基于图像识别的停车位管理系统

青岛经济技术开发区第一中学 郭睿海

基于图像识别的停车位管理系统

青岛经济技术开发区第一中学 郭睿海

本文针对商场、体育场馆等大型露天停车场车位信息不透明，导致车主寻找车位困难的问题，提出了一种低成本、易施工、利于维护的基于图像识别引导停车的车位管理系统，首先在停车场周围大型建筑物上配置摄像头拍摄清晰图像，并配合地面停车位印制字符，通过对字符的识别实现车位状态信息低成本获取，并构建了车位信息获取、主控单元、信息共享显示以及WIFI通信网络的初步系统架构，并提出了使用不同的颜色显示车位概率的办法，方便车主停车。

图像识别；车位管理；车位概率；引导停车

1 项目需求

以车代步扩展了人们的生活半径，提高了人们的生活品质，汽车成为越来越多家庭的必需品。据不完全统计，截至2015年6月，全国机动车保有量为2.71 亿辆（汽车1.63亿量）[1]。然而，当我们享受汽车带来的便利的同时，也要面对停车难的尴尬困境。寻找到停车位往往成为用车出行的瓶颈，车主们不知道停车区域内剩余多少空位，以及空位的位置，使得车主在停车区域内寻找停车位的时间增长，占用道路造成堵塞，更不利于车位的发现。因此急需要设计一个停车位的引导管理系统，将停车位信息管理起来，提高空间的有效利用率，提高车辆及时停放的效率，从而提高能源利用率。

2 相关产品现状

目前关于停车位管理系统的产品有很多，在停车位的识别中采取了多种办法，主要有这几类：1.电动车位锁进行车位管理，通过安装在车位上的电动车位锁进行空车位的管理和计费；2.利用超声测距技术检测车辆是否在停车位上，探测器由上而下发出超声波，分析汽车或地面的反射波，精确测量出反射面到探测器的距离，由此探测出每个车位的停车情况；3.基于车辆对地磁的干扰进行空车位的识别，在地面安装无线地磁探测器，通过接收汽车对地磁场的干扰，从而判断停车位是否有车[2]；4.车牌识别探测就是由每个车位前安置的摄像头进行图像采集，通过车牌识别技术对获得的图像数据进行计算，获得车位上停靠的车牌号，并确定车位状态。以上这些方法解决了空车位的识别、管理，并形成了一些市场产品，但这些方法都需要对停车场现场进行改造，现场施工难度大；配置成本随着车位的增加而成比例增加，成本控制难；对于国内大多数室外停车场受安装条件限制超声探测方法不实用，而光学探测和地磁探测则由于车辆对地面设备的碾压带来的维修成本居高不下。急需要可靠、低成本的车位识别方法。

现在商场、酒店、体育场馆等场地围绕核心建筑配置了大型露天停车场，这些停车场多数都配置了基于车牌识别的停车计费系统，但针对停车场内空位统计，引导用户快速停车的系统还没有成熟产品，本论文将实现一款低成本、易施工、利于维护的基于图像识别引导停车的车位管理系统。

3 设计方案

3.1 总体方案

针对露天停车场的停车引导系统主要包括控制单元、车位信息采集单元、数据共享和显示单元、信息传输网络组成。控制单元是整个车库管理系统的中枢部分，采用高性能、高稳定性的工业计算机作为管理计算机，完成车位信息的分析、统计、整理，为相关停车指导服务提供数据和信息支持。车位信息采集单元是整个车库信息管理系统的基础，本项目采用摄像技术对车位状态进行识别和信息获取。数据共享显示单元是将车库内停车位信息通过多种方式传递给用户，可以在车库入口电子屏显示，提示用户；还可以通过互联网APP共享，为附近行驶的车辆提供停车信息。信息传输网络是主控单元与车位信息采集单元、数据共享和显示单元进行信息交换的可靠网络，系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

3.2 控制单元

控制单元是控制中枢，设计采用高性能、高稳定性的工业计算机作为管理计算机，工业控制计算机是一种加固的增强型个人计算机，对数据的安全性有更好的保障，通常进行了计算机的加固、防尘、防潮、防腐、防电磁兼容等处理，如图2所示。在选型中考虑以下因素: 低成本，在成品工业控制计算机中进行选择；从性能、储存容量、扩充接口、通信接口、配置外设、提供的操作系统等方面进行选型；工作环境及特殊要求，0度到40度工作，满足电磁兼容等方面的要求；厂家选择有影响力的厂家，典型的有研祥、研华、浪潮等，便于后期维护和配置方面的升级。如果本系统兼顾视频监控要求，还需要配置磁盘阵列，对一定时间内的图像数据进行存储，主控计算机还需完成图像的压缩，以减少存储空间。

图2 工业控制计算机

3.3 车位信息采集单元

本文提出了基于高清摄像和图像识别技术实现室外停车场低成本车位信息采集。高清摄像技术快速发展，摄像头是影像捕捉功能中的核心电子器件，其外型封装的越来越小巧，功能却越来越强大，像素越来越高，目前可选择的100万到1000万像素的摄像头产品非常多，这使得较低成本能够获取到更高分辨率的图像，为本项目提供了技术基础。

数字图像识别作为一门独立的学科，近年来随着人工智能技术的发展，图像识别技术得到快速发展，利用计算机以图像数据为基础自动完成各种信息的处理功能日趋成熟，也形成了像名片识别管理等具有复杂功能的图像识别产品，为本项目通过图像进行车位识别提供了技术支撑。

