智能车库引导系统的设计与开发

王金莹，刘佳佳*，张成雷，孙玉茹，秦宝琦

（临沂大学机械与车辆工程学院，山东 临沂 276000）

0 引言

据统计显示2021年中国机动车保有量达3.95亿辆。全国新登记机动车3674万辆，比2020年增长10.38%。据统计，大部分机动车约90%时间为停泊状态[1]。因此对停泊车辆进行有效的管理具有重要的意义[2]。而目前停车场管理系统的智能自动化程度有待提升。

智能车库管理系统的开发及应用始于德国、美国等发达国家，20世纪50年代，欧洲的汽车工业正在飞速发展，人们已经意识到对车位进行规范化管理的重要性，为了提高车辆管理效率，人们不断进行技术创新。最直接的增加车库车位数的方法莫过于立体车库了，最早的立体车库建于1918年，位于美国伊利诺斯州的停车库，立体车库通过机械结构把车库内垂直空间最大化利用，较传统车库车位数目能提升3～4倍，但立体车库因其结构复杂、成本较高、停取车不方便的弊端并未大范围推广。在车库车位容量不变的前提下，加快车库内车辆流动速率、提高车位利用率为缓解停车难提供了新的思路[3]。在车库车位容量不变的前提下，加快车库内车辆流动速率、提高车位利用率为缓解停车难提供了新的思路[4]。

目前市场上的停车APP功能主要为查看停车场收费情况、位置等，交互性较差，有反应延迟，不能及时反馈给用户车位使用情况并且现代的大型停车场为多层、占地面积较大，进入停车场停车，取车都存在一定的难度和问题，随着技术更新不断优化车库或者停车场的智能化。本系统在 LabVIEW 平台基础上开发，具有基于 LabVIEW Vsion的车牌识别、Acessde数据管理等功能，利用算法辅助计算引导路径，并协调手机APP作为用户端提供给用户，使用户可以通过本系统享室内导航引导停车与取车等服务。

1 识别系统设计

该部分主要实现两个功能，即车位检测和车牌号识别。都是基于LabVIEW图像法的识别方案。分别是利用监控录像系统和车牌字符识别系统，将目标对象进行抓取采集、图像识别、传递信息指令并且对进行下一步指令进行辅助调控。

1.1 图像识别部分

车位检测。车位状态识别利用现有停车场的监控系统，从其硬盘中读实时图像文件，将该图片与车位空闲时做对比（LabVIEW模式识别），来判断车位状态。在现实生活中，车库和停车场里会有一定的摄像头进行各车位区域的监控。首先读取一张被截取的识别图片，根据其使用中车位的个数划分多个停车车位区域；然后进行模式匹配，匹配模板到车位为空闲时，每个匹配结果用布尔量表示（1表示占用，0表示空）并存入数据，最后将匹配结果以数组形式返回。

1.2 车牌字符识别

车牌识别系统是一个集图像处理、模式识别等的高度智能化集成体系，其硬件主要由CCD摄像机、PCI图像采集卡和计算机构成。当有车辆经过传感器时，传感器将产生电信号并传至PCI数据采集卡，采集卡进行数据采集，利用LabVIEW驱动USB摄像头，当车辆停在车库入口处前时调整摄像头拍照采集，再将采集到的车辆图像信息传输到计算机上。计算机对接收的图像预处理，图像处理后通过适当算法将图像中车牌区域定位出来，若欲对车牌进行识别还需将所定位出的车牌上的字符与其背景进行分割，提取车牌字符，最后经过字符识别处理达到车牌智能识别的功能[5]。

1.2.1 车牌号图片粗处理与截取

粗处理目的主要是通过图像处理和其他方法对含有车牌字符的图片中确定出字符区域。此过程在LabVIEW中调用MATLAB script完成，输入存储的图片的路径，输出车牌区域（四个顶点）在输入图片中的位置坐标。其基本原理为：根据车牌图像在色彩空间各分量的取值范围规律，首先对符合该取值范围的像素进行色彩过滤，然后利用数学形态学进行处理，形成多个符合车牌颜色特征的连通区域。接下来分别根据车牌的形状特征和车牌上字符的纹理特征，逐步对得到的连通区域进行分析和排除，从而得到车牌区域。

1.2.2 车牌号准确处理及加工

主要包括区域的精确定位和字符增强、提取。车牌号准确定位仍然用MATLAB script完成，但在原理有所区别。首先将车牌图片进行预处理，包括灰度化、高斯滤波、边缘化；然后将二值图转化为二维数组输入 MATLAB script，通过搜索0和1间的跃变位置，提取车牌区边界像素点，从而得到仅有0和1两个灰度值的黑白车牌图像[6]；MATLAB script输出仍为车牌区域（四个顶点）在输入图像中的位置坐标。

