基于云服務(wù)的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)

摘 要：論述了建立城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)的重要性，分析了基于云服務(wù)的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，提出了停車引導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。給出了停車場控制終端的硬件設(shè)計(jì)方案以及協(xié)議和軟件實(shí)現(xiàn)原理，闡述了停車引導(dǎo)App軟件、停車引導(dǎo)服務(wù)器的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。這些原理和方法對城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：云服務(wù)；停車引導(dǎo)；嵌入式系統(tǒng)；LBS

中圖分類號：TP393.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）11-00-03

0 引 言

近年來，隨著汽車保有量的日益攀升，城市的交通狀況變得越來越令人擔(dān)憂。由停車?yán)щy導(dǎo)致的出行受阻、交通擁堵、道路占用、噪聲超標(biāo)、尾氣污染加重等一系列問題變得日益突出?！霸贫朔?wù)”就是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，凡是借助網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集、存儲、計(jì)算、處理等服務(wù)都屬于云服務(wù)的范疇?；谠品?wù)的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)，綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式通信技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、基于位置服務(wù)（LBS）等技術(shù)，將停車場泊位信息的實(shí)時(shí)采集、處理和發(fā)布功能集成于一體，通過多種途徑為駕駛員出行提供停車場的分布與泊位的動(dòng)態(tài)信息，并借助科學(xué)的規(guī)劃算法為駕駛員提供有效的停車引導(dǎo)服務(wù)。城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)的使用將會有效地緩解城市日益突出的“停車難”問題，有效提高停車場資源的利用率，改善城市交通生態(tài)環(huán)境，提高城市智能交通管理水平。

1 停車引導(dǎo)系統(tǒng)的組成原理

停車引導(dǎo)系統(tǒng)的組成原理如圖1所示。系統(tǒng)中的停車場控制終端是一個(gè)為了對停車場泊位信息實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)采集而設(shè)計(jì)的，能以多種方式接入Internet的嵌入式設(shè)備。停車引導(dǎo)服務(wù)器是系統(tǒng)的核心，主要功能有：云數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲服務(wù)，基于位置的查詢與引導(dǎo)服務(wù)，信息發(fā)布與第三方服務(wù)計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)是實(shí)現(xiàn)停車引導(dǎo)服務(wù)的終端操作設(shè)備，司機(jī)用戶可借助其上安裝的瀏覽器、App軟件來實(shí)現(xiàn)車位查詢、車位預(yù)定、泊車路線引導(dǎo)等服務(wù)。停車引導(dǎo)系統(tǒng)的服務(wù)功能主要是圍繞著兩條信息流實(shí)現(xiàn)的。一條信息流是安裝在各停車場的控制終端，作為C/S結(jié)構(gòu)中的客戶端，以Socket通信方式實(shí)時(shí)向停車引導(dǎo)服務(wù)器發(fā)送停車場的泊位信息。服務(wù)器對泊位信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲、更新；另一條信息流是根據(jù)司機(jī)用戶發(fā)來的位置請求，停車引導(dǎo)服務(wù)器經(jīng)過計(jì)算和處理向用戶計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)推送與停車位置有關(guān)的停車信息數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)基于位置的查詢與引導(dǎo)服務(wù)。

圖1 停車引導(dǎo)系統(tǒng)組成原理

2 停車場泊位信息的采集與傳輸

2.1 停車場泊位信息采集方案

目前，停車場基本可以分為封閉式停車場和開放式停車場兩大類。封閉式停車場都有固定的場所和全天候的管理人員，一般配備了門禁收費(fèi)系統(tǒng)，有的配備了較為先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)。這些停車場所用設(shè)備的廠商、型號、性能各不相同。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，擬對這些停車場實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的技術(shù)改造，無論從可行性還是經(jīng)濟(jì)性上分析這樣的方案都是不可取的。一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案就是設(shè)計(jì)一款功能獨(dú)立、操作簡單，對原系統(tǒng)硬件改動(dòng)很小的專用設(shè)備，即停車場控制終端，來實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有停車場的技術(shù)升級?？刂平K端只需與原停車場的出入口車輛感知傳感器和場內(nèi)的車位傳感器相連就能獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集工作。對于公路邊、街道邊、臨時(shí)區(qū)域這樣的開放式停車場，由于不具有安裝固定設(shè)施的條件，因此，通過安裝設(shè)備自動(dòng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸是不太可能的。但是，好在這些區(qū)域往往有城市停車管理收費(fèi)人員值守，通過為收費(fèi)人員配置智能手機(jī)App收費(fèi)管理軟件，可實(shí)現(xiàn)對開放式停車場的數(shù)據(jù)采集。其原理是利用具有移動(dòng)接入功能的App軟件，每次完成收費(fèi)后就會把停車場的剩余泊位信息自動(dòng)發(fā)送到停車引導(dǎo)服務(wù)器。

