基于物联网的智能停车系统的研究与设计

裴华艳，付聚文

（1.甘肃广播电视大学 教务处，兰州 730030；2.中国移动通信集团甘肃有限公司 业务支撑部，兰州 730046）

基于物联网的智能停车系统的研究与设计

裴华艳1，付聚文2

（1.甘肃广播电视大学 教务处，兰州 730030；2.中国移动通信集团甘肃有限公司 业务支撑部，兰州 730046）

针对现代城市中“一位难求”的停车难问题，提出采用RFID自动识别技术和无线传感器技术设计基于物联网的智能停车系统，为用户提供车位信息和停车诱导服务，引导和帮助用户停车，改善停车难问题。

物联网；智能停车；RFID；传感器

随着我国经济的快速发展，城市中机动车的数量越来越多，停车已经成为一个难题，同时诱发了一些车主的乱停车行为，乱停车又反过来加剧了停车难。“停车难”已经成为困扰城市道路交通发展的普遍性问题，亟待改善解决。

1 物联网及关键技术

1.1 物联网

物联网（Internet of Things）的概念最早是由美国麻省理工学院（MIT）自动识别技术中心（AutoID Center） 于 1999 年 提 出 的[1]。2005 年， 国 际 电 信联盟（ITU）发布《ITU Internet Report 2005:The Internet Of Things》报告，报告对物联网的定义如下:物联网是一种通过二维码识读设备、RFID 装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。物联网通过物体的识别与管理实现PC之间、人与人之间、物与人之间的信息交互与共享。

1.2 物联网的体系结构

根据物联网信息采集、传输、处理和应用的原则，可以将其体系结构分为4层:感知层、传输层、处理层和应用层，如图 1 所示[2]。

图1 物联网体系结构

感知层在物联网体系结构中处于信息采集的最前端，运用二维码、RFID、传感器等设备对物体进行探测与识别，完成对物体属性的读取。

传输层由无线传感器网络、互联网、移动通信网等传输网络构成，主要负责感知层、处理层和应用层之间的信息传输与交互。

处理层通过运用数据挖掘、云计算、并行计算等数据分析和处理技术，对传输层提供的信息进行分析与处理，挖掘出有用的信息供应用层使用。

应用层通过将处理层提供的信息进行应用，提供多样化的物联网服务。

1.3 物理网关键技术

1.3.1 RFID

射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）是一种利用电磁感应或微波进行通信的非接触式自动识别技术，主要通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据[3]。RFID 技术可识别高速运动的物体，能够同时识别多个标签，具有非接触工作距离长、非视距读取、适于恶劣环境等优点[4]。

RFID 系统一般由电子标签、读写器和天线 3 部分组成。电子标签由耦合元件与芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，可部署在物体上标识目标对象。当电子标签进入读写器所在的无线射频磁场后，读写器读取标签信息，并控制射频模块向标签发射读写信号；电子标签接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流获得能量，启动控制电路和射频电 路 将 存 储 在 内 部 芯 片 的 数 据 送 出[3]， 读 写 器 接 收并解码标签发送的数据，送至计算机系统进行处理。天线负责在电子标签和读写器之间传递射频信号。

1.3.2 传感器技术

传感器是一种能够探测和感知外界信息，并将信息按照一定的规律转换为可测量的电信号或其他形式信号的器件。通过将转换后的信号输出传递给其他装置[5]，传感器能够实现对信息的传输、存储和处理。传感器是物联网感知层的一种重要设备，主要用于探测物体，完成对物体属性的采集和读取。

无线传感器网络由分布在不同空间上的传感器节点和网关构成，节点可被部署在被感知物体内部或周围，能够在任意时间探测并采集被感知物体的属性，如压力、温度和湿度等，每个节点能够实现简单的数据存储和处理，并接收来自其他节点的数据，节点之间通过无线网络进行通信，所有节点以协作的方式采集和处理传感器网络覆盖区域内的信息，采集后的数据汇聚到网关，通过网关传送到计算机系统。

2 基于物联网的智能停车系统的设计

2.1 系统的总体结构

本系统基于物联网设计，主要由信息采集模块、信息传输模块、信息分析与处理模块、信息发布模块4个部分组成，分别对应物联网的感知层、传输层、处理层和应用层，系统总体结构如图2所示。

图2 智能停车系统的总体结构

信息采集模块对停车场内的车位信息和出入停车场的车辆信息进行周期性采集，然后经信息传输模块传输至信息分析与处理模块，后者对数据进行分析，挖掘提取出最新车位、出入库车辆数等信息提供给信息发布模块，发布模块通过多种方式对外发布信息，引导用户停车。

应用本系统的停车场可为经常停放的车辆办理月卡、季卡或年卡，并在相关车辆上安装 RFID 自动识别标签。临时停车需要车主在车辆入库时手工提取临时卡，在车辆出库时手工刷卡以计算停车时间和停车费用。系统的主要工作流程如下:

（1）车辆入库 :车辆驶入停车场通道后，入口处的 RFID 读卡器对车辆进行检测，自动识别车辆上的 RFID 标签并记录车辆入库时间[3]；入口处的视频监控设备采集车辆相关信息。所有采集信息通过互联网传输至信息分析与处理模块；

