智慧停车系统可靠性与性能评测体系研究

许毅，陆斌，王家星

（1.上海市质量监督检验技术研究院，电子电器与家用电器质量检验所，上海 201114；2.上海恒测检测技术有限公司,上海 201114）

引言

据数据统计，我国机动车保有量截至2017年一季度就已突破3亿辆，其中包含的汽车车辆占比高达2/3，更有2019年底统计数据表明，全国汽车保有量达到2.62亿辆。而与之相关用于停车的全国消费额早在该数据统计前2016年就已突破4 000亿元大关[1]。对应国外相关统计数据，美国停车相关产业的年产值约可达到300亿美元。

据有关部门发布的关于我国智慧停车行业的调研与投资战略研究报告显示，自2015年鉴于政府政策多项利好的推动下，中国停车场管理系统市场规模约达55亿元，同比增长率达到47 %。近几年内此项市场增速将持续稳定在30 %以上[2]。可预见，未来几年中，停车数据运营、互联网停车服务等新产业将带来数个百亿级别的新增市场。

智慧停车在国内外均是大力发展且快速成长的市场，经济前景不可限量。对于智慧停车这个可预见的巨大市场，未来应用领域的市场前景和评测业务之广已无可厚非，应对行业和生态链各方的需求，同时从政府监督与管理的高度制定智慧停车系统评测标准和规范并开展验证工作是作为第三方检测机构的我方职责，相应的检测业务带来的经济效益以及社会效益都将不可限量。

1 智慧停车系统工程质量的监管困境

目前智慧停车系统的开发及建设模式多由系统集成商、工程实施方、区域运营商与房地产开发商（业主）直接握手合作的个性化需求定制，诸多终端产品和装备被加工并直接用于工程安装，而工程监理与产品质量监管的侧重点有所不同，工程监理重在产品在系统安装中的整体施工要求，对产品自身性能却不一定是追溯和考核的关注点。对于政府采购招投标的工程监管项目，其中传统硬件终端和组网核心设备（无线网关、服务器等）产品的安全检测与认证尚有部分国家标准及规范可依据，而对于其性能指标，考虑到新技术和新装备（特别是终端安装部件，如采集器等）的不同适用环境及其应用场景的多样化，企业设计产品时未必能全面考虑系统工程最终使用的环境因素，甚至没有评测方法和验证数据可参考，系统建设项目的投资和业主方目前多从建成后系统端的基本功能是否能够实现上进行验收考核，即进行基本功能完整性的验证，而对于部件、设备在系统应用中的环境耐受性、可靠性和使用寿命等方面，未能从供货采购的前端进行品质监控，其中的检测方法和参数指标也均存在缺失或不完备；更深层次的，对于集成后的信息化智能系统，其各性能模块在整体系统中的评测方面存在严重缺失，软硬件的性能评测难、信息安全存在漏洞、政府市场监管渠道不通等问题都难以破局。

2 智慧停车系统的可靠性分析与标准化体系

智慧停车平台的构建是系统化工程，其功能实现主要依赖于：高可靠性、高精确度、低功耗的车位信息采集终端部件；不间断稳定的用户侧供电系统；低丢包和误码率的数据传输系统；快响应速度、大容量的数据存储系统；多因素合理化资源调度的强预测性计算算法和高鲁棒性的数据处理；完善的软件结构设计等综合实现。

根据智能停车系统的层次化纵向和横向结构剖析，基于物联网的智慧停车系统平台其整个系统相关的可靠性与标准化体系可分成三个层面且层级进阶：①智能停车典型性终端数据采集产品（视频桩、地磁、压力传感器等）和中间层的器件/设备级的电气安全性、环境耐受性、功能性检测；②结合应用场景后的集成部件或模块的稳定性和可靠性评测；③整个系统在线运行的承受力、端到端信息传输等的现场级性能评测。对应三个层次的标准化工作，涉及其中对应的检测项目、测试方法及要求、参数指标与评级等，也包括达到检测目的所需的比对用的标准品与测试设备/装置等硬件及其配套软件的研究与开发。

