一種新型多傳感器智能泊車系統的設計研究

摘要：針對停車場內部車位難找、導航信號弱等問題，基于多種傳感器設計了一種智能化泊車系統，有效地提升了泊車效率。該系統的主要功能是基于RFID傳感器與光敏傳感器來獲得相關的信號，從而解決定位與車位使用情況分析難題，并通過軟件設計來提升系統的智能性。首先對系統的總體框架設計進行了介紹，然后闡述了硬件、軟件設計的基本原理，最后進行了系統測試。

關鍵詞：傳感器；物聯網；智能泊車系統；軟件

中圖分類號：U462 收稿日期：2023-07-23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.020

1 前言

近年來，隨著GPS與北斗衛星導航系統應用范圍的進一步擴大，室外定位以及基于衛星導航的手機導航系統已經逐漸趨于完善，其定位的精度也有了明顯的提升，從而滿足了多種不同應用場景的需求。然而，對于室內導航來說，由于衛星信號難以有效穿透各種障礙物，從而導致衛星定位技術難以發揮作用。近年來，多種室內定位技術開始不斷出現，但從實際來看都未能有效解決技術與成本方面所存在的根本性缺陷。目前，室內定位功能的實現需要同時借助于多種不同的技術，傳感器則是其基礎技術架構［1-2］。

伴隨著我國城市人口規模、機動車保有量的不斷提升，建設地下停車庫成為緩解停車難問題的根本性解決辦法，室內智能化泊車場景變得更為頻繁。室內智能化泊車系統需要綜合利用多種傳感器才能有效解決定位與導航問題，從而提升泊車體驗。本文對一種新型多傳感器智能化泊車系統進行了研究與分析。

2 系統的整體設計

2.1 系統的設計目標

在地下停車場停車普遍存在停車難、找車難等問題，為了進一步提升泊車效率，應基于移動互聯網與物聯網技術建立智能泊車系統，具體而言，系統的設計目標應包含如下幾個層面：

a.停車場內部車位預測。在室內停車位附近可以設置光敏傳感器，傳感器可以根據停車位區域內的光線強弱來對車位是否處于空置情況進行自動識別，可以通過誘導屏、手機APP等途徑播報停車位信息、位置等，還可以就用戶不合理的停車行為作出引導與干預。

b.車輛室內行駛引導。通過RFID傳感器所獲得的停車位信息可以被RFID卡所識別，從而為駕駛人給出具體的位置、路線信息，有效減少人工尋找車位鎖占據的時間。

c.選擇停車場。當第一層車位已經被完全占據之后，通過多能演示版傳感器結合電機能夠做成升降機，從而讓車輛能夠更方便地進入到第二層，使得停車資源能夠得到有效應用。

d.移動互聯。允許用戶利用云服務器作為終端橋梁，用戶操作不受空間限制，方便延伸和擴展到遠程選擇車位，實現多個手機終端進行操作和集中管理［3］。

2.2 框架總體設計

在該設計方案之中，基于多種無線傳感器與網絡編程技術來設計一種物聯網智能泊車系統，該系統的具體操作相對簡單，且能耗較低，能夠大幅度提升泊車的智能化水平，具體的框架設計如圖1所示。

a.由于硬件中的信息不能直接發送到移動終端，為此該系統選擇通過服務器采用MQTT協議作為信息中轉，同時該協議還能起到車位監管的作用，避免出現不良停車行為。不同的設備通過該協議訪問車位數據都能得到完全相同的結果，這就避免了同一車位被不同車輛選擇的情況。同時用戶在通過不同平臺注冊時都需要輸入手機號碼或者車牌號避免車位數據混亂。

b.當首層停車場的車位數被完全占用時，系統將會將車輛引導到第二層，當汽車進入到升降板上時則通過多功能演示板進行上升操作，從而順利進入到第二層車位。

c.用戶在系統的終端可以看到停車場的整體平面位置與空余車位情況，通過車位上所設置的RFID傳感器與車上的RFID卡之間的感應來實現泊車引導。停車位是否被占用則是通過光敏傳感器所感知的光照強度來判別的。

3 系統的硬件設計

該系統的硬件主要有如下構成：繼電器模塊、RFID傳感器、光敏傳感器、直流電動機。綜合考慮成本、系統能耗以及信號傳輸要求，該系統的組網模塊采用ZigBee模塊，具體加固如圖2所示。

在該系統的硬件設計中，光敏傳感器的主要作用是判定車位是否被使用，其基本原理是基于光敏元件能夠將光信號轉化為數字信號的基本功能，在系統中只需要對開關量進行判定就可以知曉車位的具體情況。因為只要在車位上安裝了光敏元件即可獲得光線的強弱信號，當車位被占用之后，車輛必然會導致車位上的光照變弱，從而判定車位之上是否有車輛。此外，還可以通過車位上方光線變暗的時間來明確車輛停放時間，從而計算停車費。

