基于LoRa技術的停車場管理的研究與實現

李克+付鴻達+李卓

摘要：伴隨大城市經濟社會的發展和城市現代化水平的提高，停車場管理問題已經成為了社會熱門話題之一，亟待我們去解決。而新興物聯網技術LoRa技術，具有遠距離和低功耗的特點，是這一問題的最優解決方案之一。該文對LoRa技術進行簡單介紹，并通過在停車場的實地數據測量并研究，利用了LoRa技術對此問題進行解決。

關鍵詞：LoRa技術；停車場管理；Andriod技術

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）01-0101-02

1 概述

伴隨大城市經濟社會的發展和城市現代化水平的提高，城市靜態交通問題就將越來越突出。解決城市交通堵塞和停車難的問題，已成為影響和制約城市建設和經濟發展的一個重要因素。2017年上半年全國新增機動車938萬輛，駕駛人1381萬人，車輛的增加必定導致更多的交通擁堵和停車難的問題。停車難問題對于車主來說，在外找車位難，既浪費時間，又增加燃油成本開支；對社會來講，既增加了道路交通量，造成交通擁堵，又增加了尾氣排放量，污染空氣。停車難問題危害很多，亟待解決。

我們現在處于一個信息化的時代，物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，而作為城域網技術之一的LoRa技術更是新一代物聯網技術中的佼佼者。LoRa技術既有藍牙、Zigbee等局域網技術的低功耗、高傳輸速率的特點，又有3G、4G等廣域網技術的遠距離傳輸的特點，使得這項技術在現實中的很多場景均能發揮它的遠距離和低功耗的優勢。而LoRa技術的遠距離和低功耗的特點能幫助我們更好的解決停車場管理這一問題。

本文通過具體實例數據分析，進行實地實驗，通過對停車場車位狀態的數據測量并研究，從而說明LoRa技術在停車場管理等社會問題中的應用。

2 LoRa技術

物聯網應用中的無線技術有多種，可組成局域網或廣域網。組成局域網的無線技術主要有2.4GHz的WiFi，藍牙、Zigbee等，組成廣域網的無線技術主要有2G/3G/4G等。這些無線技術，優缺點非常明顯，可如圖1總結。在低功耗廣域網（Low Power Wide Area Network， LPWAN）產生之前，似乎遠距離和低功耗兩者之間只能二選一。當采用LPWAN技術之后，設計人員可做到兩者都兼顧，最大程度地實現更長距離通信與更低功耗，同時還可節省額外的中繼器成本。

LoRa 是LPWAN通信技術中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡單的能實現遠距離、長電池壽命、大容量的系統，進而擴展傳感網絡。目前，LoRa 主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915 MHz等。

LoRa技術具有遠距離、低功耗（電池壽命長）、多節點、低成本的特性。

LoRa網絡主要由終端（可內置LoRa模塊）、網關（或稱基站）、Server和云四部分組成。應用數據可雙向傳輸。

低功耗廣域網絡（Low Power Wide Area Network， LPWAN）是物聯網中不可或缺的一部分，具有功耗低、覆蓋范圍廣、穿透性強的特點，適用于每隔幾分鐘發送和接收少量數據的應用情況，如水運定位、路燈監測、停車位監測等等。LPWAN相關組織LoRa聯盟目前在全球已有145位成員，其繁茂的生態系統讓遵循LoRaWAN協議的設備具有很強的互操作性。一個完全符合LoRaWAN標準的通訊網關可以接入5到10公里內上萬個無線傳感器節點，其效率遠遠高于傳統的點對點輪詢的通訊模式，也能大幅度降低節點通訊功耗。

3 系統模型與實現

該模型主要分為三個部分：車位信息感知模塊，LoRa網關部分和服務端部分。

由地磁傳感器獲取該車位信息，經LoRa無線技術來接收在停車場復雜環境下每一停車位的狀況，后由LoRa網關機捕獲信息，經網關機內部的中國移動GSM模塊將信息送至PC端后臺處理后，在停車者進場時就可得知何處有空車位。其次收集的停車位狀態也可送至云端供其他使用者了解空車位狀態。

在停車場部分，由于實地實驗的停車場為室外停車場，所以用的是在室外條件下更為敏感和準確的地磁傳感器作為停車場部分的傳感器設備。因為室外停車場存在安全隱患，我們采用了電池供電，但由于是通過LoRa信號進行傳遞，能耗極小，電池使用壽命達到5年以上，基本規避了沒有直接電源需要經常更換電池這一缺點。

在網關部分，我們使用了LoRa網關，電池供電，2節5號電池可工作10年，且網關與終端有效通信距離空曠可達5km，真正實現低功耗和遠距離的結合。網關機內部還包括了中國移動GSM模塊，該模塊負責將信息發送到PC端后臺，并可以同步至云端。

在服務端部分，運用了Android Studio做了一個手機端的APP，調用并顯示出后臺捕獲的數據，來向用戶更直觀的反饋出我們停車場檢測到的數據。

4 數據分析

我們檢測兩個停車位（181號和213號）的狀態作為實例，兩個車位有四種停車狀況，我們分別測試并記錄了后臺服務器端和手機移動應用端數據。

1） 181車位和213車位均無車，如圖6。

2） 181車位有車，213車位無車，如圖7。

3） 181車位無車，213車位有車，如圖8。

4） 181車位和213車位均有車，如圖9。

我們通過四組實驗數據，可以看出車位上有無車，在后臺端可以通過1和0來體現，亦可從手機移動應用端給用戶正常的反饋。

5 結論

LoRa技術最大的優勢就是具有遠距離和低功耗兩大特點，而我們正是運用的這兩大特點成功布置了一個停車場管理系統的模型。經過實地實驗和數據分析，這個系統成功實現了用LoRa技術進行對停車場的監控與管理，實現了我們所預期的結果。

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