摄像头在选型中综合考虑以下要素，室外工作环镜，零下20度到50度；像素和清晰度，不低于100万像素；内置WEB，具备网络监控和管理功能，方便将图像资料存在远程的硬盘上；内置操作系统，使用远端的工业控制计算机能方便实现多路监控，从而不增加成本而实现多路多车位的管理识别；能实现远程管理，例如录像设置、云台控制、报警管理等功能。

安装摄像头选择在露天停车场附近的商城、体育场、饭店等大型建筑物上，一方面方便解决摄像头的供电问题；另一方面解决摄像头视角和管理问题，在高处获得更大的视角；第三也可以实现停车场的安防监控。为便于车位状态的准确识别，在停车场内对停车位进行白色荧光划线，并对停车位进行字符和数字（0-9）编号，并将编号涂覆在停车位内，能对字符进行完整识别，该车位为空。过两位字符进行组合，便于图像识别和停车状态获取，并在有限位数内实现最大240个车位的管理，通过摄像头的区分，可以扩展到更多的车位管理，摄像头和车位处理示意图如图3所示。

图3 摄像头和车位处理示意图

3.4 数据共享和显示单元

本文设计在停车场入口即停车场道闸，或商城外墙大屏幕显示，对停车信息进行发布，为用户提供空车位数量剩余信息，停车空位的位置，这样用户驶入车库时，和在停车场行进中，可以获知当前空车位分布状况，供用户灵活选择自己的停车位。并可以由主控计算机，通过互联网将停车位的空位数量信息发布给公共交通的指示信息牌，进行信息共享。

为避免用户进入时还剩少量车位，但由于前面有已驶入车辆将会占用车位，而导致车位信息延时带来的误判尴尬。需要和已有的车辆管理系统进行对接，对刚进入停车场在道路上行驶的车辆，即进入停车场的待停车辆进行统计，对待停车位根据车辆进入远近进行甄别预判，并设计使用不同的颜色定义车位概率，绿色表示可以停放，对于处于车辆前进路线近段停车位，虽然尚未被停靠，但被停靠概率大，则用蓝色表示，白色为已经占用车位，通过颜色区分，方便用户直观判断。例如停车场尚有A2、A7、B5、B2、C0、C6、C9七个空余车位，有四个车辆已经进入车场，但尚未到达车位，根据沿路就近原则，对可能被停的A2、A7、B5、C6按图像概率显示为蓝色，图像概率导引示意例图如图4所示。

图4 图像概率导引示意图

3.5 信息传输网络

信息传输网络是解决主控单元与车位信息采集单元、数据共享和显示单元进行信息交换的可靠网络，在商场、酒店等有条件的场所，首先推荐采用有线传输方式，传输可靠，不受环境限制，可以采用同轴、网线、光纤等多种形式，目前网线传输距离可以达到百米，通过光纤传输距离可以达到几千米以上。

在不能布线或不好布线施工的情况下，可以使用无线通信方式，就是通过电磁波作为载波的方式，建立无线视频传输和数据通信网络，常见的无线通信方式和网络主要包括：蓝牙、ZigBee、2G3G4G、Wi-Fi等接口[3]。四种无线通信方式对比如表1所示。蓝牙具有统一的实施规范，兼容性好，抗干扰能力强，实现了设备间在无线状态下数据通信功能，缺点是网络所包含的节点数目有限，作用距离较近，通信速率较慢1Mbps/s，一般用于通信控制，但不适合数据量较大的视频传输。ZigBee技术基于IEEE802.15.4的通信标准，工作在2.4GHz频段，具有较远的传输距离75米，成本低、网络结点数目可达65536个，但传输速率低424kbps/s，也难以支撑视频传输。2G3G4G网络是利用移动通信的网络进行通信，其中目前最快的4G的传输速率理论上达到100Mbps/s，而且不受作用距离限制，缺点是对于网络使用是有偿的，运营中需要不断传输数据，产生成本和费用。Wi-Fi技术数据传输速度快11Mbps/s，通信距离达到100米，用户可以构建自己的Wi-Fi网络，组网成本低，可靠性高，因此无线传输推荐使用Wi-Fi通信方式。

表1 四种无线通信方式对比一览表

3.6 系统的基本组成

综上所述，要想构建一个最小的基于视频图像识别的车位管理系统最小配置如表2所示。

表2 基于视频图像识别的车位管理系统配置表

4 结束语

在当前城市机动车的迅猛增加的形势下，在现有停车管理系统基础上，建设基于图像识别的停车引导系统，可以方便市民停车，减少寻找车位的时间，提高停车效率，降低道路占用率，节约能源，改善市民出行环境，提升开车人的幸福指数，从而为推进智慧城市添砖加瓦。

[1]孙巍巍,曾文,吕涛．基于视频识别的城市智慧停车管理模式—城市智能停车管理、交通管理与互联网出行服务综合解决方案[C]．第十一届中国智能交通年会大会,2016．

[2]叶俊谦．智能化停车场车位监测管理系统[D]．中山大学,2007．

[3]尚兆功．基于视频识别技术的智能车库管理系统[D]．山东建筑大学,2016．

郭睿海（2000—），男，青岛经济技术开发区第一中学学生，长期对电子科学感兴趣，并开展研究。