基于分布式架构的智慧停车管理服务系统

王彬

摘 要：随着图像处理技术的进步，车牌识别技术得到了很大的发展，在停车场管理系统中，通过在停车场的出入口加装车牌识别器，就可以实现自动识别车辆，记录车辆的出入信息，从而出入口免取卡的理念引入了到了停车场。但随着停车场服务的纵向发展，仅仅实现停车场系统的免取卡已经无法满足市场需求。具备快速开发、快速部署、便捷实用、贴合市场等能力，立足于解决需求问题的视角实现产品。

关键词：停车管理系统；分布式；关键技术

中图分类号：U492 文献标识码：A

1.现有停车管理系统的新特点

随着停车与其他行业应用的黏性需求越来越高、停车场管理方对自身管理的要求不断演进，市场对停车场系统产品的要求也越来越高、需求也越来越丰富；需要面对从大型商业设施到医院，从住宅小区到政府公共停车场各种业态的停车场；需要针对不同的业态进行二次开发和个性化定制；需要建立基于城市级的停车平台，对城市级停车进行管理和信息发布；需要对移动停车需求进行服务；这样对于新的智慧停车系统会表现出以下4个方面的特点：

（1）停车场实现联网共享数据，打破信息孤岛，建设智慧停车物联网平台，实现停车诱导、车位预定、电子自助付费、快速出入等功能。

（2）停车诱导、车位引导和反向寻车系统会快速普及，目前在建的停车场越来越大，动辄几千个车位以上，这样大的停车场如果没有引导和寻车系统而靠人员疏导的话，对管理人员和客户都是一个灾难。

（3）无人化服务将逐渐普及，随着我国的劳动力成本快速上升，过去靠人海战术管理停车场的方法越来越不行了，参照国外的发展经验，停车场的自动化程度将越来越高，管理人员逐渐减少，直至实现无人化服务。

（4）手机实现车位预定、支付、寻车等功能，智能手机和移动互联网这两年快速普及，移动互联网用户已经超过了固定互联网用户，利用手机订餐、购买电影票、下载优惠券、交友等已经普及，所以停车场中的这些应用将快速普及。

智慧停车场管理系统是利用物联网和分布式计算技术，管理位于不同位置的停车场，并将分散的数据进行集中，将各个独立的停车场系统整合起来。还可以将原有停车场内各个割裂的子系统进行有效地整合，比如收费管理、寻车诱导、灯光节能系统，这样可以让整个停车场系统更有效地发挥整体作用。结合用户的新的需求，增加了车位管理系统，可以实现对每个车位的精确管理，包括车位锁的开关控制、车位的视頻或图片监控、车位信息的发布等。最终为企业实现停车场的远程在线管理和城市停车信息服务；为政府实现辖区停车场信息联网，进而实现跨部门夸区域的联网联控和信息共享。在节约运营成本的同时，提高管理效率，增加车场收益，提高对车主的停车服务。

2.系统的实现及架构

整个系统包括4个主要的服务，分别是收费与后台管理服务、通行管理服务、诱导寻车服务、车位管理服务。整个架构在设计时，基于服务之间松耦合的原则独立设计，为了保证系统运行的可靠性和稳定性，引用相对成熟的开源软件技术，主要包括可靠性网络传输技术（ZeroMQ），轻量级后台web框架Tornado技术，容器化软件部署与维护Docker技术，后台高可用性负载均衡和web缓存技术，以及高可靠性PostgreSQL数据库技术。系统构成如图1所示。

2.1 收费与后台管理服务

收费与后台管理服务的功能主要由车辆基础信息管理与维护功能模块、车道收费与车道控制模块、停车场设备监控与维护模块、停车场站级业务办理模块、停车场基础信息维护模块、停车信息系统数据上传模块构成。收费与后台管理服务的架构设计流程所示。

收费与后台管理服务：

车道控制器→消息中间件→服务器后端服务系统（均衡与缓存；WEB服务；通信服务；业务管理；同行管理；数据库系统）→浏览器前端用户界面系统（收费管理；数据统计及报表显示；系统管理；票证信息管理；车辆管理；车道配置管理）→用户请求/服务器应答（http）→浏览器。

