智能停车引导及NFC支付系统的设计与分析

吴惠惠

(四川大学计算机学院，四川成都 610207)

随着我国城镇居民私家车拥有量的迅速增加，截止2014年底私家车达1.05亿辆，与2013年相比增加了1 752万辆，增长19.89%［1］。与不断增长的私家车数量相比，有限的停车位无法解决停车的问题越来越突出。另一方面，在出入停车场时传统的收费方式是现金支付和IC卡支付。现金支付因为找赎通常会造成出入口的拥堵，IC卡支付需额外办理一张泊车卡，该卡非实名制且易丢失。

随着信息与通信技术的发展，移动互联网用户日益增多。截至2014年12月，中国手机网民规模达5.57亿，占上网人群的85.8%，较2013年底增加了5 672万人。2014年中国网民手机商务应用中手机网购、手机支付、手机银行等增长分别为63.5%，73.2%和69.2%，远超其他手机应用增长幅度［2］。

鉴于普遍存在的停车难问题，以及手机等移动终端的普及和手机支付的高可用性。本文提出了智能停车引导及NFC支付系统方案，其包含GPS或北斗定位后查找周边停车场信息，支持提前预约心仪的停车位，提供最佳路线的地图导航，在移动终端使用NFC支付方式直接支付停车费用，以及停车场周边商户推荐等功能。本方案具有查、订、导、停、荐、付等更加完善的功能特点，符合智慧城市的建设理念。

1 NFC技术

NFC(Near Field Communication)是近距离无线通讯技术，简称近场通信，其是一种短距高频的无线电技术，在13.56 MHz频率运行于10 cm距离内。其传输速度有 106 kbit·s－1、212 kbit·s－1或 424 kbit·s－1这3种［3］。目前近场通信的相关标准有 ECMA －340［3］和 ISO/IEC IS 18092［4］。

NFC技术具有较高的安全性与便捷性。硬件实现的加密和解密过程都在NFC的安全单元内部独立运算，使NFC的账务信息和交易记录完全独立于手机操作系统［5］。NFC技术与RFID、蓝牙、红外等通信技术相比，其使用一对一的近距离通信更具安全性，具有成本低、耗能低、建立连接时间短，是一种理想的面向消费的交易方式。

NFC技术使用面广，用户凭借NFC功能的移动终端可自由出行，如在日本、欧盟、美国等地广泛用作机场登机验证、大厦门禁钥匙、交通一卡通、购物信用卡、支付卡等。我国北京、厦门等城市从2013年开始陆续推出基于NFC的非接触式市政交通“一卡通”，该卡可用于购买车票和在某些商场购物等。小米、华为等国产品牌都推出了支持NFC功能的手机。这些基础设施的建立为用NFC支付停车费创造了有利条件。

2 系统设计与分析

智能停车引导及NFC支付系统是一套功能完善的智能停车方案。该方案包含的主要功能有:(1)移动终端使用GPS或北斗定位查找周边停车场的具体信息，如空余车位数、收费方式、收费价格等。(2)用户根据所获取的信息选择最符合需求的停车位并提前预约。(3)系统根据用户预约的停车场，展示用户当前位置到预约停车场导航的电子地图和最佳路线。(4)用户到达停车场入口后，使用NFC技术的移动终端靠近停车场入口的NFC识别终端，用户的移动终端得到认证后进入停车场停车并开始计算停车时间。(5)系统根据用户停车的位置，提供周边商圈的餐饮娱乐商户，为用户提供参考。(6)用户取车离开停车场时，使用NFC的移动终端靠近停车场出口的NFC识别终端，根据停车时间快速自动收费。由这些基本功能展现的场景如图1所示。

2.1 用户对周围停车场的查询与预约

在用户的移动终端上，通过对用户当前位置使用GPS或北斗定位后，给出用户附近停车场的空闲停车位的实时信息。用户可根据所显示的信息提前预约所需的停车位，确保有车位可停。同时可根据用户所预约的停车场调用其移动设备端地图API来显示地图，使其更加方便快捷地找到预约停车场。

所有停车场的信息需要实时采集和更新并传输到停车场中央控制系统，中央控制系统接收数据后，根据各移动终端的数据请求，将所请求停车场的当前数据信息传输给对应数据接收系统的移动终端。根据信息采集系统、中央控制系统和数据接收系统，以及系统间的关系确保用户在查询和预约停车位时的准确性和及时性［6］。用户查询与预约服务时涉及到用户、移动终端、停车场、中央控制系统4部分的职能和相互间的联系。具体的用户查询与预约停车位流程如图2所示。

