基于物联网的城市无人值守停车场系统设计

0 引 言

近年来，我国汽车工业飞速发展，汽车保有量的激增和国民出行方式的改变，使得“停车难”问题正成为大中城市普遍面临的一个挑战。截止到 2017 年底，我国汽车保有量达 2.17 亿辆，其中私家车 1.87 亿辆，汽车驾驶人员超过 3.85 亿人 [1-2]。一方面，由于城市规划和用地等因素的限制，现有停车场数目以及面积难以大规模增加 ；另一方面，很多停车场仍采用较为传统的人工刷卡式管理模式，内部缺乏有效的车辆引导系统，增加了车辆停泊时间，造成停车场运行效率低、维护成本高等问题 [3-4]。因此，如何在现有设施基础上提高停车场的利用率，采用新技术手段实现更高效的维护管理、更合理的计时计费、更便捷的车位引导，具有显著的研究意义和实用价值 [5-7]。

本文对停车场管理现状及用户需求进行分析，针对车辆识别、车位引导、自动缴费等停车具体环节，提出一种基于物联网技术的无人化、智能化停车场管理系统，以实现资源的统一调度和管理。在本文系统中，车辆进出无需停车取卡， 车位信息实时监控，有效减少了车辆进出和寻找车位时间， 提高了停车场的运行效率。

1 我国停车场现状与问题

1.1 我国停车场现状

欧美等发达国家在治理“停车难”问题上起步较早，积累了较多宝贵经验。纵观这些国家的发展史，在停车场建设方面往往经历了先被动扩建、后主动引导的过程 [8-9]。目前， 国外发达国家已先后进入“智慧停车”阶段，其特点是信息化、自动化程度高，无需人工进行干预。我国在这一方面仍然处于起步阶段，实际应用中出现了一些问题，主要表现在以下方面 ：

(1) 部分停车场的建设未考虑实际情况，缺乏统筹规划， 引进的高新技术不能与原停车场兼容，故障率较高，无法发挥出其应有功能 ；

(2) 大多数停车场管理系统结构封闭，数据格式和网络标准的不同使得停车场之间无法进行信息交互，阻碍了城市停车“一卡通”目标的实现。

1.2 用户需求

停车场服务主要面向车主、停车场管理方以及交通管理部门三类用户。车主作为停车场基数最大的受众，安全永远是第一要素，包括人身安全以及车辆停放安全。同样，停车场收费的合理性、透明度，停车取车的便捷度也是车主考虑的重要因素。停车场管理方注重盈利和效率，因此对停车场的功能需求是车位的高效利用、计费收费准确以及车主停放车辆的安全等。交通管理部门则要求停车场具有缓解城市交通压力的功能，缩短亟需停放车辆在道路上滞留的时间，同时还需具备车辆信息收集、提供停车场车位状态信息、与智能交通系统进行通信等功能。综合以上三类用户对停车场管理的功能需求，为达到方便停车、高效管理、缓解交通压力的目的，城市无人值守停车场应具备如下功能 ：

(1) 出入口控制功能 ；

(2) 计费收费功能 ；

(3) 车辆识别功能 ；

(4) 车位引导功能 ；

(5) 车辆信息管理功能等。

2 无人值守停车场管理系统

2.1 系统组成

本文系统主要采用射频识别（RFID）、车牌识别、无线传感器等物联网技术，以实现无人化、智能化管理。根据系统的工作流程及功能，可将系统分为出入口控制、车牌识别、计费终端、车位引导、管理中心等模块。系统结构如图 1 所示。

                                                                                                                                                   图 1 城市无人值守停车场管理系统结构

2.1.1 出入口控制

停车场出入口采用“双通道、双用户”模式，即一条通道供车辆进入停车场，另一条通道供车辆驶出停车场。同时， 为减少停车场不同用户停车之间的干扰，每条通道设置两条车道，分别针对固定用户和临时用户，使车辆进出停车场更便捷，管理更高效。

出入口控制采用射频识别（RFID）及车牌识别技术相结合的方式。RFID 技术是非接触式条形码自动识别技术的一种，可实现对物品信息的自动采集。典型的RFID 系统由天线、RFID 标签、RFID 阅读器组成，其工作原理为 ：RFID 阅读器通过主动或被动的方式持续向外发射无线电波，一旦进入到阅读器的发射范围，标签内记载的信息就被自动读出。由于 RFID 技术具有良好的稳定性、较长的寿命以及较低的制造成本，因此具有广泛的应用场景。

