城市智慧停车解决方案及应用实例
来源:用户上传
作者:
摘 要：针对城市“停车难”问题提出了“城市级”智慧停车解决方案。该方案采用物联网技术、通信技术、大数据技术等实现车辆信息和停车场/泊位数据的采集与处理，基于B/S架构设计了系统的软件平台。以西安市天悦酒店封闭停车场以及大雁塔周边路侧/路内停车场为例，详细说明了智慧停车系统在不同停车场景下的实现方法和工作流程，实现了停车场管理、停车引导、停车信息采集以及车位预定、查询、导航等功能。西安市的具体应用实例对文中提出的“城市级”智慧停车解决方案进行了合理性和有效性验证，说明该智慧停车系统不仅缓解了城市停车难题，同时也为智慧城市和智慧交通的建设提供了有力支撑。
关键词：智慧停车;NB-IoT;大数据;智慧城市;B/S;APP
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）04-00-05
0 引 言
据公安部交管局公布的最新数据显示，截至2019年6月，我国机动车保有量达3.4亿辆，汽车2.5亿辆。汽车保有量超过100万辆的城市有66个，而北京、成都的汽车保有量已突破500万辆大关。大中型城市普遍面临交通拥堵、停车困难的问题。与机動车的快速增长形成反差的是城市停车场/
泊位的建设严重滞后，存在巨大的车位缺口;同时，现有的停车场存在车位使用率不高、人工效率低、管理混乱等问题。由此可见，针对城市智慧停车解决方案的研究可以大大缓解城市停车难、停车乱、乱收费的现象，具有很强的现实意义和必要性。
本文提出的“城市级”智慧停车解决方案是将整个城市的停车场进行统一物联，每一个已接入的停车场车位数据、车辆信息实时上传至云平台。这些数据在云平台进行汇聚、存储和分析，并且可与政务、交管、城管、公安等部门的线上平台进行数据对接，实现数据共享与政府监管，为智慧城市的建设起到推进、促进作用。
1 国内外智慧停车行业发展现状
国内外智慧停车行业的发展存在明显差异，发达国家的发达地区停车场管理电子化程度非常高，基本进入无人收费阶段。发展中国家欠发达地区智慧停车行业处于起步阶段，往往更加注重设备引进。据2017年中国智慧停车行业大数据报告，美国、加拿大等国家相对地广人稀，“停车难”问题较少。欧洲国家人口集中度较高，停车难问题突出，当地通过视频车牌识别技术实现了停车场出入口的无人值守。日本作为亚洲发达国家，其智慧停车行业较为发达，几乎所有停车场都实现了停车诱导、实时信息查询、无人值守和自助缴费。
近年来关于智慧停车的研究正处于蓬勃发展阶段。爱尔兰利默里克大学的Zhanlin Ji等人研究了面向物联网智慧城市、基于云计算的停车系统设计与实现方法[1]。文中对智慧城市物联网平台进行了介绍，给出了物联网智慧城市下的停车系统总体架构，并深入研究了大学校园停车系统中服务应用层的设计与实现，对系统的稳定性、快速性等进行了验证。土耳其的Fadi Al-Turjman等人对目前应用较多的物联网城市智慧停车系统进行了大量调查[2]。文章从软硬件设计的角度对停车系统进行了分类，分析了不同的传感技术与检测技术，强调了智慧停车系统中数据可靠性、安全性、隐私性的重要性，并对新兴的停车趋势进行了介绍。意大利的Tullio Giuffrè等人从停车管理的角度提出了智慧城市环境下停车系统的架构模式[3]。Dogrua[4]等人基于土耳其伊斯坦布尔法提赫地区停车行为进行分析，提出了相应的停车管理政策。文中指出不同子区域人们的停车行为也不同，城市管理者应根据差异制定该地区的停车政策。Sharaf等人[5]介绍了阿联酋阿布扎比市智慧停车系统移动端应用程序ADIP（Abu Dhabi Intelligent Parking）的设计与实现，对其中的算法及应用界面进行了说明。
国内的专家学者、技术人员也做了很多研究工作。董玉荣[6]等人设计了基于窄带物联网（NB-IoT）技术的城市智慧停车系统，文中给出了系统的设计框架，并对基于NB-IoT的车位检测方法进行了较为深入的研究，分析了该方法的实现流程及优越性。丁敏[7]等人基于LoRa通信模块对智慧停车系统的软硬件进行了设计，并进行了地磁检测及车牌识别的实验，结果表明该系统可满足实时性和可行性的要求。张玮玮[8]等人介绍了智慧停车系统中涉及的检测技术、网络技术、计算机技术等相关技术的应用、对比和总结。黄溅华[9]等人针对城市的停车难题，提出了互联网+智慧停车的解决思路。
