基于手机应用的智能停车诱导和缴费系统设计

罗梓铭+马飞虎

摘 要： 传统地下停车场停车效率低的主要表现为：进入停车场时难以寻找空车位，取车时难以准确找到车主停车的位置，在停车场内盲目行驶导致拥堵，以及排队缴费浪费时间等。针对此类问题，采用与手机应用相结合的WIFI室内定位技术进行停车诱导，利用RFID技术对车流量进行检测并通过地磁传感器采集车辆信息来改善地下停车场系统；设置分道式缴费站，使用智能手机缴费方式来提高缴费效率，进而构建智能化停车场。

关键词： 智能化停车场； 停车诱导； WIFI室内定位技术； 智能手机； 分道式缴费站

中图分类号：U12 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）07-17-04

Design of intelligent parking guidance and payment system

based on mobile phone application

Luo Ziming， Ma Feihu

（School of Civil Engineering and Architecture， East China Jiaotong University， Nanchang， Jiangxi 330013， China）

Abstract： The low parking efficiency of traditional underground parking lot is mainly manifested as： it is difficult to find an empty parking space when enter the parking lot， and difficult to find the parking position when take the car， congestion caused by blind driving in the parking lot， and time wasted by queuing for payment at the toll station. To solve the problems， WIFI indoor positioning technology combined with mobile phone application is used for parking guidance； the RFID technology is used to detect the traffic flow and car information is collected by the geomagnetic field sensors to improve the underground parking system. Meanwhile， the uses of smart phone payment， as well as the separate lane toll station， are contributed to improve the payment efficiency and build the intelligent parking lot.

Key words： intelligent parking lot； parking guidance； WIFI indoor positioning technology； smart phones； separate lane toll station

0 引言

城市的发展迅速和人们生活水平的提高，使汽车成为日常出行的必要交通工具。私家车数量不断增多，停车难得问题日益突出。很多城市为缓解停车难的问题，在路边布设临时停车位，由于城市的土地资源有限，这种占用道路用来停车的方式已逐渐影响到城市交通的流通性。不斷地在外部开设停车位，会占用到大量的道路空间，导致交通陷入一种紊乱拥堵的状态。这种占用地面停车位的方法不仅给交通和道路带来不便，还会严重影响到城市的美观[1]。因此，建设地下停车场就成为现在最主要的解决方法。

传统的地下停车场，寻找空车位和停车场缴费存在效率低的问题，严重制约了停车场的运行。本文探讨将手机应用与智能停车场相结合，通过选取可行性高的室内定位技术来改善传统停车场，提出一种新型的诱导停车、取车和智能缴费系统，并在岗亭出入口设计分道式缴费站，以解决传统缴费浪费的时间问题，提出智能化地下停车场的完善方式。

1 主流室内定位技术的选取与应用

随着智能时代的来临，室内定位技术在智能交通（Intelligent Transportation Systems，ITS）中的运用也十分显著。当前主流的室内定位技术有[2-3]：辅助全球定位技术（Assistant-GPS，A-GPS），红外线定位，超声波定位，蓝牙定位，射频识别定位（RFID），基站定位，WIFI室内定位，超宽带定位，ZigBee室内定位。在地下停车场的室内定位设置中，对三种可行性较高的室内定位技术（红外线室内定位技术，WIFI室内定位技术，ZigBee室内定位技术）进行选取。

表1 三种不同室内定位技术的对比

[室内定位技术＼&费用＼&精度＼&属性＼&红外线室内定位＼&高＼&5-10米＼&通过光学传感器接收到的红外线进行定位，但仅能视距传播，无法穿越障碍物。只适合于短距离传播，且各处安装接受天线造价较高。＼&WIFI室内定位＼&低＼&2-50米＼&已被广泛应用，易于安装，需要基站少。定位精度高，成本低，信号范围大，适用性很强。＼&ZigBee室内定位＼&低＼&1-2米＼&是一种低成本，低功耗，短距离的定位技术。但其容易受到环境的干扰影响，稳定性较差。＼&]

通过对比上述的三种室内定位技术，考虑到地下停车场规模大，结构复杂，且车位利用率高。WIFI室内定位技术具有定位精度高、成本低、信号范围大等优势[4]。GPS通过周边AP信号的MAC地址去查询不同AP的坐标（每一个AP坐标都有其特定的MAC地址且MAC地址在全球是惟一的），WIFI室内定位通过接受信号并参考数据库终端的AP坐标（通过GPS设备定位出相应的AP坐标）来进行计算，根据信号的强度计算出所在的位置，当智能手机等设备开启WIFI后，可以自动扫描附近的热点，同时上传它们的位置信息。对停车场进行AP节点和WIFI信号的全方位布设，通过将采集和传输的实时数据进行分析处理，建立相应数据库，用于诱导用户的停车取车和车辆定位。当出现车辆偷窃或毁坏等突发事件时，利用WIFI定位可以第一时间锁定该车辆的位置，同时在停车场播放警告提示音，通过摄像头及时调出该位置的实时监控，让相关人员能够在最短时间内处理此类事件。因此，选取WIFI室内定位技术来完善地下停车场。