根据智慧停车系统框架构成及可能采用的评测模块与测试手段，给出对应的导引方向，详见图1。

图1 智慧停车系统架构和评测模块导引图

鉴于智慧停车平台是各学科多行业交叉覆盖的系统工程，千头万绪，涉及的关键技术点和评测工作也是体系化工程，可探索的领域和目标繁多，包括几个重要领域的关键技术、系统产品开发及对应的性能评测工作，根据系统构成情况以及标准化工作的三个分层进阶，本文作为体系完整内容规划仅进行框架性的研究，主要给出下一步研究工作的方向性指导和模式解析，主要涉及（但不限于）以下几个分部：

1）智能停车系统终端产品的性能评测研究及其测试装置的研制：

整个智慧停车要完成的职能和数据起源且取决于每个车位占用的状态是否能被准确识别出来，由智慧停车系统的末梢（终端）执行，是基本也是最关键的功能，是整个系统能完成运行的源头和保障，其安全性、可靠性也是系统化性能评测的重要考核部分。其中，安全性包括电气安全性和数据传送的信息安全性；可靠性则涉及环境可靠性（指环境耐受性和使用寿命）和数据结果的可靠性（包括：采集终端车位状态识别的准确率；网络传送端到端整条链路中无线/有线通信网传输中造成的误码率、延时等；软件设置和执行中预测算法精准度等方面的软件可靠性，等等）。

①作为测试标准品的新型车位信息终端（数据采集器）的开发和研制：一方面，作为标准品对受试/被测样品进行数据比对的智慧停车终端器件，对于车辆的停泊状态应有更贴近实际的数据模拟性反馈，能实时地、动态地、精确地感知和采集车辆在车位区域的进出时间以及停放位置、角度等详尽信息，性能表现上需具有低差错率和数据可靠性；另一方面，为能适用于恶劣的室外环境条件下安装并执行远程检测，应能满足大量户外停车位检测时的铺设要求，故而作为标准品的新型采集器应具有严酷度更高的环境耐受性。另外，为了能测试多种不同采集技术的终端品类，软硬件端口应具有兼容性和开放性。

宜与智慧停车解决方案提供者、信息化装备核心技术研发企业、传感器生产企业协作，以检测服务指导客户产品研发，共同开发和研制具有高可靠性（高耐受性、高准确率）的新型车位信息终端数据采集器。

鉴于目前新型压力传感器条（/带）能够实时的感知和采集车辆在车位区域的进出时间和停放角度等方面的优势，建议采用压力传感器配置条/带铺设在被测停车位上作为动态状态采集器，可结合静态状态采集方式，从而实现车位停车状态的精确采集。其中的技术重点和难点是产品对于抗碾压功能的结构设计，对应器件级可靠性的非传统试验项目需开发相应的测试设备，如特制的模拟车辆反复碾压的寿命试验台等。

②结合停车场不同应用场景（室内停车、室外停车、地下停车、路边停车等特定环境），研究智慧停车系统中车位信息数据采集/车位监测子系统的技术实现和器件参数（不同采集方式，如地磁、红外线、超声波和图像检测等技术），针对典型终端采集产品在精准度等方面的性能评测试验方法及分类评价指标。

③为完成整个系统化的现场级性能评测，模拟实际安装停车系统的应用场景和环境条件，应采用实地设置的方式，可将所开发的新型车位终端标准品安装在被测停车场中具有最苛刻位置条件的少量停车位上，为保持与原系统一致，可对接入被测通信网完成数据传送。研发传感器级测试硬件，并编写相应的仿真测试上位机软件，搭建系统化测试平台，平台应具有较强的网络适应性（可兼容多类不同产品端口）、植入服务器并配合各类动态数据处理算法和用户端APP使用，且具有低能耗的特质并可提供的能量自供给，可完成特定试验场景的测试周期内的远程统计测试。