（2）停车 :车辆停放完毕后，安装在车位正上方的超声波车位检测器探测到本车位已被占用，将占用信息通过无线传感器网络传输至信息分析与处理模块；

（3）车辆离库 :车辆驶离车位后，车位检测器探测到本车位已空，采集此信息；车辆驶离停车场出口时，出口处的 RFID 读卡器对车辆进行检测，自动识别车辆上的 RFID 标签，采集车辆离库信息。所有采集信息被传输至信息分析与处理模块，处理模块自动计算停车时间、停车费用并完成扣费，临时卡需人工收取现金后放行。

2.2 系统的主要功能模块

2.2.1 信息采集模块

信息采集模块是实现智能停车的基础，是整个系统的“感知层”，由超声波车位检测器、RFID 读卡器和视频监控设备组成，主要负责系统基础数据的采集，为信息分析与处理提供原始数据。

RFID 读卡器和视频监控设备均安装在停车场出入口，读卡器利用 RFID 非接触式自动识别技术设计，主要完成对出入车辆的探测识别以及车辆出入库时间的采集。视频监控设备主要负责采集车辆的车牌、型号、颜色等信息。

超声波车位检测器安装在每个车位的正上方，由超声波测距传感器构成，主要完成车位信息的探测与采集。车位正上方的超声波传感器向下发射超声波，每隔 5 min 采集一次车位信息，超声波经地面或车辆顶部反射后被传感器接收，可获得超声波的传输时间，从而计算超声波的传输距离。车位上有车时超声波的传输距离与无车时不同，由此判断车位上是否停放了车辆[6]。当车位信息发生变化时，车位检测器探测并采集最新信息。

2.2.2 信息传输模块

信息传输模块主要负责系统内各模块之间的信息传输与交互，确保信息传递的及时性和准确性，以及整个系统高效、稳定的运行。

由于停车场内车位之间的距离较短，车位比较密集，车位信息的采集与传输均采用无线传感器网络，这种网络的建设成本较低，适应性、扩展性和设备的可维护性较强，有利于整个系统的稳定性。

无线传感器网络由部署在停车场内的超声波车位检测器（传感器节点）和汇聚节点构成。车位检测器除采集本车位的信息外，还可对其他节点转发过来的数据进行简单的存储和管理。汇聚节点是车位检测器数据的汇总点，也是连接无线传感器网络与互联网的网关，负责将采集信息转发到互联网中的信息分析与处理模块。

RFID 读卡器和视频监控设备与信息分析与处理模块之间的数据传输采用互联网。

2.2.3 信息分析与处理模块

信息分析与处理模块相当于整个系统的“大脑”，它接收并存储信息传输模块传送的各类基础数据，采用数据挖掘技术对这些数据进行整合分析，根据一定的规律和算法搜索出隐藏在其中的有用信息，计算出停车场的空车位数、入库车辆数、出库车辆数，统计每个车辆的停车时间、停车费用及停车记录，以及停车场的收益等数据，并将空车位数、总泊位数等信息传输给信息发布模块。出入库车辆数和收益数据可为停车场管理者进行管理决策提供数据支撑，停车记录可为用户提供相关查询服务。

2.2.4 信息发布模块

信息发布模块是整个系统对外进行信息发布的窗口，主要负责及时有效的更新发布停车场的名称、行驶路线、空车位数、总泊位数等信息。

信息发布方式可以采用车载终端、广播电台、个性化的手机短信服务以及路侧的电子显示屏，电子屏可以设置在停车场周边区域的街道两旁，便于过往的车辆及时获取车位信息。

3 结束语

针对城市中停车难的问题，以提供高效、便捷的车位信息为出发点，以车位信息的采集与发布为核心，研究并设计了基于物联网的智能停车系统，以期为用户提供停车诱导服务，引导和帮助用户停车，改善停车难问题。

[1] 刘云浩 .物联网导论 [M].北京 ：科学出版社，2010，12.

[2] 钱 萍 .物联网隐私保护研究与方法综述 [J].计算机应用研究，2013，30（1）：14.

[3] 张席洲，邱永涵 .基于 RFID 的停车诱导系统设计 [J]. 武汉理工大学学报 (交通科学与工程版 )，2011，35（3）：484-486.

[4] 魏长宽 .物联网 :后互联网时代的信息革命 [M].北京 ：中国经济出版社，2011.

[5] 冯璐璐 .基于物联网的停车泊位诱导系统关键技术研究 [D].长春 ：吉林大学，2013.

[6] 高旭东，曹珊珊 .超声波车位检测器系统设计 [J].黑龙江科技信息，2008.

责任编辑 方 圆

Intelligent Parking System based on Internet of Things

PEI Huayan1, FU Juwen2
( 1. Of ce of Academic Affairs, Gansu Radio and TV University, Lanzhou 730030, China; 2. Department of Business Support System, China Mobile Group Gansu Company Limited, Lanzhou 730046,China )

To address the problem of “a parking space was hard to nd” in modern city, the paper presented Intelligent Parking System which was designed by using RFID automatic identification technology and wireless sensor technology. The System provided the information of parking space and parking guidance service for users, guided and helped user’ s parking, improved the problem of parking.

Internet of Things(IOT); Intelligent Parking System; RFID; sensor

U29∶TP39

：A

1005-8451（2015）01-0050-03

2014-04-14

裴华艳，助教；付聚文，技术员。