基于物聯網的車位引導系統設計

鄒浙湘 溫開元 黃寶山

摘 要： 為了解決現有停車場利用率低下造成資源控制浪費，加劇城市停車難的問題，開發設計了基于物聯網技術的車位引導系統。系統通過在車位安裝傳感器來采集車位的信息，并通過ZigBee構成車位數據傳輸網絡將數據傳輸給計算機，由計算機采用迪杰斯特拉算法計算最佳泊位路線，并通過串口通信傳輸給無線傳感網絡。最后，將路徑信息通過電子顯示器顯示指引車主停車。實驗測試結果表明，該系統能夠有效地進行停車位引導，輔助車主快速停車。

關鍵詞： 物聯網； ZigBee技術； 車位引導； 迪杰斯特拉算法； 傳感器； 無線傳感網絡

中圖分類號： TN915.03?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）22?0079?04

Abstract： As the existing parking lot has the problem of low utilization rate， causing waste of resource control and aggravating the parking difficulty in the city， a parking space guidance system based on the Internet of Things （IoT） technology is developed and designed. The parking space information is collected by installing sensors in parking spaces. Data is transmitted to the computer by using the ZigBee to construct the parking space data transmission network. The Dijkstra algorithm is used in the computer to calculate the optimal parking route， which is transmitted to the wireless sensor network by means of serial communication. The route information is displayed on the electronic displayer to guide the vehicle owner to the parking space. The results of the experimental test show that the system can effectively conduct parking space guidance and assist the vehicle owner to find the parking space quickly.

Keywords： IoT； ZigBee technology； parking space guidance； Dijkstra algorithm； sensor； wireless sensor network

0 引 言

汽車作為一種代步工具，隨著人們的購買力上升而數量逐漸增多。據公安部交通管理局統計數據，截止至2018年6月底，我國機動車保有量高達3.19億輛。然而，停車位卻遠無法滿足現有的汽車數量。目前我國停車位缺口超過5 000萬個，停車難成為我國大中型城市日益嚴重的問題。除了車多、車位少造成的停車難之外，停車場的利用率偏低也造成了資源的浪費、閑置[1?5]。為此，本文開發設計了基于物聯網技術的車位引導系統。其通過在車位安裝傳感器來采集車位的信息，并通過ZigBee構成車位數據傳輸網絡，采用迪杰斯特拉算法來計算最佳泊位路線。實驗測試結果表明，該系統能夠有效地進行停車位引導，輔助車主快速停車。

1 物聯網技術

物聯網技術（Internet of Things）是指通過視頻識別、傳感器等信息傳感設備，并通過一定的通信協議將任何物品連接上互聯網進行信息的傳輸與交換。最終達到智能化識別、追蹤、管理的一種信息傳輸交換技術[6?7]。物聯網技術所涉及到的領域較廣，其涵蓋了計算機網絡、通信技術、傳感器、信息處理等領域，結構可以分為感知層、傳輸層以及應用層三個層次，如圖1所示。

感知層功能主要是信息的收集，其主要通過傳感器以及射頻識別設備等收集數據，并通過這些數據采集設備形成自組織傳感網絡。傳輸層主要是負責將采集到的數據信息傳輸至互聯網或通信網絡，可通過M2M（即機器到機器）、ZigBee以及WiFi等技術進行數據傳輸。感知層主要負責對采集到的數據進行處理，其包括智能數據處理與智能決策技術等。

在物聯網技術中，無線傳感網絡是最為核心的部分，本文采用ZigBee作為無線傳感網絡。ZigBee是一種短距離通信協議，其適合于自動控制以及短距離遠程控制。ZigBee允許數據采集終端之間形成自組網，每個節點之間均能互相傳遞數據，其最多可拓展65 535個節點。

ZigBee無線傳感網絡主要由三種拓撲結構組成，分別為星狀、網狀及簇狀結構[8]，如圖2所示。星狀網絡結構即所有終端設備直接與網絡協調器連接，此時網絡路由器無法發揮作用。在這種情況下，協調器負荷較大。星狀網絡適合于節點與傳輸范圍較少的無線傳感網絡。網狀結構與星狀結構相比更加復雜，但是其節點之間有多種路徑，可靠性較高，適用于節點較多的無線傳感網絡。簇狀結構則是結合了星狀與網狀結構，其能夠較好兼顧兩者的優點。

2 車位引導系統設計

2.1 信息采集網絡拓撲結構

本文采用網狀的無線傳感網絡拓撲結構，如圖3所示。無線傳感網絡與計算機之間通過串口進行通信，數據通過傳感網絡傳輸，并通過串口輸送至計算機進行處理。計算機將數據處理結果通過串口傳輸至無線傳感網絡，并最終將數據、指令傳輸至終端執行相應的指令。

2.2 系統硬件結構

系統的硬件結構主要分為三部分，即車位檢測、車輛識別以及閘機控制，如圖4所示。

車位檢測用于采集停車場車位使用情況，其通過光敏傳感器來檢測車位是否已被使用，并在每個車位上方安裝LED燈來顯示該車位的使用情況。若為紅燈，即該車位已有人使用；若為綠燈，則表示該車位無人使用，車主可以在此車位停車。

車輛識別是通過圖像識別實現的。停車場出入口攝像頭在車輛經過時，能夠通過攝像進行車輛信息識別，包括車牌號碼、行駛速度等。

閘機控制模塊在車輛識別模塊完成工作后，自動打開以供車輛進出停車場。

本文采用Intel的移動處理器PXA270，其在高頻工作模式下能夠降低功耗。同時，還具有豐富的外接設備端口。當機動車進入停車場后，計算機通過無線傳感網絡采集停車位信息，并計算得出最佳停車路線。此外，通過電子顯示屏顯示路線，引導車主快速、準確停車。車位引導系統框架如圖5所示。

2.3 車位最佳停車路線計算算法

為了得到最佳停車路線，節省停車時間，需要對停車路線進行優化。如圖6所示為某停車場的車位分布圖，其中1～9為分叉口。圖7為停車場車位布局抽象圖，其中每個箭頭代表具有權值的路線，其可用路段的距離、通暢程度等表示。因此，停車場可以抽象為一個離散網絡模型，即E=（W，L，D）。

3 系統測試

為了驗證本系統能否有效引導車主快速正確停車，本文在某個停車場對系統進行實驗測試。其車位分布情況如圖8所示，車輛進入停車場后系統判斷F3為可用車位并計算最優停車路線，表1為路段屬性表。最終得到最優停車路線為n1→n4→n7→n8，如圖9所示。圖10為每個分叉口電子顯示屏的實時指示信息，顯示路線指引信息與計算路線一致。

4 結 語

隨著我國經濟的快速發展，人們的生活水平逐步提高，汽車作為一種代步工具，其隨著人們購買力上升而數量逐漸增多。然而，停車位卻遠無法滿足現有的汽車數量。同時，停車場的利用率偏低也造成了資源的浪費和閑置，使得城市中停車難的問題日益嚴重。為了解決這一問題，本文開發設計了基于物聯網技術的車位引導系統，其通過在車位安裝傳感器來采集車位的信息，并通過ZigBee構成車位數據傳輸網絡，采用迪杰斯特拉算法來計算最佳泊位路線。實驗測試結果表明，該系統能夠有效地進行停車位引導，輔助車主快速停車。

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