2）智能停车系统中能源采集与储能子系统的关键技术研究和测试设备研制：

①新型车辆碾压冲击能源采集器和储能装备的开发与研制：宜与新能源系统研发和设备制造企业协作，共同开发和研制新型车辆碾压冲击能源采集器及相匹配的具有高安全性、长使用寿命和高可靠性的储能（电池）装备，构成智能停车检测平台的能源微网，通过分布式新能源采集、汇聚并网和消纳，用以稳定且不间断地给车位信息终端和中间层的低功耗通信信息设备供电。

②智慧停车系统中可能涉及多能源互补的分布式功能实现与微网关键技术，结合智能停车系统装备在不同适用场景和应用需求下，针对各类用户侧能源采集系统（光伏、机械冲击能量采集等）和电池管理系统进行分析和试验验证，给出性能评测方法和评价指标，可形成体系研究报告和技术白皮书。

3）智慧停车信息系统中预测可用停车位所采用的动态数据处理和云计算技术，多种与硬件相匹配车位预测算法和软件评测：针对各类有代表性的可用停车位概率预测算法，通过一定容量的系统压力测试，对各系统进行性能评测（主要涉及算法适应性和鲁棒性、软件的适应性、功能性、易用性、可靠性等）和现场测试（包括网络压力测试）的效果评价，可进行分级评价。

4）智慧停车系统中通信网分层框架和评价标准化工作：

智慧停车系统中通信网分层框架和评价标准的研究，包括但不限于：对智慧停车多协议通信系统的分层研究；对协议符合性检测及系统互联互通兼容性评测；开放融合环境下的数据安全保护关键技术实现与软件测评等研究。

对智慧停车系统通信网的评价标准内容，包括通信网各分层的需求及对应分部的要求，具体可涉及以下几个方面（参见表1）。

表1 智慧停车通信系统的评价标准内容

5）智慧停车系统中信息安全部分的标准化研究：

基于物联网的智慧停车系统安全要求[3]，主要考虑六个方面：机密性、完整性、可用性、隐私性、安全性、可靠性，涉及信息安全威胁和问题涉及但不限于以下类别（参见表2）。

表2 智慧停车系统信息安全可能面临的威胁

对于智慧停车系统的安全防护体系设置与构成，主要考虑安全设计、安全技术和安全运营三大环节，其中涉及的细分类别及其采用的技术手段参见图2。

图2 智慧停车系统安全防护体系

3 智慧停车系统总体评价模型及基础评价指标体系

智慧停车系统总体评价模型及基础评价指标体系的建立，结构图参见图3。

图3 智慧停车系统总体评价模型及基础评价指标体系结构图

1）智慧停车面向服务的架构（SOA）标准综合应用指南：规定智慧停车的SOA应用参考模型及系统建设中SOA标准的综合应用建议，适用于智慧城市面向停车引导服务的具体信息化项目的规划、设计、开发、实施、评估、运行和维护。

2）智慧停车技术参考模型：规定智慧停车的技术参考模型、基本技术原则和要求，适用于智慧城市面向停车引导服务的具体信息化项目的设计、开发、运行和维护，是指导和综合应用智慧停车的具体技术、服务实现标准的依据，也是建立智慧停车相关质量测评标准、工程标准及应用标准的依据。

