物聯網智能車輛管理系統的實現

劉 平，劉雨濛

（1.深圳市亞高智能科技有限公司，廣東 深圳 518000；2.暨南大學，廣東 廣州 510632）

城市復雜的交通狀況，影響著日常的生產、生活情況，要依靠社會的多方努力才能解決。智慧停車場系統是解決當前交通擁堵、車位不足、管理復雜等問題的新技術。在智慧城市的大框架下，運用人工智能技術，結合交通大數據分析，可以實現對智慧交通模塊的不斷優化。目前，國內外已經有很多基于物聯網的智慧停車場項目，大部分系統的重點功能集中在無人收費和剩余車位提醒上，沒有真正解決停車難的痛點。隨著芯片技術、傳感器技術水平的不斷提升，以及NB-IoT網絡建設的不斷完善，提出了直接通過運營商無線基站，將停車場和車輛進行廣域組網。依靠遠程信息共享和近場車輛疏導的方案，是對智慧停車場系統改進方向的一種新探索和嘗試。通過這種方式，用戶隨身攜帶的智能手機，在整個系統中轉變成了分布式信息發布終端，將物聯網和互聯網融合成有機整體。

1 當前常見的智能停車場系統

國內研究智慧停車場的廠家很多，比較成功的方案主要有以下幾種：①使用光學攝像頭捕捉車輛動態位置的泊車/尋車引導系統。主要是使用視頻車位檢測和車牌識別技術，將拍攝畫面傳輸到管理平臺，在數據庫中查詢空車位的區域和具體位置后，再通過停車場中布放的指引顯示屏、車場電子地圖等信息發布設備，引導司機將車輛駛入指定空位。對于特殊牌照車輛、無牌車等情況，現有的視頻分析技術已經能夠滿足精準標識[1]。在司機離場時，通過車輛信息查詢，在電子地圖上確定車主和車輛的位置，指引車主完成反向尋車。視頻車位管理系統技術成熟，主要由停車場外信息發布屏、視頻車位探測器、室內電子地圖、車輛查詢終端和管理平臺等組成。但是因為系統限制于停車場內使用，沒有遠程對接給用戶或者僅僅將車位余量信息公布在距離較近的主干道路引導屏，不能滿足車主的提前預判需求。②使用前置式超聲波裝置的車位引導系統。區別于分體式超聲波車位引導裝置，主要是用集成了多色指示燈的超聲波探頭，實時監測和感應車位線內的變化。其結構簡單，節省了工程物質使用，工程周期大大縮短。這種引導系統的實現難點在于抗干擾算法，要解決超聲波在探測過程中的臨道串擾、行動車輛干擾。現有的工業應用設備已經能夠保證系統在車位狀態探測上的可靠性和穩定性[2]。與視頻車位檢測引導一樣，超聲波引導系統也需要場外引導屏、室內電子地圖、車輛查詢終端和管理平臺。由于很多使用前置式超聲波裝置的車位引導系統的停車場沒有部署車牌識別系統，用戶還需要停車取卡來反向尋車和繳費。視頻/超聲波停車場管理系統架構圖如圖1所示。③使用ZigBee技術自組網場內探測傳感器的停車場車位管理系統。車位信息由ZigBee系統采集與傳輸，并通過Mesh網絡傳輸到控制中心。由于這種系統的網絡擴展性很高、組網穩定性強，已經被很多新的系統所吸收，成為智慧停車場中一種可靠的小范圍通信模塊。

圖1 視頻/超聲波停車場管理系統架構圖

2 物聯網智能車輛管理系統設計

在當前GSM老舊蜂窩網絡設備上通過增加板卡可以快速升級到窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）共模。這種充分利用現有資產平滑演進部署NB-IoT的方式，為物聯網的發展提供了充分的支撐。

NB-IoT相比于現有的LTE網絡，對物聯網的友好度更佳。它的帶寬只有180 kHz，卻能夠實現海量設備的連接、超低時延和超低功耗。未來的智慧交通是以互聯網為基礎的大數據連接，在短距離內依靠物聯網的支持。除NB-IoT外，藍牙、RFID、ZigBee等技術，都已經被廣泛應用，成為物聯網領域中的主流[3]。

2.1 實現方法

設計的目的是實現高校內行政樓停車場的無人值守智能化管理，滿足車位資源高效使用。系統設計使用ZigBee進行停車場內傳感器自組網和智能地磁占道定位，遠程通信使用NB-IoT網絡，充分利用技術的特點。通過云端最優匹配，實時發布車位資源，提供便捷的停車服務，減輕校內交通管理壓力，提升校園停車場管理水平和效益。

系統的實現方法如下：①物聯網智能車輛管理系統包括傳感器/用戶終端、通訊網絡、調度云管理平臺三大部分；②根據現有技術，借助前置超聲波、攝像頭或者地磁車位探測傳感器，實時檢測車位狀態，并通過蜂窩網絡或者有線連接傳輸給后臺；③調度云管理平臺接收傳感器和用戶終端傳輸的信息后，分析處理車位信息、周邊路況信息，并發布給用戶。

2.2 系統部署

2.2.1 用戶終端

通過車輛加裝智能ZigBee模塊，在車輛進場后和車位感應器聯動，監測車輛位置；用戶手機通過公眾號綁定車牌信息，可以進行車位查詢、預定、導航和繳費等操作。

2.2.2 停車場出入口閘機

控制行政樓停車場的車輛進出，車牌識別后，放行校內登記車輛或者預約來校車輛。實名綁定用戶離開停車場時，可以根據系統記錄時間自動扣費支付，提升效率。

2.2.3 場內外引導屏和智能地鎖

通過蜂窩物聯網實現智能地鎖的遠程操控，可以連通用戶終端，支持車位查詢、預定等功能。停車場內外屏幕實時發布車位信息[4]。

2.2.4 數據網關和網絡部署

當前行政樓通信機房的愛立信RBS6000系列GSM基站通過增加基帶板卡、GPS接收機套件和軟件升級方式實現NB-IoT網絡升級后，停車場內的通信模塊直接通過基站把收集的車位狀態信息傳給調度云平臺。

2.2.5 調度云管理平臺

負責停車場內傳感器節點數據的分析，并對資源進行統一調度管理。為了方便學校教職工對周圍路況和校內車位信息的預判，后臺接入了百度地圖API，為校內考試、大型活動期間的交通提供疏導引流。通過接入用戶的智能手機得到的實時數據，與停車場內部傳感器網絡的數據進行融合處理。后臺人工智能算法分析處理后，調度云管理平臺能夠發布精準的周邊路況和車位余量信息，緩解校內交通壓力。物聯網智能車輛管理系統架構圖如圖2所示。

圖2 物聯網智能車輛管理系統架構圖

3 結論

對行政樓停車場進行升級改造后，系統可以直接生成服務數據的詳盡報表，信息化程度大大提高，方便了學校的管理和滿足了教職工的需求。NB-IoT應用于物聯網智能車輛管理系統具有明顯的優勢。無人值守、車位管理更加方便快捷。隨著通信模塊的不斷成熟，系統的改造成本越來越低，直接通過運營商基站通信，配套投入減少，穩定性增強。在緩解交通壓力方面，可以與其他接入了網絡的停車場聯動，實現實時的車位信息共享和調度，充分地利用閑置資源。