基于圖像識別的物流停車場引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計

梁金營，黃貝琳，潘 棟

（1.廣州群志科技股份有限公司，廣州 510530；2.廣州市第四中學(xué)，廣州 510175；3.廣東云瞻建設(shè)工程有限公司，廣東佛山 528200）

0 引言

近些年來，國內(nèi)外商業(yè)合作不斷深入，尤其在我國“一帶一路”戰(zhàn)略背景下，物流合作日趨密切。緊隨城市工商業(yè)走上高速車道、貨物進(jìn)出口蓬勃發(fā)展，貨運(yùn)擁擠問題已嚴(yán)重阻礙快速物流產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)代化物流中心的建設(shè)以及物流配送體系的建立，使城市物流產(chǎn)業(yè)集驟度更高，促使貨運(yùn)交通量規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致物流需求高發(fā)地貨運(yùn)停車需求量劇增，且物流停車場管理亂象橫生。如何確保物流基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、港口經(jīng)濟(jì)、港城經(jīng)濟(jì)互動成長，保障物流活動有秩序、高效率、低成本運(yùn)營已成為當(dāng)下重要的熱門研究課題。缺少有效引導(dǎo)、資源利用不充分是物流停車難的主要原因之一。本文在主動分析貨車停車需求、場地影響因素、停車場模型及傳統(tǒng)物流停車位未能做到分區(qū)分類等現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，構(gòu)建物流車輛停車場內(nèi)智能交通引導(dǎo)系統(tǒng)模型，將不同類別的貨運(yùn)車輛引導(dǎo)至指定的停車區(qū)和指定的停車位。本設(shè)計可應(yīng)用于綜合性貨運(yùn)場、港口、碼頭等場合。本系統(tǒng)主要基于圖像識別技術(shù)，采用通用型[1]、模塊化的系統(tǒng)設(shè)計思路，提供靈活、安全、穩(wěn)定的接口功能。軟硬件由各種接口進(jìn)行相互配合，利用圖像識別技術(shù)將物流停車場及車輛數(shù)據(jù)整合在一個信息平臺下進(jìn)行管理，形成一體化的物流車輛停車場引導(dǎo)系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)由云儲存大數(shù)據(jù)分析后，為停車場提供引導(dǎo)服務(wù)、停車場管理服務(wù)[2]。同時，保障系統(tǒng)的功能模塊擴(kuò)展與系統(tǒng)平臺升級。

1 設(shè)計方案

1.1 方案概述

本系統(tǒng)設(shè)計，通過采集視頻圖像，自動分析車輛特征信息、車牌信息、貨物危險等級以及合適的車位使用狀態(tài)，結(jié)合停場內(nèi)部的指示牌、動態(tài)引導(dǎo)屏、聲光報警裝置引導(dǎo)車輛前往指定停車區(qū)的適用車位。物流停車場通常接納長短不一，形狀各異的車輛。識別模塊安裝在車輛入口處，獲取車輛的類型、尺寸、軸數(shù)、貨物危險等級等數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析確定適用的停車區(qū)，預(yù)定停車位。車輛進(jìn)入停車場后，行駛過程中，由通道上的智能指示牌引導(dǎo)當(dāng)前車輛開往指定的區(qū)域。若車輛行駛過程中誤入與本車輛不符的停車區(qū)時，設(shè)置在該停車區(qū)入口處的禁區(qū)阻攔裝置啟動，阻止車輛進(jìn)入，并發(fā)出聲光警示，語音播放，文字提示，引導(dǎo)車輛前往正確的停車區(qū)。本系統(tǒng)利用計算機(jī)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自主采集數(shù)據(jù)，自主分析，并向執(zhí)行構(gòu)件發(fā)送控制指令，實現(xiàn)停車場無人化運(yùn)營管理。

