基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的城市停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

徐 岸，朱 華

1 背景及意義

近年來(lái)，隨著人們生活水平不斷提高，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量迅速增長(zhǎng)，但與此同時(shí)，城市停車(chē)場(chǎng)（點(diǎn)）發(fā)展嚴(yán)重滯后，城市的停車(chē)供需矛盾日益突出，市區(qū)停車(chē)難問(wèn)題越來(lái)越突出.由于停車(chē)難的問(wèn)題得不到解決，亂停亂放的問(wèn)題也隨之增加，從而造成了城區(qū)交通擁堵.而上述問(wèn)題借助北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以很好的解決.

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Navigation Satellite System)是中國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)，獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).北斗衛(wèi)星導(dǎo)航由空間段、地面段、用戶(hù)段三部分組成.隨著北斗三號(hào)工程第三、四顆組網(wǎng)衛(wèi)星成功發(fā)射，北斗衛(wèi)星進(jìn)入密集發(fā)射期，它預(yù)示著今后北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在各個(gè)行業(yè)的運(yùn)用越來(lái)越廣.

本停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)的意義：解決城市停車(chē)問(wèn)題，避免因停車(chē)問(wèn)題以及亂停亂放行為造成的城市交通擁堵現(xiàn)象.同時(shí)方便交通執(zhí)法部門(mén)在必要時(shí)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行挪移，有助于城市交通的改善.

2 設(shè)計(jì)方案

鑒于城市停車(chē)問(wèn)題，本文提出了一種基于北斗導(dǎo)航的停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)在北斗衛(wèi)星覆蓋的城區(qū)區(qū)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)路邊停車(chē)點(diǎn)與車(chē)輛的雙向信息傳遞，優(yōu)化城市交通.利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)以及紅外線(xiàn)和光感結(jié)合的車(chē)位探測(cè)，可以將車(chē)輛附近的車(chē)位信息通過(guò)計(jì)算機(jī)信息處理后發(fā)送送給車(chē)主手機(jī)端.系統(tǒng)在正常工作過(guò)程中所傳輸?shù)男畔⒃诮?jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)信息處理中心時(shí)會(huì)被存儲(chǔ)，便于車(chē)主尋找自己車(chē)輛，同時(shí)方便管理及執(zhí)法部門(mén)必要時(shí)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行挪移，提高執(zhí)法部門(mén)工作效率.除此之外，本系統(tǒng)還會(huì)有效地減少路邊停車(chē)點(diǎn)工作人員數(shù)目，節(jié)省城市路邊停車(chē)點(diǎn)管理費(fèi)用.

3 工作原件及原理分析

本系統(tǒng)提供了一種基于北斗導(dǎo)航的停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)、紅外線(xiàn)傳感器和光感傳感器對(duì)車(chē)位探測(cè)以及信息處理中心四部分組成.車(chē)輛在城區(qū)停車(chē)時(shí)，通過(guò)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以迅速定位，計(jì)算機(jī)信息處理中心通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)接收紅外線(xiàn)和光感結(jié)合的車(chē)位探測(cè)的相關(guān)信息，同時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)可將附近車(chē)位信息發(fā)送給手機(jī)用戶(hù)端.此外可將路邊停車(chē)點(diǎn)信息傳入計(jì)算機(jī)信息處理中心并儲(chǔ)存.

3.1 停車(chē)點(diǎn)終端

本系統(tǒng)基于北斗導(dǎo)航的城市停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)站停車(chē)點(diǎn)終端在工作過(guò)程中采用了GIS（Geographic Information System）地理信息系統(tǒng)，即站點(diǎn)終端通過(guò)北斗導(dǎo)航定位以及無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)收集和發(fā)送相關(guān)信息.此終端是由光感傳感器，北斗導(dǎo)航定位模塊、微處理器、信息存儲(chǔ)單元（SDRAM、FLASH芯片構(gòu)成最小運(yùn)算和控制系統(tǒng)）、GPRS通信單元組成，其工作原理分接收和發(fā)送兩個(gè)過(guò)程.

3.1.1 地理信息系統(tǒng)

GIS技術(shù)是在計(jì)算機(jī)軟件和硬件的支持下運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)理論，科學(xué)分析和管理有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，提供規(guī)劃、管理、決策和研究所需要信息的技術(shù)系統(tǒng).可以通過(guò)此系統(tǒng)更加精準(zhǔn)的對(duì)路邊車(chē)位進(jìn)行探測(cè)與綜合分析.