1.2.3 字符切分与识别

为了从图像中提取出字符，可以使用阈值分割的方法。阈值处理是一种区域分割技术，依靠阈值范围分割目标图像和背景图像。自动阈值方式可自动生成不同阈值范围，适用于照明条件变化较大的情况。IMAQ Vision提供了5种自动阈值技术[7]。

二灰碎石基层的施工质量受到原材料质量、施工配合比，以及施工工艺工序等的影响。文章对影响二灰碎石基层的施工质量的因素展开分析，并结合原材料的物理力学性能，施工配合比以及整个施工工艺进行分析与探讨，找出具体原因，然后采取相应的控制办法进行改善，以便将来遇到同样的问题，能够得心应手。

本系统中字符分割采用自动阈值方法进行分割，然后用光学字符识别方法 OCR（Optical Characters Recognition）识别出车牌号码。在识别之前，利用Vision OCR Training进行大量的字符识别针对训练，生成特定文件。识别时将OCR字符训练所得标准样板与提取出来的车牌字符二值图片进行比较和匹配，即可得到车牌号完整字符串。

1.3 车库管理员程序

本系统在LabVIEW基础上借助Access数据库对系统数据进行加工、存储、管理。通过LabVIEW对Access数据库的调用可实现对智能停车引导系统各类型数据的录入、查询、更新功能。管理员主界面包含主页、实时数据、查询搜索、实时监控、设置、帮助六大操作。每个操作选项对应相应的功能，管理人员按照工作任务需求选择相应操作选项实现所需功能[7]。在LabVIEW使用过程中，管理员界面的各个操作选项模式可以连续运行。所有的操作记录都会保存。点击退出，在确认后即可退出本系统。为了便于界面设计与功能实现的快捷修改，将界面显示部分和功能实现部分放置在两个循环中，使程序框图更加简洁，具有较强的可读性和可修改性。

1.3.1 labview与Access数据库连接的方式

在Labview中没有进行数据的交换与传输，不同界面的功能实现依靠事件结构完成，可以进行程序的扩展。只需在事件结构里面添加相应的新事件，并添加与Access数据库连接的子vi，即可完成修改，过程十分方便。

1.3.2 数据库的可移植问题

目前选用的是DSN，使用DSN连接数据库需要考虑移植问题，当把代码发布到其他机器上时，需要手动为其重新建立一个DSN。接下来拟直接采用udl与Access之间连接，提升数据库的可移植性，具体资料方案如下：

文本编辑器打开刚新建的“xxx.udl”文件，其内容如下所示：

分号(;)后面的内容为注释。Data Source后面是数据库的绝对路径，所以，当数据库文件位置变化后，程序就会出错。

可以直接把“xxx.udl”文件中的信息重新生成，然后传给“DB Tools OpenConnection.vi”，移植后的程序中，都将使用GetDBPath.vi来获得数据库的位置信息，然后传给“DB Tools Open Connection.vi”，确保程序的可移植性。

2 交互软件分析设计

系统配备的手机APP向用户提供车位预约服务，在注册账号时需要用户提供车辆信息及车牌号信息，被数据库记录并储存。当对应车辆到达停车场时，需对用户身份进行检测核对。入口处安装的摄像头对用户车牌号进行拍照记录，然后将拍取的车牌号与在已预约车辆的数据库中查找，若用户账户存在预约记录即可进入停车区域，未有预约记录的用户可以选择人工方式进入。

停车场出入口通道侧面都设置多个超声波测距传感器，数据上传到LabVIEW中，在已预约记录的数据库中检索对应的车牌号，若已预约，门禁栏杆打开，允许其通过，若未预约，需要经管理人员人工办理出入手续[8]。

3 结语

在人类生活方式不断发展的同时，汽车的出现为人类带了巨大的便利，汽车的数量增加的速度远远超过人们的预期水平，如果不对车辆的停放进行有效管理，很大可能会出现乱停乱放，占用其他专门通道，堵塞交通路线的问题，影响我们的正常生活。因此，智能车库引导系统对车辆停放问题有极其重要的意义。针对上述问题，利用图像识别和停车定位技术组成的车辆引导系统可以快速地帮助车主找到停车区域，准确引导用户完成车辆有序停放。同时，也会利用数据库记录每次停车的时间、地点，方便用户寻找车位，取车。