综上所述，文献[1]和文献[4-7]设计了比较智能化的停车系统，但大多只适用于某些特定的应用场景;文献[2-3]和文献[8-9]从智慧城市的背景出发，提出了智慧停车系统整体的解决思路或架构，但对于实际的应用案例研究较少。本文以智慧停车系统的“城市级”应用为目标，对智慧停车理论进行分析研究;对平台的硬件、软件部分进行了设计与实现;将平台成功应用到西安市多个停车场景中，形成了以“城市级”概念为基础的智慧停车解决方案。
2 城市级智慧停车平台总体设计
城市级智慧停车系统基于物联网技术和大数据技术设计，软件平台采用B/S架构，如图1所示。该平台作为智慧停车管理系统的核心，监控管辖着所有已接入的停车场运营情况。前端数据利用车位相机、地磁传感器、手持终端等硬件设备采集并检测车辆的车牌、位置等基本信息，之后将检测到的信息上传至云平台。云平台系统汇聚停车场所有车辆信息、运营信息等，并通过大数据分析，为停车场管理者提供合理的经营策略。同时，该云平台还具有省级多方位接入管理接口，可与城市交通管理、停车管理等相关政府部门实现数据共享。
3 城市级智慧停车解决方案
城市中的停车场（停车泊位）按建筑类型和场地位置可大致分为地面停车场、地下车库、地上车库、立体车库、桥下停车场、路内/路侧停车位等。文中为便于分析，将地面停车场、地下车库、地上车库以及桥下停车场统一归类为封闭式停车场。 3.1 封闭式停车场停车方案
针对封闭式停车场，智慧停车平台中的停车场客户端系统（PMS）集成了先进的车牌识别算法、道闸、LED语音报读等功能，可实现停车场出入的综合高效管控，其应用场景如图2所示。PMS端完成数据采集并上传至云平台，云端自动计费，当车辆出场时车主可提前选择通过缴费APP、微信公众平台、云闪付等线上支付方式完成停车缴费，实现不停车的无感出场，享受高质量的停车服务。
系统运作流程如下：
（1）车辆入场：获取照片、车牌号和车辆入场时间，抬杆放行;
（2）电脑管理计费：收费管理系统开始计费，并上传车辆入场信息至云平台;
（3）停车诱导：通过超声波或者车位相机把车位状态实时发送到收费系统，收费系统处理后，再把剩余车位数实时推送到诱导屏，用户根据诱导屏指示寻找车位，并停放车辆;
（4）反向寻车：用户在反向寻车一体机中输入车牌号，点击查询后，一体机显示车辆照片和停放位置;
（5）离场结算：提前支付，准备离场时提前付款，可实现无停留出场，扫码支付出场时系统将检测车牌号是否为会员、包月、包年、网络支付、临时卡，按流程处理并抬杆放行;
（6）异常处理：不进行任何业务处理，控制道闸系统抬杆，用于应对紧急状况。
3.2 路侧停车方案
目前的路侧停车场基本采取刷卡式咪表对车位进行管理，重在收费，不能为停车诱导系统提供实时空车位信息。本文提出的路侧停车方案依靠先进视频识别抓拍技术实时高效的捕捉识别路内停车车牌信息，并上传停车数据至智慧停车管理云平台，由云平台实现在停车辆的计时计费，应用场景如图3所示。该方案由高位视频相机、智慧停车管理云平台和自主缴费的线上支付系统组成，可实现路内停车的无人化值守，有效改善泊车管理秩序，提高道路泊位周转率。
系统运作流程如下：
（1）当车辆驶入停车位时，枪球一体机记录车辆行驶轨迹，锁定并识别车牌号码，之后自动上传车辆停车照片至智慧停车管理云平台，由云端计时计费;
（2）车辆驶离停车位时，识别设备捕捉离开车辆的车牌信息，并上传数据至云平台，云平台自动计算该车辆对应的停车时长及停车费用;
（3）车主通过微信或者支付宝自主缴费，快速离场。
3.3 立体车库停车方案
智能立体停车库是利用电机和链条驱动实现停车的一种方式。这种立体车库在寸土寸金的城市中心，可以使停车位倍增，极大地缓解了城市的停车难题。立体停车库停车方案可采用“智慧道闸+云平台+手机APP”的组合方式，实现空余车位查询、车场导航、提前线上自助缴费、快速离场、申领发票等功能。立体停车库应用场景如图4所示。