3）智慧停车系统评价模型及基础评价指标体系，可归纳为以下七个分部：

第1部分：总体框架及分项评价指标制定的要求；

第2部分：信息终端数据采集系统评价指标；

第3部分：通信系统评价指标；

第4部分：能源采集与分布式储能子系统评价指标；

第5部分：信息系统（信息资源与数据中心）评价指标；

第6部分：软件系统评价指标；

第7部分：信息安全评价指标。

4 智慧停车系统化性能评测项目指标

系统化评测重点涉及系统构成中的车位状态监测（包括终端器件、中控器件/设备）以及数据中心两大部分，这里仅列出对应在系统中性能评测的部分基本项目指标作为示例。

1）车位状态监测的系统化性能评测项目指标（针对压力传感器类终端）：

①功能性指标：

-车位监测准确率（≥%）：主要反映车位状态采集终端产品在特定应用环境和一定干扰条件下的误判率；

-状态响应延时(s)；

-通信传输延时(s)；

-传输频率（MHz）；

-传感器节点发射功率（10 dBm）；

-数据传输速率（kbps）；

-中继节点支持传感器节点数量(百计)；

-传感器节点支持传输距离（市中心）（m）；

-传感器节点支持传输距离（无障碍）（m）。

②环境耐受性和可靠性指标：

-工作温度：（-20~+60）℃（示例）。

-储存温度：（-30~+60）℃（示例）。

-耐潮湿：10~95 %（示例）。

-防水防尘要求：IP67等级（示例）。

-耐候性：室外用产品（若适用）外壳材料应具有抗紫外线辐射的能力。依据GB/T 16422.3-2014《塑料实验室光源暴露试验方法第3部分：荧光紫外灯》[4]方法A.人工气候老化，循环序号1，试验周期：7天（示例）。试验后，无影响继续使用的脆化和开裂。

-抗污染性：能抵抗润滑油、汽油、冰抗冻剂、清洁剂、溶剂等的持续性和间歇性污染。

-耐冲击：应具有抵抗外界机械碰撞的冲击能力。依据GB/T 2423.55-2006 《电工电子产品环境试验第2部分：环境测试试验Eh：锤击试验》[5]中Ehc试验方法进行。依据GB/T 20138-2006《电器设备外壳对外界机械碰撞的防护等级（ IK代码）》[6]中IK08的要求进行（示例）。

-抗压性：最大可承受15 kg/cm2的压强，试验后功能完好（示例）。

-耐磨性：可经受5万次轮胎碾压（重量<=400 K），持续压力时长大于5 s，试验后功能完好且表面损耗小于2 mm（示例）。

2）数据中心的系统化评测项目指标：

-数据中心的整体能效评估；

-车位预测算法延迟及客户端请求响应延迟(s)；

-丢包率和误码率测试(%)；

-百万人口城市可承受高峰客户端数(万计)；

-百万人口城市可承受高峰客户端并发连接数（千计）；

-百万人口城市可承受高峰客户端查询流量（MBytes/s）。

5 结语

与智能网联汽车相关联的智能化停车系统已作为建设智慧城市的关键构成部分，也是物联网不可忽视的横向应用领域。智慧停车系统具有大容量需求，市场前景不可限量，然而，目前智慧停车行业尚且处在发展和布局的初级阶段，针对多样化智慧停车解决方案的信息化装备、软硬件的诸多评测方法和性能指标仍未有可参考的评价依据，各类系统之间存在无法兼容、通信接口和信息传输难以互联互通等问题，结合应用场景的评测手段、测试工具均未完善，更谈不上指标和体系化。

新型装备制造业与新一代信息通信技术的融合发展，是新时代科技和产业变革的主导线。作为质检机构，仅关注单产品层面的质量检测检验与市场监督已不能满足行业变革和发展的需求，转变并尝试新的运营模式和服务对象，结合应用场景的企业级（2B）市场和新智能化硬件在系统工程中的性能评测更是值得深入探索和研究的重要方向。

为响应国家聚焦智慧城市面向停车引导服务的号召，一方面，为推动开发具有高可靠性、高性能、高安全性的新型智慧停车信息化装备系统，促进实现已有停车系统的数据融合和城市级信息共享，另一方面，为响应行业和生态链中包括产品制造方、工程集成方和使用方等各方对智慧停车产品与系统的质量评测需求，开展新型智慧停车信息化系统的构架与各部分关键技术研究，并对系统装备的功能、安全和可靠性等方面进行性能评测体系的分层剖析与探索，这些工作将为推动智慧停车系统的标准化进展具有重要指导意义。