下面分析無線通信技術與射頻識別的綜合使用。RFID傳感器的使用是解決室內停車導航通信問題的關鍵所在，也是該系統最大的創新點。RFID傳感器與信號識別可以基于無接觸的方式實現，RFID標簽只要被粘貼在物體表面即可實現有效識別，通過車輛的電子標簽，RFID傳感器能夠有效判別車輛在停車場中的具體位置，從而為車輛提供導航服務。具體使用時，RFID傳感器模塊上的讀卡模塊發射射頻信號，當有電子標簽（IC卡）進入磁場時，激活電子標簽，電子標簽發出自身信息，讀卡模塊讀取電子標簽（IC卡）上的數據，使用Android的特有接口獲取數據，通過服務器端進行解析，可以在車輛進入停車場時進行快速車流引導，車輛可以快速找到屬于自己的停車位，有序引導避免高峰時期停車場車輛擁擠的問題，符合開發、共享、節能的現代化理念，致力停車場“智能化”管理［4-5］。

4 系統的軟件設計

為了降低系統設計工作量，在該項目當中軟件系統設計采用基于安卓平臺來開展，數據語言采用Java，數據提取則采用JDBC技術，軟件的具體架構如圖3所示。

當車輛行駛到RFID傳感器周邊時，傳感器通過讀取車身上的標簽來識別車輛信息與車輛位置，并將相關信息上傳到數據庫之上，通過不同位置的RFID傳感器的信息反饋就能對車輛的具體行駛信息進行判斷分析，并給出最優的泊車路徑。由于數據庫能夠實時接收光敏傳感器的信息，這就允許用戶能夠在進入到停車場之后就判斷所需要的停車位，在進入停車場之前就允許用戶選擇好需要的停車位，當選擇好停車位之后，則系統會根據算法匹配最佳停車路線并發送到用戶的終端。

為了提升用戶的使用體驗，還需要基于安卓系統優化界面設計，通過移動終端的APP用戶能夠查詢并選擇理想的停車位。該系統的傳感器等硬件的使用是解決問題的關鍵，但缺乏合理的軟件系統支撐也難以達到效果。為了滿足硬件、應用場景的需求，基于Java語言完成了手機端數據庫的編寫，框架則采用Sping+Mybatic，從而簡化數據查詢流程并為后期的功能拓展預留接口［6-7］。

5 系統測試

為了對該系統設計的有效性進行驗證分析，還進一步構建了相關模型對系統進行測試，該模型如圖4所示。

在智能化泊車系統中，軟件與硬件的有效配合是提升泊車效率的關鍵所在。該系統之中增加了車位感知、泊車路徑優化算法、平臺監控以及數據共享等多種信息化技術［8］。

在該系統中物聯網模塊主要是RFID傳感器與光敏傳感器，分別用于車輛在室內的導航以及車位使用情況的判定，并結合泊車路徑算法來設計最優的泊車路徑。當傳感器通過MQTT協議將所獲得的信息傳遞到系統終端之后，用戶就可以通過終端查看停車場內部的信息，并結合算法來選擇合適的泊車路徑，從而在最短的時間內選擇到合適的停車位。

通過終端進入系統之后，用戶還能夠在終端上使用定位導向功能，從而通過人工的方式從停車場內部找到最合適的泊車路徑。同時終端還能根據用戶的需求對停車位的使用情況進行監控，即當用戶通過終端選擇了需要使用的停車位，但是在其進入到停車位之前如果該車位被他人所占用，則系統會給出提示并自動給出建議的最優停車路線，為用戶找到其他停車位。此外，考慮到駕駛人員在駕駛時操作終端的不便性，在該終端中還增設了語音導航方式允許駕駛人員直接通過語音進行導航。最后，軟件采用了開放的數據共享模式，此種方式不僅有利于數據的管理，同時也促進了資源共享，能夠接入到城市泊車系統之中。

6 結語

由于機動車保有量的不斷提升，停車庫的建設規模不斷擴大，大面積的地下停車場成為大多數民用建筑建設的標配。室內由于信號屏蔽嚴重，智能化導航一直存在著較大的難度。本文基于多種傳感器所構建的智能化泊車系統解決了傳統停車場室內導航信號弱等缺陷，同時針對停車場泊車場景解決了找車困難、找車位困難等難題。通過終端允許用戶查找停車場內部停車位的使用信息，并選擇最優的泊車路徑，當停車位被使用之后還能將停車信息自動傳輸到系統之中以免造成同一車位被多輛車同時搶占的情況發生。對于雙層車庫，該系統的應用能夠有效提升停車位的使用效率，通過設置誘導屏等方式能夠更好地引導駕駛人員高效泊車。

參考文獻：

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[8]黃超平，閆潔，溫上東.NB-IoT物聯網技術在智能路邊泊車的應用[C]//廣東省通信學會，中國電信股份有限公司廣東研究院，《移動通信》雜志社.2016廣東蜂窩物聯網發展論壇專刊，2016：58-61.

作者簡介：

劉玉均，女，1985年生，講師，研究方向為電氣工程及其自動化、新能源汽車等。