2.2 停車場控制終端的硬件功能與實(shí)現(xiàn)

停車場控制終端硬件組成原理如圖2所示。整個(gè)硬件系統(tǒng)的功能是通過三條數(shù)據(jù)傳輸通道來實(shí)現(xiàn)的。這三條數(shù)據(jù)傳輸通道分別是：

（1）由以太網(wǎng)接口、無線WiFi接口、移動(dòng)通信GPRS接口組成的互聯(lián)網(wǎng)傳輸通道。這個(gè)通道保證了停車場控制終端能以有線、無線等多種方式方便地接入互聯(lián)網(wǎng)，從而保證了停車場泊位信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)酵＼囈龑?dǎo)服務(wù)器。

圖2 停車場控制終端硬件原理

（2）由RS 485接口組成的現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通道?，F(xiàn)場總線用于連接停車場出入口車輛感知傳感器、場內(nèi)車位傳感器、停車場其它監(jiān)控設(shè)備?，F(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通道保證了控制終端對停車場泊位信息的動(dòng)態(tài)采集和對停車場工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（3）由觸摸屏接口組成的輸入輸出數(shù)據(jù)通道，該通道保證了設(shè)備調(diào)試、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控等人機(jī)接口功能的實(shí)現(xiàn)。

停車場控制終端硬件系統(tǒng)中微控制器采用了Ubicom公司生產(chǎn)的SX52芯片。它是一款利用先進(jìn)CMOS工藝制造的、高速的8位通信控制芯片。利用廠商所提供的虛擬軟件包代碼可以方便地實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧中常用的協(xié)議，從而使系統(tǒng)能方便地實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入功能。以太網(wǎng)接口通過采用臺灣REALTEK公司生產(chǎn)的高集成度、全雙工以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019AS來實(shí)現(xiàn)。該芯片支持IEEE802.3 MAC子層協(xié)議，可以與很少的外圍電路一起實(shí)現(xiàn)10 Mb/s速率的數(shù)據(jù)收發(fā)功能。WiFi接口采用了HI-LINK公司生產(chǎn)的HLK-WIFI-M03模塊。它是一款基于UART接口的、符合WiFi無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式通信接口模塊。芯片內(nèi)置了IEEE802.11無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)PDU之間的轉(zhuǎn)換，支持基于ASCII格式的AT操作命令，支持包括Web方式的多種參數(shù)配置方式，因此能方便地實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備以無線的方式接入互聯(lián)網(wǎng)。GPRS接口選用SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM300模塊。SIM300是一款內(nèi)部集成了完整的射頻電路和基帶處理器的、支持三頻段GSM/GPRS的、可實(shí)現(xiàn)短信和數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)耐ㄐ拍K。模塊內(nèi)嵌了豐富的TCP/IP協(xié)議，提供了通用的UART接口和AT控制命令，因此使得嵌入式設(shè)備通過移動(dòng)通信網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)變得方便。

2.3 協(xié)議與軟件的實(shí)現(xiàn)

由SX52組成的嵌入式系統(tǒng)硬件資源有限，沒有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以協(xié)議和應(yīng)用軟件的實(shí)現(xiàn)必須通過面向硬件底層的編程來完成。控制終端要通過互聯(lián)網(wǎng)與引導(dǎo)服務(wù)器進(jìn)行通訊，軟件上必須要實(shí)現(xiàn)TCP/IP功能。為了能在系統(tǒng)資源相對匱乏的嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，必須對標(biāo)準(zhǔn)的、龐大的TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行裁剪和簡化處理，處理原理如下：

