1、智能停车库管理系统的设计与实现 郭宝忠 徐照明 兰州市商业学校 摘 要： 在分析城市“停车难”问题的基础上, 结合国内外智能车库现状及发展趋势, 基于最新的物联网及智能化技术, 给出了新型智能车库总体构架及系统实现关键技术和方法。提出了基于视频的车位侦测系统, 给出了车库停车及取车路径优化算法, 提供了系统与城市交通诱导系统互联的接口及驾驶员手机 APP 系统, 指导驾驶员停车或取车, 体现系统高度智能。系统选件采用先进成熟的芯片及工具, 增加系统可靠性和实用性。该系统的实现将对城市停车效率及城市交通诱导其重要的支撑作用, 对智能停车系统建设具有一定的指导意义。关键词： 智能车库; 路径优化;
2、 视频识别; 物联网技术; 作者简介：郭宝忠 (1961-) , 男, 河北献县人, 工程师, 研究方向:汽车检测与维修。收稿日期：2017-09-16Design and Implementation of the Intelligent Parking Management SystemGUO Bao-zhong XU Zhao-ming Lanzhou Business School; Abstract： Based on the analysis of city parking problems, and combined with the present situation and
3、development trend of domestic and foreign intelligent garage, networking and new intelligent material technology based on the key technologies and methods of new intelligent garage framework and system realization are given in this paper. The parking detection system based on video is proposed, the
4、path optimization algorithm for parking and taking car in garage is given, and the interface of city traffic guidance system interconnection and APP system of the drivers mobile phone are provided to guide the drivers parking or taking cars, thus to reflect a high degree of intelligence system. Adva
5、nced and mature chips and tools are adopted as the system option to increase the system reliability and practicability. The implementation of the system will provide important support for urban parking efficiency and urban traffic guidance, and will be of guiding significance to the construction of
6、intelligent parking system.Keyword： intelligent garage; path optimization; video identification; Internet of Things technology; Received： 2017-09-160 引言随着我国经济快速发展和人民生活水平的提高, 小汽车生产量和销售量迅猛增长, 据公安部交管局统计, 截至 2017 年 6 月底, 全国汽车保有量 2.05 亿辆, 同比增长 11%。绝大部分汽车集中在城市中, 给城市动静态交通带来巨大压力, 停车难已成为首要问题。据相关文献统计, 大多数机动车
