大型公共地下停车场智能管理系统

孙二杰, 石 震, 李 伟, 肖 娟, 王 敬

(1.山东建筑大学 信息与电气工程学院, 山东 济南 250101; 2.济南大学 经济学院, 山东 济南 250002)

大型公共地下停车场智能管理系统

孙二杰1, 石 震1, 李 伟1, 肖 娟1, 王 敬2

(1.山东建筑大学 信息与电气工程学院, 山东 济南 250101; 2.济南大学 经济学院, 山东 济南 250002)

提出了一套大型公共地下停车场智能管理系统,并从系统架构、工作过程、通信方式、灯光导航等方面进行了详细阐述。通过对车库环境合理建模,系统能自动识别车牌,对车辆提供光导航服务,为管理人员和住户带来方便,实现车辆的智能化管理。

停车场管理; 线性时序逻辑; 灯光导航; 车牌识别系统

0 引 言

随着社会的发展及人们生活水平的提高,机动车辆尤其是小汽车越来越多,公共地下停车场车辆的管理变得越来越重要。传统的停车场管理主要通过给进入车场的车辆分发IC卡,记录车辆进出时间。不管是固定车辆,还是临时车辆,进出停车场都必须在出入口停车刷卡后,才能进出停车场。这种管理方式,一方面易造成堵车,另一方面需要大量的照明设备长期照明。如果采用通常的照明控制方法,因线路较长且回路复杂,很难用简单的用强电控制方式实现停车场内部照明的自动控制,故通常只能采用连续照明方式。即便采用红外或声控开关来控制照明,但只能对某一小区域(如出入楼梯口处)实现自动控制。这样不仅造成巨大的能源浪费和设备损耗,也给物业管理造成很大的经济负担。

本文基于车库停车管理系统以及车牌自动识别技术,提出了一套基于车牌自动识别技术的车库智能停车管理系统。

1 地下车库管理系统总体架构

一个具有智能化的车辆管理系统,不仅能够快速准确地提供停车场内实时的停车状态,而且对车辆来访和离开进行自动登记和计费,引导车辆准确合理停放,并能实时进行监控等多项功能。本文提出的大型地下停车场智能管理系统主要由出入口管理子系统、车牌识别子系统、灯光导航子系统等子系统组成。智能管理系统结构图如图1所示。

出入口管理系统采用CCD摄像头作为图像拍摄主体,利用汽车牌照自动识别技术,通过电磁感应、计算机图像处理、模式识别、人工智能、数字通信、数据库等手段,对车辆的图像进行采集和处理,以获得车辆的数字化信息。该子系统实时监测并记录出入车库的车辆信息,包括出入车辆的图像、车牌号码、出入时间等,并与调度信息比较,确定是否放行。

图1 智能管理系统结构图

灯光导航系统是将无线通信技术、机械电子自动化设备、数据库技术等有机结合,控制地下车库的照明系统,达到节能的目的,同时保证对进入车库的权限车辆提供有效的灯光导航服务和管理。

车牌识别系统不仅可以实现零耗材管理和解决丢失停车凭证问题,而且提升车辆出入效率,减轻人员的劳动强度,能实时、准确地自动识别出车牌的数字、字母、汉字字符,并直接给出识别结果,使车辆的数字化监控和管理成为现实。

车牌自动识别的基本原理是:当车辆通过监测车道时,车辆触发信号被传至图像采集控制部分;采集控制部分控制摄像机采集一幅汽车图像并送至图像预处理模块,由预处理模块对输入图像进行简单预处理后送入计算机;计算机内的软件模块通过图像的预处理、车牌区域检出、车牌二值化、字符切分、字符识别环节,最终达到对车牌字符的再现,并给出识别结果;将识别结果和图像存入数据库中,留待车牌查询、流量统计和收费管理等。

2 基本工作过程

车辆驶入车牌摄像机抓拍区域,触发地感线圈。车牌识别系统自动抓拍车辆的图像并识别出车牌号以及车型等信息,检索数据库。如果该车车牌信息存在,且车牌信息与车身颜色、车型等数据相符合,闸机放行,同时记下车辆进入时间,调出车位信息。灯光控制系统依据车位信息以及车库内行驶车辆实时位置,合理规划路径,依次打开路径上方相应的灯,交叉口处的LED引导屏显示车位和行驶方向,引导车辆到达指定车位。

当车辆离开时,车位上方的控制器检测出车位号,上传给控制中心计算机;计算机规划出车辆驶离路径,启动灯光导航系统,引导车辆到达出口。

3 系统通信方式

无线传感器网络技术是一种低功耗、自组织的通信技术,施工灵活,人工维护成本和设备成本较低。该系统是基于ZigBee技术的无线网络通信技术,采用有线和无线结合的方式实现上位机与车库内节点的信息交互。系统通信方式如图2所示。

图2 系统通信方式

4 灯光导航系统

针对一个照明灯具配有一个智能灯光控制器的情形进行研究。智能灯光控制器包括运动传感器、灯光控制节点、无线通信等模块。运动传感器判断车辆的位置、行进方向等信息。智能灯光控制节点控制照明灯具的亮灭。无线通信模块负责灯光控制器与总控系统之间的通信。

车库的照明灯具平时全部处于关闭状态。当有车辆到达车库入口时,摄像头拍摄车牌图像,通过车牌号码判断是否具有进入权限,如果有,道闸自动开启。将该车辆入场时间等信息记入数据库,同时从数据库中提取出该车辆的车位位置、住宅位置信息,并根据车库照明系统的布置情况,规划该车辆进入车库后的正确行驶路径,并依次开启相应的灯光作为导航。主控制器通过无线网络发出控制命令,依次打开该路径上的所有照明灯具,引导车辆沿正确路线行驶。

