基于云平台的城市级智慧停车系统研究与设计——以潮州市湘桥区为例

王会林，余晓春，周泽寻，廖晓鹏

（韩山师范学院 计算机与信息工程学院，广东 潮州 521041）

根据中华人民共和国公安部发布的数据［1］，截止2020 年，我国汽车保有量达2.62 亿辆，若以汽车保有量与停车位的比例计算，我国停车位需要达到2.88 亿个.然而，由于历史与地域条件等原因，截至2019年末我国停车位仅有1.07亿个左右，现有城市停车位数已远远满足不了日益增长的汽车保有量，导致城市停车矛盾非常突出.由此可见，如何高效地管理现有的与在建的停车位，缓解因用地紧张带来泊位不足而引起的交通拥堵、生活不便、城市体验感差等一系列问题，是当前我国大部分城市建设与可持续发展需要迫切解决的一个热点问题.

通过改进管理方式，提高现有车位的利用率.随着5G 移动互联网、大数据与人工智能等新兴信息技术的快速发展，智能化的信息管理理念与技术为管理停车位提供行之有效的技术方案，进而缓解城市停车供需紧张问题.我国交通运输部于2019年发布的《数字交通发展规划纲要》的指导思想明确指出，要促进先进信息技术与交通运输深度融合，以“数据链”为主线，构建数字化的采集体系、网络化的传输体系和智能化的应用体系，加快交通运输信息化向数字化、网络化、智能化发展，为交通强国建设提供支撑［2］.其中，在构建智能化的应用体系方面，指明要利用“互联网+”推动便捷交通发展，通过制定相关规范来鼓励和发展智能停车、智能公交、网络预约出租车等新型城市交通服务.根据前瞻产业研究院对我国智慧停车市场规模的数据分析预测，在国家和地方政府的支持下，2020-2025年智慧停车的市场规模保持20%以上的复合平均增速，由156亿元扩大到388亿元［3］.智慧停车有机结合人工智能、5G 技术、大数据和移动支付等新兴技术，可以突破现有停车管理的限制，满足城市管理需要，具有广阔的市场发展前景.本文以广东省潮州市智慧停车云平台建设为例，分别从总体规划、系统架构设计、核心功能构建和平台优势这几个方面，探讨城市级智慧停车云平台建设，为进一步发展和完善我国城市级智慧停车产业提供实践经验与技术参考.

1 国内外智慧停车的发展概况

智慧停车是利用无线通信网络，整合移动终端、GPS、GIS、物联网等技术用于城市停车位的采集、管理、查询、预定和导航，通过基于智能处理与分析的数字化云平台进行高效管理与一体化资源分配，实现城市停车场地资源利用率的最大化、停车经济效益的最优化、用户停车体验的最佳化，能够有效化解城市停车难这一社会性难题.从停车设施的信息化程度的角度上看，智慧停车由低到高需要经历三个阶段［4］：（1）点位级，将停车场的每个车位信息化处理，车主可以获得车位的实时信息，能够快速作为停车决策；（2）区域级，具备停车引导、移动支付停车费用、反向寻车等服务功能，优化停车体验和提升停车效率；（3）城市级，与城市交通数据库对接，不仅是历史的智能交通大数据，实时的交通流数据，智慧停车系统都能够胜任城市级别的数据体量的处理与分析.

1.1 国外智慧停车的发展概况

美国的智慧停车主要由几个子领域构成：停车诱导、停车预约、代客泊车和电子付费，并且这些领域都有相应成熟的企业和应用，如Parker［5］、BestParking［6］、ParkMobile［7］等.这些不同领域各司其职为美国整个停车行业提供优质的技术服务.日本的智慧停车解决方案包括停车诱导和自主缴费，通过在街道、网上、手机、车载GPS 获取停车场空满状态、价格等信息，同时场内配置自助缴费机.Park24［8］是日本最大最有代表性的智慧停车企业，它通过微小模式、点状分布以及自身掌握的海量数据，拓展在线增值服务，在日本的停车与共享服务领域占据最大份额.新加坡通过电子停车系统来有效缓解本国车位紧张问题.在停车时，这些停车场设置的电子停车系统只需用户输入个人密码，系统即可自动完成车位寻找；在取车时，系统也是通过输入的密码自动完成寻车、挪车、取车一系列过程.意大利的NICE［9］停车管理系统集视频采集、图像抓拍、车牌识别、数据传输、数据缓存等功能于一体，它的优点是体积小，纯硬件识别处理，性能优越，还可以通过互联网实时上传识别结果.

