基于地磁感應的停車實時誘導系統設計*

陳虹安 陳冬昌 馬洽穎

(江門職業技術學院,廣東江門 529000)

0 引言

近年來,隨著我國城市汽車保有量的逐年增加,尋找停車位的難題日益突出。為了找到一個合適的停車位,駕駛者往往需要額外行駛一段距離,從而引發了交通擁堵、空氣污染、噪聲污染、能源浪費等一系列問題。這些問題制約著城市的發展,也限制了人們生活的幸福指數。為此,國家大力發展智能交通系統,致力于解決這些交通問題。

為解決實際生活中的“停車難”問題,本項目設計一套基于地磁感應的停車實時誘導系統,該系統由地磁傳感器、無線傳輸網絡、上位機及其配套軟件構成,能把車輛引起的地磁擾動轉化為變化的電壓信號,通過對電壓信號的監測最終實現車輛的實時檢測。利用無線傳感網絡將檢測到的車輛停放信息轉發到控制中心,從而完成停車場內或路旁信息的在線監控;而控制中心將得到的車輛信息進行匯總、決策與發布；用戶可通過電腦和手機進入服務平臺系統獲得實時且最優的停車誘導。

1 系統方案

本文設計的停車誘導系統分為停車場信息采集與停車場信息發布兩個模塊:停車場信息采集模塊由安裝在停車場車位及停車場附近道路的地磁傳感器構成,該模塊主要負責實時檢測車輛的進出狀況及車位狀態的變化,將數據采集并通過Zigbee組網上傳至上位機;停車場信息發布模塊負責將收集到的車位信息通過上位機進行存儲、分析及處理,并通過網站查詢、手機查詢及交通誘導顯示屏等方式進行實時發布。具體方案如圖1所示。

圖1 系統總體設計框圖Fig.1 Block diagram of the overall system design

2 系統硬件設計

地磁傳感器節點是整個誘導系統的基礎,是系統能否實時高效運行的關鍵技術之一。在本系統中,地磁傳感器節點主要由地磁強度采集子模塊、信號處理及發送子模塊、電源管理子模塊構成。地磁強度采集子模塊主要由HMC5983芯片來完成,該芯片可將變化的地磁信號轉化成相應的電壓信號并傳輸至信號處理子模塊;信號處理及發送子模塊主要由CC2530芯片來完成,該芯片可將地磁信號進行處理、分析,得出車位狀態并通過無線AF發送結果;電源管理子模塊采用3.7V的鋰電池,通過電壓轉換電路穩定輸出3.3V直流電,為HMC5983芯片及CC2530芯片供電[1]。系統電路如圖2所示。

3 系統軟件設計

本系統軟件設計分為兩部分:車位狀態檢測和最優路徑規劃。車位狀態檢測選用狀態機檢測算法,對原始信號進行濾波后,求得背景磁場g(I)及閾值H,若連續M次超出閾值范圍,則認為有車;若連續N次進入閾值范圍,則認為無車并更新背景磁場g(I)及閾值H。最優路徑規劃使用改進Dijkstra算法,首先使用Dijkstra算法計算各空余停車位的最短停車距離、最短行走距離及確定各車位的停車難度,以停車距離、行走距離及停車難度三大指標建立灰色關聯決策矩陣,接著確定各指標的權重,計算出灰色關聯理想解和負理想解,最后找到最優行駛路徑[2]。系統總體設計框圖如圖3所示。

4 實現功能

本項目最終產品為基于地磁感應的停車實時誘導系統,主要利用地磁傳感器終端實現了停車場內或停車場附近道路的車輛信息實時檢測,利用無線傳感網絡將檢測到車輛的信息進行傳輸,并根據車輛信息對用戶停車進行實時誘導。主要成果如下。

(1)創新車輛檢測技術。采用新型的地磁傳感器代替傳統的感應線圈,車輛檢測器將具備安裝尺寸小、靈敏度高、施工量小、使用壽命長、對地面的破壞小等優點。本項目研發的地磁車輛檢測終端與其他檢測器相比,采樣率更高,準確率更是高達98.7%。

圖2 地磁傳感器節點電路圖Fig.2 Geomagnetic sensor node circuit diagram

圖3 地磁感應式停車實時誘導系統工作流程圖Fig.3 Work flow chart of geomagnetic induction parking real-time guidance system

(2)實現停車場無線信號覆蓋及監控。基于無線網絡通訊技術和監測儀的動態測量技術,信號覆蓋整個停車場和旁邊的車道,實現車輛的停放信息以及檢測停車場旁邊道路的車流量的在線實時監控,并時刻得到控制中心統一的監測與管理,提升了監測工作效率,實現了監測系統管控一體化[3]。

(3)創新停車實時誘導系統。在停車場內,能給司機實時的路線規劃,實時引導車輛停放至相應的位置。司機可通過電腦和手機進入服務平臺系統查詢交通狀況或獲得停車實時誘導。可供行業借鑒和參考。

此外,本系統可廣泛用于各種室內停車場、路邊臨時停車、露天停車場等需要隨時提供實時信息的場合,為司機的停車提供方便的人性化服務。

5 結語

本系統的成本有一定的優勢,采用了新型地磁感應技術,并使用ZIGBEE實現無線覆蓋及停車誘導,系統大小可定制,可根據停車場實際情況進行實際的停車誘導方案設計。并且本項目的成功實施較大幅度地縮短停車的時間,提高交通信息化管理的自動化水平,在為駕駛者的停車提供極大方便的同時,也能夠提高停車資源的有效利用率,實現停車實時誘導,達到停車場內外監測及誘導的管控一體化。