基于手機(jī)應(yīng)用的智能停車誘導(dǎo)和繳費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅梓銘+馬飛虎

摘 要： 傳統(tǒng)地下停車場(chǎng)停車效率低的主要表現(xiàn)為：進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí)難以尋找空車位，取車時(shí)難以準(zhǔn)確找到車主停車的位置，在停車場(chǎng)內(nèi)盲目行駛導(dǎo)致?lián)矶拢约芭抨?duì)繳費(fèi)浪費(fèi)時(shí)間等。針對(duì)此類問題，采用與手機(jī)應(yīng)用相結(jié)合的WIFI室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行停車誘導(dǎo)，利用RFID技術(shù)對(duì)車流量進(jìn)行檢測(cè)并通過地磁傳感器采集車輛信息來改善地下停車場(chǎng)系統(tǒng)；設(shè)置分道式繳費(fèi)站，使用智能手機(jī)繳費(fèi)方式來提高繳費(fèi)效率，進(jìn)而構(gòu)建智能化停車場(chǎng)。

關(guān)鍵詞： 智能化停車場(chǎng)； 停車誘導(dǎo)； WIFI室內(nèi)定位技術(shù)； 智能手機(jī)； 分道式繳費(fèi)站

中圖分類號(hào)：U12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2017）07-17-04

Design of intelligent parking guidance and payment system

based on mobile phone application

Luo Ziming， Ma Feihu

（School of Civil Engineering and Architecture， East China Jiaotong University， Nanchang， Jiangxi 330013， China）

Abstract： The low parking efficiency of traditional underground parking lot is mainly manifested as： it is difficult to find an empty parking space when enter the parking lot， and difficult to find the parking position when take the car， congestion caused by blind driving in the parking lot， and time wasted by queuing for payment at the toll station. To solve the problems， WIFI indoor positioning technology combined with mobile phone application is used for parking guidance； the RFID technology is used to detect the traffic flow and car information is collected by the geomagnetic field sensors to improve the underground parking system. Meanwhile， the uses of smart phone payment， as well as the separate lane toll station， are contributed to improve the payment efficiency and build the intelligent parking lot.

Key words： intelligent parking lot； parking guidance； WIFI indoor positioning technology； smart phones； separate lane toll station

0 引言

城市的發(fā)展迅速和人們生活水平的提高，使汽車成為日常出行的必要交通工具。私家車數(shù)量不斷增多，停車難得問題日益突出。很多城市為緩解停車難的問題，在路邊布設(shè)臨時(shí)停車位，由于城市的土地資源有限，這種占用道路用來停車的方式已逐漸影響到城市交通的流通性。不斷地在外部開設(shè)停車位，會(huì)占用到大量的道路空間，導(dǎo)致交通陷入一種紊亂擁堵的狀態(tài)。這種占用地面停車位的方法不僅給交通和道路帶來不便，還會(huì)嚴(yán)重影響到城市的美觀[1]。因此，建設(shè)地下停車場(chǎng)就成為現(xiàn)在最主要的解決方法。

傳統(tǒng)的地下停車場(chǎng)，尋找空車位和停車場(chǎng)繳費(fèi)存在效率低的問題，嚴(yán)重制約了停車場(chǎng)的運(yùn)行。本文探討將手機(jī)應(yīng)用與智能停車場(chǎng)相結(jié)合，通過選取可行性高的室內(nèi)定位技術(shù)來改善傳統(tǒng)停車場(chǎng)，提出一種新型的誘導(dǎo)停車、取車和智能繳費(fèi)系統(tǒng)，并在崗?fù)こ鋈肟谠O(shè)計(jì)分道式繳費(fèi)站，以解決傳統(tǒng)繳費(fèi)浪費(fèi)的時(shí)間問題，提出智能化地下停車場(chǎng)的完善方式。

