基于物聯網的智能停車系統的研究與設計

裴華艷，付聚文

（1.甘肅廣播電視大學 教務處，蘭州 730030；2.中國移動通信集團甘肅有限公司 業務支撐部，蘭州 730046）

基于物聯網的智能停車系統的研究與設計

裴華艷1，付聚文2

（1.甘肅廣播電視大學 教務處，蘭州 730030；2.中國移動通信集團甘肅有限公司 業務支撐部，蘭州 730046）

針對現代城市中“一位難求”的停車難問題，提出采用RFID自動識別技術和無線傳感器技術設計基于物聯網的智能停車系統，為用戶提供車位信息和停車誘導服務，引導和幫助用戶停車，改善停車難問題。

物聯網；智能停車；RFID；傳感器

隨著我國經濟的快速發展，城市中機動車的數量越來越多，停車已經成為一個難題，同時誘發了一些車主的亂停車行為，亂停車又反過來加劇了停車難?！巴＼囯y”已經成為困擾城市道路交通發展的普遍性問題，亟待改善解決。

1 物聯網及關鍵技術

1.1 物聯網

物聯網（Internet of Things）的概念最早是由美國麻省理工學院（MIT）自動識別技術中心（AutoID Center） 于 1999 年 提 出 的[1]。2005 年， 國 際 電 信聯盟（ITU）發布《ITU Internet Report 2005:The Internet Of Things》報告，報告對物聯網的定義如下:物聯網是一種通過二維碼識讀設備、RFID 裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的網絡。物聯網通過物體的識別與管理實現PC之間、人與人之間、物與人之間的信息交互與共享。

1.2 物聯網的體系結構

根據物聯網信息采集、傳輸、處理和應用的原則，可以將其體系結構分為4層:感知層、傳輸層、處理層和應用層，如圖 1 所示[2]。

圖1 物聯網體系結構

感知層在物聯網體系結構中處于信息采集的最前端，運用二維碼、RFID、傳感器等設備對物體進行探測與識別，完成對物體屬性的讀取。

傳輸層由無線傳感器網絡、互聯網、移動通信網等傳輸網絡構成，主要負責感知層、處理層和應用層之間的信息傳輸與交互。

處理層通過運用數據挖掘、云計算、并行計算等數據分析和處理技術，對傳輸層提供的信息進行分析與處理，挖掘出有用的信息供應用層使用。

應用層通過將處理層提供的信息進行應用，提供多樣化的物聯網服務。

1.3 物理網關鍵技術

1.3.1 RFID

射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）是一種利用電磁感應或微波進行通信的非接觸式自動識別技術，主要通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據[3]。RFID 技術可識別高速運動的物體，能夠同時識別多個標簽，具有非接觸工作距離長、非視距讀取、適于惡劣環境等優點[4]。

RFID 系統一般由電子標簽、讀寫器和天線 3 部分組成。電子標簽由耦合元件與芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，可部署在物體上標識目標對象。當電子標簽進入讀寫器所在的無線射頻磁場后，讀寫器讀取標簽信息，并控制射頻模塊向標簽發射讀寫信號；電子標簽接收讀寫器發出的射頻信號，憑借感應電流獲得能量，啟動控制電路和射頻電 路 將 存 儲 在 內 部 芯 片 的 數 據 送 出[3]， 讀 寫 器 接 收并解碼標簽發送的數據，送至計算機系統進行處理。天線負責在電子標簽和讀寫器之間傳遞射頻信號。

1.3.2 傳感器技術

傳感器是一種能夠探測和感知外界信息，并將信息按照一定的規律轉換為可測量的電信號或其他形式信號的器件。通過將轉換后的信號輸出傳遞給其他裝置[5]，傳感器能夠實現對信息的傳輸、存儲和處理。傳感器是物聯網感知層的一種重要設備，主要用于探測物體，完成對物體屬性的采集和讀取。

無線傳感器網絡由分布在不同空間上的傳感器節點和網關構成，節點可被部署在被感知物體內部或周圍，能夠在任意時間探測并采集被感知物體的屬性，如壓力、溫度和濕度等，每個節點能夠實現簡單的數據存儲和處理，并接收來自其他節點的數據，節點之間通過無線網絡進行通信，所有節點以協作的方式采集和處理傳感器網絡覆蓋區域內的信息，采集后的數據匯聚到網關，通過網關傳送到計算機系統。

2 基于物聯網的智能停車系統的設計

2.1 系統的總體結構

本系統基于物聯網設計，主要由信息采集模塊、信息傳輸模塊、信息分析與處理模塊、信息發布模塊4個部分組成，分別對應物聯網的感知層、傳輸層、處理層和應用層，系統總體結構如圖2所示。

圖2 智能停車系統的總體結構

信息采集模塊對停車場內的車位信息和出入停車場的車輛信息進行周期性采集，然后經信息傳輸模塊傳輸至信息分析與處理模塊，后者對數據進行分析，挖掘提取出最新車位、出入庫車輛數等信息提供給信息發布模塊，發布模塊通過多種方式對外發布信息，引導用戶停車。

應用本系統的停車場可為經常停放的車輛辦理月卡、季卡或年卡，并在相關車輛上安裝 RFID 自動識別標簽。臨時停車需要車主在車輛入庫時手工提取臨時卡，在車輛出庫時手工刷卡以計算停車時間和停車費用。系統的主要工作流程如下:

（1）車輛入庫 :車輛駛入停車場通道后，入口處的 RFID 讀卡器對車輛進行檢測，自動識別車輛上的 RFID 標簽并記錄車輛入庫時間[3]；入口處的視頻監控設備采集車輛相關信息。所有采集信息通過互聯網傳輸至信息分析與處理模塊；

