基于無人機(jī)監(jiān)管的校園車輛停放管理系統(tǒng)設(shè)計

薛九天，王云海

（1.貴州理工學(xué)院 航空航天工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003；2.貴州理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長，人們生活水平的大幅提高，汽車已經(jīng)是大多數(shù)家庭必備的代步工具。特別是近幾年我國拉動經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)內(nèi)需、刺激國內(nèi)居民消費(fèi)的政策下，汽車消費(fèi)增長迅猛。然而交通壓力隨著車輛的增多而迅速增加，在學(xué)校、工廠、小區(qū)、商場等交通流量大的場所，停車及車輛管理問題可想而知，給社會帶來的麻煩也就不言而喻了。而在學(xué)校校園這個有限的空間里，停車難以及其他校園靜態(tài)交通問題表現(xiàn)的尤為突出。

以貴州理工學(xué)院（蔡家關(guān)校區(qū)）為例，由于校區(qū)較小，老師們的車輛數(shù)量逐漸增多，校園車輛規(guī)范化管理顯得越來越重要。具體表現(xiàn)為以下兩個方面：

（1）車位較為分散、不集中，老師們找車位難。據(jù)不完全統(tǒng)計，貴州理工學(xué)院老師每天早上上班找車位平均花費(fèi)時間在15分鐘左右。一旦老師由于工作忙等原因趕時間時，停車問題就會給老師們造成一定的困擾。

（2）人車矛盾突出，亂停亂放現(xiàn)象嚴(yán)重。主要體現(xiàn)在：①見縫插針、隨心所欲式將機(jī)動車停放在路邊和人行道上，使路面原本就窄的校園道路的車輛通行能力變得更差了；②道路交叉口或建筑出入口變成“停車場”。車主為了自己方便取車而隨意停放的汽車阻礙了通行，存在老師車輛被其他車輛堵塞無法正常進(jìn)出的現(xiàn)象，同時這也在一定程度上影響了校園景觀；③隨意停車也會引發(fā)一些不必要的車輛擦掛，不僅導(dǎo)致師生的財產(chǎn)損失，也會使人們對校園環(huán)境的安全問題產(chǎn)生懷疑，進(jìn)而缺乏對校園環(huán)境的信任。

為了解決面前實(shí)實(shí)在在的問題，就必須尋找一個校園車輛停放高效率、管理全方位的辦法來。國內(nèi)外很多專家學(xué)者積極借用人工智能化、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及自動化手段來解決上述問題。國內(nèi)研究學(xué)者對“APP交互設(shè)計”、“校園進(jìn)出口空間研究”、“車輛管理系統(tǒng)設(shè)計”等均有一定的研究[2～4]。國內(nèi)學(xué)者雖取得了一定的成績，但也存在如下不足：①目前的相關(guān)研究系統(tǒng)性不夠，應(yīng)用性參差不齊；②把“無人機(jī)監(jiān)管”和“APP交互設(shè)計”以及“智能停車”結(jié)合起來并針對校園車輛停放系統(tǒng)管理的研究設(shè)計還未發(fā)現(xiàn)。美國佛羅里達(dá)亞特蘭大大學(xué)Zankina I在《Campus driver assistant on an Android platform》一文中，主要研究一款基于Android平臺開發(fā)的面向新生的校園導(dǎo)向APP。國外學(xué)者在APP交互設(shè)計和智能停車場方面的研究相當(dāng)成熟，但是對于校園車輛管理方面的研究甚少。

本文以貴州理工學(xué)院為例，針對以上現(xiàn)實(shí)問題，研究設(shè)計出一套基于無人機(jī)監(jiān)管的校園車輛停放管理系統(tǒng)，將有助于本校及其他車輛集中停放場所解決停車難以及靜態(tài)交通管理問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)功能

（1）系統(tǒng)為校園車輛管理部門（保衛(wèi)科）提供校園整體車位規(guī)劃平臺，并能將最新車位布置圖實(shí)時發(fā)布到車主的移動終端。

（2）系統(tǒng)提供校園高精度3D導(dǎo)航地圖（可利用現(xiàn)有的三維地圖），并在移動終端上顯示實(shí)時空車位具體位置，方便車主快速停車。

（3）系統(tǒng)在基于微信小程序開發(fā)的“快?！盇PP，方便教職工進(jìn)入并使用該互動系統(tǒng)。

（4）系統(tǒng)將定時啟動無人機(jī)監(jiān)管系統(tǒng)，無人機(jī)平臺搭載云臺，定時定點(diǎn)巡航，對全校車輛停放現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)有車輛停放不規(guī)范 （如擋住其他車輛進(jìn)出口），就立即進(jìn)行拍攝識別車牌號，并將信息通過校園無線局域網(wǎng)實(shí)時傳輸監(jiān)測的數(shù)據(jù)，車輛管理部門相關(guān)人員在后臺就可以看到信息，并作及時處理。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

