基于RFID的智能停车场管理系统设计与实现

潘正军　张屹

摘要：目前部分停车场使用发卡与刷卡的方式进行车辆的驶入与驶出管理。这增加了车辆进入和驶出停车场的时间；而且进入车场后没有智能引导屏帮助车主寻找合适的车位，既浪费了车主时间又降低了管理人员的效率。该文基于RFID的非接触式无人值守的智能停车场管理系统，有效地解决了这一问题。对系统实施运行结果与传统的停车场管理进行比较表明，该系统既节约了车主的停车时间又提高了管理人员的工作效率。

关键词：RFID；智能停车；车位管理

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）14-0234-03

Abstract： In view of the current part of the parking lot to use manual contact the issuing way of parking information management， not only increase the vehicle access and parking lot， and into the yard without intelligent guidance screen help owners find suitable parking spaces， not only a waste of the owners time and reduces the efficiency of management personnel. Intelligent parking management system based on RFID ， can solve the above problems. From the system implementation results and the traditional parking for comparison， the system can not only save the owners of parking time and the efficiency of the management staff to improve.

Key words： RFID； intelligent parking； parking management

近年来，随着我国经济不断增长，国民的机动车的拥有量和出行率增加很快，传统的发卡式人工管理停车方法已经越来越无法满足高效率的停车要求。传统的停车场通常采用有人值守发卡式或者无人值守自动取卡方式，当有车辆进入和驶出时，必须要进行停车、取卡、刷卡和缴费等一系列手续。如果车辆过多，在停车场的出入口内外就会积压车辆，造成交通拥堵。既浪费时间又效率低下[1]。所以，如何在当前停车场硬件建设的基础上提高资源的使用率和利用率，采用新技术和手段来解决新问题、对停车场进行智能化管理显得尤为重要[2]。

目前，有很多人对停车场管理的智能

化进行了研究：王浩基于RFID和ZigBee技术设计了智能停车引导及车位管理系统[3]；马静对RFID技术在智能引导停车场管理系统中的应用进行了分析[4]；邱坤林在智能车位引导系统研究中给出了室外道路交通智能停车诱导的解决方案[5]；但是对大型居民小区或者学校这类固定用户较多，停车场又比较分散的智能停车管理系统的研究还比较少，因此，该系统的研究具有较好的应用价值。

本系统采用RFID技术，研究智能停车场管理系统，它可以实现车辆在出入口自动识别、车位诱导指引以及自动收费等功能[6]。车辆进出不需要停车取卡，车主可以减少寻找车位时间；而且，该系统还可以实现对车位信息的实时监控，并根据不同区域车位利用率的多少重新设置收费标准和优惠时段，引导车主灵活选择停车位，实现资源的统一调度和管理，提高了资源的利用率和管理效率。

1 RFID技术概要

RFID技术是一种无线射频识别技术，最基本的RFID系统由电子标签、标签读写器和天线组成。简单地说，它通过无线电波实现读写器和标签之间的信息交换，从而达到识别标签所附着物体的目的，其工作原理如图1所示。

RFID 系统工作时，先由阅读器通过天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入阅读器的工作范围时，会激活 RFID 标签，并向阅读器发送电子标签的编码等信息。如果是无源系统，阅读器通过无线电收发器发送出一定频率的射频信号，当标签进入该区域时就能从中获得能量以驱动芯片与阅读器进行通信。阅读器读取标签的自身编码等信息并解码后送至数据管理系统处理。如果是有源系统，标签进入阅读器工作区域后，由自身内嵌的电池为芯片供电以完成与阅读器间的相应通信过程[3-4]。因为有源系统的识别距离远，因此，根据实际需求，采用有源更能提高效率，本研究采用有源的方式进行实现。

2 系统需求分析

本智能车位管理系统主要针对大型小区停车场以及学校停车场设计和实现。这类停车场都有大量的固定用户和少量的临时用户，停车场总面积大，但停车区域比较分散，往往拥有多个不同的停车区域，而每个区域车位数量、收费标准都不一样，要想实现无人值守式高效管理，节约停车时间，提高便捷性，就必须根据停车场的实际情况进行设计和实现。

为了提高系统的可扩展性和可维护性，本系统基于JavaEE采用MVC模式的分层结构进行设计，整个系统分为三层：最上层为用户层，中间为业务逻辑层，底层为数据采集层[7]。

首先，为了实现无人值守式管理，就必须考虑硬件采集系统的设计要便捷、安全、低成本、免维护。为此，在数据采集层选择了RFID结合控制系统作为底层信息的采集，经业务逻辑层处理后最终显示在用户层。

根据对实际业务的分析，在业务逻辑层可以把该系统分为四大功能模块：一是停车场信息管理，包括停车场信息、停车场区域信息和车位信息；二是收费管理，主要包括收费和收费信息设置，可以对不同区域的收费标准和优惠时段进行管理；三是统计分析，主要包括日统计分析、月统计分析、年统计分析、区域统计分析和时间段统计分析。可以根据统计分析结果查看不同区域车位的实时状况，提前设置收费标准和优惠时段，做到全局资源的最佳优化，提高停车场车位的利用率，同时节约车主时间；四是用户管理，主要包括管理员、系统操作员和普通用户的管理。

用户层主要负责和用户进行交互，包括管理员、系统操作员和普通用户，主要通过浏览器和LED引导屏为用户提供统一的访问和查看接口。

本系统的角色主要包括三种类型：系统管理员、系统操作员和普通用户，其中：系统管理员主要负责系统权限管理以及统计分析等，当然他也具有系统操作员的权限；系统操作员主要进行收费管理和收费标准的设置以及统计分析等。