1 主流室內(nèi)定位技術(shù)的選取與應(yīng)用

隨著智能時(shí)代的來臨，室內(nèi)定位技術(shù)在智能交通（Intelligent Transportation Systems，ITS）中的運(yùn)用也十分顯著。當(dāng)前主流的室內(nèi)定位技術(shù)有[2-3]：輔助全球定位技術(shù)（Assistant-GPS，A-GPS），紅外線定位，超聲波定位，藍(lán)牙定位，射頻識(shí)別定位（RFID），基站定位，WIFI室內(nèi)定位，超寬帶定位，ZigBee室內(nèi)定位。在地下停車場(chǎng)的室內(nèi)定位設(shè)置中，對(duì)三種可行性較高的室內(nèi)定位技術(shù)（紅外線室內(nèi)定位技術(shù)，WIFI室內(nèi)定位技術(shù)，ZigBee室內(nèi)定位技術(shù)）進(jìn)行選取。

表1 三種不同室內(nèi)定位技術(shù)的對(duì)比

[室內(nèi)定位技術(shù)＼&費(fèi)用＼&精度＼&屬性＼&紅外線室內(nèi)定位＼&高＼&5-10米＼&通過光學(xué)傳感器接收到的紅外線進(jìn)行定位，但僅能視距傳播，無法穿越障礙物。只適合于短距離傳播，且各處安裝接受天線造價(jià)較高。＼&WIFI室內(nèi)定位＼&低＼&2-50米＼&已被廣泛應(yīng)用，易于安裝，需要基站少。定位精度高，成本低，信號(hào)范圍大，適用性很強(qiáng)。＼&ZigBee室內(nèi)定位＼&低＼&1-2米＼&是一種低成本，低功耗，短距離的定位技術(shù)。但其容易受到環(huán)境的干擾影響，穩(wěn)定性較差。＼&]

通過對(duì)比上述的三種室內(nèi)定位技術(shù)，考慮到地下停車場(chǎng)規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且車位利用率高。WIFI室內(nèi)定位技術(shù)具有定位精度高、成本低、信號(hào)范圍大等優(yōu)勢(shì)[4]。GPS通過周邊AP信號(hào)的MAC地址去查詢不同AP的坐標(biāo)（每一個(gè)AP坐標(biāo)都有其特定的MAC地址且MAC地址在全球是惟一的），WIFI室內(nèi)定位通過接受信號(hào)并參考數(shù)據(jù)庫終端的AP坐標(biāo)（通過GPS設(shè)備定位出相應(yīng)的AP坐標(biāo)）來進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算出所在的位置，當(dāng)智能手機(jī)等設(shè)備開啟WIFI后，可以自動(dòng)掃描附近的熱點(diǎn)，同時(shí)上傳它們的位置信息。對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)行AP節(jié)點(diǎn)和WIFI信號(hào)的全方位布設(shè)，通過將采集和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，用于誘導(dǎo)用戶的停車取車和車輛定位。當(dāng)出現(xiàn)車輛偷竊或毀壞等突發(fā)事件時(shí)，利用WIFI定位可以第一時(shí)間鎖定該車輛的位置，同時(shí)在停車場(chǎng)播放警告提示音，通過攝像頭及時(shí)調(diào)出該位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控，讓相關(guān)人員能夠在最短時(shí)間內(nèi)處理此類事件。因此，選取WIFI室內(nèi)定位技術(shù)來完善地下停車場(chǎng)。

2 智能停車場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過將基于WIFI室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用在地下停車場(chǎng)內(nèi)，與智能手機(jī)APP相結(jié)合，提出一種新型的智能停車誘導(dǎo)系統(tǒng)，這種智能停車誘導(dǎo)系統(tǒng)能夠有效提升用戶在地下停車場(chǎng)的停車效率，解決傳統(tǒng)停車模式所帶來的各類問題。

2.1 車流量檢測(cè)

