基于云平臺(tái)的停車管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：文章針對(duì)目前普遍存在的停車難問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于云平臺(tái)的停車管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)引入一種新型智能車位鎖，實(shí)現(xiàn)停車管理云平臺(tái)對(duì)停車場(chǎng)資源的精細(xì)化管理與多停車場(chǎng)車位資源共享。通過(guò)車位預(yù)定、車位出租與共享，可顯著提高停車場(chǎng)資源利用率，有效解決停車難問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：云平臺(tái)；停車；精細(xì)化管理；車位鎖；車位預(yù)定

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)汽車保有量的不斷增加，現(xiàn)代停車場(chǎng)正面臨著向復(fù)雜化、大型化發(fā)展的挑戰(zhàn)，停車難問(wèn)題已經(jīng)不再是大型城市的專利。有關(guān)調(diào)查顯示，在北、上、廣、深等大型城市，車主尋找車位過(guò)程中會(huì)增加30%的油耗，造成每月多支出336元，七成車主每天至少遇到一次停車難問(wèn)題[1]。因此，為節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境，提高停車管理系統(tǒng)智能化[2]、高效利用有限的停車場(chǎng)資源[3]，是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。

目前，公共停車場(chǎng)普遍采用咪表、超聲波車位檢測(cè)器、地磁車位檢測(cè)器進(jìn)行車位智能管理，該管理方式可在一定程度上增加停車場(chǎng)管理的智能化，通過(guò)停車位信息采集與發(fā)布，提高了車位的使用率。但這種管理方式仍存在一些問(wèn)題，如未實(shí)現(xiàn)單獨(dú)車位精確管理，無(wú)法保證車位不被他人占用；未實(shí)現(xiàn)車位誘導(dǎo)，停車還是需要經(jīng)歷找車位的過(guò)程；仍采用人工收費(fèi)方式，降低了停車效率。

而私家停車位則采用車位鎖進(jìn)行管理，該方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)單獨(dú)車位的鎖定與管理，保證車位的專有性。但是私家停車位車位鎖形式包括手動(dòng)型、無(wú)線電遙控型和網(wǎng)絡(luò)遙控型，其中遙控型車位鎖采用遙控器或智能終端進(jìn)行“端對(duì)端”控制，不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)停車場(chǎng)車位資源的統(tǒng)一管理。

總之，現(xiàn)有停車管理系統(tǒng)的粗放式管理，以及精細(xì)化管理所需的車位鎖智能化不足，都導(dǎo)致無(wú)法充分利用停車場(chǎng)閑置資源以及有效解決停車難問(wèn)題。文章針對(duì)目前停車管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題，在原有停車場(chǎng)基礎(chǔ)上引入一種新型的智能車位鎖，設(shè)計(jì)了一種接入云平臺(tái)的精細(xì)化停車管理系統(tǒng)。該停車管理系統(tǒng)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與停車管理服務(wù)器組網(wǎng)，支持車位狀態(tài)檢測(cè)、車位預(yù)定、車位出租、停車場(chǎng)卡口聯(lián)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)支付的智能車位鎖通信組網(wǎng)與聯(lián)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)構(gòu)成采用“云-網(wǎng)-端”三層架構(gòu)，具體由車位鎖與車牌識(shí)別欄桿機(jī)作為信息采集與命令執(zhí)行單元，手持終端作為停車服務(wù)使用單元，各停車管理服務(wù)器為停車管理云平臺(tái)提供服務(wù)支持，停車管理云平臺(tái)對(duì)外提供停車管理服務(wù)。本系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

（1）系統(tǒng)各層定義。“端”即指智能車位鎖、車牌識(shí)別欄桿機(jī)與手持移動(dòng)終端。智能車位鎖用于采集車位狀態(tài)信息并控制車位使用權(quán)，與車牌識(shí)別欄桿機(jī)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)停車用戶獲取與釋放車位使用權(quán)。手持移動(dòng)終端通過(guò)安裝本系統(tǒng)停車APP，實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)內(nèi)停車位資源以及其他停車服務(wù)。