为了解决部分临时客户的需求，在入口处以双通道的方式进行处理，少量临时客户可以采取无人值守的自动取卡方式停车取卡，在出口处自动刷卡缴费或者人工缴费。根据以上需求分析，可以得出系统总体功能用例图[8] 。见图2所示。

3 系统设计

3.1 系统总体功能架构

1）用户管理模块。 该模块提供对系统不同角色用户的管理功能。用户有三个角色：系统管理员、系统操作员和普通用户。每个角色都拥有不同的权限，其中：系统管理员拥有最高权限，可以根据自己的权限添加系统操作员和普通用户；系统操作员可以根据自己的权限对某个停车场或停车场的某个区域进行车位管理、收费管理和统计分析等；普通用户可以随时查看车位信息、停车时间和收费情况等。所有用户都可以对自己的个人信息进行维护。

2）停车场管理模块。 该模块提供对停车场信息、停车场区域信息和停车场车位信息的相关管理功能，其中：停车场信息主要包括当前停车场的编号、名称、停车场的车位数量、收费标准等；停车场区域管理主要提供较大的停车场所划分的不同区域，包括区域名称、车位数量、收费标准等；停车场车位信息主要提供不同停车场、不同区域车位信息，主要包括车位编号、是否停车、进入时间、离开时间、收费标准等。

3）收费管理模块。 该模块主要提供对不同停车场，不同区域的车位进行收费管理和收费标准设置的功能。主要包括对不同类型车辆进行收费；还包括具体的收费设置，如根据不同停车场、不同区域、不同时间段和不同类型的车辆实行优惠等。

4）统计分析模块。 该模块主要为管理员或者操作员提供日统计分析、月统计分析、年统计分析、区域统计分析和时间段统计分析功能，以便根据停车场车位信息设置不同的优惠政策，进行引导和分流，提高停车场车位的利用率，提高效率，节约资源。

3.2 系统软件层次架构设计

根据软件工程分层的理论，在软件设计和实现过程中采用分层结构可以降低各层之间的相互依赖，实现高内聚、低耦合，有利于软件后期的扩展和维护。

本系统在设计和实现过程中，也采用分层结构，根据业务需求，可把系统分为三层结构：用户层、业务逻辑层和数据采集层。每一层逻辑功能独立，各层通过接口进行相互通信，实现数据的采集、转发、处理和存储等功能。

1）用户层 主要通过Web浏览器和LED引导屏为用户提供统一的UI界面，该界面可为用户提供统一操作管理系统的平台，任何合法的用户都可以通过该界面根据自己的角色进行相应的业务逻辑处理和操作，进入车场时可以通过LED车位引导屏实现快速寻找车位停车。

2）业务逻辑层。 系统的主要业务需求是通过业务层的业务逻辑实现的。该层是系统的核心层，业务逻辑层实现的优劣决定了整个系统功能和性能的优劣。该层要根据具体的业务需求，分析出具体的业务逻辑和实现策略。本系统根据智能车位信息管理过程中的需求，设计了用户管理、停车场管理、收费管理和统计分析四大模块。而且这四大模块还和数据库进行交互，实现数据的通信、采集、处理、分发和存取。

3）数据采集层 。本层的主要功能是进行原始车位信息的采集。主要通过硬件设备RFID实现车辆信息和车位信息的采集，再结合摄像头的视频数据进行综合分析，就可以把停车场车位信息和车辆信息的实时数据收集过来，为业务逻辑层提供重要的原始数据。具体工作过程是标签阅读器读取信息并解码后，把信息传输到业务逻辑层的接口，通过业务逻辑层的接口处理后保存到数据库管理系统。

根据以上分析，系统的软件架构如图4所示。

5 系统运行与分析

根据系统实际运行情况，通过统计某小区早高峰时间段（7：30-9：00）和晚高峰时间段（17：00-19：30）进入车辆数、驶出车辆数量以及车主平均停车时间，其中，平均停车时间是指车主从入口进入后到通过智能引导屏或自助方式停车完毕的时间。通过对各项指标数据在智能入口和传统方式的临时入口分别进行取样统计，可以得出表1的统计结果。

6 结束语

基于RFID的智能停车系统在现有的硬件基础上提高了资源的利用率和管理效率，有效地节约了资源，为解决买车易，停车难的问题提供了一种有效的解决方案，而且这种实现方式简单方便，具有很好的实际应用价值。

参考文献：

[1] 刘勃， 宋庆恒， 胡三庆. 基于 RFID 的停车场智能管理系统[J].计算机与数字工程，2008 （5）： 153-155.

[2] 吴若伟. 大型停车场智能泊车引导关键技术研究与系统开发[D]. 南京： 南京航空航天大学， 2013.

[3] 王浩. 基于RFID和ZigBee技术的智能停车引导及车位管理系统设计[J]. 山东交通学院学报， 2014， 22（1）： 15-16.

[4] 马静， 李宁. RFID 技术在智能引导停车场管理系统中的应用[J]. 科技信息， 2013（36）： 266.

[5] 邱坤林. 智能车位引导系统研究[D]. 长春： 吉林大学， 2014.

[6] 王霖. 移动停车车位管理系统的分析与设计[D]. 昆明： 云南大学， 2013.

[7] 王石磊. Java Web开发技术详解[M]. 北京： 清华大学出版社， 2014.

[8] 谢星星， 刘小松， 王坚宁. UML统一建模教程与实验指导[M]. 北京： 清华大学出版社， 2013.

[9] 侯振云， 肖进.MySQL5数据库入门与提高[M]. 北京： 清华大学出版社， 2015.