2.2 寻车诱导服务

寻车诱导服务可分别应用于单片区、跨片区两种应用场景，整个系统主要由3部分组成：位于感知前端（摄像头、超声波探头等）、控制器和服务后台。

2.3 车位管理系统

为了便于对停车场的车位实现精细化管理，引入车位锁管理、车位视频管理等功能，为平台的错时停车功能实现底层的支撑。整个车位管理系统主要由3部分组成：位于前端的车位锁、车位锁控制网关和车位锁、车位管理后台。

2.4 嵌入式车道控制系统

嵌入式车道控制的车道控制器采用嵌入式Linux系统，主要功能是完成停车场出/入口车道的数据采集与上传，上传通行记录，接收通行决策指令，实现对车道的控制。软件主要模块由车辆身份识别模块、进出场管理和车道控制模块、车道状态采集模块、抓拍车辆图片并上传模块、存储本地日志和上传通行记录模块、存储车辆信息和车辆抓拍图片模块构成。

3.关键技术分析

3.1 车道控制器高可靠性网络传输ZeroMQ技术

ZeroMQ新一层的网络堆栈，轻量级，socket风格的接口，支持多种消息传送模式，如：P2P，订阅发布模式以及请求-响应模式等等，支持多种底层协议，支持多种平台和CPU架构。利用ZeroMQ解决车道控制器与站级之间的网络通信的可靠性问题。作为消息处理的中间件，还可以用在进程间的通信、站级与站级间通信等不同的场合。不需要安装和运行一个消息服务器，只需要简单的引用ZeroMQ程序库，然后就可以在应用程序之间发送消息，部署是非常简单的。

3.2 轻量级后台web框架Tornado技术

Tornado是一款使用Python编写的，相对简单的非阻塞式Web服务器。Tornado和现在的主流Web服务器框架（包括大多数Python的框架）有着明显的区别：它是非阻塞式服务器，而且速度相当快。得利于其非阻塞的方式和对epoll的运用，Tornado每秒可以处理数以千计的连接，因此Tornado是实时Web服务的一个理想框架，用来实现收费和后台管理系统、寻车后台和车位管理后台等服务器后端框架。

3.3 容器化软件部署与维护Docker技术

本项目中，采用基于容器Docker技术进行软件系统部署和运维。Docker是一个软件系统，实现了一种称为“集装箱”的概念。Docker是一个功能强大的自动化分布式系统：大规模的Web部署、数据库集群、持续部署系统、私有PaaS、面向服务的体系结构等。Docker是一种增加了高级API的LinuX Container（LXC）技术，提供了能够独立运行Unix进程的轻量级虚拟化解决方案。它提供了一种在安全、可重复的环境中自动部署软件的方式。

作为一种新兴的虚拟化方式，Docker 跟传统的虚拟化方式相比具有众多的优势，更快速的交署、更高效的虚拟化、更轻松的迁移和扩展、更简单的管理。

Docker 容器的启动可以在秒级实现，这相比传统的虚拟机方式要快得多；对系统资源的利用率很高，一台主机上可以同时运行數千个Docker 容器，容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，使得应用的性能很高，同时系统的开销尽量小。

3.4 高可靠性PostgreSQL数据库技术

本项目中，数据库采用PostgreSQL作为服务器后端的持久化存储。PostgreSQL在安全性、稳定性、可靠性和可用性方面拥有极佳的企业级别数据库特性。在开启归档以及基础备份的前提下，可以将数据库恢复到过去任意时间点，配合集群切换软件可以实现高可用。

结语

随着停车场出入口免取卡理念的普及，越来越多的停车场厂家踏足免取卡识别领域，而前端的技术实现方式就目前市场情况而言可谓大同小异，多元化、人性化的功能设计，搭配轻量级的后台管理系统架构将成为最大竞争力。

由于我国的劳动力成本快速上升，过去靠人海战术管理停车场的方法越来越不行了，参照国外的发展经验，停车场的自动化程度将越来越高，管理人员逐渐减少，直至实现无人化服务。

参考文献

[1]付辉.智慧城市建设从智慧停车开始[J].海峡科技与产业，2014（7）：86-90.

[2]梁斌.“互联网+停车”兴起[J].计算机与网络，2016（10）：56-59.

[3]张益，杨桦，索彦彦.城市智能停车联网平台[J].现代电子技术，2015（13）：156-159.