3.1.2 停車(chē)點(diǎn)終端組成原件

①光感車(chē)位探測(cè)是安裝于路邊停車(chē)點(diǎn)路面（停車(chē)位正下方，如圖1所示）.光感元件是由光敏電阻組成，光敏電阻的阻值隨著光照的強(qiáng)度增強(qiáng)而降低.當(dāng)車(chē)輛停止時(shí)，光照強(qiáng)度將降低，這樣可以使電流增大，實(shí)現(xiàn)原件的啟動(dòng).光感傳感器作為測(cè)量車(chē)位的信息單元可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)而簡(jiǎn)易的信息傳輸單元，使得車(chē)位信息返回給計(jì)算機(jī)信息處理中心，從而達(dá)到對(duì)停車(chē)點(diǎn)車(chē)輛探測(cè)的目的，可以對(duì)相關(guān)車(chē)位信息進(jìn)行記錄.

②紅外線(xiàn)車(chē)位探測(cè)是安裝于路邊停車(chē)點(diǎn)路面（停車(chē)位后方，汽車(chē)尾部排氣管下方，如圖1所示），利用紅外線(xiàn)傳感器進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，其具有測(cè)量速度快，而且靈敏高的特點(diǎn).任何自身具有一定的溫度(高于絕對(duì)零度)的物質(zhì)都能輻射紅外線(xiàn).利用紅外線(xiàn)的反射與折射，散射與干涉以及吸收等物理性能即可進(jìn)行測(cè)量工作.當(dāng)車(chē)輛停放時(shí)，利用汽車(chē)尾部排氣管溫度較高的特點(diǎn)，可用紅外線(xiàn)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)相關(guān)車(chē)位信息進(jìn)行記錄.

③信息存儲(chǔ)單元是由SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）和FLASH芯片構(gòu)成的最小運(yùn)算和信息記錄系統(tǒng).SDRAM是同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，同步是指Memory工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)陣列需要不斷的刷新來(lái)保證數(shù)據(jù)不丟失.FLASH芯片是應(yīng)用非常廣泛的存儲(chǔ)材料，F(xiàn)lash芯片失電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失.它結(jié)合了ROM和RAM的長(zhǎng)處，不僅具備電子可擦除可編程（EEPROM）的性能，還可以快速讀取數(shù)據(jù)（NVRAM的優(yōu)勢(shì)），使數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)閿嚯姸鴣G失.利用SDRAM和FLASH芯片的功能特點(diǎn)，信息存儲(chǔ)單元可以用來(lái)記錄相關(guān)車(chē)位信息.

④微處理器由少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器.微處理器可處理相關(guān)車(chē)輛信息，便于停車(chē)點(diǎn)車(chē)位信息的傳輸.

⑤GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是GSM移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，屬于第二代移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù).GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍≒acket）式來(lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜.利用GPRS技術(shù)傳輸效率快，費(fèi)用實(shí)惠的特點(diǎn)，GPRS通信單元可用來(lái)傳輸在停車(chē)點(diǎn)所收集到的車(chē)位信息.

3.1.3 接收和發(fā)送信息

本系統(tǒng)的車(chē)位探測(cè)部分是由光感傳感器和紅外線(xiàn)傳感器相結(jié)合對(duì)停車(chē)點(diǎn)車(chē)位進(jìn)行探測(cè).將所探測(cè)信息傳輸給微處理器，微處理器對(duì)車(chē)位信息進(jìn)行計(jì)算和分析，將信息傳入信息儲(chǔ)存單元后發(fā)送給計(jì)算機(jī)處理中心.（如圖2所示）

圖1 路邊停車(chē)位傳感器設(shè)計(jì)圖

圖2 停車(chē)點(diǎn)車(chē)位信息收集與發(fā)送

3.2 用戶(hù)手機(jī)終端

手機(jī)終端用戶(hù)通過(guò)北斗衛(wèi)星定位確定用戶(hù)所在位置，將其信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)信息處理中心并獲取用戶(hù)附近的路邊車(chē)位信息(此信息通過(guò)計(jì)算機(jī)處理中心被讀取),借助北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將用戶(hù)引導(dǎo)至相應(yīng)停車(chē)點(diǎn)車(chē)位（此功能借助于手機(jī)上網(wǎng)及定位導(dǎo)航功能可實(shí)現(xiàn)），實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛與停車(chē)點(diǎn)的雙向信息傳遞（精確有效的在短時(shí)間內(nèi)完成車(chē)輛停放）.

3.3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層

該系統(tǒng)主要是由北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)信息處理中心三部分構(gòu)成.其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)（實(shí)現(xiàn)停車(chē)點(diǎn)與車(chē)輛之間的信息交換）和北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)（精確地對(duì)車(chē)輛進(jìn)行定位導(dǎo)航）.