基于無人機(jī)平臺的校園車輛停放管理系統(tǒng)由4大系統(tǒng)組成：校園車位規(guī)劃系統(tǒng)、空中監(jiān)管平臺系統(tǒng)、快速停車導(dǎo)航系統(tǒng)、“快?！盇PP手機(jī)終端系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 校園車輛停放管理系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Campus vehicle parking management system architecture diagram

2 子系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計方法

2.1 校園車位規(guī)劃系統(tǒng)

通過無人機(jī)拍攝的校園全景圖，車輛管理部門可在校園車位規(guī)劃系統(tǒng)中，發(fā)布可用車位，包括車位增減，車位開放與關(guān)閉，車位數(shù)量設(shè)置等，提高管理部門在車位規(guī)劃的工作效率。

2.2 空中監(jiān)管平臺系統(tǒng)

基于無人機(jī)的空中監(jiān)管平臺系統(tǒng)由四旋翼飛控子系統(tǒng)、監(jiān)控檢測子系統(tǒng)組成，如圖2所示。

（1）四旋翼飛控子系統(tǒng)由一架四旋翼無人機(jī)、圖像采集傳輸組成，實(shí)現(xiàn)按照既定巡檢路線進(jìn)行定點(diǎn)巡航實(shí)時監(jiān)控檢測，并將檢測圖像通過校園無線局域網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控檢測后臺。

（2）監(jiān)控檢測子系統(tǒng)實(shí)時顯示由飛控子系統(tǒng)發(fā)回的車位巡檢圖像，通過整合車輛靜態(tài)停放姿態(tài)，人工判斷車輛是否合理放置，如沒有合理放置，將進(jìn)行空中識別車牌，向車主發(fā)布事故提醒。

圖2 空中監(jiān)管平臺系統(tǒng)Fig.2 UAV regulation platform system

2.3 快速停車導(dǎo)航系統(tǒng)

用戶可通過快速停車導(dǎo)航系統(tǒng)，迅速找到空余車位，并且以3D導(dǎo)航方式顯示到達(dá)鎖定的車位最佳路線。本系統(tǒng)將在三維實(shí)景地圖基礎(chǔ)上開發(fā)，并集成到“快?！笔謾C(jī)終端系統(tǒng)中。

2.4 “快?！盇PP手機(jī)終端系統(tǒng)

此手機(jī)終端APP主要功能模塊如圖3所示，包括注冊登錄、車位查詢、車位預(yù)約、事故提醒四大功能模塊。

（1）注冊登錄。用戶在使用本APP之前，需要輸入個人信息，必填項包括姓名、身份證號、所屬學(xué)院、工號、車牌號、手機(jī)號碼等，選填項包括性別、職務(wù)、地址、車型等。用戶注冊后提交注冊信息至系統(tǒng)驗證，系統(tǒng)驗證通過系統(tǒng)將保存用戶注冊信息，否則需要返回修改。注冊成功后可登陸系統(tǒng)。

（2）車位查詢。用戶登陸系統(tǒng)后，選擇校園地圖導(dǎo)航后顯示車位信息 （空余車位顯示綠色，被占車位顯示紅色），用戶通過設(shè)置篩選條件可進(jìn)行查找滿足自己需求的車位信息。

（3）車位預(yù)約。本系統(tǒng)具有車位預(yù)約功能，車主用戶可通過地圖導(dǎo)航上顯示的車位信息，點(diǎn)擊選擇空余車位并提交預(yù)約申請，系統(tǒng)接收申請后將反饋用戶預(yù)約信息。系統(tǒng)將為用戶保留40分鐘車位，若40分鐘后用戶未使用該車位，系統(tǒng)將自動解除本次預(yù)約，用戶必須通過重新預(yù)約才能獲得新車位信息。每次，用戶只能預(yù)約1個車位。

（4）事故提醒。車主在APP手機(jī)終端上注冊個人信息后，一旦遇到車刮蹭到其他車輛或自己的車被其他車擋住出口等應(yīng)急交通事故，其他車的車主未留聯(lián)系電話或所留電話打不通時，車主通過系統(tǒng)掃碼識別車牌，就可獲得其他車的車主聯(lián)系方式，并直接進(jìn)行聯(lián)絡(luò)解決問題，不需要通過保衛(wèi)科或車輛管理相關(guān)部門，提高交通問題的應(yīng)急處理效率。

圖3 “快?！盇PP手機(jī)終端系統(tǒng)功能模塊設(shè)計Fig.3 Function module design of“Fast-Parking”APP on mobile handsets

3 結(jié)論

本文以貴州理工學(xué)院為例，將無人機(jī)監(jiān)管技術(shù)與校園車輛停放管理系統(tǒng)融合，設(shè)計出一套基于無人機(jī)平臺的校園車輛停放監(jiān)管系統(tǒng)，并利用移動終端搭建使用者和管理者之間的互動平臺，這將有助于高校及其他車輛集中停放場所解決停車慢、停車難以及靜態(tài)交通管理問題，提高車輛停放及全方位管理效率。