系统运作流程如下：
（1）车辆入库：车主驾驶车辆经过入口道闸，停车场终端管理系统通过车牌识别摄像机获取车牌号码和车辆类型，对数据进行处理后保存到本地数据库;
（2）电脑管理计费：上传数据到云平台;
（3）入库完成：停车场终端管理系统向立体车库管理系统发出指令，将与车辆类型对应大小的空车位移动至指定位置，车主按照规定正常停放车辆后离开停车区域;
（4）识别取车：车主操作控制设备取车，立体车库控制系统将车辆移动至指定區域;
（5）离场结算：车主驾驶车辆到出口道闸处，停车场终端管理系统通过车牌识别摄像机获取车牌号码，与该车辆的入场信息对比计算停车费用，同时车主也可以通过微信或者移动APP在线缴费。
4 西安市智慧停车系统应用实例
4.1 天悦国际酒店智能停车场
4.1.1 改造前停车场现状
停车场为酒店自有的地面封闭式停车场，一进一出两个口（南进北出），入口位于大楼南侧含光路快速车道沿线，出口位于大楼北侧小区路沿线。
（1）出入口都有岗亭设备，安装有简易版道闸。
（2）无车牌识别系统，车辆出入通过人工手动放行。
（3）无收费管理系统及相应的设备设施。
（4）人工操作出入放行，严重影响了车辆出入的速度，导致出入高峰期严重拥堵。
（5）停车场每天的收费状况及停车详细信息无法管理。
（6）停车场的停车位实时状况无法及时、准确、有效地告知入场停车客户。
（7）酒店的专用车位没有有效的管理保障措施。
4.1.2 天悦酒店智慧停车场解决方案
根据酒店停车场现状，对停车场实现智能化管理与改造，具体方案如下：
（1）现有出入口安装高清车牌识别系统、高速闸机、出入口语音显示屏、智能管理终端等设备，以实现停车场的智能化管理;
（2）由于现有出口为小区车辆进出口路与北侧大楼停车场出口的交汇处，因此在上下班高峰期容易导致本停车出口拥堵，故根据现场情况，在位于大楼南侧的入口也设置出口，以有效缓解车辆出入的压力;
（3）出入口设备进行网络互联互通，实现停车信息数据统一管理;
（4）出口显示二维码，手机扫描快捷预缴费用，无需停车即可快速通过，大幅提高车辆通行效率。
4.1.3 天悦酒店智慧停车系统
西安市智慧停车系统天悦酒店智能停车场管理界面如
图5所示，包括以下功能：
（1）停车场入口、出口实现实时信息管理;
（2）出入口历史信息列表包括停车状态、车牌号码、进出时间、车辆类型等;
（3）停车场信息管理包括停车场名称、总车位数、剩余车位数等;
（4）收费信息管理包括当前值班人员、上班时间、收费金额等;
（5）本次计费：出口处办理出库的车辆信息包括停车时间、计费时间、计费提示、收费金额（收费成功后自动抬杆）; （6）异常处理：不进行任何业务处理，控制道闸抬杆，用于应对紧急状况或入场时车牌未被识别等状况。
4.2 曲江旅游商业区（大雁塔周边）智慧停车场/泊位建设
4.2.1 建设内容
西安大雁塔周边沿线34个停车场分布如图6所示，要求全部接入智慧停车管理云平台，实现统一化管控，完善道路停车体系。具体功能如下：
（1）搭建智慧停车综合管理平台，实现停车数据的联网和共享;
（2）停车数据接入平台，实现智能报表分析，辅助旅游区域停车场车位有效调控和规划;
（3）实现该景点区域停车位查找、车位导航、线上自助缴费等功能。
4.2.2 大雁塔周边路侧停车解决方案
（1）路侧停车高位视频方案
所谓高位视频方案是指“视频+互联网”的技术模式，该模式在视频违停取证技术的基础上发展而来，其应用场景如图7所示。高位视频方案采用高位摄像机进行车牌识别，与移动互联网、云计算技术相结合，依靠互联通信网络将实时数据传送至信息处理中心，实现路侧停车诱导、自动计费、自助电子缴费以及停车场自动管理等功能。
（2）路侧停车低位视频方案
低位视频方案是指通过在路侧安装视频桩的方式来采集车辆信息。视频桩高度约1 m，安装位置随距离路沿远近程度略有调整。低位视频安装方案示意如图8所示。视频桩顶部带有摄像头，可以对停车位上的车辆拍照、车牌识别、计算停车时间等，与高位视频方案的区别在于前端数据的采集方式不同。