對(duì)于停車場(chǎng)的車流量進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，采用RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)[5]。RFID具有遠(yuǎn)距離，長時(shí)間，高速度的特點(diǎn)，在地下停車場(chǎng)進(jìn)出口的墻面或支架處布設(shè)RFID讀寫器。每一輛車都有其特定的車載標(biāo)簽，RFID讀寫器通過天線發(fā)射出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)車輛進(jìn)出停車場(chǎng)內(nèi)RFID讀寫器的范圍，讀寫器自動(dòng)讀取車載標(biāo)簽的ID信息同時(shí)接受射頻信號(hào)并解碼。再將解碼后的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至系統(tǒng)終端，與數(shù)據(jù)庫相連接進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，從而檢驗(yàn)出停車場(chǎng)內(nèi)的進(jìn)出車流量情況和車輛進(jìn)出停車場(chǎng)的時(shí)間，得到停車場(chǎng)內(nèi)已停靠車輛數(shù)目和空閑車位數(shù)目。在停車場(chǎng)的入口顯眼處安裝LED外顯屏，后臺(tái)系統(tǒng)通過接受其RFID檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，把該地下停車場(chǎng)內(nèi)所剩空閑車位的數(shù)目顯示在LED外顯屏上。便于車主在駛?cè)胪＼噲?chǎng)之前進(jìn)行判斷，避免遇到進(jìn)入停車場(chǎng)后卻無處停車的情況[6]。

2.2 車位檢測(cè)

停車場(chǎng)內(nèi)車位狀態(tài)檢測(cè)傳感器選用地磁傳感器。地磁傳感器尺寸小，安裝和維修方便，不易受環(huán)境的影響且具有高檢測(cè)靈敏度[7]。車輛停靠時(shí)會(huì)引起磁場(chǎng)變化，車位處地磁傳感器的芯片通過探測(cè)磁場(chǎng)的變化，輸出弱電信號(hào)。信號(hào)調(diào)節(jié)電路對(duì)弱電信號(hào)進(jìn)行放大、比較，輸出電平信號(hào)（車位上有車輛為高電平，無車輛則為低電平）。電平信號(hào)與TTL電平兼容，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將車位信息傳輸給系統(tǒng)終端并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，在車位狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)更新數(shù)據(jù)。

2.3 智能停車誘導(dǎo)方式

該系統(tǒng)的整體框架是將智能手機(jī)APP與停車場(chǎng)系統(tǒng)終端相結(jié)合。由于WIFI無線網(wǎng)絡(luò)在地下停車場(chǎng)的布設(shè)范圍廣，信號(hào)強(qiáng)。因此在停車場(chǎng)各處安置AP節(jié)點(diǎn)，對(duì)車位位置的指紋信息進(jìn)行收集更新，和WIFI相連接的AP節(jié)點(diǎn)接收停車場(chǎng)內(nèi)部的車輛和車位變化信息，并將其傳輸至系統(tǒng)終端，進(jìn)行相應(yīng)的算法運(yùn)算，通過將所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，用WIFI室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)停車路線進(jìn)行最優(yōu)路徑篩選，由通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)APP上。當(dāng)手機(jī)接收到系統(tǒng)終端傳來的數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行精確定位并規(guī)劃出停車路徑，并誘導(dǎo)車輛停入空車位。當(dāng)車輛停靠完畢，AP節(jié)點(diǎn)和地磁傳感器再次進(jìn)行數(shù)據(jù)收集并傳輸，此時(shí)系統(tǒng)終端就可以更新停車場(chǎng)實(shí)時(shí)的車位信息[8-9]。停車場(chǎng)信息傳輸系統(tǒng)框架如圖1所示。

將室內(nèi)定位技術(shù)運(yùn)用在地下停車場(chǎng)，車輛進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí)應(yīng)用智能手機(jī)APP進(jìn)行停車誘導(dǎo)定位，找到可以停靠車輛的空車位。在手機(jī)設(shè)備上，能夠獲取包含整個(gè)停車場(chǎng)實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)的電子地圖，并根據(jù)停車情況，在停車場(chǎng)地圖上顯示該時(shí)刻的車位狀態(tài)（采用紅-綠區(qū)分法來表示手機(jī)電子地圖上的車位狀態(tài)，紅色為車位已被使用，綠色為空車位）。另外，智能手機(jī)上提供兩種車位選取方式，一種是自選車位，另一種是機(jī)選車位。使用自選車位方式時(shí)，需輸入綠色車位編號(hào)進(jìn)行車輛誘導(dǎo)定位，找尋空車位的過程中，通過手機(jī)與室內(nèi)定位終端的連接，使用手機(jī)語音播報(bào)的方式，從進(jìn)入停車場(chǎng)的入口指揮車主按照最適路徑向目標(biāo)車位的方向行駛到達(dá)該車位。使用機(jī)選車位的方式時(shí)，系統(tǒng)會(huì)篩選最優(yōu)方式，自動(dòng)導(dǎo)航車主到達(dá)最適空車位。

