石新軍，李云玲（武警廣州指揮學院，廣東 廣州 510440）

科技與應(yīng)用

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車管理系統(tǒng)研究

石新軍，李云玲
（武警廣州指揮學院，廣東 廣州 510440）

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)的停車場車輛智能導航系統(tǒng)方案，利用高性能的ZigBee通信芯片CC2530與超聲波傳感器相連接，構(gòu)造出車位檢測節(jié)點，各個車位檢測節(jié)點可以通過自組網(wǎng)的方式構(gòu)造覆蓋整個停車場的ZigBee數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對停車位的占用情況進行監(jiān)測，提高在停車場復雜環(huán)境下車輛導航的效率。

物聯(lián)網(wǎng)；智能停車；車位引導

隨著城鎮(zhèn)化進程加快，國內(nèi)的城市交通機動化進程加快，“停車難”已經(jīng)成為制約各大城市發(fā)展的瓶頸問題。因此，正確處理好車輛停放的問題，對解決道路交通擁堵、減少交通事故、提高道路通行能力等都有非常重要的意義。本文研究利用物聯(lián)網(wǎng)射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)對停車場進行技術(shù)改造，提升停車場管理的智能化、自動化、安全性和人性化程度，并對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車引導系統(tǒng)進行探討。

1　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

“物聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Things），指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)［1］。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，系統(tǒng)可以自動地、實時地對物體進行識別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。“物聯(lián)網(wǎng)”是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特性決定了物聯(lián)網(wǎng)將在各行各業(yè)都具有十分廣闊的應(yīng)用空間，就交通領(lǐng)域而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入可以實現(xiàn)交通的智能化。

停車場場內(nèi)車位引導系統(tǒng)是典型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，在停車場內(nèi)每個泊位上布設(shè)傳感設(shè)備以實時采集車位占用信息，并通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)將每個車位的占用信息傳送到數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)進行分析處理并結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的停車誘導規(guī)則計算最佳泊位及相應(yīng)泊車路線，將車位占用信息及系統(tǒng)推薦的最佳泊位信息發(fā)布到停車場的各個LED車位引導屏、用戶手持或車載終端等設(shè)備，引導停車者沿最優(yōu)泊車路徑泊車入位。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車場系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)具備的全面感知、可靠傳送、智能處理三大特征，盡可能地為用戶提供更加便利快捷的停車服務(wù)，使車輛出入控制、車輛管理、收費管理以及車輛引導等更加智能化，提高了出行效率，從一定程度上緩解了城市停車難的問題。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能停車場各子系統(tǒng)應(yīng)用與功能實現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是將實體物理基礎(chǔ)設(shè)施和虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相融合，實現(xiàn)物與物、物與人之間的信息獲取、傳輸、存儲、融合及使用。物聯(lián)網(wǎng)的特征在于感知識別、通信傳輸以及智能控制的完美銜接。智能停車管理系統(tǒng)是通過射頻識別、智能無線傳感、視頻識別、獲取的車輛數(shù)據(jù)信息，通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將數(shù)據(jù)信息傳輸、存儲到綜合決策終端，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、信息整合處理，從而建立完善的智能停車管理系統(tǒng)。主要采用的技術(shù)手段如下。

圖1　智能停車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1）射頻識別技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)車輛出入庫的動態(tài)智能管理。RFID技術(shù)是一種非接觸式識別技術(shù)，它是通過利用無線射頻信號的空間耦合或反射的傳輸特性，實現(xiàn)對物體的自動識別和對數(shù)據(jù)的獲取。RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中讓物體“開口說話”的關(guān)鍵技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)中，通過EPC編碼，使規(guī)范且具有共享性的信息存儲于RFID標簽上，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將信息采集到信息中心，完成對“物”的識別。一般來講，RFID系統(tǒng)主要包括以下三部分：讀寫器、電子標簽和天線。讀寫器和電子標簽以天線為媒介進行信息交流、通信，實現(xiàn)對電子標簽內(nèi)存儲信息的讀取與識別?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的停車場系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車場系統(tǒng)相比，采用先進的射頻技術(shù)完成對車中預(yù)制卡片與主機的信息交換，用于完成車輛信息識別和收費等一系列服務(wù)，系統(tǒng)可在較短時間內(nèi)實現(xiàn)車輛識別、出入庫管理、智能化計費和收費等系列服務(wù)。具體如圖2所示，采用RFID技術(shù)后，停車場真正實現(xiàn)不停車收費管理，相比傳統(tǒng)管理模式，提高停車場用戶的通行效率，提升業(yè)主對停車場服務(wù)的滿意度。

2）智能超聲傳感技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)車位信息智能探測與監(jiān)控。車位探測是智能停車場的關(guān)鍵終端節(jié)點和關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)車位信息采集設(shè)備主要有：環(huán)形線圈、紅外、微波、超聲波等檢測器等。本系統(tǒng)利用技術(shù)成熟、方便安裝壓電超聲波傳感器作為車位占用信息檢測終端，利用超聲傳感器所探測到的距離變化判斷停車位是否空閑［2］。

圖2　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的RFID識別系統(tǒng)

由于天氣環(huán)境變化的因素對超聲波測距的影響很大，為了提高超聲波車位檢測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的檢測精度，系統(tǒng)設(shè)計了溫度補償電路，采用CC2530的單片機內(nèi)核作為微控制器，超聲波車位檢測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的包括了CC2530處理器、超聲波傳感器、溫度補償?shù)热齻€模塊，超聲波檢測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的系統(tǒng)框圖如圖3所示。最后，數(shù)據(jù)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)通信與管理平臺互聯(lián)互通，將車位的占用信息定位到具體的單個車位，實時發(fā)布停車場剩余車位信息，單個車位的占用信息并配合方向指示引導車輛快捷、高效的到達空位泊車。