4.3 西安市智慧停车系统移动端APP
作为城市级整体智慧停车系统的用户服务入口，市民APP及微信公众平台为出行者提供了诸多便利，使车主能够及时获知停车资讯、享受多元化的停车服务。图9所示为西安市民APP车位查找界面与导航界面示意图。车主可以通过手机APP查找附近停车场，并获得附近停车场剩余车位数、收费标准等信息。
5 结 语
本文基于国内外停车行业发展现状，对城市级智慧停车系统的设计、实现及应用进行了较为深入的研究。针对城市中的不同类型停车场（停车泊位）提出了不同的智慧停车解决方案。城市智慧停车系统综合利用云计算、物联网和无线通信等技术促进城市停车信息互聯互通、盘活现有停车资源、提高城市停车供给能力;停车APP、收费APP等移动终端优化了停车服务体验，提高了停车场运营收益及效率。西安市智慧停车平台的设计研发有利于城市停车产业健康有序发展，对西安市的智慧城市、智慧交通建设起到了促进作用。
参考文献
[1] JI Zhanlin，IVAN GANCHEV，M?IRT?N O’DROMA，et al. A cloud-based car parking middleware for IoT-based smart cities：design and implementation [J]. Sensors，2014（14）：22372-22393.
[2] AL-TURJMAN F，ARMAN M. Smart parking in IoT-enabled cities： a survey [J]. Sustainable cities and society，2019，49.
[3] GIUFFR? T，SINISCALCHI S M，TESORIERE G. A novel architecture of parking management for smart cities [J]. Procedia-social and behavioral sciences，2012，53（Complete）：16-28.
[4] DOGRU A，MALAITHAM S，OKAMURA M，et al. Parking management policies based on behavior analysis at fatih district in Istanbul，Turkey [J]. Transportation research procedia，2017（25）：5205-5219.
[5] ALKHEDER S A，AL RAJAB M M，ALZOUBI K. Parking problems in Abu Dhabi，UAE toward an intelligent parking management system “ADIP：Abu Dhabi Intelligent Parking”[J]. Alexandria engineering journal，2016，55（3）：2679-2687.
[6]董玉荣，聂云峰.基于NB-IoT的智慧停车系统研究与设计[J].南昌航空大学学报（自然科学版），2017（3）：95-99.
[7]丁敏，张正华，苏权，等.基于LoRa的智慧停车管理系统设计[J].无线电工程，2019（7）：597-600.
[8]张玮玮，钱中阳，崔袁丁.城市智慧停车系统关键技术研究[J].建筑电气，2019（5）：22-25.
[9]黄溅华，刘海峰，李翔.基于互联网+的智慧停车云服务实践研究[J].交通工程，2017（5）：46-51.
[10]孙国庆，郝金平.智慧园区停车系统设计与实现[J].物联网技术，2017，7（7）：93-95.
作者简介：张明慧，博士，讲师，任教于西安建筑科技大学机电工程学院，研究方向为新能源汽车。
史小辉，博士，西安建筑科技大学静态交通研究院院长，研究方向为智慧城市静态交通规划、设计与系统集成。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15208407.htm