（1）ARP協(xié)議，具體可分為請求和應(yīng)答兩類，在本系統(tǒng)中只需實(shí)現(xiàn)應(yīng)答功能。

（2）IP協(xié)議，它是TCP/IP協(xié)議棧中最為核心的協(xié)議，本系統(tǒng)中必須實(shí)現(xiàn)其基本的尋址、封裝、路由、解封裝、檢驗(yàn)等功能，但可以裁減掉IP的分片和重組功能。

（3）ICMP協(xié)議，它主要用來傳輸差錯(cuò)報(bào)文和控制報(bào)文，本系統(tǒng)中只保留最常用到的ICMP請求/應(yīng)答報(bào)文對，其它功能可被剪裁掉。

（4）TCP協(xié)議，本系統(tǒng)保留了諸如可靠地建立與關(guān)閉連接、應(yīng)答確認(rèn)等最基本的功能，而簡化掉一些如窗口流量控制等復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)部分。

控制終端的軟件流程如圖3所示。軟件功能主要有3個(gè)部分：對控制終端自身的監(jiān)控管理；對停車場泊位信息的數(shù)據(jù)采集；與停車引導(dǎo)服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用順序執(zhí)行與中斷處理相結(jié)合的程序結(jié)構(gòu)，把實(shí)時(shí)性要求較低、執(zhí)行起來較費(fèi)時(shí)的應(yīng)用層處理任務(wù)和TCP/IP協(xié)議處理任務(wù)放在主程序順序循環(huán)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，而把實(shí)時(shí)性要求較高的按鍵處理及定時(shí)處理等任務(wù)放在中斷處理程序中完成。

圖3 控制終端軟件流程

3 停車引導(dǎo)App功能的實(shí)現(xiàn)

停車引導(dǎo)App設(shè)計(jì)為Android和iOS 兩個(gè)版本。其主要功能為：

（1）個(gè)人信息管理主要包括賬戶信息管理、訂單與支付信息管理；

（2）停車場信息查詢功能包括附近搜索、指定目標(biāo)搜索；

（3）車位預(yù)訂與支付；

（4）停車引導(dǎo)與路線導(dǎo)航；

（5）評價(jià)與分享；

（6）第三方增值服務(wù)。

App工作原理如下：首先，App軟件向停車引導(dǎo)服務(wù)器發(fā)送請求建立連接。其次，App通過手機(jī)定位組件或手機(jī)地圖獲取要查詢停車位置的經(jīng)緯度，解析成可讀信息后通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到引導(dǎo)服務(wù)器。最后引導(dǎo)服務(wù)器處理用戶發(fā)來的位置信息，為App提供GIS（地理信息系統(tǒng)）服務(wù)，把相關(guān)停車場服務(wù)信息通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)推送到用戶的手機(jī)終端App，從而實(shí)現(xiàn)停車引導(dǎo)功能。App軟件的核心技術(shù)是LBS，其關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)GIS服務(wù)和移動(dòng)定位服務(wù)。GIS服務(wù)是通過調(diào)用谷歌、百度地圖等系統(tǒng)的API來實(shí)現(xiàn)。定位服務(wù)可分為GPS（全球定位系統(tǒng)）定位技術(shù)和移動(dòng)定位技術(shù)，移動(dòng)定位技術(shù)又可分為移動(dòng)終端定位技術(shù)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)。以安卓應(yīng)用為例，定位服務(wù)是通過安卓平臺提供的地理位置服務(wù)類 android.location來實(shí)現(xiàn)的。該類提供兩種服務(wù)，全球定位系統(tǒng)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)。App應(yīng)用中使用的位置信息是由 Location來表示的，內(nèi)容包含有經(jīng)緯度、海拔、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間等。App開發(fā)主要使用的類為：

（1）LocationManager，它包含了一系列函數(shù)，這些函數(shù)可以訪問定位服務(wù)，從而可實(shí)時(shí)獲取移動(dòng)設(shè)備的位置信息；