3）物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)信息雙向智能傳遞。物聯(lián)網(wǎng)是新興的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，系統(tǒng)中的智能傳感器采集實現(xiàn)信息采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南葲Q條件是網(wǎng)絡(luò)的存在。但是傳感器本身數(shù)量龐大，加之其數(shù)據(jù)采集和更新的過程中會不斷以數(shù)量級的增長方式占用大量存儲空間，這就形成了大的超出想象的數(shù)據(jù)庫。而且數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，對準確性和實時性提出了近乎苛刻的要求，所以，數(shù)據(jù)傳輸必須要可以適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議?，F(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)一般有WIFI無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、藍牙技術(shù)、ZigBee無線傳感網(wǎng)技術(shù)、GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等一系列無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。在執(zhí)行IEEE 802.15.4標準的基礎(chǔ)上開發(fā)的Zigbee技術(shù)，具有非常多的優(yōu)點，是一門新興的技術(shù)，是目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首選技術(shù)之一［3-4］。

圖3　超聲波車位檢測節(jié)點模塊

如圖4所示，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信采用物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的搭建，通過合理的設(shè)計，使超聲波傳感器對車輛占位的檢測數(shù)據(jù)可以通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行迅速、可靠的傳輸。ZigBee終端節(jié)點設(shè)備是系統(tǒng)的核心部件，終端節(jié)點的主要功能是接收主機服務(wù)器發(fā)送的控制信號，對傳感器收集到的類型信號進行打包后發(fā)送到協(xié)調(diào)器進行進一步的處理加工。而相應(yīng)地，協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)中的功能和職責比較繁重，不但需要建立并維護網(wǎng)絡(luò)，而且在接收到終端節(jié)點的數(shù)據(jù)包后，需要對數(shù)據(jù)包進行解析、校驗和數(shù)據(jù)提取，在數(shù)據(jù)無誤后經(jīng)由串口將數(shù)據(jù)傳送到主機服務(wù)器。

3　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車場車位智能引導

圖4　傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)備框圖

智能停車場主要包含工作站子系統(tǒng)、發(fā)卡子系統(tǒng)、車位引導子系統(tǒng)、圖像識別子系統(tǒng)、出入口子系統(tǒng)以及其他集成外設(shè)組成。本著易于擴展、接口通用的原則，在組網(wǎng)規(guī)劃上，各子系統(tǒng)之間采用以太網(wǎng)匯聚交換機連接，采用ODBC（Open Database Connectivity）開放分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成，實現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間的綜合數(shù)據(jù)共享、信息交互，應(yīng)用程序通過ODBC訪問多個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間進行數(shù)據(jù)交互。利用物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力，將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺采集到的停車場車位使用情況的信息加工處理成有效信息向停車者提供，如剩余泊位情況、優(yōu)選停車位方案等。如圖5所示，利用物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)、3G網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)保證信息快速、及時、準確的傳輸。用戶則可以通過手機或ipad、車載導航裝置等進入停車系統(tǒng)，輸入想要停車的區(qū)域，看到實時數(shù)據(jù)車位分布，推薦路線等相關(guān)信息，然后選擇性的進行停車，對進出停車場的車輛進行智能引導，方便車主快速、有效的找到空位，構(gòu)建出一個全新的高效智能停車場引導系統(tǒng)［5-6］。

圖5　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車位引導系統(tǒng)

4　小結(jié)

本文針對智能停車場系統(tǒng)全面感知、可靠傳送、智能處理的需求，從技術(shù)手段方面研究了射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能停車場系統(tǒng)的應(yīng)用，對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車引導系統(tǒng)進行初步探討。研究表明，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能停車場系統(tǒng)可以實現(xiàn)動態(tài)、實時、聯(lián)動、可視化的管理優(yōu)勢，能夠滿足用戶個性化的需求，為用戶提供便利的停車服務(wù)。

［1］李宏俠，王娜，童瑋，等.物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展趨勢［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2012（8）：37-40.

［2］趙廣濤，程蔭杭.基于超聲波傳感器的測距系統(tǒng)設(shè)計［J］.微計算機信息，2006（1）：129-130.

［3］凌志浩，周怡顫，鄭麗國.ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.華東理工大學學報：自然科學版，2006，32 （7）：801-805.

［4］齊麗娜，干宗良.一種新的無線技術(shù)ZigBee［J］.電信快報，2004（9）：12-14.

［5］周志勇.城市停車誘導信息系統(tǒng)功能設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)模型研究［D］.南京：東南大學，2004.

［6］陳峻.城市停車設(shè)施規(guī)劃方法與信息誘導技術(shù)［M］.南京：東南大學出版社，2007.

［責任編輯：吳卓］

A Study of the Intelligent Parking System Based on the Internet of Things

SHI Xinjun，LI Yunling
（Guangzhou Command College of Armed Police Force，Guangzhou Guangdong 510440，China）

This paper proposes an intelligent navigation system for vehicle parking based on ZigBee communication chip CC2530，which is connected with ultrasonic sensors to construct parking detection nodes.Each node can detect parking spaces，then transmit the data by means of ad-hoc network covering the entire parking area，and thus improve vehicle navigation efficiency in complex environment.

the Internet of Things；intelligent parking；intelligent navigation

TP391.44；U495

A

1672-6138（2015）02-0009-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2015.02.003

2014-12-08

石新軍（1974—），男，陜西洛南人，副教授，碩士，研究方向：模擬實驗室應(yīng)用開發(fā)和管理。