7、10%时间处于行驶状态, 而 90%时间为停泊状态1, 所以解决停车难的问题尤为重要。目前由于没有好的智能停车管理平台, 缺乏必要的停车引导信息, 造成停车管理混乱等问题, 停车资源的浪费, 时间浪费, 效率低下;另外停车场出入口管理落后, 入库停车刷卡通行效率低, 极易造成拥堵;停车场规模的扩大增加了用户的反向寻车的难度, 在规模较大、难以辨别方向的车库内, 驾驶员存在找车困难。这些情况在大型停车场尤为突出。目前, 大型停车场不断被增设, 解决停车管理系统的问题成为当务之急。为此, 针对当前大型停车库所存在的问题, 综合视频处理、车牌识别术、传感器技术、无线通信以及数据库技术等先进技术, 在
8、车库信息采集的基础上完成车位状态跟踪、统计、引导以及反向寻车等智能功能。这也是各个国家越来越多的人们开始对停车库的智能管理系统进行研究和开发, 相关技术研究和建设也是近年来发展的热点。因而, 设计车库智能管理系统, 实时对驶入车库的车辆信息进行监控, 对车库的车位进行监控, 从而对驶入车库的车辆信息以及车库车位信息进行综合管理, 智能决策, 从而为车库管理人员管理车库提供方便, 为广大车主提供快捷、方便及安全的智能服务。1 系统总体设计1.1 系统目标和原则系统的目标以现代信息技术为基础, 围绕目前停车库的主要问题, 结合中国大型停车库管理和城市交通之特点, 遵守技术成熟、应用简便、高度智能的
9、建设的原则, 以安全、高效及智能为核心, 实现停车库管理的标准化、物联化、智能化。使系统技术先进、功能完善、结构合理、高度智能、方便适用、灵活扩展的停车库管理系统。系统的原则是符合性原则, 符合行业的相关技术标准和规范符合停车库的实际要求、库场设备条件、人们存取车规律等;适应性原则是系统采用标准化、模块化设计, 实现系统灵活配置满足各特殊性要求;而且能适应今后新技术的发展变化与调整;先进性原则, 统优先采用先进、成熟、适用的信息处理技术, 保证系统能长期、稳定运行。方便性原则系统保证设计合理, 操作使用方便。1.2 系统总体框架系统需要实现的功能组成主要包括车位信息采集及监控、无线通信网络、显
10、示引导功能、反向寻车功能、出入口门禁管理功能以及对外接口、APP 信息服务等, 通过车库管理中心系统协调各模块之间的功能实现。系统结构示意图如图1 所示。图 1 智能车库系统架构图 下载原图1.3 系统拓扑结构系统以车库管理中心为核心, 由有线和无线连接各子系统及设备。其拓扑结构如图 2 所示。1.3 系统总体数据流程智能车库管理系统各部分之间的功能相互配合, 系统之间会进行信息互传以及数据库共享, 整个系统共同工作于管理中心的协调之下, 智能车库管理系统个功能模块之间的信息流向图如图 3 所示。2 系统主要组成2.1 车位信息采集模块车位信息采集模块是整个车库管理系统的基础, 车位信息采集的
11、准确度直接影响整个车库工作流程的稳定性和可靠性。车位信息采集系统主要由图像信息采集、车号识别和超声波传感器探测组成, 利用对采集的图像通过模式识别得到车号信息, 由超声波测距子模块判断车位占用动态情况, 若有车辆进出, 则控制获取图像信息并上传, 在上位机上进行车号识别, 并记录车号车位对应信息。图 2 系统拓扑结构 下载原图图 3 系统总体数据流程图 下载原图2.2 库内交通引导模块库内交通引导模块根据车位的占用动态, 实时公布空位情况, 并在大屏或手机APP 显示, 这样当车辆驶入车库后, 随时可以看见当前位置周围每个区域的空车位分布状况, 对固定车位的直接通过路径算法给出路径, 并用若干
12、显示屏综合引导, 若是临时用户, 则系统根据最优原则匹配空车位, 并予以引导。通过车位信息采集部分确定车辆信息, 经过管理中心统计之后发布到显示屏, 车位引导显示屏由动态显示屏及静态显示屏构成, 指示区域方向以及动态显示区域内的空车位数量, 对车库内的车辆进行引导。2.3 驾驶员查车模块驾驶员查车模块根据驾驶员输入的车号信息, 在整个车库内停放的车辆信息进行搜索, 得到该车存停的车位, 进而在查询机或驾驶员入口到车位间给出一条最佳人行路径。查询机一般安装在车库出入口和车库内楼梯口附近, 或直接用手机 APP 查询。驾驶员根据车位引导信息到达车辆存停车位后, 取车离开时车位信息采集系统完成车位信