车牌识别是指利用数字图像处理、字符识别等技术，对车辆号牌自动识别、提取并进行处理的技术 [10-11]。车牌识别系统应当包括图像采集、预处理、车牌定位、字符切分、特征提取、分类识别等模块，其工作流程如图 2 所示。我国目前主要使用“92 式”车辆牌号，即以《中华人民共和国公共安全行业标准》（GA36-1992）为标准制作的机动车号牌，相应的车牌识别技术已经比较成熟 [12-13]。在无人值守停车场管理系统中，出入口各个车道需要安装视频监控摄像头，在车辆进出过程中拍照，通过识别模块即可获取车辆的牌号信息。

2.1.2 车位引导

车位引导系统主要包括两项功能 ：引导车主在停车时迅速找到剩余空车位 ；帮助车主取车时快速找到车辆。在此系统中，每个车位上均安装有传感器，停车场管理中心可实时对车位占用情况进行监测与管理。借助停车场手机 APP 以及停车场内 LED 显示屏，用户可实时掌握停车场各区域车位信息，在路线指引下快速到达空闲车位。用户停车后对车辆停放车位进行扫码，就可通过 APP 记录当前车辆停放位置， 方便随后取车。同时 APP 还具备一键报警、车位预约等功能。

2.1.3 收费终端

收费终端的主要作用是对停车场内的车辆进行快速准确收费。在本文系统中，收费终端针对不同用户采取不同的收费方式，固定用户可通过绿色通道快捷进出，离开时自动扣费。临时用户则通过临时用户通道进出停车场，离开时通过扫描停车场的二维码缴费，之后只需在规定时间内离开停车场即可。

2.1.4 管理中心

管理中心由计算机集群及配套软件系统组成，用于提供停车场相关信息，包括停车场基本信息、停车区域信息、车位信息等。停车场基本信息主要包括停车场名称、车位总数、计费标准等 ；区域信息主要用于划分停车场的不同区域，包括区域编号、车位总数、计费标准等 ；车位信息包括车位编号、车位状态、占用时长等。

2.2 系统工作流程

2.2.1 驶入停车流程

当车辆进入停车场时，系统按照图 3 所示的流程完成车辆信息采集、车位分配以及停车引导过程。

                                                                                                                                                                               图 3 驶入停车流程

(1) 车辆信息识别。车辆进入停车场时，位于停车场入口的车牌识别模块读取车辆信息并送至管理中心进行处理。

(2) 车辆信息匹配。管理中心将车牌信息与停车场数据库加以核对，判断车辆是否为固定用户，并决定停车区域。若是预定车位的车辆，则分配预定的车位号 ；若是非预定的车辆，系统则随机分配临时车位号。

(3) 智能引导车辆。车位分配完成后，系统根据驶入车辆目前所在位置对车辆进行停车引导。对于固定用户的车辆，停车场 APP 引导进入固定用户车辆停放区停放车辆。对于临时停车的车辆，需通过停车场内的 LED 显示屏并配合方向指示进入临时用户车辆停放区进行停放。若用户将车辆停放进错误车位，车位监测传感器会发现该问题并提醒用户及时纠正。

2.2.2 缴费驶出流程

用户取车时可使用反向寻车功能，在停车场 APP 中输入车牌号或车位号确定车辆位置。在本文系统中，不同用户采用不同的缴费方式，如图 4 所示。固定用户驶出停车场时， RFID 阅读器自动识别车辆信息，并直接对其绑定账户进行扣费，车牌号所对应的停车时长以及所扣费用显示在出口旁的 LED 显示屏上，手机 APP 也会收到扣费的相关信息。临时停车用户可通过手机 APP 或停车场内的自助缴费机进行自助缴费，缴费后须在规定时间内离开停车场。若车主因特殊情况发生耽搁，则需在驶离时补交超出的费用。

3 结 语

针对近年来大中城市出现的“停车难”现象，本文分析了停车场管理现状与问题，围绕用户需求与停车具体环节， 提出一种基于物联网技术的无人值守停车场管理系统。相较于传统的停车场管理系统，该系统具有无人化、智能化等特点，在现有硬件设施上提高了停车场车位的使用效率，防止管理人员舞弊行为的发生，是一种行之有效的解决方案，具有很好的借鉴意义与应用价值。