2 智能停车场系统设计

通过将基于WIFI室内定位技术应用在地下停车场内，与智能手机APP相结合，提出一种新型的智能停车诱导系统，这种智能停车诱导系统能够有效提升用户在地下停车场的停车效率，解决传统停车模式所带来的各类问题。

2.1 车流量检测

对于停车场的车流量进行检测统计，采用RFID（射频识别）技术[5]。RFID具有远距离，长时间，高速度的特点，在地下停车场进出口的墙面或支架处布设RFID讀写器。每一辆车都有其特定的车载标签，RFID读写器通过天线发射出一定频率的射频信号，当车辆进出停车场内RFID读写器的范围，读写器自动读取车载标签的ID信息同时接受射频信号并解码。再将解码后的数据通过通信网络发送至系统终端，与数据库相连接进行相关数据处理，从而检验出停车场内的进出车流量情况和车辆进出停车场的时间，得到停车场内已停靠车辆数目和空闲车位数目。在停车场的入口显眼处安装LED外显屏，后台系统通过接受其RFID检测到的实时数据，把该地下停车场内所剩空闲车位的数目显示在LED外显屏上。便于车主在驶入停车场之前进行判断，避免遇到进入停车场后却无处停车的情况[6]。

2.2 车位检测

停车场内车位状态检测传感器选用地磁传感器。地磁传感器尺寸小，安装和维修方便，不易受环境的影响且具有高检测灵敏度[7]。车辆停靠时会引起磁场变化，车位处地磁传感器的芯片通过探测磁场的变化，输出弱电信号。信号调节电路对弱电信号进行放大、比较，输出电平信号（车位上有车辆为高电平，无车辆则为低电平）。电平信号与TTL电平兼容，通过无线通信网络将车位信息传输给系统终端并存储至数据库中，在车位状态发生变化时更新数据。

2.3 智能停车诱导方式

该系统的整体框架是将智能手机APP与停车场系统终端相结合。由于WIFI无线网络在地下停车场的布设范围广，信号强。因此在停车场各处安置AP节点，对车位位置的指纹信息进行收集更新，和WIFI相连接的AP节点接收停车场内部的车辆和车位变化信息，并将其传输至系统终端，进行相应的算法运算，通过将所收集到的数据进行处理和分析，用WIFI室内定位技术对停车路线进行最优路径筛选，由通信网络传输到智能手机APP上。当手机接收到系统终端传来的数据时，进行精确定位并规划出停车路径，并诱导车辆停入空车位。当车辆停靠完毕，AP节点和地磁传感器再次进行数据收集并传输，此时系统终端就可以更新停车场实时的车位信息[8-9]。停车场信息传输系统框架如图1所示。

将室内定位技术运用在地下停车场，车辆进入停车场时应用智能手机APP进行停车诱导定位，找到可以停靠车辆的空车位。在手机设备上，能够获取包含整个停车场实时信息数据的电子地图，并根据停车情况，在停车场地图上显示该时刻的车位状态（采用红-绿区分法来表示手机电子地图上的车位状态，红色为车位已被使用，绿色为空车位）。另外，智能手机上提供两种车位选取方式，一种是自选车位，另一种是机选车位。使用自选车位方式时，需输入绿色车位编号进行车辆诱导定位，找寻空车位的过程中，通过手机与室内定位终端的连接，使用手机语音播报的方式，从进入停车场的入口指挥车主按照最适路径向目标车位的方向行驶到达该车位。使用机选车位的方式时，系统会筛选最优方式，自动导航车主到达最适空车位。

智能停车诱导流程图如图2所示。

2.4 智能寻车功能

智能寻车功能是基于WIFI室内定位技术在智能手机上的应用，通过车位处地磁传感器所传输给系统终端的信息数据，车主能够在智能手机APP上得到自己停靠的车位编号信息，同时打开停车场电子地图，系统会根据车主所在位置和所需寻找的车辆位置进行定位，并在电子地图上显示出一条两者之间的最适路径，车主可以根据电子地图所显示的路径寻车。这种智能手机寻车功能大大提高了车主的寻车效率。

