石正杰，李慶玲

（濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，日照 276826）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車數(shù)量快速增長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在大多數(shù)城市還存在著停車難、停車場(chǎng)事故頻發(fā)等問題。在該背景下，如何讓司機(jī)知悉此停車場(chǎng)內(nèi)有多少空余車位，明確停車位的確切位置，避免因停車引發(fā)的爭(zhēng)端和事故成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，智能泊車系統(tǒng)的發(fā)展就顯得尤為重要。智能泊車系統(tǒng)是以GPS 定位、在線支付技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建能夠?qū)囕v進(jìn)行智能識(shí)別、路線分析規(guī)劃、停車引導(dǎo)等功能的智能泊車系統(tǒng)。對(duì)車輛和停車場(chǎng)進(jìn)行一體化全方位管理，為車主泊車提供最便捷、安全的規(guī)劃。

本文從城市停車難的迫切需求出發(fā)，提出了構(gòu)建嵌入式智能泊車系統(tǒng)，讓停車形成智能化操作，車主只需要根據(jù)指引進(jìn)行“傻瓜式”操作即可完成快速安全的停車操作。同時(shí)將停車場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳管理，探尋其中規(guī)律，為徹底解決停車問題提供新的突破。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)分為視覺系統(tǒng)、位置檢測(cè)、信息更新等部分，如圖1所示。憑借其以應(yīng)用為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根本，而且對(duì)軟硬件設(shè)備均按需求進(jìn)行裁剪，可以找到應(yīng)用中對(duì)功用、穩(wěn)定性、成本、容積、耗電量等有嚴(yán)謹(jǐn)需求的專用型計(jì)算機(jī)。要具有對(duì)外接交通裝備的管理工作、對(duì)傳感裝置的監(jiān)控以及系統(tǒng)化（如停車場(chǎng)出入口的發(fā)卡管理工作、讀卡信息處理、車牌辨識(shí)管理工作）等能力。對(duì)車室控制器的處理機(jī)而言，將由原有的8位單塊處理器提升至32位ARM平臺(tái)處理器，既保證了控制系統(tǒng)的處理速度，也提升了管理效能［1-3］。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智慧停車管理系統(tǒng)部分主要由上位機(jī)管理系統(tǒng)和APP 管理系統(tǒng)構(gòu)成，能夠進(jìn)行即時(shí)查看停車場(chǎng)的狀況、預(yù)約車位、交費(fèi)、查看客戶停車場(chǎng)情況等功能操作，如圖2所示。主要完成以下四個(gè)主要功能：①統(tǒng)計(jì)汽車的停放日期與收取金錢；②監(jiān)視進(jìn)出車輛牌照號(hào)，停放日期和訪問記錄等；③利用操作數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)把停車位的所有資訊（用戶消息、預(yù)約車位消息、車位消息等）存儲(chǔ)在MySQL 數(shù)據(jù)庫上；④利用HTTP 協(xié)議遠(yuǎn)程傳送停車場(chǎng)的停車資訊（停車場(chǎng)所剩車位、車輛停放狀況等）在移動(dòng)終端APP 上展示。

圖2 管理系統(tǒng)框架圖

APP 上設(shè)置的頁面包括：注冊(cè)頁面、車庫信息頁面、預(yù)約信息頁面、客戶個(gè)人頁面、車輛查詢頁面和付款界面等。其功能有：①展示各個(gè)停車場(chǎng)當(dāng)前停車狀態(tài)；②展示客戶的歷史停車位狀態(tài)；③展示綁定的車牌號(hào)的停車狀態(tài)數(shù)據(jù)；④實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)訂、支付的服務(wù)；⑤提供連接服務(wù)的方式。

2.2 視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

視覺系統(tǒng)主要用于車牌識(shí)別、車位檢測(cè)兩部分，通過機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能泊車功能，如圖3所示。

圖3 視覺系統(tǒng)框架圖

2.2.1 車牌識(shí)別

車牌識(shí)別算法主要包括以下三步：圖片預(yù)處理、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)車牌的粗確定、藍(lán)色圖像計(jì)算和行列掃描車牌的精準(zhǔn)位置。采用了號(hào)牌獲取、照片預(yù)處理、特征提取、車牌字符識(shí)別等技術(shù)手段，最終確定機(jī)動(dòng)車號(hào)牌。