13、息采集并上传到车库管理中心数据库。2.4 出入口管理模块出入口管理模块主要包括检测车辆的感应模块 (超声波或地感线圈) 、车牌识别的图像采集及、闸口设备以及控制计算机构成。由于车辆出入停车库时都会被感应模块所感应, 进而触发视频采集进行车牌识别, 信息匹配或记录成功后, 闸口开启车辆放行。对固定用户可以实现不停车出入, 而对于临时用户需要增加收费子模块。在车辆驶入车库时, 出入口管理会将车辆的车牌信息、入场时间以及车辆最终的停放位置等信息上传至车库管理中心, 并更新数据库。当车辆离场时也会对车辆的信息进行提取匹配决定是否收费, 然后开起闸口栏木, 记录信息。2.5 车库管理中心模块车库管理中心
14、模块是整个车库管理系统的中枢部分, 完成车库内车辆信息、车位信息及常用户信息的存储、处理、计算、检索、统计分析等功能, 协调控制车库管理内各功能模块的实现及通信功能。为相关查询、分析、诱导服务提供数据和信息支持, 同时将车库内部分信息通过互联网与城市交通诱导系统互通互联, 为附近行驶的车辆提供停车信息。该系统基于 B/S 结构, 以 SOA 面向服务的架构, 上位机运用微软 Visual Studio Dot Net 开发环境下开发, 数据库采用 SQL Server 大型数据库。方便车库管理人员对车库进行管理。3 系统作业处理流程3.1 车辆进库停车流程驾驶员驾驶车辆进入工作区, 启动视频车
15、号信息采集, 车号识别, 常客户判断, 是否欠费判断, 记录车辆及其入库时间等信息上传并更新数据库, 开起闸口, 车辆按照动态和静态显示屏信息的提示进行引导停车, 更新车库空车位信息。车辆入场具体流程如下:Step1:车辆入场, 出库信息系统引导;Step2:进入工作区, 触发传感器;Step3:开启视频系统, 车号识别;Step4:是否常客户, 是, 继续, 否则, 转 Step6;Step5:是否欠费, 是, 继续, 否则, 转 Step7Step6:记录车号、时间等信息, 做收费标记;Step7:计算路径, 显示空位及路径引导信息, Step8:闸口启杆;Step9:进入车位, 触发传感
16、器;Step10:开启视频系统, 车号识别;Step11:车位信息上传, 更新数据库;Step12:结束。3.2 车辆出库工作流程驾驶员驾驶车辆离开停车位, 车位探测器监测到车辆离开, 控制车牌识别信息上传, 用户在显示屏引导下到达出口处, 触发出口处车牌识别系统, 车库管理中心进行车牌信息匹配, 并判断车辆类型, 若是常客户则开起闸口放行, 若为临时车辆, 需要进行缴费过程, 缴费完成后开启道闸, 完成出场。具体工作流程如下:Step1:车辆出库信息系统引导;Step2:车位信息上传, 更新;Step3:进入工作区, 触发传感器;Step4:开启视频系统, 车号识别;Step5:是否常客户?
17、是转 Step7, 否则, 继续;Step6:计算费用;收费;Step7:闸口启杆;Step8:驶出, 结束。3.3 反向寻车引导工作流程驾驶员在反向寻车查询终端或手机 APP 上输入车牌号对车辆停放位置进行查询, 车位信息确认后, 系统利用路径规划算法得出两点之间的最优寻车人行路径和车辆离场路径, 驾驶员在取车离开后, 数据库相对应的车位信息更新。具体处理流程如下:Step1:输入车牌;Step2:数据库查找。找到否?找到确认, 继续;判断限次, 达到上限, 转 Step7, 否则 step1;Step3:根据定位信息规划路径;Step4:人、车路径分别显示;Step5:寻车离库, 更新数据
18、库;Step6:调用出入库模块;Step7:结束。3.4 车位信息采集流程车位信息采集流程是当车辆驶入空车位, 触发器感应, 打开灯光及视频系统, 摄像上传, 车号识别的过程。具体处理流程如下:Step3:车辆进入工作区, 触发传感器;Step4:是否需要开启灯光?是, 开灯, 继续;否则, 继续;Step4:开启视频系统, 车号识别;Step5:通过 Zig Bee 上传, 图像信息, 上位机车号识别, 成功, 继续;否则, 转 Step 4;Step6:记录车辆信息, 更新数据库;Step7:结束。4 系统关键技术4.1 车牌识别技术车牌识别技术就是将通过图像采集设备采集的车牌图像, 利用
