基于北斗定位及大數據分析的汽車停泊預訂服務系統(tǒng)研究

郭 誼，洪 邦，于向龍

（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

1 研究目標

隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提升，目前家庭汽車保有量很高，隨之也帶來了出行停車難的問題，特別在節(jié)假日、上下班等交通高峰時段，在商超、寫字樓等熱點區(qū)域，往往會出現車輛排長隊進停車場的現象，既影響交通秩序，容易產生安全隱患，又耽誤時間降低出行效率。本文研究的目的即設計一套高效的汽車停泊智能預訂服務系統(tǒng)來解決停車難的現實問題。根據汽車運營管理的實際情況和特點，利用最新部署完成的北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)及普及的5G移動通信技術，實現對車輛的定位、調度和監(jiān)控服務，為智能預訂系統(tǒng)提供停泊車輛實時信息；利用大數據分析技術對采集的車輛信息、停車場實時車位信息、道路交通信息進行分析、判斷和處理，制定適合車主需求的車輛停泊方案；融入基于Web service 的網絡服務平臺及移動手機軟件客戶端開發(fā)，便于客戶提報預訂需求、了解車位實時情況和支付停車費用，協(xié)助政府對汽車調度進行智能化、精細化管理。

2 研究內容及思路

2.1 研究內容及總體構想

按照“需求提報—資源分析—供需對接”的服務流程，將預訂服務系統(tǒng)按功能區(qū)分劃分為3 個主要組成部分：客戶端、資源端和網絡服務平臺，總體結構如圖1 所示。

圖1 汽車停泊智能預訂服務系統(tǒng)總體結構圖

2.2 具體方案設計

2.2.1 客戶端

客戶端主要實現車輛停泊需求的發(fā)布與停泊方案的接收，為進一步提升其智能化水平和便捷性，還應提供車輛信息管理、停車位導航及停車費用支付等功能。客戶端可按車主需求配置以下模塊：車輛停泊預訂信息發(fā)布模塊、車輛信息管理模塊和車輛行駛記錄模塊，如圖2 所示。

圖2 客戶端結構圖

（1）車輛停泊預訂信息發(fā)布模塊

主要發(fā)布車輛停泊預訂需求信息，該模塊可以作為APP 安裝在手機客戶端，車主登陸后查看由預訂服務平臺提供的目的地附近各停車場車位供應情況，并按照車輛停泊特殊要求選定合適的停車場，發(fā)出預約停車申請，包括目標停車場名稱、本車號牌（防止限號區(qū)域）和泊車大概時長等信息，模塊還包含停車費用支付功能。為確保信息交互，車輛停泊預訂信息發(fā)布模塊利用手機無線網絡的藍牙功能與車輛信息管理模塊連接，利用5G 網絡功能與預訂服務平臺連接。

（2）車輛信息管理模塊

主要對汽車相關信息進行統(tǒng)計，內容包括車輛型號、排量（主城區(qū)限制）、長寬高維度（路徑限高）和車牌等數據，這些信息將會影響到具體目的停車場和行駛路線的選擇。由于這些數據一般隨車輛固定不變，所以可以直接制作一個電子標簽安裝在車輛上，每個電子標簽都有一個唯一的編碼，作為車輛的身份識別。為方便車輛信息上傳到其他平臺上，車輛信息管理模塊還應具備無線收發(fā)功能，例如配置藍牙收發(fā)單元。

（3）車輛行駛記錄模塊

主要能夠完成車輛定位跟蹤，通過北斗定位系統(tǒng)中的GIS 服務構件獲取車輛地理位置信息，依托電子地圖功能顯示車輛行駛軌跡、實時定位數據。獲取的定位信息可通過5G 網絡功能實時發(fā)送給預訂服務平臺，幫助其隨時解算車輛到場時間，依據停車位變化優(yōu)化客戶的停車規(guī)劃。模塊還具備BDS 導航功能，即根據接收到的停車規(guī)劃，通過北斗提供的位置信息，計算出最佳的移動路徑，并準確無誤地停在相應的車位上。其定位流程如圖3 所示。

圖3 北斗定位系統(tǒng)工作流程

2.2.2 資源端

資源端主要實現停車場空閑車位信息的發(fā)布與入場車輛車位導航方案的發(fā)送，可以實時提供停車場所有車位的預留情況、預訂情況以及車位對泊車的尺寸要求，并能夠在汽車入場后提供預留車位導航功能。資源端主要配置：車位信息管理模塊和停車導航服務模塊，如圖4 所示。

圖4 資源端結構圖

（1）車位信息管理模塊

各停車場根據實時車位空閑情況進行統(tǒng)計，向網絡服務平臺上傳其車位可供停泊的信息，包含車位所在停車場名稱、位置和停車要求（車輛尺寸），停車位情況（編號、樓層），可停泊車位的收費情況等。如果有多輛車主選擇同一停車場，造成車位緊張，則根據先前從網絡服務平臺收集到的客戶端停車需求和車輛預計進場時間進行排序發(fā)號，做到按時分配，并將排隊情況及時反饋給客戶端用戶，做到動態(tài)調整。各停車場可安裝紅外檢測、超聲波檢測、視頻檢測、地磁檢測和微波雷達檢測等自動車位檢測設備，通過5G 通信網絡組建物聯網（IOT），將車場車位信息實時準確地智能統(tǒng)計上報。（2）停車導航服務模塊

停車導航服務模塊主要針對地下停車場，車輛入庫時，通過掃描其固有電子標簽，獲取車輛基本信息進行審核，無誤后將其預訂車位情況下發(fā)客戶端，做好道路規(guī)劃，引導車輛駛入停車位。

