余江浩 王 林 張 乾 嚴(yán)曉波

（1.貴州民族大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與信息工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州省模式識(shí)別與智能系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025）

1 地下停車場(chǎng)管理系統(tǒng)發(fā)展

截至2020年底，我國(guó)汽車保有量超過(guò)2.81億輛，其中私家車保有量為1.89億輛，全國(guó)平均每100戶家庭擁有25輛私家車，北京、上海以及廣州等大城市每100戶家庭擁有超過(guò)50輛的私家車。由于公共停車位不足，因此占用道路停車成為普遍現(xiàn)象?！靶熊囯y、停車難”造成的交通擁堵與混亂，正成為社會(huì)關(guān)注、百姓關(guān)心以及政府亟需解決的焦點(diǎn)問題[1-3]。停車難這一“痛點(diǎn)”具有以下2種表現(xiàn)形式：1） 不知道哪個(gè)停車場(chǎng)有空閑車位。2） 即使知道某個(gè)停車場(chǎng)還有少量的空閑車位，但是進(jìn)入停車場(chǎng)后，由于停放車輛太多，因此很難準(zhǔn)確地找到空閑的車位?，F(xiàn)有地下停車場(chǎng)管理技術(shù)需要在停車場(chǎng)埋設(shè)線路、傳感器等，成本高且不易推廣[4]。

2 基于微信小程序的地下停車場(chǎng)車位誘導(dǎo)系統(tǒng)

地下停車場(chǎng)智能誘導(dǎo)系統(tǒng)通過(guò)視頻圖像處理、模式識(shí)別、深度學(xué)習(xí)和移動(dòng)支付等技術(shù)實(shí)現(xiàn)車位預(yù)定、車牌識(shí)別、車位檢測(cè)和地下停車場(chǎng)車位誘導(dǎo)等功能。基于視覺分析的智慧停車場(chǎng)在現(xiàn)有停車場(chǎng)視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和Faster-R-CNN網(wǎng)絡(luò)方法自動(dòng)檢測(cè)車位的狀態(tài)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地把車位的狀態(tài)信息傳送到云平臺(tái)上，平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 地下停車場(chǎng)平臺(tái)架構(gòu)

2.1 地下停車場(chǎng)微信小程序子系統(tǒng)技術(shù)路線

與當(dāng)前地下停車場(chǎng)管理系統(tǒng)相比，微信小程序具有實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、便捷和界面操作友好等特點(diǎn)。小程序的開發(fā)包括以下5個(gè)步驟：1） 定義問題和撰寫需求分析報(bào)告。2） 設(shè)計(jì)小程序的整體功能架構(gòu)，包括對(duì)系統(tǒng)框架、功能劃分和接口等進(jìn)行設(shè)計(jì)。3） 設(shè)計(jì)小程序的系統(tǒng)細(xì)節(jié)，包括對(duì)車位檢測(cè)算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4） 編寫代碼和單元測(cè)試。5） 部署和運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)

地下停車場(chǎng)小程序的子系統(tǒng)主要分為6個(gè)功能模塊。具體的功能框架圖如圖2所示。

圖2 小程序子系統(tǒng)功能框架

2.3 各模塊主要功能

2.3.1 注冊(cè)登陸模塊

登錄微信小程序提示用戶授權(quán)并提供位置、微信賬號(hào)（姓名、性別）等信息。當(dāng)用戶使用預(yù)定車位的功能時(shí)，提示用戶綁定車牌號(hào)等信息。

2.3.2 個(gè)人中心模塊

個(gè)人中心模塊具備個(gè)人預(yù)定信息列表和個(gè)人信息修改等功能。

2.3.3 查詢導(dǎo)航模塊

車主可以查詢目的地附近的停車場(chǎng)信息和車位分布情況，在確定停車場(chǎng)后就可以選擇導(dǎo)航至該停車場(chǎng)。

2.3.4 車位預(yù)定模塊

車主選擇停車場(chǎng)后，就可以進(jìn)入預(yù)定車位界面，填寫并提交車牌號(hào)碼等信息，然后通過(guò)地圖導(dǎo)航至停車場(chǎng)，在停車場(chǎng)入口識(shí)別到車牌后，就進(jìn)入地下停車場(chǎng)導(dǎo)航模式。

2.3.5 自動(dòng)收費(fèi)及反向?qū)ぼ嚹K

當(dāng)車主預(yù)定車位超過(guò)15 min后，就開始按收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)費(fèi)。為了讓車主快速離場(chǎng)，可以通過(guò)小程序調(diào)用微信支付接口實(shí)現(xiàn)自動(dòng)支付。

3 基于深度學(xué)習(xí)的車位誘導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 地下停車場(chǎng)車位檢測(cè)方法

目前，地下停車場(chǎng)車位的檢測(cè)主要分為2類：1） 基于傳感器的傳統(tǒng)檢測(cè)方法，主要包括紅外線檢測(cè)方法、超聲波檢測(cè)方法、線圈檢測(cè)方法和地磁檢測(cè)方法。2） 基于視頻的圖像處理方法，主要包括基于直線的停車位檢測(cè)方法、基于角點(diǎn)的停車位檢測(cè)方法和基于深度學(xué)習(xí)的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DCNN）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的R-CNN、Faster R-CNN、Mask R-CNN等算法[5]。由于傳統(tǒng)檢測(cè)方法存在傳感器安裝要求高、壽命短、維護(hù)困難和成本高等劣勢(shì)；因此，該系統(tǒng)采用改進(jìn)的Faster R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型，該模型能夠快速地檢測(cè)車位的狀態(tài)，并實(shí)時(shí)識(shí)別車位的占用情況，如圖3所示。