“網(wǎng)”包括停車場(chǎng)內(nèi)局域網(wǎng)和停車場(chǎng)與云平臺(tái)間的廣域網(wǎng)，是連接本系統(tǒng)“端”與“云”的數(shù)據(jù)通道。本系統(tǒng)中，停車場(chǎng)內(nèi)局域網(wǎng)采用自組織、低功耗的ZigBee網(wǎng)絡(luò)[4]，確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、降低部網(wǎng)成本；停車場(chǎng)與云平臺(tái)間廣域網(wǎng)采用有線網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，具體采用何種通信方式根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景確定。

“云”即指停車管理云平臺(tái)，利用云計(jì)算技術(shù)存儲(chǔ)并處理各停車場(chǎng)車位數(shù)據(jù)、處理預(yù)訂請(qǐng)求和費(fèi)用支付信息，為停車場(chǎng)和停車用戶分別提供停車管理與停車服務(wù)。

（2）系統(tǒng)各層關(guān)系。智能車位鎖、車牌識(shí)別欄桿機(jī)、局域網(wǎng)與停車管理服務(wù)器組成停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，作為停車管理云平臺(tái)的資源接入單元。每個(gè)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)均可獨(dú)立運(yùn)行，停車場(chǎng)管理系統(tǒng)與停車管理云平臺(tái)之間采用特定數(shù)據(jù)接口交互停車數(shù)據(jù)，包括車位狀態(tài)反饋信息、車位預(yù)定信息、車位控制信息等。

手持移動(dòng)終端通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入停車管理云平臺(tái)，作為停車服務(wù)的用戶接入單元，享受停車位信息查詢、車位預(yù)定、車位出租以及在線支付停車費(fèi)等平臺(tái)服務(wù)。

停車場(chǎng)與停車用戶是完全孤立的，彼此之間通過(guò)共同的停車管理云平臺(tái)建立聯(lián)系，在此過(guò)程中停車場(chǎng)提供停車位，而用戶為所獲得的停車服務(wù)支付費(fèi)用，二者之間是消費(fèi)與被消費(fèi)的關(guān)系。

2.2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)服務(wù)功能由云端服務(wù)器提供，云端服務(wù)器包括停車場(chǎng)和用戶管理模塊、信息交互管理模塊、信息發(fā)布模塊和費(fèi)用支付處理模塊。其中，停車場(chǎng)和用戶管理模塊用于管理停車場(chǎng)、車位和用戶信息；信息交互管理模塊用于處理用戶請(qǐng)求、管理車位信息、處理車位預(yù)訂信息和處理異常信息；信息發(fā)布模塊用于發(fā)布當(dāng)前時(shí)間空車位數(shù)量和停車誘導(dǎo)信息；費(fèi)用支付處理模塊用于處理費(fèi)用支付信息。

（1）車位出租與共享。停車場(chǎng)管理員或私家車位所有者通過(guò)管理平臺(tái)或手機(jī)APP對(duì)外發(fā)布車位出租或共享信息，包括停車場(chǎng)位置、車位編號(hào)、對(duì)外出租時(shí)間已經(jīng)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等。停車場(chǎng)管理員或私家車位所有者必須通過(guò)停車管理云平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行身份認(rèn)證后，才可對(duì)外發(fā)布車位出租或共享信息。

（2）車位查詢與預(yù)定。停車位使用者通過(guò)手機(jī)APP查詢所需停車位信息，選定合適停車位后進(jìn)行預(yù)訂，停車管理云平臺(tái)確定預(yù)訂信息后向停車場(chǎng)服務(wù)器發(fā)送車位鎖定信息，車位預(yù)訂成功后向手機(jī)APP發(fā)送反饋信息。

（3）車位導(dǎo)航與反向找車。每個(gè)智能車位鎖對(duì)應(yīng)一個(gè)車位編號(hào)，結(jié)合停車場(chǎng)布局可繪制停車場(chǎng)車位位置地圖。通過(guò)采集車主位置與查詢停車車位記錄，根據(jù)停車場(chǎng)車位位置地圖規(guī)劃找車路線，實(shí)現(xiàn)車位導(dǎo)航與反向找車。

