注冊、登錄、個人信息錄入/綁定/解綁等基礎信息管理.基礎停車服務主要有泊位信息包括車位分布、收費詳情、占用狀況等信息遠程查詢、實時移動預約、場庫停車誘導與尋車指引、自助停車繳費、歷史訂單查詢與發票開具、服務意見提交與投訴等.

圖2 停車服務序列圖

2.3.3 巡檢移動管理

巡檢移動管理包括巡檢稽查員管理和停車管理員管理.巡檢稽查員管理主要有稽查人員基本信息管理、簽到/調崗管理、路外片區停車收費情況查詢、現場停車糾紛與投訴信息管理、巡檢記錄管理.停車管理員管理功能負責停車管理員的基本信息管理、管理員簽到/退出管理、車輛到達與離開消息推送、停車資源占用可視化管理、現場停車處置記錄管理（包括協助車主停車下單、規范與協調停車秩序）、異常停車狀況登記、違章停車協查、向未支付停車費的用戶追繳費用.

2.3.4 停車監控管理

停車監控管理主要由兩部分組成：停車實時管控和停車運營監控.其中停車實時管控負責整個停車過程的拍攝、取證、傳輸、存儲.對于駕駛人在停車點位進行停車時，由前端設備拍攝駛入到停止的過程，并記錄時間、地點、車牌號等相關信息，由專門的證據鏈路上傳云端服務器進行處理、分析與存儲.針對駕駛人離開停車位時，前端設備同樣對整個行駛過程進行拍攝、記錄、傳輸，最后由云端服務程序進行處理、分析與存儲.停車實時管控是整個智慧停車的核心功能，構建了全視覺證據鏈，將計算機視覺、嵌入式技術與安全的信息傳輸技術融合為一體.停車運營監控則負責停車定價動態、計費規則管理，由運營部門根據時價進行靈活配置；負責停車業務規則、業務流程管理，由業務部門結合城市交通管理規定進行靈活設定；負責多維度地管理各類訂單，包括正常訂單、異常訂單、取消訂單等，分析部門可以通過訂單所屬路段、區域、時間等多個角度進一步深入了解停車需求，為后續改進服務質量提高業務水平提供一定的數據參考；負責會員信息管理，包括會員基本信息、制度/優惠管理；負責將欠費明細推送至相關停車人移動端.

2.3.5 運營財務管理

運營財務管理功能包括收費資金管理和清分結算管理.其中收費資金管理負責管控收費渠道、記錄收費明細、匯總支付費用等；清分結算管理負責現金支付、移動支付、銀聯POS支付等多種付費方式的對賬、清分和結算等模塊.

2.3.6 停車設備管理

停車設備管理負責對車位監控器、PDA 停車設備等停車設施進行基本信息管理，包括設備名稱、編號、廠家、日期、管轄負責人等；負責實時監控設備的在線運行情況，并對每天的運行狀況進行記錄歸檔；負責設備的安裝、巡檢、維護管理，并將相應的操作過程進行數字化，通過運維負責人將這些操作記錄上報至本系統.

2.3.7 停車大數據分析

本子系統根據前端停車設備采集的實時數據，結合交通情況、停車資源分布等因素，利用成熟的分析方法與工具進行大數據分析，從停車動態、停車資源利用情況、車主用車習慣等多方位深入分析，構建準確有效的智慧停車行為數據分析模型，為企業掌握用戶停車習慣與特點提供科學的數據，為后續制定合理的停車規則、收費準則、資源規劃等提供有利的決策支持.

2.3.8 系統管理與維護

該模塊主要為高級別管理提供整個平臺管理與維護的接口，包括用戶管理、用戶組配置、權限管理、基本參數管理、數據庫備份、多層次立體式信息安全策略配置等.

2.3.9 服務接口管理

本模塊主要負責管理系統內外圍的服務接口，利用基于云端的SaaS技術，通過可視化配置自動生成服務，同時為了保證服務接口的安全性和差異性，融入接口權限控制策略.此外，本管理模塊支持一鍵發布，系統內外圍開發人員可利用在線數據匯總平臺查閱幫助文檔，快速開發本地程序與本平臺對接.本模塊也會全程監控服務調用過程，并記錄相應日志信息，統計相關接口調用情況.

2.4 平臺的特點與優勢

潮州市湘橋區智慧停車云平臺具有以下特點與優勢：（1）數據驅動.以數據價值目標實現打造示范停車，深度挖掘停車數據的多渠道變現價值，讓停車數據服務城市建設以及市民出行.（2）全視覺證據鏈.基于視覺的停車服務證據鏈閉環，保證這個停車過程可取證可管控；視頻樁無縫融合到城市景觀燈/路燈中，技術與藝術相融合；基于AI 視頻檢測的無人值守智慧停車，節約人力成本.（3）三級等保.多層次立體式信息安全保障體系，專注于停車數據的安全脫敏與共享，已通過國家信息安全等級保護三級認證，多種方式保證數據的完整性和安全性.（4）集約模式.基于云端技術的SaaS開發與部署，實現停車平臺區域式集約化建設；共享計算與存儲資源，優化數據的無縫共享.（5）開放靈活.具有開放靈活的特點，能夠根據應用需求進行定制和擴展，適配不同的第三方平臺的接口與協議，開放式城市碎片化停車資源無縫接入、開放式接入不同廠家停車智能檢測終端、開放式停車脫敏數據共享共建共管，實現整個城區停車資源、終端設備、停車數據的無縫覆蓋.

2.5 建設成效

潮州市湘橋區智慧停車云平臺項目緊緊圍繞民生保障、城市管理、政府服務、企業運營與經濟建設協調發展的需要，運用新興智能技術，緩解日益凸顯的停車與城市管理的矛盾，實現市民、停車運營企業和城市監管機關的共贏.

潮州日報發布的最新信息顯示，市城區智慧停車系統項目于2019 年12 月開始建設，總投資3 344.46萬元，共完成48條道路合計5 285個泊位，同時配套建設指揮中心、客服中心、軟件系統和管理平臺，通過掌握停車大數據，實現停車智慧化、管理可視化和運營高效化，為車主提供電子支付、車位查詢、車位預訂、車位導航、周邊信息推送等服務［15］.智慧停車項目的推進與實施，有效改善市城區多條道路的擁堵與車輛亂停亂放問題.

3 結語

本文通過潮州市湘橋區城市級智慧停車云平臺建設，介紹了城市級智慧停車平臺的系統架構設計、系統功能設計、平臺優勢、平臺建設成效.智慧停車是大數據分析、計算機視覺和物聯網技術交叉融合的具體應用，是車輛與停車設施的信息化、網格化、智能化的高度融合.為進一步做大做強智慧停車行業，未來將開展如下研究：（1）引入區塊鏈技術，構建停車數據鏈、共享服務鏈與收費資金鏈安全、透明的一體化數據管理機制；（2）深化大數據研發，從實時停車場景、完整證據鏈、停車時分統計、停車導流預測、潮汐規律分析、停車資源分布、停車負荷預警、智能停車調度、車流峰值預測和車輛涌入分析這幾個方面突破現有瓶頸；（3）提升信息安全保障技術，包括車主隱私、圖片加密、數據導出加密、安全監控、接口安全、安全隱患發現；（4）制定停車領域技術標準，包含城市級停車、路內停車、全視頻感知和停車云平臺這個層面布局.