車牌辨識(shí)主要包括以下六個(gè)方法：①圖像壓縮和RGB 彩色圖像灰度變換。因?yàn)閳D像收集儀器所收集的圖像體積很大，使圖像數(shù)據(jù)處理的工作量很大，為確保整個(gè)系統(tǒng)的即時(shí)性，增加計(jì)算效率，就需要減小圖像的體積。由于彩色圖像具有豐富的彩色內(nèi)容，且占用空間較多，可對(duì)彩色圖像采用降維處理方法。②畫面圖像灰度拉伸。經(jīng)過灰度轉(zhuǎn)換后的圖片，可能存在顏色對(duì)比度不高、圖像畫面模糊不清的問題，此時(shí)就可以通過灰度拉伸，增加圖片對(duì)比度，凸顯車牌區(qū)域。③增強(qiáng)車牌的信號(hào)質(zhì)量。該技術(shù)主要利用了幾何與形態(tài)學(xué)中的運(yùn)算，通過先腐蝕后膨脹以減少背景噪聲，再通過簡(jiǎn)化的圖像代數(shù)計(jì)算，以增強(qiáng)車牌區(qū)域。④汽車圖像的二值化技術(shù)。汽車圖像二值化技術(shù)是以圖像灰度區(qū)域三分點(diǎn)為閾值。⑤車牌提取。透過邊緣檢測(cè)可以獲得牌照，包括字符的輪廓。這一方法使提取弱邊信息的結(jié)果更加精準(zhǔn)。經(jīng)過這些步驟，便可以實(shí)現(xiàn)有效地提取車牌數(shù)據(jù)并上傳至網(wǎng)絡(luò)并在停車場(chǎng)配對(duì)APP顯示并記錄［4-5］。

2.2.2 車位檢測(cè)

設(shè)置該功能的主要目的是用來統(tǒng)計(jì)停車場(chǎng)的車位數(shù)量。當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別到停車位的空余車位后，將把停車場(chǎng)的實(shí)際停車狀態(tài)反映在APP 上，讓客戶可以即時(shí)地查詢停車位的實(shí)際情況，從而便于客戶挑選停車位。系統(tǒng)主要通過模板匹配的方式，檢查停車位上是否有機(jī)動(dòng)車停放。停車位的各個(gè)車庫均有固定的車庫編碼，選用模板配對(duì)技術(shù)，逐個(gè)配對(duì)確定是否有相應(yīng)的車庫編碼，當(dāng)車輛進(jìn)入車位時(shí)，如果沒有匹配到相應(yīng)的車庫編碼，則表示此時(shí)的車位已被搶占。

2.3 基于GPS定位的位置檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

運(yùn)用了現(xiàn)代GPS 準(zhǔn)確定位和電子地圖繪制等先進(jìn)技術(shù)手段，使用戶可以借助該信息系統(tǒng)獲得即時(shí)位置資訊，還能夠查看停車場(chǎng)、停車位信息和路面擁堵情況等實(shí)際狀況，從而有效指導(dǎo)車主泊車，如圖4所示。

圖4 位置檢測(cè)系統(tǒng)框架圖

2.3.1 定位系統(tǒng)功能分析

該系統(tǒng)包括地圖顯示模塊、位置模型、停車場(chǎng)信息模型和道路導(dǎo)航模型。

（1）地圖顯示模塊。地圖展示功能。該模塊是其他三個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。此功能地圖用來展示包括道路兩旁的建筑物和街道路線上具有特定指示意義的標(biāo)志，主要方便使用者在使用時(shí)綜合分析系統(tǒng)和實(shí)際情況，使車主可以更加便捷地找到智能泊車場(chǎng)的位置并規(guī)劃最短路線。另外，地圖顯示功能也要具備自動(dòng)瀏覽、放大、壓縮、移動(dòng)等功能，讓使用者具有體驗(yàn)性。

（2）定位模塊。當(dāng)?shù)貓D資料加載完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取用戶的定位信息，并以標(biāo)簽的形式將當(dāng)前的定位信息從地圖返回并呈現(xiàn)出來。獲得當(dāng)前地址的同時(shí)，還得到了該地點(diǎn)周邊區(qū)域以及各停車場(chǎng)的實(shí)際地址，一并加載標(biāo)注到移動(dòng)地圖上。用戶在移動(dòng)的同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟蹤定位，地圖的顯示將同時(shí)更新［4］。

（3）停車場(chǎng)信息模塊。停車位信息系統(tǒng)模塊在地圖展示模塊和位置模組的前提條件下，而停車位信息系統(tǒng)模組也是反映了應(yīng)用交互、定制化特點(diǎn)的一種模組。介于各個(gè)使用者在挑選停車位時(shí)考量因素各不同，系統(tǒng)無法滿足每個(gè)使用者的要求，故采用該模型賦予了使用者的最大挑選權(quán)利。使用者可以透過對(duì)各種考量因素加以排名與甄選，如：停車費(fèi)用較實(shí)惠、停車場(chǎng)內(nèi)空缺車位較多、停車位環(huán)境、停車路線方便等。通過對(duì)多種條件過濾和排名后，用戶將選定最佳停車場(chǎng)，并切換至下一個(gè)模塊。

（4）路線導(dǎo)航模塊。路線指引系統(tǒng)也是所有智能泊車系統(tǒng)中工作流程的最后一個(gè)，通過使用此功能，客戶就可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于該系統(tǒng)的最終目的，并完成客戶體驗(yàn)。正式發(fā)動(dòng)汽車后，開啟語音播報(bào)功能的同時(shí)，系統(tǒng)將自行選擇最好的路線進(jìn)行導(dǎo)航。所謂最佳路徑，即通過對(duì)用戶基本信息（主要涉及車牌號(hào)）進(jìn)行定位比對(duì)后選擇路程時(shí)間最短的一條路線，避開各種影響因素，如路面施工、路況、區(qū)域限號(hào)、紅綠燈數(shù)量、道路交通管制等。該模塊能夠減少路面堵塞，在一定程度上減輕道路壓力，為使用者節(jié)省行車時(shí)間，以最具性價(jià)比的方式完成泊車操作。