1.2 系統(tǒng)組成

構(gòu)成子系統(tǒng)包括圖像數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)、貨物種類識別系統(tǒng)、車位狀態(tài)采集系統(tǒng)、云儲存分析系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[2]、執(zhí)行設(shè)備控制系統(tǒng)、車輛引導(dǎo)系統(tǒng)[3]、聲光報警系統(tǒng)、語音播放系統(tǒng)、反向?qū)ぼ嚁?shù)據(jù)分析系統(tǒng)、場內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)[4]、客戶端設(shè)備等。

（1）圖像數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)：通過停車場入口處攝像模塊獲取當(dāng)前進(jìn)場車輛的外觀、車牌、車標(biāo)、尺寸、軸數(shù)、車上物品危險等級，固化車輛相關(guān)信息；場內(nèi)通道上的攝像模塊采集視野內(nèi)車輛車牌信息，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)時間邏輯，確認(rèn)車輛位置、車輛行駛方向，判斷是否沿著預(yù)定路線行駛。

（2）貨物種類識別系統(tǒng)：車輛進(jìn)場時，貨物識別模塊識別車載貨物特性。經(jīng)過自動分析，將車載貨物按危險等級屬性分為甲、乙、丙、丁、戊5 大類，其中甲類貨物為極度易燃易爆貨物，乙類為易燃易爆貨物，丙類為可燃貨物，丁類為難燃貨物，戊為不燃貨物。系統(tǒng)依據(jù)危險等級不同車輛分別引導(dǎo)至指定的停車區(qū)域。

（3）車位狀態(tài)采集系統(tǒng)[5]：實時自動統(tǒng)計并整理停車場內(nèi)部空閑車位數(shù)量及每個停車區(qū)的車位使用率，為實時查詢服務(wù)提供數(shù)據(jù)支持。

（4）云儲存大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)[6]：主要由車輛特征分析模塊、貨物類型分析模塊、安全檢測分析模塊、場地狀態(tài)分析模塊、路徑信息分析模塊、終端上傳數(shù)據(jù)分析6 大塊模塊組成。本子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理，并生成指令，發(fā)送至執(zhí)行構(gòu)件系統(tǒng)或用戶終端。云儲存大數(shù)據(jù)分析內(nèi)容包括車輛車牌信息、車型信息、車輛高度信息、車輛長度信息、車輛寬度信息和邊角弧度信息，處理完數(shù)據(jù)保存至系統(tǒng)云端。二次進(jìn)場時，系統(tǒng)調(diào)取信息，可以快速引導(dǎo)至指定的車位。

（5）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：將現(xiàn)場采集到的車輛信息、場地信息傳輸至云端服務(wù)器或?qū)⒃贫朔?wù)器數(shù)據(jù)下發(fā)至本地系統(tǒng)、終端設(shè)備。

（6）執(zhí)行設(shè)備控制系統(tǒng)[7]：接收本系統(tǒng)控制指令，并由執(zhí)行構(gòu)件執(zhí)行相關(guān)指令。執(zhí)行構(gòu)件主要包括：出入口障礙裝置（如停車場閘機(jī)、禁區(qū)阻攔裝置）、引導(dǎo)裝置、文字顯示裝置、聲光報警設(shè)備、語音播放裝置等設(shè)備。

（7）車輛引導(dǎo)系統(tǒng)：由動態(tài)顯示屏、靜態(tài)顯示屏構(gòu)成，主要顯示方向標(biāo)志、導(dǎo)向箭頭，同時實時動態(tài)顯示區(qū)域內(nèi)的空車位數(shù)量。系統(tǒng)依據(jù)車輛特征、車載貨物危險等級信息，對進(jìn)場的車輛預(yù)定合適的車位以及通住該車位的最優(yōu)路線。具體包括：根據(jù)場內(nèi)狀態(tài)信息、存取請求信息，計算獲得最合適的車位供車輛使用。同時考慮，對停車時間長的車輛引導(dǎo)到離出口較遠(yuǎn)的區(qū)域，停車時間短的車輛或?qū)?yōu)先級高的車輛引導(dǎo)存放在離出口近的區(qū)域。車輛入場后，車道旁的顯示屏動態(tài)顯示文字、數(shù)字、箭頭引導(dǎo)車輛至指定的停車區(qū)。

