基于北斗衛星導航的城市停車優化系統設計研究

徐 岸，朱 華

1 背景及意義

近年來，隨著人們生活水平不斷提高，我國機動車保有量迅速增長，但與此同時，城市停車場（點）發展嚴重滯后，城市的停車供需矛盾日益突出，市區停車難問題越來越突出.由于停車難的問題得不到解決，亂停亂放的問題也隨之增加，從而造成了城區交通擁堵.而上述問題借助北斗衛星導航系統可以很好的解決.

北斗衛星導航系統（Navigation Satellite System)是中國正在實施的自主研發，獨立運行的全球衛星導航系統.北斗衛星導航由空間段、地面段、用戶段三部分組成.隨著北斗三號工程第三、四顆組網衛星成功發射，北斗衛星進入密集發射期，它預示著今后北斗衛星導航系統將在各個行業的運用越來越廣.

本停車優化系統的意義：解決城市停車問題，避免因停車問題以及亂停亂放行為造成的城市交通擁堵現象.同時方便交通執法部門在必要時對車輛進行挪移，有助于城市交通的改善.

2 設計方案

鑒于城市停車問題，本文提出了一種基于北斗導航的停車優化系統，該系統在北斗衛星覆蓋的城區區域內可以實現路邊停車點與車輛的雙向信息傳遞，優化城市交通.利用北斗衛星導航定位功能，無線通信網絡以及紅外線和光感結合的車位探測，可以將車輛附近的車位信息通過計算機信息處理后發送送給車主手機端.系統在正常工作過程中所傳輸的信息在經過計算機信息處理中心時會被存儲，便于車主尋找自己車輛，同時方便管理及執法部門必要時對車輛進行挪移，提高執法部門工作效率.除此之外，本系統還會有效地減少路邊停車點工作人員數目，節省城市路邊停車點管理費用.

3 工作原件及原理分析

本系統提供了一種基于北斗導航的停車優化系統，該系統是由北斗衛星導航系統、無線通信網絡、紅外線傳感器和光感傳感器對車位探測以及信息處理中心四部分組成.車輛在城區停車時，通過北斗衛星定位系統可以迅速定位，計算機信息處理中心通過無線網絡通信技術接收紅外線和光感結合的車位探測的相關信息，同時通過無線通信網絡可將附近車位信息發送給手機用戶端.此外可將路邊停車點信息傳入計算機信息處理中心并儲存.

3.1 停車點終端

本系統基于北斗導航的城市停車優化系統站停車點終端在工作過程中采用了GIS（Geographic Information System）地理信息系統，即站點終端通過北斗導航定位以及無線通信網絡收集和發送相關信息.此終端是由光感傳感器，北斗導航定位模塊、微處理器、信息存儲單元（SDRAM、FLASH芯片構成最小運算和控制系統）、GPRS通信單元組成，其工作原理分接收和發送兩個過程.

3.1.1 地理信息系統

GIS技術是在計算機軟件和硬件的支持下運用系統工程和信息科學理論，科學分析和管理有空間內涵的地理數據，提供規劃、管理、決策和研究所需要信息的技術系統.可以通過此系統更加精準的對路邊車位進行探測與綜合分析.

3.1.2 停車點終端組成原件

①光感車位探測是安裝于路邊停車點路面（停車位正下方，如圖1所示）.光感元件是由光敏電阻組成，光敏電阻的阻值隨著光照的強度增強而降低.當車輛停止時，光照強度將降低，這樣可以使電流增大，實現原件的啟動.光感傳感器作為測量車位的信息單元可以實現基礎而簡易的信息傳輸單元，使得車位信息返回給計算機信息處理中心，從而達到對停車點車輛探測的目的，可以對相關車位信息進行記錄.

②紅外線車位探測是安裝于路邊停車點路面（停車位后方，汽車尾部排氣管下方，如圖1所示），利用紅外線傳感器進行測量工作時，其具有測量速度快，而且靈敏高的特點.任何自身具有一定的溫度(高于絕對零度)的物質都能輻射紅外線.利用紅外線的反射與折射，散射與干涉以及吸收等物理性能即可進行測量工作.當車輛停放時，利用汽車尾部排氣管溫度較高的特點，可用紅外線對車輛進行探測，并對相關車位信息進行記錄.

③信息存儲單元是由SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）和FLASH芯片構成的最小運算和信息記錄系統.SDRAM是同步動態隨機存儲器，同步是指Memory工作需要同步時鐘，內部的命令的發送與數據的傳輸都以它為基準；動態是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數據不丟失.FLASH芯片是應用非常廣泛的存儲材料，Flash芯片失電后數據不會丟失.它結合了ROM和RAM的長處，不僅具備電子可擦除可編程（EEPROM）的性能，還可以快速讀取數據（NVRAM的優勢），使數據不會因為斷電而丟失.利用SDRAM和FLASH芯片的功能特點，信息存儲單元可以用來記錄相關車位信息.