1.2 国内智慧停车的发展概况

我国的停车设施产业的发展可以分为以下四个阶段：酝酿阶段、起步阶段、发展稳定阶段、全面创新阶段［10］.上世纪80 年代，早期的停车场规模很小，这时候停车行业还处于酝酿阶段，只需专门开辟一定空间作为停车场地并雇专人进行简单的人工收费和防盗管理即可.从上世纪90年代起，停车场地的规模也有所扩大，并且引入国外的停车场管理系统，国内的一些做门闸的企业以此抓住商机，将门闸结合开发出初步具有停车收费与防盗管理的出入口控制的停车设施.停车行业由门禁系统起步，处于初步发展水平，仍以人工收费为主.从2000年开始，城市停车难问题日益突出.为了能提高人们的停车效率，在原有出入口控制的门闸式停车场基础上，停车行业逐渐将车位引导系统应用到现行的停车管理系统［11］.结合优良的人机交互界面，基于车位引导的停车系统可以让车主快速了解停车场车位现况，提高停车效率.停车行业所需的基本技术与产品框架在此进入稳定的发展阶段.从2010年开始，伴随大数据时代到来，以人工智能为代表的信息智能处理技术驱动原有出入口控制的停车场管理系统更新换代以适应时代发展和市场需要.ETC（Electronic Toll Collection，不停车收费系统）、非接触IC 卡、车牌识别、室外停车引导系统、反向寻车系统等新技术呈喷薄发展，停车管理系统进入全面创新阶段［12］.尤其是我国大部分城市，将5G 移动通信、北斗导航实时定位、物联/车联网、云计算、大数据分析等技术进行整合，并出台相关政策，鼓励新技术服务城市建设与管理［13］.因此，基于大数据的停车运营也将成为今后停车管理行业重要的发展方向.

2 潮州市智慧停车研究

2.1 研究背景

随着近几年潮州市经济发展，潮州市的汽车保有量逐年增加，停车位紧张的社会问题已经日益凸显，主要体现在以下几个方面：（1）公共停车泊位总量小且分布不均，尤其是湘桥区这类老城区停车难问题突出；（2）土地面积有限，新建停车位较难；（3）停车场数据无法互通互联，不能实现数据共享，市民无法实时获取停车场内剩余车位信息.针对上述问题，潮州市于2019 年12 月开始建设市城区智慧停车云平台，工作核心在于整合市区内的停车资源，利用移动通信、大数据分析等技术，实现移动端动态查询/预约车位，将现有分散的泊位进行信息化管理，提高停车位的流转率，缩小寻找停车位耗费的时间与距离；利用计算机视觉，在指定区域安装路牙或悬挂摄像头，结合停车设施进行全景视频自动识别车牌，并通过物联网数据通信链路上传云计算平台，实时提交停车与移动支付信息，整合原本各个孤立的停车位数据资源.

2.2 系统架构设计

根据潮州市湘桥区智慧停车云平台的项目特点，对整个项目进行规划与设计，该平台划分为：信息采集层、通信协议层、数据存储层、核心业务层和应用接口层.图1展示了整体系统架构.

图1 智慧停车云平台架构示意图

2.2.1 信息采集层

信息采集层主要利用光敏、压敏等传感器及其网络，对场内/外停车信息进行采集，是整个系统对外部环境的感知.核心技术包括传感器技术、无线组网技术、视频技术、智能识别技术等物联网技术.通过嵌入式系统技术将这些技术进行集成并开发出具有智能感知功能的一体化信息采集设备，如高清车牌识别视频桩、路牙、基于NB-IoT 的地磁等核心产品设备.此外，可以通过增加不同类型的传感器对不同场景进行数据采集和微环境数据监测，如在室内停车场，可以添加烟雾报警器进行火灾隐患防范.

2.2.2 通信协议层

通信协议层主要是用于信息传输，核心采用物联网通信协议.常用的物联网通信协议［14］如DDS、MQTT、AMQP和JMS是基于发布/订阅模式的，这类协议具有服务自发现、事件过滤和动态扩展的特点，可以较好地在空间、时间上实现松耦合的物物相联.考虑到整个系统内部各个子功能的信息交互，如平台可以向移动终端推送实时的停车位信息、车主需要利用移动终端与停车系统进行交互、泊位停车设施需要向平台提交车辆实时信息等不同的应用场景，所以整个通信协议层并不是支持单一的某种协议，而是根据需要选择相适应的通信协议.例如，车牌识别视频桩可以使用XMPP 协议实现即时通信，控制摄像头开关；当对停车设施进行巡检时，可以使用MQTT 协议进行消息推送；车主想查询扣费情况，可以由系统使用REST/HTTP协议开发API服务.

2.2.3 数据存储层

智慧停车系统的数据采用云存储技术，可以保证数据的实时性以及数据存储的安全性、完整性.

