基于無人機監管的校園車輛停放管理系統設計

薛九天，王云海

（1.貴州理工學院 航空航天工程學院，貴州 貴陽 550003；2.貴州理工學院 機械工程學院，貴州 貴陽 550003）

0 引言

隨著我國經濟持續高速增長，人們生活水平的大幅提高，汽車已經是大多數家庭必備的代步工具。特別是近幾年我國拉動經濟、促進內需、刺激國內居民消費的政策下，汽車消費增長迅猛。然而交通壓力隨著車輛的增多而迅速增加，在學校、工廠、小區、商場等交通流量大的場所，停車及車輛管理問題可想而知，給社會帶來的麻煩也就不言而喻了。而在學校校園這個有限的空間里，停車難以及其他校園靜態交通問題表現的尤為突出。

以貴州理工學院（蔡家關校區）為例，由于校區較小，老師們的車輛數量逐漸增多，校園車輛規范化管理顯得越來越重要。具體表現為以下兩個方面：

（1）車位較為分散、不集中，老師們找車位難。據不完全統計，貴州理工學院老師每天早上上班找車位平均花費時間在15分鐘左右。一旦老師由于工作忙等原因趕時間時，停車問題就會給老師們造成一定的困擾。

（2）人車矛盾突出，亂停亂放現象嚴重。主要體現在：①見縫插針、隨心所欲式將機動車停放在路邊和人行道上，使路面原本就窄的校園道路的車輛通行能力變得更差了；②道路交叉口或建筑出入口變成“停車場”。車主為了自己方便取車而隨意停放的汽車阻礙了通行，存在老師車輛被其他車輛堵塞無法正常進出的現象，同時這也在一定程度上影響了校園景觀；③隨意停車也會引發一些不必要的車輛擦掛，不僅導致師生的財產損失，也會使人們對校園環境的安全問題產生懷疑，進而缺乏對校園環境的信任。

為了解決面前實實在在的問題，就必須尋找一個校園車輛停放高效率、管理全方位的辦法來。國內外很多專家學者積極借用人工智能化、計算機網絡及自動化手段來解決上述問題。國內研究學者對“APP交互設計”、“校園進出口空間研究”、“車輛管理系統設計”等均有一定的研究[2～4]。國內學者雖取得了一定的成績，但也存在如下不足：①目前的相關研究系統性不夠，應用性參差不齊；②把“無人機監管”和“APP交互設計”以及“智能停車”結合起來并針對校園車輛停放系統管理的研究設計還未發現。美國佛羅里達亞特蘭大大學Zankina I在《Campus driver assistant on an Android platform》一文中，主要研究一款基于Android平臺開發的面向新生的校園導向APP。國外學者在APP交互設計和智能停車場方面的研究相當成熟，但是對于校園車輛管理方面的研究甚少。

本文以貴州理工學院為例，針對以上現實問題，研究設計出一套基于無人機監管的校園車輛停放管理系統，將有助于本校及其他車輛集中停放場所解決停車難以及靜態交通管理問題。

1 系統總體設計方案

1.1 系統功能

（1）系統為校園車輛管理部門（保衛科）提供校園整體車位規劃平臺，并能將最新車位布置圖實時發布到車主的移動終端。

（2）系統提供校園高精度3D導航地圖（可利用現有的三維地圖），并在移動終端上顯示實時空車位具體位置，方便車主快速停車。

（3）系統在基于微信小程序開發的“快停”APP，方便教職工進入并使用該互動系統。

（4）系統將定時啟動無人機監管系統，無人機平臺搭載云臺，定時定點巡航，對全校車輛停放現狀進行實時監測，一旦發現有車輛停放不規范 （如擋住其他車輛進出口），就立即進行拍攝識別車牌號，并將信息通過校園無線局域網實時傳輸監測的數據，車輛管理部門相關人員在后臺就可以看到信息，并作及時處理。

1.2 系統架構

基于無人機平臺的校園車輛停放管理系統由4大系統組成：校園車位規劃系統、空中監管平臺系統、快速停車導航系統、“快停”APP手機終端系統，如圖1所示。

圖1 校園車輛停放管理系統架構Fig.1 Campus vehicle parking management system architecture diagram

2 子系統開發與設計方法

2.1 校園車位規劃系統

通過無人機拍攝的校園全景圖，車輛管理部門可在校園車位規劃系統中，發布可用車位，包括車位增減，車位開放與關閉，車位數量設置等，提高管理部門在車位規劃的工作效率。

2.2 空中監管平臺系統

基于無人機的空中監管平臺系統由四旋翼飛控子系統、監控檢測子系統組成，如圖2所示。

（1）四旋翼飛控子系統由一架四旋翼無人機、圖像采集傳輸組成，實現按照既定巡檢路線進行定點巡航實時監控檢測，并將檢測圖像通過校園無線局域網傳輸到監控檢測后臺。

（2）監控檢測子系統實時顯示由飛控子系統發回的車位巡檢圖像，通過整合車輛靜態停放姿態，人工判斷車輛是否合理放置，如沒有合理放置，將進行空中識別車牌，向車主發布事故提醒。

圖2 空中監管平臺系統Fig.2 UAV regulation platform system

2.3 快速停車導航系統

用戶可通過快速停車導航系統，迅速找到空余車位，并且以3D導航方式顯示到達鎖定的車位最佳路線。本系統將在三維實景地圖基礎上開發，并集成到“快停”手機終端系統中。

2.4 “快停”APP手機終端系統

此手機終端APP主要功能模塊如圖3所示，包括注冊登錄、車位查詢、車位預約、事故提醒四大功能模塊。

（1）注冊登錄。用戶在使用本APP之前，需要輸入個人信息，必填項包括姓名、身份證號、所屬學院、工號、車牌號、手機號碼等，選填項包括性別、職務、地址、車型等。用戶注冊后提交注冊信息至系統驗證，系統驗證通過系統將保存用戶注冊信息，否則需要返回修改。注冊成功后可登陸系統。

（2）車位查詢。用戶登陸系統后，選擇校園地圖導航后顯示車位信息 （空余車位顯示綠色，被占車位顯示紅色），用戶通過設置篩選條件可進行查找滿足自己需求的車位信息。

（3）車位預約。本系統具有車位預約功能，車主用戶可通過地圖導航上顯示的車位信息，點擊選擇空余車位并提交預約申請，系統接收申請后將反饋用戶預約信息。系統將為用戶保留40分鐘車位，若40分鐘后用戶未使用該車位，系統將自動解除本次預約，用戶必須通過重新預約才能獲得新車位信息。每次，用戶只能預約1個車位。

（4）事故提醒。車主在APP手機終端上注冊個人信息后，一旦遇到車刮蹭到其他車輛或自己的車被其他車擋住出口等應急交通事故，其他車的車主未留聯系電話或所留電話打不通時，車主通過系統掃碼識別車牌，就可獲得其他車的車主聯系方式，并直接進行聯絡解決問題，不需要通過保衛科或車輛管理相關部門，提高交通問題的應急處理效率。

圖3 “快停”APP手機終端系統功能模塊設計Fig.3 Function module design of“Fast-Parking”APP on mobile handsets

3 結論

本文以貴州理工學院為例，將無人機監管技術與校園車輛停放管理系統融合，設計出一套基于無人機平臺的校園車輛停放監管系統，并利用移動終端搭建使用者和管理者之間的互動平臺，這將有助于高校及其他車輛集中停放場所解決停車慢、停車難以及靜態交通管理問題，提高車輛停放及全方位管理效率。