2.2.3 網絡服務平臺

網絡服務平臺作為整個系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，需要對客戶端的汽車停泊需求信息進行采集，形成用戶申請信息；并收集資源端停車場發(fā)布的實時車位狀態(tài)數據，形成停車位資源信息；最后通過數據庫匹配策略，對停車需求與供給信息進行最大化使用效率配置，做到按需分配，并將配置結果及時反饋給車主和停車場，完成汽車停泊預訂服務。這種服務是動態(tài)而不是靜態(tài)的，必須實時掌握客戶端的行駛信息，分析道路擁堵情況并更新入場時間，還要對停車場剩余車位進行動態(tài)更新，及時提供備用車場及停車位的推薦業(yè)務，為客戶提供更好的服務體驗。所以在網絡服務平臺中要融入大數據分析技術，其流程如圖5 所示。（1）停車預訂服務分析模塊

圖5 大數據數據處理流程

主要對接收到的客戶端停車預訂信息進行數據分析，按照其車輛電子標簽梳理目標停車場位置范圍、車牌號、車型和停泊時間進行分組，并通過其提交的車輛行駛信息隨時更新其入場信息，將這些分組后的實時停車需求信息發(fā)送給供需匹配方案數據庫。

（2）車場車位信息分析模塊

主要對接收到的停車場空閑車位信息進行數據分析，按照其距離目的地遠近、車位余量、停車費用和附近交通狀況等進行分組，并進行動態(tài)更新，將這些分組后的實時車位服務信息發(fā)送給供需匹配方案數據庫。

（3）供需匹配方案數據庫

供需匹配方案數據庫主要基于Web service，通過比對停車預訂服務分析數據和車場車位信息分析數據，按照數據庫行業(yè)專家提供的配置方案權重，以最大化停車場利用率完成停泊需求與車位供給匹配。由于還要考慮到因道路擁擠情況造成的車輛進場時間改變，以及停車場突發(fā)的車位余量不足等狀況，數據庫還應采用大數據分析技術，綜合融合各類影響因素，做出數據挖掘處理，合理制定隨要素變化的動態(tài)停泊方案，然后將后臺服務結果反饋給信息收發(fā)模塊，并將車輛信息與停車位匹配的方案發(fā)送給客戶端和資源方。

（4）信息收發(fā)模塊

信息收發(fā)模塊主要完成網絡服務平臺與客戶端和資源端的信息交互。通過5G 通信網絡接收客戶端采集到的數據，通過寬帶互聯網接收停車場發(fā)布的資源信息，內部數據通過B/S 訪問模式傳輸給匹配方案數據庫，從而完成內、外部信息數據的傳輸。

2.3 關鍵技術及實現

從總體結構和信息交換處理方面系統(tǒng)所涉及的關鍵技術主要包括以下3 個方面：北斗定位系統(tǒng)數據引入、車輛信息數據移動傳輸和網絡服務平臺數據分析。

2.3.1 北斗定位系統(tǒng)數據引入

2020 年6 月，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)完成全球組網部署，可以用北斗衛(wèi)星定位數據作為基礎，在車輛上加裝北斗衛(wèi)星定位終端設備，實時提供車輛行駛信息，包括定位、車速和路線擁堵情況等，便于下一步進行車輛停泊需求對接和導航引導。北斗三號全球范圍定位精度優(yōu)于10 m，測速精度優(yōu)于0.2 m/s，授時精度優(yōu)于20 ns，服務可用性優(yōu)于99%，實測導航定位精度達到2～3 m，甚至可提至厘米級。若進一步研制電子標簽與北斗認證相結合，則可以為車輛提供自動識別功能，防止黑車、套牌車和報廢車輛上路問題，輔助執(zhí)法部門加強車輛監(jiān)管。

2.3.2 車輛信息數據移動傳輸

由北斗定位系統(tǒng)產生的數據還必須實時傳輸給網絡服務平臺，所以必須解決車輛移動平臺與云端平臺之間的數據信息傳輸問題，包括實時車輛行駛信息、車輛停泊需求信息等大容量數據。目前，5G 網絡通信技術是當前世界上最先進的網絡通信技術之一，我國已建成5G 基站超過115 萬個，占全球70%以上，是全球規(guī)模最大、技術最先進的5G 獨立組網網絡。所以采用5G 通信技術作為車輛信息數據的移動傳輸介質，將客戶端軟件嵌入移動手機平臺，利用藍牙接收車載北斗定位系統(tǒng)數據，利用5G 通信網絡上傳車輛信息數據。

2.3.3 網絡服務平臺數據分析

為使系統(tǒng)具有更智能的停泊預訂服務能力，還必須對車輛的行駛狀態(tài)、停泊需求與停車場的空位情況、停車要求實時動態(tài)匹配，這就涉及大數據的采集、處理和分析等技術運用。大數據分析可以獲取需方的個性化需求，幫助供方定準定位目標，然后依據需求提供產品，最終實現供需雙方的最佳匹配。可以應用大數據分析的數據挖掘算法、預測性分析能力及數據質量和數據管理對相關數據進行處理，實現停車需求與停車位資源的最優(yōu)配置。

3 結束語

針對近年來私家車數量大幅度提升，導致車輛出行時特別在高峰時段和熱點區(qū)域找不到停車位，從而引起交通擁堵或交通事故，為了解決這種情況，本文基于北斗定位和5G 技術對停泊客戶端的信息發(fā)布方面展開研究，設計了一種汽車停泊智能預訂系統(tǒng)，使停車更加高效，車位利用率更高，緩解城市交通壓力。