3 智能手机缴费系统

智能手机缴费系统是一种将智能手机与停车缴费系统相结合的应用，其方式是通过所采集的停车场车辆信息数据，计算出停车所需缴费的金额。当车辆进入车位，该处地磁传感器能够自动感应车辆的停靠，并采用定位AP节点和无线WIFI定位方式，通过网络信号上传至系统终端。当车辆离开其车位，地磁传感器再次读取数据进行传输，并自动停止计费。车主也可以使用智能手机应用随时查询停车的收费情况，并使用手机缴费快捷的缴纳停车费，同时也节约了在驶出停车场时岗亭缴费的时间。使用手机进行缴费后，车主需在半小时内将车辆驶离车位，此期间不会产生额外的停车费用。这种新型缴费方式的提出，把智能化手机缴费形式推向用户，尤其当车流量处于高峰期，岗亭缴费时经常因为管理员找零钱慢或车主自身原因而导致时间拖延，产生排队堵车等现象，使后方车辆无法及时出行。这种智能手机缴费方式能够有效提升车主驶出停车场的效率，节约岗站缴费所花费的时间。

4 分道式缴费站设计

结合上述的智能手机缴费系统，提出一种分道式岗亭缴费方法：在出入室内停车场的岗亭处，划分为三条道路，分别是入口，手动缴费出口，智能缴费出口。车主通过智能手机APP缴费后，可在行驶出停车场时走智能缴费出口，无需进行缴费直接驶出停车场即可，避免高峰期排队缴费的麻烦。在智能缴费出口处安设车牌识别系统和摄像机，可以过识别车牌来连接系统终端，查询车辆是否在行驶出停车场前进行缴费，若未缴费就驶出停车场，则会想起提示警告声，并对其车辆进行拍照，依法追加该车辆的停车费用以及罚款金额。分道式的岗亭缴费方式是对传统岗亭缴费方式的改进，把车辆驶出停车场的道路分成两处，避免了高峰期排队等车缴费所浪费的时间问题，同时也减少了车辆在岗亭缴费处因频繁加、减速及怠速所造成的过度耗油和尾气排放等问题。图4所示为分道式缴费站结构设计图。

控制中心：岗亭人员通过运用控制管理系统，对离场车辆进行收费，找零和打印收费小票。通过停车场出入口处摄像机的图像抓拍和地感线圈所采集的信息，在岗亭内的计算机中能够显示进出车辆的相关数据，并存储在数据库中，便于数据提取和查证。

摄像机：具有图像抓拍和车辆动态摄像功能。在车辆进出时进行抓拍并上传图片至控制中心。

LED外显屏：通过RFID技术所采集的车流量数据进行分析处理，在LED外显屏上显示出该停车场所剩余的空车位，方便车主停车。

自动道闸：通过调节自动道闸的升降，用于拦截和放行车辆的进出。

地感线圈：主要作用于防丢卡和压地感读卡，可辨别行驶车辆的方向。当有车在地感线圈处时，自动道闸不会落杆，防止砸车，待车辆通过且后方无车辆接触地感线圈时自动落杆。

手动缴费出口：车辆可以在此出口处进行岗站的手动缴费。

智能缴费出口：当车主通过智能手机缴费完毕后，直接行使此出口，无需停车等待和缴费即可离开停车场。

5 结束语

当前智能手机应用和ITS的结合已经成为热门的研究。为解决传统停车场的停车效率低等问题，本文采用了一系列方式來提升停车效率，构建智能化停车场。所得结论有四点。

⑴ 采用了WIFI室内定位技术来定位停车场中的车辆，并与智能手机APP连接进行车位诱导，解决车主因停车场的复杂环境而无法准确搜寻到空车位的情况，还可通过其手机应用来进行反向寻车。

⑵ 根据安设的RFID读写器对车流量进行检测，得到进出停车场的实时车流量数据，并将剩余空车位数显示在停车场入口处的LED显示屏上，便于车主在进入停车场前了解到内部车位剩余情况。

⑶ 采用地磁传感器来对车位状态进行检测，将其信息数据传到系统终端，同时存储在数据库中，该数据可用于分析和必要时被提取。

⑷ 智能手机缴费系统的提出和分道式缴费站的结构设计，节约了高峰期排队缴费的时间，提高了车辆驶出停车场的效率。

下一步，我们还将对WIFI基站的部署位置，停车诱导路径的最优算法，手机导航APP的开发与分道式缴费站的实际构建展开研究，实现快速停车和便捷缴费的智能化停车场。

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