（2）LocationProvider，關(guān)于定位信息提供者的抽象類；

（3）LocationListener，包含一個(gè)回調(diào)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)在位置信息內(nèi)容發(fā)生改變時(shí)被觸發(fā)；

（4）Criteria，使應(yīng)用能夠通過LocationProvider中設(shè)置的值來選擇恰當(dāng)?shù)亩ㄎ恍畔⑻峁┱摺?/p>

4 停車引導(dǎo)服務(wù)器功能與實(shí)現(xiàn)

停車引導(dǎo)系統(tǒng)服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。主要由停車場信息云計(jì)算服務(wù)平臺、運(yùn)營服務(wù)平臺、LBS服務(wù)平臺以及第三方信息服務(wù)平臺等四部分組成。停車場信息云計(jì)算服務(wù)平臺對停車場控制終端通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收分發(fā)、格式轉(zhuǎn)化、加工處理，最后與地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合，并對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新。該平臺還能接受其它三個(gè)平臺的服務(wù)請求，為它們提供停車場信息數(shù)據(jù)服務(wù)。此外，該平臺還具有對各停車場用戶的設(shè)備認(rèn)證、系統(tǒng)監(jiān)控、車位預(yù)訂等管理功能。運(yùn)營服務(wù)平臺為用戶提供所有數(shù)據(jù)的接收、存儲、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、發(fā)布功能。具體包括：停車場信息管理、司機(jī)用戶信息管理、停車泊位信息查詢、停車泊位預(yù)訂與支付等功能。LBS服務(wù)平臺為用戶提供地理信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)泊位信息的地圖化顯示，以及對用戶駕車路線進(jìn)行引導(dǎo)與實(shí)時(shí)導(dǎo)航。第三方服務(wù)平臺可提供多種服務(wù)接口，支持網(wǎng)站、手機(jī)應(yīng)用、短信、微信等第三方信息服務(wù)。提供如評價(jià)、分享、積分、促銷等多種功能。停車引導(dǎo)服務(wù)器是基于云服務(wù)技術(shù)、LBS技術(shù)、WebGIS技術(shù) ，通過Jboss、Nginx、Netty等多種B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的服務(wù)平臺。實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線為：開發(fā)采用MVC框架模式，地理信息系統(tǒng)采用ESRI公司的ArcGIS解決方案， 數(shù)據(jù)庫平臺選用MySQL，服務(wù)器開發(fā)采用Java、ASP、HTML等工具實(shí)現(xiàn)。

圖4 停車引導(dǎo)系統(tǒng)服務(wù)器結(jié)構(gòu)

5 結(jié) 語

基于云服務(wù)的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)思路新、實(shí)現(xiàn)成本低、實(shí)用性強(qiáng)、便于推廣的特點(diǎn)。因此可作為城市智能交通系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，為緩解城市交通擁堵狀況，改善交通環(huán)境起到積極作用。和傳統(tǒng)的城市停車誘導(dǎo)系統(tǒng)相比可帶來良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]趙艷莉.德國科隆市停車誘導(dǎo)系統(tǒng)[J].國際城市規(guī)劃，2002，26（3）：45-46.

[2]邱建國.基于云服務(wù)的公共停車泊位信息系統(tǒng)[D].天津：天津大學(xué)，2013.

[3]鐘建國.基于Internet的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)研究[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，30（9）：43-47.

[4]鐘建國.嵌入式Internet系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，36（4）：16-19.

[5]董姌.基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能停車位管理應(yīng)用[J].互聯(lián)網(wǎng)天地，2012（11）：48-50.

[6]宋賀.基于IOS平臺的LBS技術(shù)研究與應(yīng)用[D].沈陽：沈陽理工大學(xué)，2014.

[7]喻樂.基于位置服務(wù)的手機(jī)定位系統(tǒng)的研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

[8]張燕兵.Android手機(jī)定位與地圖應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長春：吉林大學(xué)，2013.

[9]張欣，王衛(wèi)安，董斌杰.基于手機(jī)定位的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)研究[J].中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2009（2）：140-142.

[10]苗聰.基于WebGIS的公交信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué)，2006.