（4）在線支付。停車管理云平臺(tái)記錄車位預(yù)定時(shí)間，智能車位鎖記錄車輛駛?cè)肱c駛離停車位時(shí)間，根據(jù)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)計(jì)算停車費(fèi)用，用戶通過(guò)移動(dòng)支付向停車場(chǎng)或車位所有者支付費(fèi)用。

（5）停車場(chǎng)與用戶管理。停車管理云平臺(tái)支持各停車場(chǎng)注冊(cè)、停車場(chǎng)地址、車位數(shù)量等資源管理，支持車位所有者與車位使用者進(jìn)行用戶注冊(cè)、用戶管理。

3 車位鎖硬件設(shè)計(jì)

智能車位鎖是本停車管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵構(gòu)件，其主要承擔(dān)車位狀態(tài)信息采集、車位使用權(quán)限控制以及信息傳輸?shù)裙δ躘5-7]。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能車位鎖硬件構(gòu)成如圖2所示。

由圖2可知，本智能車位鎖硬件主要包括：MCU、ZigBee模塊、地磁檢測(cè)模塊、電機(jī)、限位開關(guān)、LED指示燈與電源模塊，各模塊通過(guò)數(shù)據(jù)和電源接口與MCU連接。

MCU主要用于采集數(shù)據(jù)處理與發(fā)送、控制指令接收與解析。ZigBee模塊主要負(fù)責(zé)各車位鎖網(wǎng)絡(luò)連接，用于接收服務(wù)控制指令以及發(fā)送車位狀態(tài)與指令執(zhí)行結(jié)果。地磁檢測(cè)模塊主要用于檢測(cè)車位空閑狀態(tài)，用于偵測(cè)車輛駛?cè)肱c駛離，從而計(jì)算車輛停車時(shí)間。電機(jī)模塊主要用于控制車位鎖機(jī)械臂正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車位資源的鎖定與釋放。限位開關(guān)主要用于控制車位鎖機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度在0～90°之間，確保車位鎖的開啟與關(guān)閉兩種狀態(tài)。LED指示燈用于指示車位的空閑狀態(tài)，車位空閑時(shí)顯示綠色，車位被占時(shí)顯示紅色。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)組網(wǎng)布置

停車場(chǎng)主要分為地下停車場(chǎng)與路側(cè)停車場(chǎng)兩類，本系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)采用ZigBee組網(wǎng)，根據(jù)停車場(chǎng)物理布局特點(diǎn)并結(jié)合ZigBee網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍與組網(wǎng)特點(diǎn)[8]，分別針對(duì)兩種停車場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布置。

地下停車場(chǎng)內(nèi)停車位為多排并列布局，且各排車位間經(jīng)常有支撐柱與墻壁遮擋。因此，地下停車場(chǎng)布置如圖3（a）所示，在每排中間設(shè)置一處ZigBee路由器，有墻壁遮擋或某排車位長(zhǎng)度超長(zhǎng)時(shí)適當(dāng)增加路由器提高網(wǎng)絡(luò)信息。最終，各排車位的車位鎖通過(guò)各排路由器接入停車管理服務(wù)器所連接ZigBee協(xié)調(diào)器，從而實(shí)現(xiàn)停車管理系統(tǒng)內(nèi)部組網(wǎng)。

路側(cè)停車場(chǎng)停車位一般沿道路方向順向或斜向劃線，在一條道路上路側(cè)停車場(chǎng)可根據(jù)距離劃分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置一處ZigBee路由器。最終，各區(qū)域內(nèi)車位鎖通過(guò)ZigBee路由器與停車管理服務(wù)器所鏈接的ZigBee協(xié)調(diào)器連接，從而將所有車位信息匯總至停車管理服務(wù)器。路側(cè)停車場(chǎng)布置如圖3（b）所示。

4.2 系統(tǒng)部署與工作流程

（1）系統(tǒng)部署。新建或在原有停車場(chǎng)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加智能車位鎖與ZigBee局域網(wǎng)，并將停車場(chǎng)管理服務(wù)器接入停車管理云平臺(tái)；在公網(wǎng)部署停車管理云平臺(tái)；用戶安裝停車管理系統(tǒng)手機(jī)APP。