2.2.4 核心业务层

核心业务层作为整个系统的基础平台，主要是面向云计算环境的应用程序提供运行过程中所需的基础服务，包括视频、语言、图像等前端数据处理与分析、消息的管理与分发、Web应用、应用程序性能和流量监控、计费与盈利统计分析等.核心业务层首先将前端上传的数据拆分成各类数据，然后调用本层内的应用程序接口来处理这些数据，如针对图像、视频数据，则会调用车牌识别的程序进行处理分析；而对于支付数据，则会由计费功能的程序调用支付网关进行计费.此外，核心业务层被设计成一个开放的应用程序开发平台，可以为用户提供适用于大部分需求的编程模型和应用程序接口以便于快速开发和部署程序.

2.2.5 应用接口层

应用接口层通过不同的配置与管理，为系统内外围的不同角色的用户程序提供不同的功能和使用权限.对于管理员，应用接口层提供身份验证的PC 终端、移动端等APP 远程查看与监控功能；车主可以通过移动端实现停车的历史视频/图片查看、手机自动扣费明细、停车诱导、反向寻车等功能；对于运营方，本层提供了周、月、季、年停车盈利的报表统计与分析等功能；对于交通管制部门，本系统的应用接口层也提供相应的应用接口进行对接，为处罚违章乱停提供证据链.

2.3 系统功能设计

潮州市智慧停车管理平台主要集成了路内外停车、室内立体停车、停车诱导、反向自助寻车、自助缴费等子系统.从服务功能角度上可划分为停车资源管理、停车服务管理、巡检移动管理、停车监控管理、运营财务管理、停车设备管理、停车大数据分析、系统管理与维护、服务接口管理.

2.3.1 停车资源管理

停车资源管理主要负责全区路内停车场、路外停车场以及立体停车库的可视化管理，通过前期的信息化建设与内部数据管道，实现全区停车资源动态信息监管.利用物联网技术，结合层次化管理模式，将城区的停车信息进行分级管理，以泊位为基础单位，从低到高，依次为道路、片区、场库、小区、城区、城市逐级管理停车资源数据；并以此划分停车管理的组织机构，对每级下辖管理机构进行信息管理，包括机构成员信息、联系方式等.

2.3.2 停车服务管理

停车服务管理是本系统最核心模块，主要分为两部分：车主信息管理与基础停车服务，如图2 所示.其中车主信息管理负责车主注册、登录、个人信息录入/绑定/解绑等基础信息管理.基础停车服务主要有泊位信息包括车位分布、收费详情、占用状况等信息远程查询、实时移动预约、场库停车诱导与寻车指引、自助停车缴费、历史订单查询与发票开具、服务意见提交与投诉等.

图2 停车服务序列图

2.3.3 巡检移动管理

巡检移动管理包括巡检稽查员管理和停车管理员管理.巡检稽查员管理主要有稽查人员基本信息管理、签到/调岗管理、路外片区停车收费情况查询、现场停车纠纷与投诉信息管理、巡检记录管理.停车管理员管理功能负责停车管理员的基本信息管理、管理员签到/退出管理、车辆到达与离开消息推送、停车资源占用可视化管理、现场停车处置记录管理（包括协助车主停车下单、规范与协调停车秩序）、异常停车状况登记、违章停车协查、向未支付停车费的用户追缴费用.

2.3.4 停车监控管理

停车监控管理主要由两部分组成：停车实时管控和停车运营监控.其中停车实时管控负责整个停车过程的拍摄、取证、传输、存储.对于驾驶人在停车点位进行停车时，由前端设备拍摄驶入到停止的过程，并记录时间、地点、车牌号等相关信息，由专门的证据链路上传云端服务器进行处理、分析与存储.针对驾驶人离开停车位时，前端设备同样对整个行驶过程进行拍摄、记录、传输，最后由云端服务程序进行处理、分析与存储.停车实时管控是整个智慧停车的核心功能，构建了全视觉证据链，将计算机视觉、嵌入式技术与安全的信息传输技术融合为一体.停车运营监控则负责停车定价动态、计费规则管理，由运营部门根据时价进行灵活配置；负责停车业务规则、业务流程管理，由业务部门结合城市交通管理规定进行灵活设定；负责多维度地管理各类订单，包括正常订单、异常订单、取消订单等，分析部门可以通过订单所属路段、区域、时间等多个角度进一步深入了解停车需求，为后续改进服务质量提高业务水平提供一定的数据参考；负责会员信息管理，包括会员基本信息、制度/优惠管理；负责将欠费明细推送至相关停车人移动端.

2.3.5 运营财务管理

运营财务管理功能包括收费资金管理和清分结算管理.其中收费资金管理负责管控收费渠道、记录收费明细、汇总支付费用等；清分结算管理负责现金支付、移动支付、银联POS支付等多种付费方式的对账、清分和结算等模块.