（8）聲光報警系統(tǒng)：通過報警聲音、閃光方式提醒誤入車輛，糾正錯誤行為。

（9）語音播放系統(tǒng)：通過語音提示指引車輛按正確的路線行駛。

（10）反向?qū)ぼ嚁?shù)據(jù)分析系統(tǒng)[8]：在停車場內(nèi)任意位置，查詢終端設(shè)備自動連接到最近的無線路由器，用戶在終端設(shè)備上輸入車牌號碼，軟件自動定位用戶終端設(shè)備目前所處的位置以及車輛的位置，生成點(diǎn)對點(diǎn)三維立體導(dǎo)航路線圖。

（11）場內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)：智能照明控制模塊與圖像識別模塊聯(lián)動，夜間運(yùn)營時，在車輛行駛過程中分段啟動正常照明，車輛過后恢復(fù)節(jié)能模式，燈光減至正常照度的30%，實行車來亮燈，車走燈變暗，節(jié)能效果明顯。

（12）客戶終端關(guān)聯(lián)，包括車載操控終端和智能手機(jī)。

基于圖像識別的物流停車場引導(dǎo)系統(tǒng)工作流程如圖1所示，描述數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)調(diào)用以及執(zhí)行相關(guān)引導(dǎo)指令、報警指令、控制指令及信號反饋的實現(xiàn)方式。

圖1 物流停車場引導(dǎo)系統(tǒng)工作流程

2 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)通過前端設(shè)備，如車輛數(shù)據(jù)采集器，車位狀態(tài)采集器，小型X 光機(jī)核驗、油氣識別、化學(xué)成份分析一體機(jī)采集到的數(shù)據(jù)實時發(fā)送至云儲存大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，進(jìn)而由核心控制器發(fā)送指令至停車場進(jìn)出口控制設(shè)備、LED 引導(dǎo)顯示模塊及禁區(qū)阻攔裝置等執(zhí)行部件實行控制，實現(xiàn)停車場內(nèi)的車輛引導(dǎo)功能。

主要設(shè)備包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)[9]、圖像數(shù)據(jù)自動采集攝像機(jī)、貨物種類識別一體機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器[9]、有線傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲器、車位信息采集輔助雷達(dá)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、云儲存分析設(shè)備、停車場進(jìn)出口控制閘機(jī)[10]、信息發(fā)布屏、車輛引導(dǎo)顯示屏、聲光報警設(shè)備、語音播放設(shè)備、禁區(qū)阻攔裝置、反向?qū)ぼ囋O(shè)備、客戶端設(shè)備等。

3 禁區(qū)阻攔裝置

禁區(qū)阻攔裝置[11]由感觀信號采集、聲光警示、文字提示、語音播放、視頻聯(lián)動、機(jī)械控制組成一體的裝置。裝置包括框架板、活動板、滑板、聯(lián)動微型監(jiān)視攝像機(jī)、LED 顯示屏、閃爍警示燈條、警示聲音發(fā)生器、地感線圈、步進(jìn)電機(jī)、主從齒輪組、應(yīng)急開關(guān)等。活動板一側(cè)與地面固定的框架板上的轉(zhuǎn)動臂連接，另一側(cè)上方邊沿設(shè)置警示燈條，預(yù)警時警示燈慢節(jié)奏閃爍。滑動板一端由兩個帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)端子固定在框架板底板上，另一端為兩個滑動部件內(nèi)嵌于活動板下方的滑動導(dǎo)槽內(nèi)，可自由滑行。顯示屏、警示燈條、聲音發(fā)生器、微監(jiān)控攝像機(jī)分別布置在滑動板上方位置（圖2），朝向通道來車方向。顯示屏為紅光LED 模組，字體橫向顯示，可由用戶預(yù)設(shè)定，默認(rèn)設(shè)置為“禁止車輛前行!”。警示燈條為黃光，報警時快節(jié)奏閃爍，在視覺上向駕駛員發(fā)出預(yù)警。聲音發(fā)生器由語音芯片、擴(kuò)聲電路及喇叭組成，控制器控制語音的播放或停止。微型監(jiān)控攝像機(jī)由微型攝像頭、錄像配件組成，當(dāng)活動板向上開啟時，開始錄制，能完整記錄進(jìn)入禁區(qū)的車輛、人員語音及行為舉止。步進(jìn)電機(jī)接收到控制器指令后執(zhí)行正向或反向旋轉(zhuǎn)，聯(lián)動齒輪組帶動活動板的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)裝置開啟與關(guān)閉。