④微處理器由少數幾片大規模集成電路組成的中央處理器.微處理器可處理相關車輛信息，便于停車點車位信息的傳輸.

⑤GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線服務技術的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務，屬于第二代移動通信中的數據傳輸技術.GPRS和以往連續在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜.利用GPRS技術傳輸效率快，費用實惠的特點，GPRS通信單元可用來傳輸在停車點所收集到的車位信息.

3.1.3 接收和發送信息

本系統的車位探測部分是由光感傳感器和紅外線傳感器相結合對停車點車位進行探測.將所探測信息傳輸給微處理器，微處理器對車位信息進行計算和分析，將信息傳入信息儲存單元后發送給計算機處理中心.（如圖2所示）

圖1 路邊停車位傳感器設計圖

圖2 停車點車位信息收集與發送

3.2 用戶手機終端

手機終端用戶通過北斗衛星定位確定用戶所在位置，將其信息發送給計算機信息處理中心并獲取用戶附近的路邊車位信息(此信息通過計算機處理中心被讀取),借助北斗衛星導航系統將用戶引導至相應停車點車位（此功能借助于手機上網及定位導航功能可實現），實現了車輛與停車點的雙向信息傳遞（精確有效的在短時間內完成車輛停放）.

3.3 無線網絡層

該系統主要是由北斗導航系統、無線通信網絡和計算機信息處理中心三部分構成.其網絡架構有無線通信網絡（實現停車點與車輛之間的信息交換）和北斗導航定位系統（精確地對車輛進行定位導航）.

3.4 工作原理綜合分析

本系統是一種基于北斗導航的城市停車優化系統，下面結合圖2、圖3說明該系統的實施方式.該停車優化系統具體組成原件：微處理器、外置存儲單元、SDRAM存儲器、FLASH存儲器、紅外線傳感器、光感傳感器、GPRS模塊北斗導航模塊、手機終端.紅外線傳感器和光感傳感器是作為車位探測器使用，車輛駛入停車位時兩個探測儀器同時工作對車位信息進行探測.然后將相關信息傳入由微處理器與SDRAM存儲器、FLASH存儲器構成最小運算和信息分析系統進行相關車位信息的分析與計算.且FLASH存儲器為非易失性存儲器，用于存放系統運行所需的程序和相關數據，保證掉電程序和數據都不會丟失；而SDRAM存儲器用于存放系統運行時的程序和數據時，掉電后該部分程序和數據會丟失.該停車優化系統工作過程中所有數據的運算和外圍模塊的控制都由最小運算和信息分析系統來完成.該系統具體實施方式如下：

本系統正常工作時，手機用戶終端開啟停車優化功能后，通過北斗衛星定位功能對車輛進行定位.計算機信息處理中心根據車所在的位置選擇車輛附近的車位，并通過北斗衛星導航系統引導車輛到達停車點.車輛停車完成后，光感傳感器和紅外線傳感器探測相關車位信息.確定車輛進入車位并將信息傳入最小運算和信息分析系統.通過無線通信網絡將數據傳入計算機信息處理中心，然后通過Internet網絡將停車信息及車輛定位信息傳達給用戶，便于用戶尋找車輛.

圖3 基于北斗導航的城市停車優化系統的網絡架構圖

4 創新點及應用

（1）本系統是基于北斗衛星導航的城市停車優化系統.計算機信息處理中心可由相關交通部門或城市管理部門控制，便于交通部門和城市管理部門對道路交通的管理（通知車主將車輛及時挪移，疏通城市道路）.這樣可以提高城市管理者的辦公效率.

（2）該系統實現了停車點與車輛的信息雙向傳遞.在北斗衛星導航系統以及無線網絡通信的幫助下，使得城市中行駛的車輛實現停車點與車輛的對接和信息傳遞.更加快速的使得車輛能夠在附近路邊停車位停車.

（3）此系統的手機終端開啟停車優化功能后，能夠使手機用戶能夠查看車輛附近的路邊停車位.車輛停車后記錄車輛位置，便于車主尋找車輛.

（4）本系統以后可與城市中的一些地下或地面停車場合作，便于車主的自由選擇.這樣可以給地面或地下停車場帶來收益，還能方便城市交通的疏通與管理.

5 結論

本文提出了一種基于北斗衛星導航的城市停車優化系統.本系統實現了停車點與車輛的雙向信息傳遞，既能使車輛快速尋找車位停車，還能夠方便城市管理者對城市交通進行管理.該系統未來還可以與城市停車場合作，使得城市停車問題進而可以更加輕松的解決.本系統還有一些不足的地方，需要在實踐中進行改進.