基于計算機的停車場監控系統研究

摘 要： 針對傳統停車位管理系統運行效率較低，不夠人性化等問題，設計一種計算機無線網絡的智能停車場監控管理系統。該管理系統以ZigBee無線網絡系統為核心，實現了車輛進出停車場無需停車即可完成對車輛的識別、刷卡、數據錄入等功能，同時為了提高人性化，使用計算機圖像技術對車位進行檢測，結合車輛位置檢測功能實現對車輛的引導。上位機使用組態軟件與計算機數據庫建立管理軟件系統。

關鍵詞： 停車場管理； ZigBee； 無線傳感網絡； 車位檢測

中圖分類號： TN98?34； TM711 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）10?0084?04

Research on parking lot monitoring system based on computer technology

BI Ye1， CHEN Qiaoying2

（1. Engineering Training Center， Shanghai Second Polytechnic University， Shanghai 201209， China；

2. Shanghai Research Institute， China Coal Technology and Engineering Group， Shanghai 200030， China）

Abstract： Since the traditional parking management system has low efficiency and has no enough humanization， a new intelligent parking lot monitoring management system is designed in this paper， which is based on ZigBee wireless network system. The computer image technology is adopted in the system to conduct the detection of the parking place to improve the humanization of the system. The system can realize the functions of vehicle identification， credit card swiping and data entry while vehicle is moving. The vehicle guidance is achieved in combination with the vehicle location detection function. The configuration software is used in the upper computer to establish a management software system by means of the computer database.

Keywords： parking lot management； ZigBee； wireless sensor network； parking place detection

隨著我國的社會與經濟的不斷發展，車輛保有量急劇上升，車位與汽車比例明顯不均衡，而現在建立大型智能化停車場的需求不斷上升，尤其是在大型城市的人口密集區域、娛樂中心以及商業中心等。針對停車場的智能管理系統的研究儼然成為當前熱點問題之一[1]。傳統停車場通過安裝門禁系統加強安全和規范管理，雖然提高了安全性，但是降低了停車場的運行效率，浪費了車主的時間，人性化設計較弱。本文設計停車位的重點是使用計算機技術提高停車位的智能化與人性化程度[2]。

1 停車場監控管理系統組成及工作流程

1.1 系統組成

本文設計的停車場監控系統主要由入口、出口門禁管理系統，停車引導系統，車位檢測系統，無線通信網絡系統，計算機數據處理系統以及其他輔助系統等組成[3]。

1.2 出入停車場流程

停車場管理系統的出入通道控制如圖1所示。當車輛入口車輛檢測器A檢測到進場的車輛時，入口車輛身份檢測裝置啟動，通過無線讀卡器與攝像頭檢測車主的ID信息以及車牌等。身份核實后，控制器控制入口閘道開啟放行，當入口車輛檢測器B檢測到車輛完全進入停車場后，關閉閘道，避免誤砸車輛。車主車內的基于ZigBee的射頻卡和入口的無線讀卡器的通信距離可以達到十多米，可以做到車輛不用停車即完成對車輛的身份識別和讀卡工作，節約了車主進入停車場的時間，提高了停車場的工作效率[4]。車輛離開停車場時，監控系統的工作流程與車輛進入時類似。出口車輛檢測器A檢測到車輛時，車輛身份檢測裝置啟動，通過無線讀卡器與攝像頭檢測車主的ID信息以及車牌等。身份核實后，控制器控制出口閘道開啟放行，當出口車輛檢測器B檢測到車輛完全離開停車場后，關閉閘道，避免誤砸車輛。車輛進出停車場的時長、地點、費用以及身份等信息已錄入計算機數據庫中[5]。

1.3 車輛引導系統工作流程

當車輛傳統停車場，車主必須憑靠感覺、視線以及運氣對停車場的空閑車位進行搜尋，本文方案中設計有車輛引導系統，其由車輛定位系統、車位檢測系統、指引路牌和無線通信系統組成。通過基于計算機圖像的車位檢測系統檢測對車位進行監測，判別車位的停車情況。車輛定位系統能夠對進入停車場的車輛實時定位，并通過算法為車輛找到一條最優的停車路徑，并在十字路口安裝有電子指示路牌引導車輛進入指定停車位中[6]。

2 ZigBee無線網絡系統

使用ZigBee無線網絡建立無線停車場監控網絡時，可以選用星形、樹形和網狀形三種網絡拓撲結構。由于星形和樹形拓撲結構能夠支持的節點數十分有限，不適應于大型網絡中，因此本文采用網狀形拓撲結構進行網絡設計。網狀形拓撲結構不僅能夠支持大量的網絡節點，同時容錯能力強，某一節點出現故障不會造成系統的癱瘓。停車場網絡系統的拓撲結構如圖2所示。