2.3.2 數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建

（1）車位信息采集。主要是將監(jiān)控設(shè)備安裝到各個(gè)停車場(chǎng)，從而收集和管理通過磁阻傳感器為主的檢測(cè)設(shè)備傳回的場(chǎng)地停車數(shù)據(jù)。根據(jù)車輛自身的材質(zhì)，被喻為一個(gè)鐵磁性的物質(zhì)，當(dāng)這個(gè)物質(zhì)進(jìn)入某個(gè)特殊的磁場(chǎng)，也就是停車場(chǎng)時(shí)，將對(duì)該磁場(chǎng)引起干擾。而信息采集儀器便根據(jù)對(duì)該電磁干擾的劇烈程度來做出對(duì)停車情況的評(píng)估［6］。

（2）車位信息傳輸。通過磁阻感應(yīng)器結(jié)合ZigBee 技術(shù)實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到信號(hào)傳輸?shù)倪B接。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)是一種在電腦內(nèi)部實(shí)現(xiàn)傳輸時(shí)具有近距、低效等優(yōu)點(diǎn)的無線通訊網(wǎng)絡(luò)。通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將收集到的車位數(shù)據(jù)傳遞到主控單位，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

（3）車位數(shù)據(jù)處理。服務(wù)器端在接收到車位數(shù)據(jù)后，在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行計(jì)算、匯總，并自動(dòng)更新。其次，數(shù)據(jù)庫中的車位信息也能夠使用管理員授權(quán)后增刪改等手段操作，以便于處理特殊情況。

（4）車位信息公布。車位信息發(fā)布過程分為誘導(dǎo)屏發(fā)布與上位機(jī)發(fā)布，必須先完成與主控單元間的通信，在后臺(tái)將各數(shù)據(jù)信息整理后即同時(shí)傳送到移動(dòng)終端，從而實(shí)現(xiàn)了各車位信號(hào)的顯示。在汽車應(yīng)用的安卓平臺(tái)顯示端，展示內(nèi)容不僅有車庫信息，還有停車位信息、停車場(chǎng)外道路信息、汽車位置信息等。而在具體停車位外道路信息收集部分，也可以使用已有的地圖應(yīng)用軟件進(jìn)行開發(fā)，在一定程度上能夠提高生產(chǎn)效率。

2.4 基于大數(shù)據(jù)的路線規(guī)劃

大數(shù)據(jù)的路線規(guī)劃如圖5所示。

圖5 路線規(guī)劃系統(tǒng)框架圖

2.4.1 線路規(guī)劃

路線規(guī)劃系統(tǒng)的研究，主要對(duì)停車路線的各種情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而計(jì)算挑選出最佳路線，使車主可以在第一時(shí)間獲取最簡(jiǎn)便泊車路線。自動(dòng)泊車的過程主要分為了三個(gè)階段，分別為：檢查、定位、調(diào)節(jié)，同時(shí)還研究了由于車速、轉(zhuǎn)角限制等不確定因素，給泊車造成的影響危害。使用控制參量法，先掌握車輛時(shí)速與轉(zhuǎn)彎角度，而后根據(jù)對(duì)車位的限定進(jìn)行道路設(shè)計(jì)，通過實(shí)時(shí)避開車輛的算法手動(dòng)停車，可滿足于所有的實(shí)際狀況，大大提高了車輛在泊車過程中的安全性。

2.4.2 線路信息提示

經(jīng)過系統(tǒng)的路線規(guī)劃，相應(yīng)路線情況會(huì)在車主手機(jī)客戶端進(jìn)行顯示，同時(shí)路線指示牌會(huì)在泊車線路中通過指示燈進(jìn)行顯示。定位系統(tǒng)與沿途指示燈的同步，從而指引車主準(zhǔn)確簡(jiǎn)單地進(jìn)行泊車操作。

3 結(jié)語

智能泊車技術(shù)是反映現(xiàn)代交通技術(shù)水準(zhǔn)的一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)。目前，系統(tǒng)的整體研發(fā)工作所做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，相關(guān)技術(shù)也難以實(shí)現(xiàn)，且缺乏系統(tǒng)高效的集成。因此，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式界面及開發(fā)技術(shù)融合運(yùn)用到泊車系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)車牌辨識(shí)、泊車監(jiān)控等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這一系統(tǒng)讓停車場(chǎng)更加智能，顯著提高了停車效率，也提高了停車場(chǎng)的使用率。提供了新的解決停車難問題的途徑，并將處理信息融會(huì)貫通，為用戶提供最優(yōu)化的泊車指南。