该部分的功能描述采用线性时序逻辑(Linear Temporal Logic,LTL)进行描述。LTL是在命题逻辑基础上加时序操作,可作为描述系统状态迁移序列的形式化方法,用以描述系统性质。LTL中复杂的时序逻辑公式描述系统性质。LTL语法和语义如下:

□(always):表示在指定范围内,给定状态必然处处发生,若指定范围是全部范围,则□P表示总为真。

◇(finally):表示在指定范围内,给定的状态必然发生,也称为必然性,即◇P表示最终或必然发生。

○(next):表示下一时刻发生,即○P表示下一时刻发生。

∪(until):表示某状态一直为真直到另一状态为真,即P∪Q表示P一直为真直到Q为真。

ω(unless):ω操作符与∪操作符区别在于PωQ表示P一直为真直到Q为真或P总是为真。

LTL语法可通过如下递归形式定义,若原子命题变元p、q是线性时序逻辑公式,则由布尔运算符∨、∧、┓或时序操作符◇、□、○、∪、ω等连接而成的公式,如 p∨q,p∧q,┓p,p○q,p□q,p◇q和 pωq等也是LTL公式。

4.1 车辆按照规划的路径行驶

车辆按照规划好的导航路径行驶,该路径上的灯具已经打开。车库中的运动传感器实时判断车辆的当前位置,车辆驶过后路径上的灯具自动熄灭。规划路径上灯具控制过程如图3所示。

图3 规划路径上灯具控制过程

图3中,m1表示传感器检测到车辆或人离开的运动信息,m2表示启动灯光控制器,m3表示控制器关闭灯具。当运动传感器检测到车或人的运动信息后,必存在某一时刻,主控制器控制打开的灯具自动关闭。使用LTL描述可形式化表示为:运动传感器检测到车辆离开的消息m1,□(R1∧m1→○S1);传感器发送信息m2到智能控制节点,□(S1∧m2→○C1);由于此时灯具已打开,控制节点发送消息m3至灯具,在满足时间约束条件后,关闭灯具,□(C2∧m2→○L1)。

4.2 车辆未按规划的路径行驶

如果车辆未按规划路径行驶,运动传感器判断出车辆位置后,也会将车辆附近的照明灯具打开,为车辆行驶提供方便。同样车辆驶过之后,关闭这些灯具。非规划路径上灯具控制过程如图4所示。

图4 非规划路径上灯具控制过程

图4中,m4表示传感器检测到车辆或人离开的运动信息,m5表示启动灯光控制器,m6表示控制器关闭灯具。当运动传感器检测到车或人靠近的运动信息后,必存在某一时刻,灯光控制器控制打开灯具;当运动传感器检测到车或人离开的运动信息后,必存在某一时刻,灯光控制器控制关闭灯具。

该过程用LTL描述如下:运动传感器检测到车辆靠近的消息m1,□(R1∧m1→○S1);传感器发送信息m2到智能控制节点,□(S1∧m2→○C1);控制节点发送消息m3至灯具,在满足时间约束条件后,打开灯具,□( C2∧m2→○L1);车辆驶离时,运动传感器检测到车辆离开的消息m4,□(R2∧m1→○S2);传感器发送信息m5到智能控制节点,□(S2∧m5→○C3);控制节点发送消息m6至灯具,在满足时间约束条件后,将灯具关闭,□(C4∧m6→○L2)。

车辆到达十字路口时,对灯具的控制可引入概率转移矩阵。在统计的基础上,得到车辆在各路口的概率转移矩阵,由主控机控制将车辆转向概率最大方向上的灯具打开。

另外,车辆驶离车位时,系统根据运动控制器的信息可获得驶离车辆信息,启动灯光导航系统,并依次打开相应灯光,引导车辆正确到达出口。

5 结 语

提出了一套大型公共地下停车场的智能管理系统。该系统节省了车辆的等待时间,并提供灯光导航服务。鉴于天气和摄像头角度问题对车牌识别的影响,可进一步优化或设计更高准确率的车牌识别算法。车辆的灯光导航可以在静态路径规划的基础上探究动态路径规划,实现动态路径的灯光导航。

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Intelligent Management System of Large Public Underground Garage

SUN Erjie1, SHI Zhen1, LI Wei1, XIAO Juan1, WANG Jing2

(1.School of Information & Electrical Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2.School of Economics,Jinan University, Jinan 250000, China)

This paper proposed a set of intelligent parking management system of large public underground garage.The system framework,working process,communication mode and light navigation system were presented in detail.The system can recognite the license-plate automatically,and can provide the light navigation service for the vehicle,which bring the convenience for managers and temants to realize the intelligent management of the vehicle.

parking management; linear temporal logic(LTL); light navigation; license-plate recognition

《现代建筑电气》杂志订单(回执) 120元/年

孙二杰(1989—),男,硕士研究生,研究方向为建筑节能研究工作。

TP 302.1

B

1674-8417(2015)02-0050-04

2014-11-04

石 震(1990—),男,硕士研究生,研究方向为建筑智能化技术。

李 伟(1990—),男,硕士研究生,研究方向为建筑智能化技术。

肖 娟(1989—),女,硕士研究生,研究方向为智能机器人系统。

王 敬(1991—),女,硕士研究生,研究方向为农产品物流。