將停車場中劃分為多個分區，每個分區中配置一臺ZigBee路由設備，負責對該分區中的車位檢測等終端設備的監測控制，各個分區的ZigBee路由設備由惟一的一臺ZigBee協調器進行連接連接，并由ZigBee協調器向上位機傳輸數據，接收上位機指令[7]。

3 車位監控系統

為提高停車場管理監控系統的人性化與智能化，停車場配置有停車引導系統，車位檢測系統則是停車引導系統中的關鍵技術之一。車位檢測技術目前主要有紅外線檢測、地感線圈和視頻檢測等。紅外線檢測存在壽命低、抗干擾能力弱等缺點；地感線圈檢測方法需要在停車位地面挖掘埋放感應線圈，缺點是成本高，破壞地面，不利于后期維護等；而視頻檢測技術具有檢測率高，智能化，使用的攝像頭同時能夠作為安防用途，一舉兩得，因此本文設計中采用視頻檢測技術對車位進行檢測。

為了提高視頻攝像頭的利用率，降低成本，將視頻攝像頭與停車位成一定角度，以使得更多的車位占用情況能夠被視頻攝像頭采集，但是角度不宜過大，以避免采集的圖片模糊等會導致誤識別的情況[8]，如圖3所示。

圖3 視頻攝像頭安裝示意圖

由于車位沒有車輛時，采集到車位圖像灰度值十分接近，方差較小，車位邊緣信息單一，背景相對固定不變；而車位停有車輛時，采集到車位圖像的方差會產生波動，車位邊緣圖像信息會相對豐富，背景會被車輛覆蓋，當背景覆蓋率滿足一個閾值時，即判斷該車位有車。利用這些對比條件即可使用計算機進行編程實現利用采集的圖像進行車位檢測[9]，檢測流程如圖4所示。

（1） 輪廓占用率

停車位沒有車輛停放時，車位輪廓清晰，圖像里有著固定的邊緣信息，而有車輛時，圖像邊緣信息就不會固定，因此可以使用車位圖像的邊緣信息作為車位有無車的判斷依據。特征提取方法是在OpenCV中選取Sobel算子、Laplacian算子以及Canny算子等函數對邊緣檢測信息進行特征提取：

圖5 圖像輪廓占有率、方差以及像素覆蓋率

通過像素覆蓋率對比可以看出，車輛駛入以及離開均會產生較大的像素差異，一般大于65%，而行人對像素覆蓋率影響不大，低于20%，不會對車輛判別產生影響，而物體的陰影對于像素覆蓋率影響幾乎為零，可以忽略不計。通過輪廓占有率對比可以看出，動態的車輛以及行人均沒有清晰的輪廓，僅在車輛完全停止后，輪廓信息比較清晰。通過方差值對比可以看出，當車輛進入車位時的方差值，相對于無車時的方差值，會有較大的跳動，車輛停穩后，方差值在一個范圍內穩定。行人基本不會對圖像的方差值產生太大影響。

4 監控管理系統軟件

上位機監控管理軟件使用C#.net與SQL數據庫編寫。如圖6所示，其主要功能模塊有用戶管理系統、實時監控畫面系統、系統設置、車輛引導系統、車輛識別系統、車位檢測系統等組成[13]。

5 結 論

本文針對基于計算機技術的智能停車場管理系統進行設計，其核心為ZigBee無線傳感網絡。本文對智能停車場的系統組成及工作流程進行分析，之后對智能停車場的關鍵技術進行分析，核心ZigBee無線網絡選用支持大量的網絡節點并具有較強容錯能力的網狀形拓撲結構。為了提高停車場管理監控系統的人性化與智能化，停車場配置有停車引導系統，車位檢測系統則是停車引導系統中的關鍵技術之一。

本文中采用視頻檢測技術對車位進行檢測，視頻檢測技術具有檢測率高，智能化，使用的攝像頭同時能夠作為安防用途，一舉兩得。使用計算機數據庫與計算機程序建立具有停車場監測、控制、車主信息管理、識別等強大功能的上位機的管理軟件。

參考文獻

[1] 劉軍.基于ZigBee的智能停車場管理系統的設計與實現[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2012.

[2] 甘勇，徐珂，賈春利，等.基于ZigBee的智能停車場系統的設計與實現[J].鄭州輕工業學院學報（自然科學版），2013，28（2）：74?77.

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