禁區(qū)阻攔裝置關(guān)閉時，背部與通道地面齊平，車輛正常通行；開啟時，活動板翹起，與地面水平面成0°～90°，可預(yù)設(shè)，目的阻止車輛行駛。禁區(qū)阻攔裝置如圖2所示。禁區(qū)阻攔裝置工作流程如圖3所示。

圖2 禁區(qū)阻攔裝置

圖3 禁區(qū)阻攔裝置工作流程

4 軟件設(shè)計

軟件功能[12]主要包含3 點(diǎn)：（1）涵蓋整個架構(gòu)，包括資源、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用在內(nèi)的全系統(tǒng)虛擬化，實現(xiàn)資源集中管理；（2）在多節(jié)點(diǎn)并發(fā)執(zhí)行環(huán)境中，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正確性；（3）系統(tǒng)通過統(tǒng)一接口，采集車輛數(shù)據(jù)自動分析執(zhí)行。在一定準(zhǔn)則下，利用計算機(jī)對采集數(shù)據(jù)加以分析處理，以獲取所需的數(shù)據(jù)。

用戶可在客戶端App、公眾號、微信小程序查看停車場車位信息，預(yù)覽停車場整體狀態(tài)。制作停車場內(nèi)電子地圖[13]，運(yùn)用ArcGIS 用戶桌面組件和ArcMap 軟件對停車場的基礎(chǔ)地理底圖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在ArcGIS 軟件的樓層圖層中建立一個代表通道的路線要素圖層，添加所有的路徑信息，實現(xiàn)每個節(jié)點(diǎn)到每個車位均有路可達(dá)。車輛駛離時，本系統(tǒng)軟件自動生成車輛支付相關(guān)信息，如車型、停車時長等信息發(fā)送指令至停車場管理系統(tǒng)，為收費(fèi)業(yè)務(wù)提供依據(jù)。

本系統(tǒng)開放的對接模式[14]，允許第三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互、資源共享、平臺的集成與被集成。本系統(tǒng)在設(shè)計上預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口，任何符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)均能接入到本系統(tǒng)的后臺管理中，與現(xiàn)有的系統(tǒng)完美融合。

5 測試驗證與結(jié)果分析

測試驗證及結(jié)果分析如下。

步驟1：物流車輛從停車場入口處駛?cè)耄瑪z像設(shè)備拍攝車頭正面、車身左側(cè)面、車身右側(cè)面、車尾正面，系統(tǒng)通過分析獲取當(dāng)前車輛的軸數(shù)、長度、寬度、高度、車體特征、車牌號碼等數(shù)據(jù)。

步驟2：通過專用設(shè)備掃描車上的貨物，分析貨物特征，依據(jù)火災(zāi)危險性、化學(xué)危險性規(guī)范分類。

步驟3：根據(jù)已確定的車輛類型及車載物品屬性，系統(tǒng)自動查詢停車場內(nèi)適合當(dāng)前車輛停放的停車區(qū)、車位，預(yù)選定某一車位[15]。