图2 用户查询与预约停车位流程图

2.2 使用NFC技术的认证与支付

在用户进出停车场使用支持NFC功能移动终端的过程中，将移动终端作为被读模式。用户进入停车场时，将移动设备靠近停车场的NFC识别终端时，用户的移动终端则自动作为应答器来响应设备的识别，并以此进行身份识别和认证并开始计时。用户出停车场时，被识别用户的移动终端将作为NFC电子钱包［7］进行停车费的支付。使用NFC支付的过程需4个步骤:发起请求、验证信息、判断余额、完成支付［8］。NFC支付停车费流程如图3所示。

图3 使用NFC支付流程图

2.3 信息推荐功能

用户在停车场停车后，系统可根据用户所在停车场的地理位置，将停车场附近且与该系统提供商合作或有用户支付记录的餐饮娱乐企业或商家团购等优惠信息推荐给用户。既给用户提供了实用信息又方便了用户的消费。每个商户都配备NFC识别终端，用户无需带钱包出门仅使用NFC功能的移动设备在各个商户中便可进行消费。商业消费与停车消费的不同之处在于停车消费是用户发起付费请求，而商业消费是由NFC支付终端发起付费请求，其后续流程与图3相同。对车主用户的个性化推荐系统分为4个层次:数据收集、用户建模、推荐算法、推荐输出［9］。关于用户所在的停车场周边商户信息推荐功能模型如图4所示。

2.4 方案分析

图4 信息推荐模型

目前国内外针对停车问题的研究及解决方案有软件系统或设计方案两类。如美国Streetline公司开发了一套帮助查找停车场信息的应用软件“Parker”［10］，深圳市前海硕极科技有限公司研发的出行导航类手机应用产品“停车百事通”［11］。文献［12］提出的基于NFC和GPS的停车引导信息系统包括查找、定位和智能出入停车场。文献［13］使用RFID卡在进入停车场时进行身份识别，但不支持停车费支付功能。本文方案与这4种具有一定代表性的软件或方案进行对比，其结果如表1所示。

表1 各方案间的功能对比

由表1可知，本方案的特点有:(1)不仅可支持GPS定位还支持我国自主研发的北斗定位系统，这种改进更加符合我国国情。(2)预约功能确保车主到达停车场后一定有车位可停，从而减少因找停车场与停车位所带来的时间浪费，人性化好。(3)周边商户推荐功能是一种个性化的定制，方便用户的同时还促进了消费。(4)NFC技术除了包含身份认证与识别功能，还拥有RFID无法替代的支付功能，且NFC是近场通讯，安全性强、效率高。(5)本方案功能齐全，整体较为完善。

3 结束语

智能停车引导及NFC支付系统有效解决了停车难的问题，查找与预约功能使用户找车位更加方便、高效，缓解了城市交通的拥堵状况，使人们的生活更加方便快捷。该系统对于NFC技术有很大的推动作用，让这种便捷和安全性较高的技术得以更好地应用，也推动了NFC支付这一支付模式在我国的使用与推广。与此同时，智能停车系统的推广与使用也促进了智慧城市的建设，符合现代科技与智能化发展的趋势。下一步将重点关注该方案的实现过程，以及如何提高NFC支付的安全性和人机界面的友好性等。

［1］ 李开国．特大城市机动车增长与分布特征研究［J］．交通与运输:学术版，2013(2):1 －4．

［2］ 中国互联网络信息中心．中国互联网络发展状况统计报告［M］．北京:中国互联网络信息中心，2015．

［3］ ECMA．ECMA －340 near field communication interface and protocol(NFCIP －1)［S］．Geneva:ECMA International，2013．

［4］ ISO/IEC．ISO/IEC 18092:2013 information technology－telecommunications and information exchange between systems－near field communication－ －interface and protocol(NFCIP －1)［S］．Geneva:ISO/IEC，2013．

［5］ 刘岸．NFC大战二维码:安全便捷何时可兼得［J］．中国战略新兴产业，2015(2):74－76．

［6］ 马静，傅妍芳，范会敏．RFID在综合化城市停车场信息管理系统中的应用［J］．软件工程师，2015，18(1):5，11．

［7］ 栾博．基于NFC的电子钱包的设计与实现［D］．北京:北京邮电大学，2014．

［8］ 储波．基于NFC技术的高校管理系统的设计及安全性研究［D］．上海:华东理工大学，2014．

［9］ 单明．基于个性化推荐的电子商务推荐系统的设计与实现［D］．长春:吉林大学，2014．

［10］ Streetline．Parker［EB/OL］．(2015 －01 －20)［2015 －02 －28］http://www．theparkerapp．com．

［11］深圳市前海硕极科技有限公司．停车百事通［S］．(2013－10 －15)［2015－02－28］http://www．soargift．com．

［12］ Nitin K Bhat，Shamyak Moorthy，Siddharth Krishna Sinha，et al．A proposed model for parking guidance and information system using near field communication and global positioning system［J］．International Journal of Recent Advances in Engineering ＆ Technology，2014，2(1):24 －27．

［13］赵利芳．智能停车场管理系统的设计［J］．信息通信，2015(1):88－89．