基于云平臺的停車管理系統設計

摘 要：文章針對目前普遍存在的停車難問題，設計了一種基于云平臺的停車管理系統。該系統通過引入一種新型智能車位鎖，實現停車管理云平臺對停車場資源的精細化管理與多停車場車位資源共享。通過車位預定、車位出租與共享，可顯著提高停車場資源利用率，有效解決停車難問題。

關鍵詞：云平臺；停車；精細化管理；車位鎖；車位預定

1 概述

隨著國內汽車保有量的不斷增加，現代停車場正面臨著向復雜化、大型化發展的挑戰，停車難問題已經不再是大型城市的專利。有關調查顯示，在北、上、廣、深等大型城市，車主尋找車位過程中會增加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題[1]。因此，為節約能源與保護環境，提高停車管理系統智能化[2]、高效利用有限的停車場資源[3]，是當前迫切需要解決的問題。

目前，公共停車場普遍采用咪表、超聲波車位檢測器、地磁車位檢測器進行車位智能管理，該管理方式可在一定程度上增加停車場管理的智能化，通過停車位信息采集與發布，提高了車位的使用率。但這種管理方式仍存在一些問題，如未實現單獨車位精確管理，無法保證車位不被他人占用；未實現車位誘導，停車還是需要經歷找車位的過程；仍采用人工收費方式，降低了停車效率。

而私家停車位則采用車位鎖進行管理，該方式可實現對單獨車位的鎖定與管理，保證車位的專有性。但是私家停車位車位鎖形式包括手動型、無線電遙控型和網絡遙控型，其中遙控型車位鎖采用遙控器或智能終端進行“端對端”控制，不能實現多個停車場車位資源的統一管理。

總之，現有停車管理系統的粗放式管理，以及精細化管理所需的車位鎖智能化不足，都導致無法充分利用停車場閑置資源以及有效解決停車難問題。文章針對目前停車管理系統存在的問題，在原有停車場基礎上引入一種新型的智能車位鎖，設計了一種接入云平臺的精細化停車管理系統。該停車管理系統通過ZigBee無線網絡與停車管理服務器組網，支持車位狀態檢測、車位預定、車位出租、停車場卡口聯動、網絡支付的智能車位鎖通信組網與聯控系統。

2 系統設計

2.1 系統架構

本系統構成采用“云-網-端”三層架構，具體由車位鎖與車牌識別欄桿機作為信息采集與命令執行單元，手持終端作為停車服務使用單元，各停車管理服務器為停車管理云平臺提供服務支持，停車管理云平臺對外提供停車管理服務。本系統架構圖如圖1所示。

（1）系統各層定義。“端”即指智能車位鎖、車牌識別欄桿機與手持移動終端。智能車位鎖用于采集車位狀態信息并控制車位使用權，與車牌識別欄桿機聯動實現停車用戶獲取與釋放車位使用權。手持移動終端通過安裝本系統停車APP，實時獲取系統內停車位資源以及其他停車服務。

“網”包括停車場內局域網和停車場與云平臺間的廣域網，是連接本系統“端”與“云”的數據通道。本系統中，停車場內局域網采用自組織、低功耗的ZigBee網絡[4]，確保網絡質量、降低部網成本；停車場與云平臺間廣域網采用有線網絡、WIFI網絡或移動網絡，具體采用何種通信方式根據應用場景確定。

“云”即指停車管理云平臺，利用云計算技術存儲并處理各停車場車位數據、處理預訂請求和費用支付信息，為停車場和停車用戶分別提供停車管理與停車服務。

（2）系統各層關系。智能車位鎖、車牌識別欄桿機、局域網與停車管理服務器組成停車場管理系統，作為停車管理云平臺的資源接入單元。每個停車場管理系統均可獨立運行，停車場管理系統與停車管理云平臺之間采用特定數據接口交互停車數據，包括車位狀態反饋信息、車位預定信息、車位控制信息等。

手持移動終端通過移動網絡接入停車管理云平臺，作為停車服務的用戶接入單元，享受停車位信息查詢、車位預定、車位出租以及在線支付停車費等平臺服務。

停車場與停車用戶是完全孤立的，彼此之間通過共同的停車管理云平臺建立聯系，在此過程中停車場提供停車位，而用戶為所獲得的停車服務支付費用，二者之間是消費與被消費的關系。

2.2 系統功能

本系統服務功能由云端服務器提供，云端服務器包括停車場和用戶管理模塊、信息交互管理模塊、信息發布模塊和費用支付處理模塊。其中，停車場和用戶管理模塊用于管理停車場、車位和用戶信息；信息交互管理模塊用于處理用戶請求、管理車位信息、處理車位預訂信息和處理異常信息；信息發布模塊用于發布當前時間空車位數量和停車誘導信息；費用支付處理模塊用于處理費用支付信息。

（1）車位出租與共享。停車場管理員或私家車位所有者通過管理平臺或手機APP對外發布車位出租或共享信息，包括停車場位置、車位編號、對外出租時間已經收費標準等。停車場管理員或私家車位所有者必須通過停車管理云平臺運營商進行身份認證后，才可對外發布車位出租或共享信息。

（2）車位查詢與預定。停車位使用者通過手機APP查詢所需停車位信息，選定合適停車位后進行預訂，停車管理云平臺確定預訂信息后向停車場服務器發送車位鎖定信息，車位預訂成功后向手機APP發送反饋信息。

