智能車庫引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

王金瑩，劉佳佳*，張成雷，孫玉茹，秦寶琦

（臨沂大學機械與車輛工程學院，山東 臨沂 276000）

0 引言

據(jù)統(tǒng)計顯示2021年中國機動車保有量達3.95億輛。全國新登記機動車3674萬輛，比2020年增長10.38%。據(jù)統(tǒng)計，大部分機動車約90%時間為停泊狀態(tài)[1]。因此對停泊車輛進行有效的管理具有重要的意義[2]。而目前停車場管理系統(tǒng)的智能自動化程度有待提升。

智能車庫管理系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用始于德國、美國等發(fā)達國家，20世紀50年代，歐洲的汽車工業(yè)正在飛速發(fā)展，人們已經(jīng)意識到對車位進行規(guī)范化管理的重要性，為了提高車輛管理效率，人們不斷進行技術(shù)創(chuàng)新。最直接的增加車庫車位數(shù)的方法莫過于立體車庫了，最早的立體車庫建于1918年，位于美國伊利諾斯州的停車庫，立體車庫通過機械結(jié)構(gòu)把車庫內(nèi)垂直空間最大化利用，較傳統(tǒng)車庫車位數(shù)目能提升3～4倍，但立體車庫因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、停取車不方便的弊端并未大范圍推廣。在車庫車位容量不變的前提下，加快車庫內(nèi)車輛流動速率、提高車位利用率為緩解停車難提供了新的思路[3]。在車庫車位容量不變的前提下，加快車庫內(nèi)車輛流動速率、提高車位利用率為緩解停車難提供了新的思路[4]。

目前市場上的停車APP功能主要為查看停車場收費情況、位置等，交互性較差，有反應(yīng)延遲，不能及時反饋給用戶車位使用情況并且現(xiàn)代的大型停車場為多層、占地面積較大，進入停車場停車，取車都存在一定的難度和問題，隨著技術(shù)更新不斷優(yōu)化車庫或者停車場的智能化。本系統(tǒng)在 LabVIEW 平臺基礎(chǔ)上開發(fā)，具有基于 LabVIEW Vsion的車牌識別、Acessde數(shù)據(jù)管理等功能，利用算法輔助計算引導(dǎo)路徑，并協(xié)調(diào)手機APP作為用戶端提供給用戶，使用戶可以通過本系統(tǒng)享室內(nèi)導(dǎo)航引導(dǎo)停車與取車等服務(wù)。

1 識別系統(tǒng)設(shè)計

該部分主要實現(xiàn)兩個功能，即車位檢測和車牌號識別。都是基于LabVIEW圖像法的識別方案。分別是利用監(jiān)控錄像系統(tǒng)和車牌字符識別系統(tǒng)，將目標對象進行抓取采集、圖像識別、傳遞信息指令并且對進行下一步指令進行輔助調(diào)控。

1.1 圖像識別部分

車位檢測。車位狀態(tài)識別利用現(xiàn)有停車場的監(jiān)控系統(tǒng)，從其硬盤中讀實時圖像文件，將該圖片與車位空閑時做對比（LabVIEW模式識別），來判斷車位狀態(tài)。在現(xiàn)實生活中，車庫和停車場里會有一定的攝像頭進行各車位區(qū)域的監(jiān)控。首先讀取一張被截取的識別圖片，根據(jù)其使用中車位的個數(shù)劃分多個停車車位區(qū)域；然后進行模式匹配，匹配模板到車位為空閑時，每個匹配結(jié)果用布爾量表示（1表示占用，0表示空）并存入數(shù)據(jù)，最后將匹配結(jié)果以數(shù)組形式返回。

