基于GPS 和图像识别技术的城市车位引导系统研究

魏晓鹏 陈伟利

（吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林 长春130118）

1 概述

随着人民物质生活水平提高，几乎大部分家庭至少有一辆甚至几辆汽车。由于汽车保有量的快速增长，车位缺乏的问题也日益显著，虽然政府兴建了停车场，但由于车辆基数太大，“停车难”的问题一直没有得到有效的解决。许多非公共停车场还出现了乱停放的现象。除此之外，司机在道路上边开车边找路边停车位，容易导致交通堵塞问题，严重的还可能引发交通事故。有车位却找不到，停车效率低，这类问题需要用现代先进的科学技术来更好地解决。

基于GPS 和图像识别技术的城市车位引导系统可以很好的解决这类问题。利用GPS 导航卫星实时拍摄的道路图像，将其中空停车位与驾驶员的GPS 位置信息导航，实现就近停车的目的。一方面提高了停车的效率，同时也减少了汽车在路上寻找车位的路程和时间，缓解了交通压力，达到了节能减排效果。本文章主要阐述了车位引导系统的设计以及算法的设计。

2 系统总体设计

2.1 方案构思。本作品的研究思路是基于了解当前城市道路的“停车难”状况和市场上现有技术的不完善，以及考虑到这方面的欠缺，在原有技术的基础上，自主改进的一种新型的技术。在保持原有功能的同时，新增许多功能，完善许多缺点，方便了用户的使用，达到节能减排的目的。

2.2 整体设计。建立一套基于GPS 定位，查找周围1 千米内停车空位的系统应运而生，即“基于GPS 和图像识别技术的城市车位引导系统设计”。

2.3 运行流程。驾驶员用手机APP 发出停车请求的信号给服务器，服务器利用导航卫星实时拍摄的道路图像，将其中空停车位与驾驶员的GPS 位置信息导航，并将导航信息返回给驾驶员，如图1 所示。驾驶员根据导航提示信息找到最近空停车位，实现就近停车。

图1 车位引导系统功能图

3 详细设计

3.1 停车位状态检测。停车位存在判断算法利用了基于视频运动目标的检测来完成对停车位状态的粗略检测。对运动目标检测技术中帧间差分法和背景差分法的研究和比较表明，这两种方法的本质是减去两帧图像。作为启示，可以对运动图像中的两个连续帧进行差分运算，然后将差分和背景差分相结合，从而达到增加目标信息权重的目的。同时，可以减少静态背景的影响，获得更多的运动目标，且运动目标可以更好地从背景图像中分离出来。

3.2 算法设计。利用GPS 车位导航系统采用三种不同的检测算法.首先采用边缘检测算法，计算边缘像素的个数，停车位存在判断算法利用了基于视频运动目标的检测来完成对停车位状态的粗略检测。对运动目标检测技术中帧间差分法和背景差分法的研究和比较表明，这两种方法的本质是减去两帧图像。作为启示，可以对运动图像中的两个连续帧进行差分运算，然后将差分和背景差分相结合，从而达到增加目标信息权重的目的。同时，可以减少静态背景的影响，获得更多的运动目标，且运动目标可以更好地从背景图像中分离出来。本文所提出的联合特征检测方法实质上是同时结合三种不同的检测算法。首先，使用边缘检测算法来计算边缘像素的数量，并且在设置阈值之后，它进入待决策1。同时，第二路的检测，会根据边缘像素检测结果，对图像中的闭合轮廓进行计数，设定阈值后，进入待决策2 进行判决；第三路的检测是将前景和背景信息的检测结果相加，经过统计分析和阈值设置后，进入等待决策3。在所有三个决策过程完成后，最终采用加权投票表决法，以2/3 的多数最终确定停车位是否被占用。该方法的优点是，即使由于复杂因素的影响，在路径检测中出现错误，也不会对整个检测结果产生很大的影响，不仅提高了识别的可靠性，也大大提高了检测的容忍度。当然，在理论上，涉及检测的方法越多越好，也就是说，涉及的方法越多，投票结果的正确性越高。然而，在实践中，必须在复杂性和易用性之间进行权衡。

为了统计每个停车位上的边缘像素，必须设计一种停车位过滤器来定义每个停车位区域，且同时为每个停车位分配一个车位编号。由于摄像头的位置是固定的，因此拍摄图像中停车位的边界也必须是固定的。所以我们可以使用平行四边形或4点坐标作为停车位滤波器。使用Prewitt 算子后，停车位滤波器提取每个停车位的边缘信息，计算其边缘数量。同时还要指出的是，停车位滤波器仅包含通过训练获得的预设停车位的边缘像素。如果边缘像素的数量小于某个值，则认为停车位处于空闲的状态。

4 结论

随着国内经济的高速发展，城市机动车保有量的不断增加，车位缺乏问题已成为重要的社会问题，其方便与否直接影响着整个社会的生活品质和经济效益，基于GPS 和图像识别技术的城市车位引导系统在整个城市进程中正发挥着重要的作用。

5 展望

现有科技大部分只顾及到了停车场的空余车位，而没涉及到一些路边停车位。而基于GPS 和图像识别技术的城市车位引导系统可以实时合理利用路边停车位资源，在此基础上实现了实际的AR 语音导航，能更好地引导司机找到空停车位。通过GPS 的实时定位，利用导航卫星拍摄停车位置附近实时照片，再与数据库中车位信息图对比，将空余车位信息推送到手机APP上。在导航过程中，实时监测目标车位状态，一但有人先占用车位，自动切换为其它目的地选择。相对于现有技术，更加方便，快捷，可靠，迎合市场需求。