步驟4：系統(tǒng)將指令發(fā)送給場內(nèi)的執(zhí)行構(gòu)位，道閘門開啟，顯示屏綠色箭頭點(diǎn)亮，引導(dǎo)該車輛行駛至預(yù)定的車位，此時系統(tǒng)自動開始計時，以此作為計費(fèi)依據(jù)。系統(tǒng)將車位信息發(fā)送給綁定該車輛的智能終端設(shè)備（如車載終端、手機(jī)App、公眾號、小程序等），生成導(dǎo)航線路圖。

步驟5：車輛行駛過程中，通道上的圖像識別摸塊采集該車輛實時信息，判斷車輛行駛路線是否偏離，并通過顯示屏、引導(dǎo)箭頭繼續(xù)引導(dǎo)車輛在正確的線路上行駛。

步驟6：車輛行駛過程中，設(shè)置在沿途通道旁的攝像機(jī)實時采集車輛圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給云儲存大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)處理，并與首次采集的車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判斷行車路線是否發(fā)生變化，實時生成最優(yōu)路線生成導(dǎo)航圖示在終端設(shè)備上顯示出來，并更新指引。駕駛員可隨時隨地在終端設(shè)備上查詢車輛目前位置及預(yù)留專屬車位信息。停車場內(nèi)設(shè)置動態(tài)顯示屏，車輛按指示箭頭沿預(yù)定路線行駛。每經(jīng)過一個停車區(qū)，該停車區(qū)入口處的攝像機(jī)即時采集車輛數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)后，與預(yù)置數(shù)據(jù)對比：匹配則亮綠燈通行；否則，本區(qū)域入口處亮紅燈，并發(fā)出警報。若車輛強(qiáng)行闖入，系統(tǒng)自動啟動禁區(qū)阻攔裝置（圖3）阻止車輛前行，發(fā)出聲光警報及語音提示，如“禁止入內(nèi)”。

步驟7：車輛到達(dá)預(yù)定的停車區(qū)時，入口處顯示屏顯示“您的車位是***號”，駕駛員務(wù)必將車輛停在指定的車位，否則車位上的聲光報警裝置發(fā)出聲光報警信號，此時，駕駛員可通過終端設(shè)備查詢車輛專屬車位，把車輛停在正確的車位里。

步驟8：車輛正確停入指定的停車位，駕駛員停車離開，系統(tǒng)持續(xù)對該車輛進(jìn)行停車計時。

步驟9：駕駛員反向?qū)ぼ嚂r，可以在終端設(shè)備輸入車牌號碼，便可在操作界面上自動生成尋車路線，導(dǎo)航至該車停放位置。

步驟10：車輛駛離車位后，自動通過引導(dǎo)裝置[16]指引車輛從最近的出口駛離該停車場。車離開后，其所占用的車位的資源在系統(tǒng)上釋放，等待下一輛車的到來，系統(tǒng)更新本停車區(qū)的車位狀態(tài)信息。

6 結(jié)束語

針對當(dāng)前傳統(tǒng)物流停車場管理方式的車輛管理秩序混亂，交通事故、火災(zāi)事故隱患突出，管理運(yùn)維成本高，管理過程漏洞多，收益流失嚴(yán)重等問題，本系統(tǒng)在分析比較車輛的圖像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行車輛特征提取、識別、分類，合理預(yù)分配停車位。使用動態(tài)指示牌、語音提示、視頻監(jiān)視等引導(dǎo)車輛到指定的區(qū)域相應(yīng)車位停放，從而減少車輛在通道上的行駛時間，維持良好的秩序，消減各類危險隱患，節(jié)約管理人力資源和能源資源。另外，運(yùn)營方可以遠(yuǎn)程隨時查詢?nèi)魏螖?shù)據(jù)，實時監(jiān)視停車場內(nèi)部運(yùn)營狀態(tài)，停車場內(nèi)無人管理，費(fèi)用快捷支付。隨著行業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，貨運(yùn)停車場智慧運(yùn)行管理應(yīng)用越來越被客戶認(rèn)可，成為行業(yè)的一種趨勢。