2.3.6 停车设备管理

停车设备管理负责对车位监控器、PDA 停车设备等停车设施进行基本信息管理，包括设备名称、编号、厂家、日期、管辖负责人等；负责实时监控设备的在线运行情况，并对每天的运行状况进行记录归档；负责设备的安装、巡检、维护管理，并将相应的操作过程进行数字化，通过运维负责人将这些操作记录上报至本系统.

2.3.7 停车大数据分析

本子系统根据前端停车设备采集的实时数据，结合交通情况、停车资源分布等因素，利用成熟的分析方法与工具进行大数据分析，从停车动态、停车资源利用情况、车主用车习惯等多方位深入分析，构建准确有效的智慧停车行为数据分析模型，为企业掌握用户停车习惯与特点提供科学的数据，为后续制定合理的停车规则、收费准则、资源规划等提供有利的决策支持.

2.3.8 系统管理与维护

该模块主要为高级别管理提供整个平台管理与维护的接口，包括用户管理、用户组配置、权限管理、基本参数管理、数据库备份、多层次立体式信息安全策略配置等.

2.3.9 服务接口管理

本模块主要负责管理系统内外围的服务接口，利用基于云端的SaaS技术，通过可视化配置自动生成服务，同时为了保证服务接口的安全性和差异性，融入接口权限控制策略.此外，本管理模块支持一键发布，系统内外围开发人员可利用在线数据汇总平台查阅帮助文档，快速开发本地程序与本平台对接.本模块也会全程监控服务调用过程，并记录相应日志信息，统计相关接口调用情况.

2.4 平台的特点与优势

潮州市湘桥区智慧停车云平台具有以下特点与优势：（1）数据驱动.以数据价值目标实现打造示范停车，深度挖掘停车数据的多渠道变现价值，让停车数据服务城市建设以及市民出行.（2）全视觉证据链.基于视觉的停车服务证据链闭环，保证这个停车过程可取证可管控；视频桩无缝融合到城市景观灯/路灯中，技术与艺术相融合；基于AI 视频检测的无人值守智慧停车，节约人力成本.（3）三级等保.多层次立体式信息安全保障体系，专注于停车数据的安全脱敏与共享，已通过国家信息安全等级保护三级认证，多种方式保证数据的完整性和安全性.（4）集约模式.基于云端技术的SaaS开发与部署，实现停车平台区域式集约化建设；共享计算与存储资源，优化数据的无缝共享.（5）开放灵活.具有开放灵活的特点，能够根据应用需求进行定制和扩展，适配不同的第三方平台的接口与协议，开放式城市碎片化停车资源无缝接入、开放式接入不同厂家停车智能检测终端、开放式停车脱敏数据共享共建共管，实现整个城区停车资源、终端设备、停车数据的无缝覆盖.

2.5 建设成效

潮州市湘桥区智慧停车云平台项目紧紧围绕民生保障、城市管理、政府服务、企业运营与经济建设协调发展的需要，运用新兴智能技术，缓解日益凸显的停车与城市管理的矛盾，实现市民、停车运营企业和城市监管机关的共赢.

潮州日报发布的最新信息显示，市城区智慧停车系统项目于2019 年12 月开始建设，总投资3 344.46万元，共完成48条道路合计5 285个泊位，同时配套建设指挥中心、客服中心、软件系统和管理平台，通过掌握停车大数据，实现停车智慧化、管理可视化和运营高效化，为车主提供电子支付、车位查询、车位预订、车位导航、周边信息推送等服务［15］.智慧停车项目的推进与实施，有效改善市城区多条道路的拥堵与车辆乱停乱放问题.

3 结语

本文通过潮州市湘桥区城市级智慧停车云平台建设，介绍了城市级智慧停车平台的系统架构设计、系统功能设计、平台优势、平台建设成效.智慧停车是大数据分析、计算机视觉和物联网技术交叉融合的具体应用，是车辆与停车设施的信息化、网格化、智能化的高度融合.为进一步做大做强智慧停车行业，未来将开展如下研究：（1）引入区块链技术，构建停车数据链、共享服务链与收费资金链安全、透明的一体化数据管理机制；（2）深化大数据研发，从实时停车场景、完整证据链、停车时分统计、停车导流预测、潮汐规律分析、停车资源分布、停车负荷预警、智能停车调度、车流峰值预测和车辆涌入分析这几个方面突破现有瓶颈；（3）提升信息安全保障技术，包括车主隐私、图片加密、数据导出加密、安全监控、接口安全、安全隐患发现；（4）制定停车领域技术标准，包含城市级停车、路内停车、全视频感知和停车云平台这个层面布局.