19、计算机算法完成图像内车牌区域定位、车牌字符分割和牌照自动识别的过程, 整个过程由计算机自动完成, 识别完成后输出车牌号, 之后进行相关的数据传输与保存操作。车牌识别的具体流程如图 4 所示。本系统集成成熟的视频车号识别技术。图 4 车号识别流程图 下载原图4.2 传感器探测技术常见的传感器探测技术包括红外线探测技术、地感线圈触发、微波传感器、超声波探测技术2。车位探测传感器的性能决定信息采集的精度和可靠性, 选择合适的, 性能可靠的传感器是设计的关键所在。通过对几种常用的车位检测传感器进行对比, 新建车库时可采用地感线圈的方式, 成本较低, 稳定可靠;当车库改造时可选用超声波探测技术, 便于安
20、装, 也相对技术成熟。4.3 无线通信技术本系统车库内各车位到上位机采用近距离无线通信技术, 常见与传感网络相关的无线通信方式, 主要有:蓝牙、Zig Bee、NFC、Wi-Fi 等, 根据车库系统的特点及各种通信方式的优缺点比较, 本系统选用 ZigBee 模块。目前市场上使用较多 Zig Bee 芯片主要是 TI 公司生产的 CC2530 芯片, 因其优良的性能而得到广泛的应用, 因而以此芯片组件无线通信网络。4.4 路径算法车库内最优路径本质上指路径权值最小, 它是两点之间距离最短, 或运行花费的时间最短。为求最优路径, 问题描述如下:库内交通通道的交叉口或尽头 (终点) 称为结点 (n
21、ode) ;两点之间的路段称为边, 根据规划的通道当双向行及渠化, 确定路段的方向则称为有向弧;路段的属性, 即路段的长度或路段平均行程时间称为边的权或弧的权。从而将通道交通网中最优路径的问题转化为加权有向图中的最短问题。设 V 表示加权有向图中的节点集;E 表示边或弧集;用 L 即边的权或弧的权, 这样每一个给定的网就可以记为 G (V, E, L) 。目前加权有向图中经典的最短路算法有 Dijkstra 算法、Bellman-Ford-Moore算法、Floyd 算法等。由于车库的通道网络相对简单, 因而直接选用传统的Dijkstra 算法。设 S 为已求出最短路径的顶点集合, U 为其余
22、未确定最短路径的顶点集合, 算法步骤如下:Step1:初始时, S 只包含源点, 即 S=v, v 的距离为 0。U 包含除 v 外的其他顶点, 即:U=其余顶点, 若 v 与 U 中顶点 u 有边, 则正常有权值 L, 若u 不是 v 的出边邻接点, 则权值为。Step2:从 U 中选取一个距离 v 最小的顶点 k, 把 k, 加入 S 中 (该选定的距离就是 v 到 k 的最短路径长度) 。Step3:以 k 为新考虑的中间点, 修改 U 中各顶点的距离;若从源点 v 到顶点 u 的距离 (经过顶点 k) 比原来距离 (不经过顶点 k) 短, 则修改顶点 u 的距离值, 修改后的距离值的顶
23、点 k 的距离加上边上的权。Step4:重复步骤 Step2 和 Step3:直到所有顶点都包含在 S 中。地下车库路径引导系统路径算法只需求出起始点和目的地之间的最短距离, 即最优路径, 亦即车辆或人的出入口到车位见得最优路。因而可以在路网中找出从起始点 (出入口) 到个车位所有节点的最优路线。并存于数据库中, 应用时不再计算, 提高是用效率。4.5 优化分配最佳停车位最佳停车位的寻找, 首先根据视频识别车辆轮廓尺寸, 对尺寸较大型车辆根据其大小权值, 优先选择选取靠边、立柱等与他车干扰较小的车位;其次对于普通车辆根据大小车辆交叉的原则车辆选择车位, 对适合车位较多时, 则按进出线路合并最优
24、 (最短路) 的车位, 以优先的利用最方便出入的车位;第三, 对连续进入的原则上不再分配连续的车位, 以免产生干扰。5 结语通过对车库智能管理系统的设计, 有效完成了智能车库的构架及功能设计, 利用视频信息车号识别, 完成不停车入库, 减少了取卡、缴卡、读卡的过程, 给出了在众多空位中最优化分配最佳停车位和路径, 减少人们自找车位, 犹豫不决造成效率低下及安全隐患。本系统通过对各技术整合创新, 系统地对驶入车库的车辆信息以及车库车位信息进行管理, 并且通过查询及引导屏或手机 APP智能地为驾驶员和车库管理人员提供服务信息。参考文献1刘腾, 杜丹丰, 刘培祥, 等.小型立体智能停车库的设计J.产业与科技论坛, 2016, 15 (7) . 2陈鲁.基于物联网技术的智能车库管理系统D.济南:山东建筑大学, 2015. 3陈爱杰, 程思婷, 吕雪, 等.车库智能管理系统设计J.长江大学学报 (自科版) , 2015, 12 (34) :31-34. 4郑立玲, 谢锡峰.基于 Zigbee 技术的智能停车场管理系统设计J.电脑知识与技术, 2014 (8) :1790-1792.