1.2 車牌字符識別

車牌識別系統(tǒng)是一個集圖像處理、模式識別等的高度智能化集成體系，其硬件主要由CCD攝像機、PCI圖像采集卡和計算機構(gòu)成。當有車輛經(jīng)過傳感器時，傳感器將產(chǎn)生電信號并傳至PCI數(shù)據(jù)采集卡，采集卡進行數(shù)據(jù)采集，利用LabVIEW驅(qū)動USB攝像頭，當車輛停在車庫入口處前時調(diào)整攝像頭拍照采集，再將采集到的車輛圖像信息傳輸?shù)接嬎銠C上。計算機對接收的圖像預(yù)處理，圖像處理后通過適當算法將圖像中車牌區(qū)域定位出來，若欲對車牌進行識別還需將所定位出的車牌上的字符與其背景進行分割，提取車牌字符，最后經(jīng)過字符識別處理達到車牌智能識別的功能[5]。

1.2.1 車牌號圖片粗處理與截取

粗處理目的主要是通過圖像處理和其他方法對含有車牌字符的圖片中確定出字符區(qū)域。此過程在LabVIEW中調(diào)用MATLAB script完成，輸入存儲的圖片的路徑，輸出車牌區(qū)域（四個頂點）在輸入圖片中的位置坐標。其基本原理為：根據(jù)車牌圖像在色彩空間各分量的取值范圍規(guī)律，首先對符合該取值范圍的像素進行色彩過濾，然后利用數(shù)學形態(tài)學進行處理，形成多個符合車牌顏色特征的連通區(qū)域。接下來分別根據(jù)車牌的形狀特征和車牌上字符的紋理特征，逐步對得到的連通區(qū)域進行分析和排除，從而得到車牌區(qū)域。

1.2.2 車牌號準確處理及加工

主要包括區(qū)域的精確定位和字符增強、提取。車牌號準確定位仍然用MATLAB script完成，但在原理有所區(qū)別。首先將車牌圖片進行預(yù)處理，包括灰度化、高斯濾波、邊緣化；然后將二值圖轉(zhuǎn)化為二維數(shù)組輸入 MATLAB script，通過搜索0和1間的躍變位置，提取車牌區(qū)邊界像素點，從而得到僅有0和1兩個灰度值的黑白車牌圖像[6]；MATLAB script輸出仍為車牌區(qū)域（四個頂點）在輸入圖像中的位置坐標。

1.2.3 字符切分與識別

為了從圖像中提取出字符，可以使用閾值分割的方法。閾值處理是一種區(qū)域分割技術(shù)，依靠閾值范圍分割目標圖像和背景圖像。自動閾值方式可自動生成不同閾值范圍，適用于照明條件變化較大的情況。IMAQ Vision提供了5種自動閾值技術(shù)[7]。

二灰碎石基層的施工質(zhì)量受到原材料質(zhì)量、施工配合比，以及施工工藝工序等的影響。文章對影響二灰碎石基層的施工質(zhì)量的因素展開分析，并結(jié)合原材料的物理力學性能，施工配合比以及整個施工工藝進行分析與探討，找出具體原因，然后采取相應(yīng)的控制辦法進行改善，以便將來遇到同樣的問題，能夠得心應(yīng)手。

本系統(tǒng)中字符分割采用自動閾值方法進行分割，然后用光學字符識別方法 OCR（Optical Characters Recognition）識別出車牌號碼。在識別之前，利用Vision OCR Training進行大量的字符識別針對訓(xùn)練，生成特定文件。識別時將OCR字符訓(xùn)練所得標準樣板與提取出來的車牌字符二值圖片進行比較和匹配，即可得到車牌號完整字符串。