（2）停車 :車輛停放完畢后，安裝在車位正上方的超聲波車位檢測器探測到本車位已被占用，將占用信息通過無線傳感器網絡傳輸至信息分析與處理模塊；

（3）車輛離庫 :車輛駛離車位后，車位檢測器探測到本車位已空，采集此信息；車輛駛離停車場出口時，出口處的 RFID 讀卡器對車輛進行檢測，自動識別車輛上的 RFID 標簽，采集車輛離庫信息。所有采集信息被傳輸至信息分析與處理模塊，處理模塊自動計算停車時間、停車費用并完成扣費，臨時卡需人工收取現金后放行。

2.2 系統的主要功能模塊

2.2.1 信息采集模塊

信息采集模塊是實現智能停車的基礎，是整個系統的“感知層”，由超聲波車位檢測器、RFID 讀卡器和視頻監控設備組成，主要負責系統基礎數據的采集，為信息分析與處理提供原始數據。

RFID 讀卡器和視頻監控設備均安裝在停車場出入口，讀卡器利用 RFID 非接觸式自動識別技術設計，主要完成對出入車輛的探測識別以及車輛出入庫時間的采集。視頻監控設備主要負責采集車輛的車牌、型號、顏色等信息。

超聲波車位檢測器安裝在每個車位的正上方，由超聲波測距傳感器構成，主要完成車位信息的探測與采集。車位正上方的超聲波傳感器向下發射超聲波，每隔 5 min 采集一次車位信息，超聲波經地面或車輛頂部反射后被傳感器接收，可獲得超聲波的傳輸時間，從而計算超聲波的傳輸距離。車位上有車時超聲波的傳輸距離與無車時不同，由此判斷車位上是否停放了車輛[6]。當車位信息發生變化時，車位檢測器探測并采集最新信息。

2.2.2 信息傳輸模塊

信息傳輸模塊主要負責系統內各模塊之間的信息傳輸與交互，確保信息傳遞的及時性和準確性，以及整個系統高效、穩定的運行。

由于停車場內車位之間的距離較短，車位比較密集，車位信息的采集與傳輸均采用無線傳感器網絡，這種網絡的建設成本較低，適應性、擴展性和設備的可維護性較強，有利于整個系統的穩定性。

無線傳感器網絡由部署在停車場內的超聲波車位檢測器（傳感器節點）和匯聚節點構成。車位檢測器除采集本車位的信息外，還可對其他節點轉發過來的數據進行簡單的存儲和管理。匯聚節點是車位檢測器數據的匯總點，也是連接無線傳感器網絡與互聯網的網關，負責將采集信息轉發到互聯網中的信息分析與處理模塊。

RFID 讀卡器和視頻監控設備與信息分析與處理模塊之間的數據傳輸采用互聯網。

2.2.3 信息分析與處理模塊

信息分析與處理模塊相當于整個系統的“大腦”，它接收并存儲信息傳輸模塊傳送的各類基礎數據，采用數據挖掘技術對這些數據進行整合分析，根據一定的規律和算法搜索出隱藏在其中的有用信息，計算出停車場的空車位數、入庫車輛數、出庫車輛數，統計每個車輛的停車時間、停車費用及停車記錄，以及停車場的收益等數據，并將空車位數、總泊位數等信息傳輸給信息發布模塊。出入庫車輛數和收益數據可為停車場管理者進行管理決策提供數據支撐，停車記錄可為用戶提供相關查詢服務。

2.2.4 信息發布模塊

信息發布模塊是整個系統對外進行信息發布的窗口，主要負責及時有效的更新發布停車場的名稱、行駛路線、空車位數、總泊位數等信息。

信息發布方式可以采用車載終端、廣播電臺、個性化的手機短信服務以及路側的電子顯示屏，電子屏可以設置在停車場周邊區域的街道兩旁，便于過往的車輛及時獲取車位信息。

3 結束語

針對城市中停車難的問題，以提供高效、便捷的車位信息為出發點，以車位信息的采集與發布為核心，研究并設計了基于物聯網的智能停車系統，以期為用戶提供停車誘導服務，引導和幫助用戶停車，改善停車難問題。

[1] 劉云浩 .物聯網導論 [M].北京 ：科學出版社，2010，12.

[2] 錢 萍 .物聯網隱私保護研究與方法綜述 [J].計算機應用研究，2013，30（1）：14.

[3] 張席洲，邱永涵 .基于 RFID 的停車誘導系統設計 [J]. 武漢理工大學學報 (交通科學與工程版 )，2011，35（3）：484-486.

[4] 魏長寬 .物聯網 :后互聯網時代的信息革命 [M].北京 ：中國經濟出版社，2011.

[5] 馮璐璐 .基于物聯網的停車泊位誘導系統關鍵技術研究 [D].長春 ：吉林大學，2013.

[6] 高旭東，曹珊珊 .超聲波車位檢測器系統設計 [J].黑龍江科技信息，2008.

責任編輯 方 圓

Intelligent Parking System based on Internet of Things

PEI Huayan1, FU Juwen2
( 1. Of ce of Academic Affairs, Gansu Radio and TV University, Lanzhou 730030, China; 2. Department of Business Support System, China Mobile Group Gansu Company Limited, Lanzhou 730046,China )

To address the problem of “a parking space was hard to nd” in modern city, the paper presented Intelligent Parking System which was designed by using RFID automatic identification technology and wireless sensor technology. The System provided the information of parking space and parking guidance service for users, guided and helped user’ s parking, improved the problem of parking.

Internet of Things(IOT); Intelligent Parking System; RFID; sensor

U29∶TP39

：A

1005-8451（2015）01-0050-03

2014-04-14

裴華艷，助教；付聚文，技術員。