智能停車誘導(dǎo)流程圖如圖2所示。

2.4 智能尋車功能

智能尋車功能是基于WIFI室內(nèi)定位技術(shù)在智能手機(jī)上的應(yīng)用，通過車位處地磁傳感器所傳輸給系統(tǒng)終端的信息數(shù)據(jù)，車主能夠在智能手機(jī)APP上得到自己停靠的車位編號(hào)信息，同時(shí)打開停車場(chǎng)電子地圖，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)車主所在位置和所需尋找的車輛位置進(jìn)行定位，并在電子地圖上顯示出一條兩者之間的最適路徑，車主可以根據(jù)電子地圖所顯示的路徑尋車。這種智能手機(jī)尋車功能大大提高了車主的尋車效率。

3 智能手機(jī)繳費(fèi)系統(tǒng)

智能手機(jī)繳費(fèi)系統(tǒng)是一種將智能手機(jī)與停車?yán)U費(fèi)系統(tǒng)相結(jié)合的應(yīng)用，其方式是通過所采集的停車場(chǎng)車輛信息數(shù)據(jù)，計(jì)算出停車所需繳費(fèi)的金額。當(dāng)車輛進(jìn)入車位，該處地磁傳感器能夠自動(dòng)感應(yīng)車輛的停靠，并采用定位AP節(jié)點(diǎn)和無線WIFI定位方式，通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)上傳至系統(tǒng)終端。當(dāng)車輛離開其車位，地磁傳感器再次讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并自動(dòng)停止計(jì)費(fèi)。車主也可以使用智能手機(jī)應(yīng)用隨時(shí)查詢停車的收費(fèi)情況，并使用手機(jī)繳費(fèi)快捷的繳納停車費(fèi)，同時(shí)也節(jié)約了在駛出停車場(chǎng)時(shí)崗?fù)だU費(fèi)的時(shí)間。使用手機(jī)進(jìn)行繳費(fèi)后，車主需在半小時(shí)內(nèi)將車輛駛離車位，此期間不會(huì)產(chǎn)生額外的停車費(fèi)用。這種新型繳費(fèi)方式的提出，把智能化手機(jī)繳費(fèi)形式推向用戶，尤其當(dāng)車流量處于高峰期，崗?fù)だU費(fèi)時(shí)經(jīng)常因?yàn)楣芾韱T找零錢慢或車主自身原因而導(dǎo)致時(shí)間拖延，產(chǎn)生排隊(duì)堵車等現(xiàn)象，使后方車輛無法及時(shí)出行。這種智能手機(jī)繳費(fèi)方式能夠有效提升車主駛出停車場(chǎng)的效率，節(jié)約崗站繳費(fèi)所花費(fèi)的時(shí)間。

4 分道式繳費(fèi)站設(shè)計(jì)

結(jié)合上述的智能手機(jī)繳費(fèi)系統(tǒng)，提出一種分道式崗?fù)だU費(fèi)方法：在出入室內(nèi)停車場(chǎng)的崗?fù)ぬ帲瑒澐譃槿龡l道路，分別是入口，手動(dòng)繳費(fèi)出口，智能繳費(fèi)出口。車主通過智能手機(jī)APP繳費(fèi)后，可在行駛出停車場(chǎng)時(shí)走智能繳費(fèi)出口，無需進(jìn)行繳費(fèi)直接駛出停車場(chǎng)即可，避免高峰期排隊(duì)繳費(fèi)的麻煩。在智能繳費(fèi)出口處安設(shè)車牌識(shí)別系統(tǒng)和攝像機(jī)，可以過識(shí)別車牌來連接系統(tǒng)終端，查詢車輛是否在行駛出停車場(chǎng)前進(jìn)行繳費(fèi)，若未繳費(fèi)就駛出停車場(chǎng)，則會(huì)想起提示警告聲，并對(duì)其車輛進(jìn)行拍照，依法追加該車輛的停車費(fèi)用以及罰款金額。分道式的崗?fù)だU費(fèi)方式是對(duì)傳統(tǒng)崗?fù)だU費(fèi)方式的改進(jìn)，把車輛駛出停車場(chǎng)的道路分成兩處，避免了高峰期排隊(duì)等車?yán)U費(fèi)所浪費(fèi)的時(shí)間問題，同時(shí)也減少了車輛在崗?fù)だU費(fèi)處因頻繁加、減速及怠速所造成的過度耗油和尾氣排放等問題。圖4所示為分道式繳費(fèi)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