3.2 車位預(yù)定功能

用戶登錄微信打開小程序并進(jìn)入地圖搜索目的地的地下停車場(chǎng)，如果停車場(chǎng)有空閑車位就可以輸入車牌號(hào)碼預(yù)定車位，預(yù)定成功后進(jìn)入導(dǎo)航界面，導(dǎo)航到目的地的地下停車場(chǎng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)停車場(chǎng)入口時(shí)，自動(dòng)識(shí)別車牌進(jìn)入地下停車場(chǎng)，停車場(chǎng)導(dǎo)航屏幕實(shí)時(shí)顯示車主及車輛所處的位置，并幫助車主規(guī)劃最短路徑，顯示車牌并導(dǎo)航到預(yù)定的車位上，微信小程序上還會(huì)實(shí)時(shí)顯示地下停車場(chǎng)車位的剩余情況。

3.3 車位誘導(dǎo)功能

由于GPS技術(shù)無(wú)法滿足室內(nèi)導(dǎo)航高精度的要求，因此該地下停車場(chǎng)采用基于攝像頭的車牌識(shí)別并結(jié)合誘導(dǎo)路徑規(guī)劃算法解決導(dǎo)航的問題。傳統(tǒng)的車位引導(dǎo)通過(guò)埋設(shè)傳感器在一定程度上解決了相關(guān)難題，但是傳統(tǒng)地下停車場(chǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)傳感器鋪設(shè)、線路改造的成本很高，傳感器對(duì)場(chǎng)地的要求也較高，而且難以推廣，因此該系統(tǒng)在傳統(tǒng)地下停車場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加地下停車場(chǎng)關(guān)鍵路口和停車位的攝像頭，通過(guò)攝像頭將視頻上傳到云平臺(tái)，并利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)空車位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。當(dāng)車主預(yù)定車位并進(jìn)入地下停車場(chǎng)時(shí)，就可以進(jìn)入地下停車導(dǎo)航模式，車主可以根據(jù)關(guān)鍵路口和小程序界面的提示導(dǎo)航至相應(yīng)的停車位，后臺(tái)管理界面實(shí)時(shí)監(jiān)控車位情況和車位的占用情況，并以地下停車場(chǎng)平面圖的形式顯示出來(lái)，云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控和關(guān)鍵路徑上車牌的導(dǎo)航情況如圖4所示。

3.4 繳費(fèi)功能

對(duì)車主來(lái)說(shuō)，找到目的地的停車場(chǎng)后，可以完成車位預(yù)定、地下停車場(chǎng)車位誘導(dǎo)、反向?qū)ぼ嚭统鰣?chǎng)繳費(fèi)等操作，與傳統(tǒng)出場(chǎng)支付存在受信號(hào)影響的問題相比，該系統(tǒng)可以通過(guò)小程序的錢包功能自動(dòng)扣費(fèi)，繳費(fèi)功能如圖5所示。線上支付提高了出場(chǎng)效率，簡(jiǎn)化了支付流程。通過(guò)云平臺(tái)的統(tǒng)一管理，讓一些小區(qū)的剩余停車位得到綜合利用，通過(guò)車牌識(shí)別、車位預(yù)定和車位引導(dǎo)模塊真正實(shí)現(xiàn)了地下停車場(chǎng)無(wú)人值守。

圖3 某小區(qū)地下停車場(chǎng)車位上車輛檢測(cè)結(jié)果

圖4 云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控及關(guān)鍵路徑上車牌導(dǎo)航

圖5 繳費(fèi)功能界面

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

該系統(tǒng)提供了1種分布式、高效且可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)地下停車場(chǎng)停車位解決方案。由于系統(tǒng)采用深度學(xué)習(xí)的方法，因此對(duì)局部遮擋等干擾具有較強(qiáng)的抗干擾能力，并且具有良好的泛化性能。該系統(tǒng)使用1個(gè)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控不同停車場(chǎng)的所有攝像頭。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)停車場(chǎng)在不同光照條件下進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使在部分遮擋的情況下，也有很高的準(zhǔn)確率。測(cè)試結(jié)果還表明，基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)不同數(shù)據(jù)集的停車狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)具有良好的泛化能力。

5 結(jié)語(yǔ)

該文采用基于計(jì)算機(jī)視覺的地下停車場(chǎng)誘導(dǎo)系統(tǒng)在原有的地下停車場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，只需要通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)將大量的攝像頭數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。使用現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)，安裝成本較低，適用于地下停車場(chǎng)改造。

如果司機(jī)能夠?qū)崟r(shí)掌握停車場(chǎng)的可用性信息，他們就可以調(diào)整自己的行程，不會(huì)因?qū)ふ臆囄欢速M(fèi)時(shí)間。該系統(tǒng)能通過(guò)視頻圖像處理技術(shù)和地下停車場(chǎng)車位導(dǎo)航系統(tǒng)幫助車主高效地找到空閑停車位。對(duì)建設(shè)智慧城市來(lái)說(shuō)，部署智能停車誘導(dǎo)系統(tǒng)可以減少司機(jī)尋找停車位的時(shí)間、減少城市環(huán)境污染、降低油耗以及減緩城市道路交通擁堵的情況，該系統(tǒng)還可以提高城市空閑停車位的利用率。