3.4 工作原理綜合分析

本系統(tǒng)是一種基于北斗導(dǎo)航的城市停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)，下面結(jié)合圖2、圖3說(shuō)明該系統(tǒng)的實(shí)施方式.該停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)具體組成原件：微處理器、外置存儲(chǔ)單元、SDRAM存儲(chǔ)器、FLASH存儲(chǔ)器、紅外線(xiàn)傳感器、光感傳感器、GPRS模塊北斗導(dǎo)航模塊、手機(jī)終端.紅外線(xiàn)傳感器和光感傳感器是作為車(chē)位探測(cè)器使用，車(chē)輛駛?cè)胪＼?chē)位時(shí)兩個(gè)探測(cè)儀器同時(shí)工作對(duì)車(chē)位信息進(jìn)行探測(cè).然后將相關(guān)信息傳入由微處理器與SDRAM存儲(chǔ)器、FLASH存儲(chǔ)器構(gòu)成最小運(yùn)算和信息分析系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)車(chē)位信息的分析與計(jì)算.且FLASH存儲(chǔ)器為非易失性存儲(chǔ)器，用于存放系統(tǒng)運(yùn)行所需的程序和相關(guān)數(shù)據(jù)，保證掉電程序和數(shù)據(jù)都不會(huì)丟失；而SDRAM存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)時(shí)，掉電后該部分程序和數(shù)據(jù)會(huì)丟失.該停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)工作過(guò)程中所有數(shù)據(jù)的運(yùn)算和外圍模塊的控制都由最小運(yùn)算和信息分析系統(tǒng)來(lái)完成.該系統(tǒng)具體實(shí)施方式如下：

本系統(tǒng)正常工作時(shí)，手機(jī)用戶(hù)終端開(kāi)啟停車(chē)優(yōu)化功能后，通過(guò)北斗衛(wèi)星定位功能對(duì)車(chē)輛進(jìn)行定位.計(jì)算機(jī)信息處理中心根據(jù)車(chē)所在的位置選擇車(chē)輛附近的車(chē)位，并通過(guò)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)車(chē)輛到達(dá)停車(chē)點(diǎn).車(chē)輛停車(chē)完成后，光感傳感器和紅外線(xiàn)傳感器探測(cè)相關(guān)車(chē)位信息.確定車(chē)輛進(jìn)入車(chē)位并將信息傳入最小運(yùn)算和信息分析系統(tǒng).通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)信息處理中心，然后通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)將停車(chē)信息及車(chē)輛定位信息傳達(dá)給用戶(hù)，便于用戶(hù)尋找車(chē)輛.

圖3 基于北斗導(dǎo)航的城市停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

（1）本系統(tǒng)是基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的城市停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng).計(jì)算機(jī)信息處理中心可由相關(guān)交通部門(mén)或城市管理部門(mén)控制，便于交通部門(mén)和城市管理部門(mén)對(duì)道路交通的管理（通知車(chē)主將車(chē)輛及時(shí)挪移，疏通城市道路）.這樣可以提高城市管理者的辦公效率.

（2）該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了停車(chē)點(diǎn)與車(chē)輛的信息雙向傳遞.在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的幫助下，使得城市中行駛的車(chē)輛實(shí)現(xiàn)停車(chē)點(diǎn)與車(chē)輛的對(duì)接和信息傳遞.更加快速的使得車(chē)輛能夠在附近路邊停車(chē)位停車(chē).

（3）此系統(tǒng)的手機(jī)終端開(kāi)啟停車(chē)優(yōu)化功能后，能夠使手機(jī)用戶(hù)能夠查看車(chē)輛附近的路邊停車(chē)位.車(chē)輛停車(chē)后記錄車(chē)輛位置，便于車(chē)主尋找車(chē)輛.

（4）本系統(tǒng)以后可與城市中的一些地下或地面停車(chē)場(chǎng)合作，便于車(chē)主的自由選擇.這樣可以給地面或地下停車(chē)場(chǎng)帶來(lái)收益，還能方便城市交通的疏通與管理.

5 結(jié)論

本文提出了一種基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的城市停車(chē)優(yōu)化系統(tǒng).本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了停車(chē)點(diǎn)與車(chē)輛的雙向信息傳遞，既能使車(chē)輛快速尋找車(chē)位停車(chē)，還能夠方便城市管理者對(duì)城市交通進(jìn)行管理.該系統(tǒng)未來(lái)還可以與城市停車(chē)場(chǎng)合作，使得城市停車(chē)問(wèn)題進(jìn)而可以更加輕松的解決.本系統(tǒng)還有一些不足的地方，需要在實(shí)踐中進(jìn)行改進(jìn).