控制中心：崗?fù)と藛T通過運(yùn)用控制管理系統(tǒng)，對(duì)離場(chǎng)車輛進(jìn)行收費(fèi)，找零和打印收費(fèi)小票。通過停車場(chǎng)出入口處攝像機(jī)的圖像抓拍和地感線圈所采集的信息，在崗?fù)?nèi)的計(jì)算機(jī)中能夠顯示進(jìn)出車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，便于數(shù)據(jù)提取和查證。

攝像機(jī)：具有圖像抓拍和車輛動(dòng)態(tài)攝像功能。在車輛進(jìn)出時(shí)進(jìn)行抓拍并上傳圖片至控制中心。

LED外顯屏：通過RFID技術(shù)所采集的車流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，在LED外顯屏上顯示出該停車場(chǎng)所剩余的空車位，方便車主停車。

自動(dòng)道閘：通過調(diào)節(jié)自動(dòng)道閘的升降，用于攔截和放行車輛的進(jìn)出。

地感線圈：主要作用于防丟卡和壓地感讀卡，可辨別行駛車輛的方向。當(dāng)有車在地感線圈處時(shí)，自動(dòng)道閘不會(huì)落桿，防止砸車，待車輛通過且后方無車輛接觸地感線圈時(shí)自動(dòng)落桿。

手動(dòng)繳費(fèi)出口：車輛可以在此出口處進(jìn)行崗站的手動(dòng)繳費(fèi)。

智能繳費(fèi)出口：當(dāng)車主通過智能手機(jī)繳費(fèi)完畢后，直接行使此出口，無需停車等待和繳費(fèi)即可離開停車場(chǎng)。

5 結(jié)束語

當(dāng)前智能手機(jī)應(yīng)用和ITS的結(jié)合已經(jīng)成為熱門的研究。為解決傳統(tǒng)停車場(chǎng)的停車效率低等問題，本文采用了一系列方式來提升停車效率，構(gòu)建智能化停車場(chǎng)。所得結(jié)論有四點(diǎn)。

⑴ 采用了WIFI室內(nèi)定位技術(shù)來定位停車場(chǎng)中的車輛，并與智能手機(jī)APP連接進(jìn)行車位誘導(dǎo)，解決車主因停車場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境而無法準(zhǔn)確搜尋到空車位的情況，還可通過其手機(jī)應(yīng)用來進(jìn)行反向?qū)ぼ嚒?/p>

⑵ 根據(jù)安設(shè)的RFID讀寫器對(duì)車流量進(jìn)行檢測(cè)，得到進(jìn)出停車場(chǎng)的實(shí)時(shí)車流量數(shù)據(jù)，并將剩余空車位數(shù)顯示在停車場(chǎng)入口處的LED顯示屏上，便于車主在進(jìn)入停車場(chǎng)前了解到內(nèi)部車位剩余情況。

⑶ 采用地磁傳感器來對(duì)車位狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，將其信息數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)終端，同時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)可用于分析和必要時(shí)被提取。

⑷ 智能手機(jī)繳費(fèi)系統(tǒng)的提出和分道式繳費(fèi)站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)約了高峰期排隊(duì)繳費(fèi)的時(shí)間，提高了車輛駛出停車場(chǎng)的效率。

下一步，我們還將對(duì)WIFI基站的部署位置，停車誘導(dǎo)路徑的最優(yōu)算法，手機(jī)導(dǎo)航APP的開發(fā)與分道式繳費(fèi)站的實(shí)際構(gòu)建展開研究，實(shí)現(xiàn)快速停車和便捷繳費(fèi)的智能化停車場(chǎng)。

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