（2）工作流程：智能車位鎖將檢測(cè)到車位的狀態(tài)信息傳到停車管理服務(wù)器，停車管理服務(wù)器將信息轉(zhuǎn)發(fā)到云端服務(wù)器，最終云端服務(wù)器將所述信息對(duì)外發(fā)布；用戶通過(guò)智能終端查詢停車位，通過(guò)智能終端應(yīng)用程序預(yù)存停車費(fèi)用；用戶通過(guò)在智能終端上安裝的應(yīng)用程序預(yù)訂車位，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將欲停的車位請(qǐng)求上傳到云端服務(wù)器，云端服務(wù)器接收并處理用戶請(qǐng)求，將鎖定車位信息發(fā)送到停車管理服務(wù)器，停車管理服務(wù)器將信息轉(zhuǎn)發(fā)到智能車位鎖；智能車位鎖接收并執(zhí)行鎖定車位信息，并將已執(zhí)行命令反饋信息發(fā)送到停車管理服務(wù)器，由停車管理服務(wù)器將反饋信息轉(zhuǎn)發(fā)到云端服務(wù)器；當(dāng)智能車位鎖檢測(cè)到車輛停車入庫(kù)完成，向停車管理服務(wù)器發(fā)送停車計(jì)時(shí)開始信號(hào)，停車管理服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)開始信號(hào)至云端服務(wù)器，當(dāng)智能車位鎖檢測(cè)到車輛駛離車位，則向停車管理服務(wù)器發(fā)送計(jì)時(shí)結(jié)束信號(hào)，停車管理服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)結(jié)束信號(hào)至云端服務(wù)器，云端服務(wù)器計(jì)算出用戶需支付的停車費(fèi)并發(fā)送到用戶賬號(hào)，自動(dòng)扣除停車費(fèi)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)引入智能車位鎖，可實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)精細(xì)化管理以及多個(gè)停車場(chǎng)車位資源共享，充分利用停車場(chǎng)資源，有效解決停車難問(wèn)題。利用互聯(lián)網(wǎng)手段開創(chuàng)了新的停車場(chǎng)管理模式，由傳統(tǒng)的物業(yè)或停車辦的線下管理演變?yōu)榫€上管理，提高了管理效率，同時(shí)也有效避免了收費(fèi)人員亂收費(fèi)現(xiàn)象。該系統(tǒng)在提高停車場(chǎng)管理效益與解決停車難問(wèn)題方面都發(fā)揮了顯著作用，可在停車場(chǎng)實(shí)際管理中進(jìn)行應(yīng)用推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]李維龍，李臻.智能停車管理系統(tǒng)綜述[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（9）：1.

[2]尚云凱，侯海旭，等.基于嵌入式的智能停車管理系統(tǒng)[J].信息通信，2014（1）：80-81.

[3]李晟暉.對(duì)緩解上海中心城區(qū)“停車難”問(wèn)題的建議[J].科學(xué)發(fā)展，2013（9）：102-106.

[4]周怡 ，凌志浩，等.ZigBee無(wú)線通信技術(shù)及其應(yīng)用探討[J].自動(dòng)化儀表，2005，26（6）：5-9.

[5]馬繼先，朱致越，等.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能車位控制系統(tǒng)[J].江蘇科技信息，2014（2）：51-54.

[6]呂偉.新型地磁車輛檢測(cè)器在停車場(chǎng)中的應(yīng)用[J].智能建筑與城市信息，2006（2）：27-28.

[7]姜澤浩，張崎.基于地磁感應(yīng)檢測(cè)器的智能停車管理系統(tǒng)研究[J].信息技術(shù)，2011（4）：130-132.

[8]金春嫣，鄭瑾.基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大型停車場(chǎng)中的應(yīng)用[J].淮陰師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，9（3）：218-221.

作者簡(jiǎn)介：陳新海（1988-），男，安徽省淮北市，碩士，2013年畢業(yè)于東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院控制理論與控制工程專業(yè)，工作單位：重慶云途交通科技有限公司。

劉麗（1987-），工作單位：招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司。