1.3 車庫管理員程序

本系統(tǒng)在LabVIEW基礎(chǔ)上借助Access數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行加工、存儲、管理。通過LabVIEW對Access數(shù)據(jù)庫的調(diào)用可實現(xiàn)對智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)各類型數(shù)據(jù)的錄入、查詢、更新功能。管理員主界面包含主頁、實時數(shù)據(jù)、查詢搜索、實時監(jiān)控、設(shè)置、幫助六大操作。每個操作選項對應(yīng)相應(yīng)的功能，管理人員按照工作任務(wù)需求選擇相應(yīng)操作選項實現(xiàn)所需功能[7]。在LabVIEW使用過程中，管理員界面的各個操作選項模式可以連續(xù)運行。所有的操作記錄都會保存。點擊退出，在確認后即可退出本系統(tǒng)。為了便于界面設(shè)計與功能實現(xiàn)的快捷修改，將界面顯示部分和功能實現(xiàn)部分放置在兩個循環(huán)中，使程序框圖更加簡潔，具有較強的可讀性和可修改性。

1.3.1 labview與Access數(shù)據(jù)庫連接的方式

在Labview中沒有進行數(shù)據(jù)的交換與傳輸，不同界面的功能實現(xiàn)依靠事件結(jié)構(gòu)完成，可以進行程序的擴展。只需在事件結(jié)構(gòu)里面添加相應(yīng)的新事件，并添加與Access數(shù)據(jù)庫連接的子vi，即可完成修改，過程十分方便。

1.3.2 數(shù)據(jù)庫的可移植問題

目前選用的是DSN，使用DSN連接數(shù)據(jù)庫需要考慮移植問題，當把代碼發(fā)布到其他機器上時，需要手動為其重新建立一個DSN。接下來擬直接采用udl與Access之間連接，提升數(shù)據(jù)庫的可移植性，具體資料方案如下：

文本編輯器打開剛新建的“xxx.udl”文件，其內(nèi)容如下所示：

分號(;)后面的內(nèi)容為注釋。Data Source后面是數(shù)據(jù)庫的絕對路徑，所以，當數(shù)據(jù)庫文件位置變化后，程序就會出錯。

可以直接把“xxx.udl”文件中的信息重新生成，然后傳給“DB Tools OpenConnection.vi”，移植后的程序中，都將使用GetDBPath.vi來獲得數(shù)據(jù)庫的位置信息，然后傳給“DB Tools Open Connection.vi”，確保程序的可移植性。

2 交互軟件分析設(shè)計

系統(tǒng)配備的手機APP向用戶提供車位預(yù)約服務(wù)，在注冊賬號時需要用戶提供車輛信息及車牌號信息，被數(shù)據(jù)庫記錄并儲存。當對應(yīng)車輛到達停車場時，需對用戶身份進行檢測核對。入口處安裝的攝像頭對用戶車牌號進行拍照記錄，然后將拍取的車牌號與在已預(yù)約車輛的數(shù)據(jù)庫中查找，若用戶賬戶存在預(yù)約記錄即可進入停車區(qū)域，未有預(yù)約記錄的用戶可以選擇人工方式進入。

停車場出入口通道側(cè)面都設(shè)置多個超聲波測距傳感器，數(shù)據(jù)上傳到LabVIEW中，在已預(yù)約記錄的數(shù)據(jù)庫中檢索對應(yīng)的車牌號，若已預(yù)約，門禁欄桿打開，允許其通過，若未預(yù)約，需要經(jīng)管理人員人工辦理出入手續(xù)[8]。

3 結(jié)語

在人類生活方式不斷發(fā)展的同時，汽車的出現(xiàn)為人類帶了巨大的便利，汽車的數(shù)量增加的速度遠遠超過人們的預(yù)期水平，如果不對車輛的停放進行有效管理，很大可能會出現(xiàn)亂停亂放，占用其他專門通道，堵塞交通路線的問題，影響我們的正常生活。因此，智能車庫引導(dǎo)系統(tǒng)對車輛停放問題有極其重要的意義。針對上述問題，利用圖像識別和停車定位技術(shù)組成的車輛引導(dǎo)系統(tǒng)可以快速地幫助車主找到停車區(qū)域，準確引導(dǎo)用戶完成車輛有序停放。同時，也會利用數(shù)據(jù)庫記錄每次停車的時間、地點，方便用戶尋找車位，取車。