（3）車位導航與反向找車。每個智能車位鎖對應一個車位編號，結合停車場布局可繪制停車場車位位置地圖。通過采集車主位置與查詢停車車位記錄，根據停車場車位位置地圖規劃找車路線，實現車位導航與反向找車。

（4）在線支付。停車管理云平臺記錄車位預定時間，智能車位鎖記錄車輛駛入與駛離停車位時間，根據收費標準自動計算停車費用，用戶通過移動支付向停車場或車位所有者支付費用。

（5）停車場與用戶管理。停車管理云平臺支持各停車場注冊、停車場地址、車位數量等資源管理，支持車位所有者與車位使用者進行用戶注冊、用戶管理。

3 車位鎖硬件設計

智能車位鎖是本停車管理系統中的關鍵構件，其主要承擔車位狀態信息采集、車位使用權限控制以及信息傳輸等功能[5-7]。本系統設計的智能車位鎖硬件構成如圖2所示。

由圖2可知，本智能車位鎖硬件主要包括：MCU、ZigBee模塊、地磁檢測模塊、電機、限位開關、LED指示燈與電源模塊，各模塊通過數據和電源接口與MCU連接。

MCU主要用于采集數據處理與發送、控制指令接收與解析。ZigBee模塊主要負責各車位鎖網絡連接，用于接收服務控制指令以及發送車位狀態與指令執行結果。地磁檢測模塊主要用于檢測車位空閑狀態，用于偵測車輛駛入與駛離，從而計算車輛停車時間。電機模塊主要用于控制車位鎖機械臂正反轉，從而實現對車位資源的鎖定與釋放。限位開關主要用于控制車位鎖機械臂轉動角度在0～90°之間，確保車位鎖的開啟與關閉兩種狀態。LED指示燈用于指示車位的空閑狀態，車位空閑時顯示綠色，車位被占時顯示紅色。

4 系統實現

4.1 系統組網布置

停車場主要分為地下停車場與路側停車場兩類，本系統內部局域網采用ZigBee組網，根據停車場物理布局特點并結合ZigBee網絡覆蓋范圍與組網特點[8]，分別針對兩種停車場進行網絡布置。

地下停車場內停車位為多排并列布局，且各排車位間經常有支撐柱與墻壁遮擋。因此，地下停車場布置如圖3（a）所示，在每排中間設置一處ZigBee路由器，有墻壁遮擋或某排車位長度超長時適當增加路由器提高網絡信息。最終，各排車位的車位鎖通過各排路由器接入停車管理服務器所連接ZigBee協調器，從而實現停車管理系統內部組網。

路側停車場停車位一般沿道路方向順向或斜向劃線，在一條道路上路側停車場可根據距離劃分為多個區域，每個區域設置一處ZigBee路由器。最終，各區域內車位鎖通過ZigBee路由器與停車管理服務器所鏈接的ZigBee協調器連接，從而將所有車位信息匯總至停車管理服務器。路側停車場布置如圖3（b）所示。

4.2 系統部署與工作流程

（1）系統部署。新建或在原有停車場管理系統基礎上增加智能車位鎖與ZigBee局域網，并將停車場管理服務器接入停車管理云平臺；在公網部署停車管理云平臺；用戶安裝停車管理系統手機APP。

（2）工作流程：智能車位鎖將檢測到車位的狀態信息傳到停車管理服務器，停車管理服務器將信息轉發到云端服務器，最終云端服務器將所述信息對外發布；用戶通過智能終端查詢停車位，通過智能終端應用程序預存停車費用；用戶通過在智能終端上安裝的應用程序預訂車位，通過網絡將欲停的車位請求上傳到云端服務器，云端服務器接收并處理用戶請求，將鎖定車位信息發送到停車管理服務器，停車管理服務器將信息轉發到智能車位鎖；智能車位鎖接收并執行鎖定車位信息，并將已執行命令反饋信息發送到停車管理服務器，由停車管理服務器將反饋信息轉發到云端服務器；當智能車位鎖檢測到車輛停車入庫完成，向停車管理服務器發送停車計時開始信號，停車管理服務器轉發計時開始信號至云端服務器，當智能車位鎖檢測到車輛駛離車位，則向停車管理服務器發送計時結束信號，停車管理服務器轉發計時結束信號至云端服務器，云端服務器計算出用戶需支付的停車費并發送到用戶賬號，自動扣除停車費用。

5 結束語

本系統通過引入智能車位鎖，可實現停車場精細化管理以及多個停車場車位資源共享，充分利用停車場資源，有效解決停車難問題。利用互聯網手段開創了新的停車場管理模式，由傳統的物業或停車辦的線下管理演變為線上管理，提高了管理效率，同時也有效避免了收費人員亂收費現象。該系統在提高停車場管理效益與解決停車難問題方面都發揮了顯著作用，可在停車場實際管理中進行應用推廣。

參考文獻

[1]李維龍，李臻.智能停車管理系統綜述[J].科技創業家，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[J].信息通信，2014（1）：80-81.

[3]李晟暉.對緩解上海中心城區“停車難”問題的建議[J].科學發展，2013（9）：102-106.

[4]周怡 ，凌志浩，等.ZigBee無線通信技術及其應用探討[J].自動化儀表，2005，26（6）：5-9.

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

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

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

[8]金春嫣，鄭瑾.基于ZigBee的無線傳感器網絡在大型停車場中的應用[J].淮陰師范學院學報（自然科學版），2010，9（3）：218-221.

作者簡介：陳新海（1988-），男，安徽省淮北市，碩士，2013年畢業于東南大學自動化學院控制理論與控制工程專業，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計院有限公司。