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精确停车引导系统设计方法研究

来源:一卡通世界      作者:姚国仲 姚林 王建群 冉学均 李振山      2013-9-23 15:55:46

  摘要:探讨了精确智能停车引导系统的基本框架、网络层次结构以及各部分的设计方法;对停车引导逻辑设计方法进行了原理性的研究,总结出停车引导逻辑的基本实施程序.就智能停车引导系统的实现进行了网络、硬件和软件开等方面的开发研究,总结出系统实现的方法.在北京翠微大厦地下停车场进行了精确停车引导系统的实验,验证系统的效果。

  引 言

  目前,为了解决城市停车困难问题,不少大城市修建了许多大型的停车场,这对缓解由停车困难造成的各种问题起了很大的作用.但是,由于停车场缺乏有效的停车引导信息系统,在驾驶员到达停车场前,也不知道停车场内是否有可用车位,只能盲目的驾驶车辆前往停车场;当驾驶员驶入停车场以后,往往只能获得简单的停车行驶方向信息,并不知道前行方向上是否有剩余车位可用,经常造成驾驶员困惑,只能开着车在行车通道上徘徊或驻足在行车通道上,甚至开着车在停车场内部兜圈,都没有找到可用车位,由此常常造成停车场内部混乱和拥堵、额外的燃油消耗和停车效率低下等问题.

  在停车诱导系统的研究方面,日本和韩国的研究主要集中于城市停车诱导系统,而针对于停车场内部的系统研究则比较少.停车诱导系统系统的基本思路:根据前行通道路径,将停车场划分为不同的区域(根据实际情况,可以进行区域层次划分,即将一个大区域再划分为几个小区域) ;通过超声波车位探测器精确的探测出停车位上是否有车,并将各个区域的停车信息进行汇总;通过中央控制室将各个区域的实时停车信息根据引导逻辑发布到相应的车位引导屏,并将停车场泊位信息发布到泊位屏上,供驾驶员查询和管理员管理停车,将停车场总的剩余车位信息发布到户外屏,供在寻找停车场停车的驾驶员使用.本文对此提出有效解决该问题的一般性方案——— 精确停车诱导系统 .

  1  相关工作

  1 .1  精确停车引导系统的组成

  在智能停车引导系统中,每个停车泊位的正上方上安装有一个超声波车辆探测器,其通过测量回波距离与预先设置的距离值作对比,判断泊位是否被占用.每一个车位靠近行车道的一端安装有一个车位指示灯,用于指示车位是否被占用,如果车位被占用,则显示为红灯;否则为绿灯.驾驶员通过车位引导灯的显示颜色,快速准确的找到停车泊位.车辆探测器的检测信息直接发送给区域控制器,通过区域控制器汇总发送给上一层的控制器或者车位引导屏.如图1 所示 .

精确停车引导系统

图1  精确停车引导系统的基本框架

  1 .2  图像采集与识别系统

  在车辆进入停车场时,需要获得车辆的车牌号码和进入日期和时间.在车辆驶出停车场时,获取车辆的车牌号码,在数据库中查找相应车牌号码的车辆的进入时间,收费系统根据.停车时间打

  印收费清单.

  在停车场入口,利用地感线圈探测车辆的出现.当有车辆进入停车场时,地感线圈发出信号,触发相机拍照,捕捉照片,与此同时,启动图像识别系统进行图像识别,采用分类合成图像识别算法对图像进行处理,获取车牌号码,并将车牌信息和进入时间存入数据库.地感线圈信号同时会触发门禁控制机抬起通行干,放行车辆,整个流程见图2 ,图3 为车牌识别算法的流程.

停车场出入口

图2  停车场出/入口图像捕捉和控制系统

车牌识别算法

图3  车牌识别算法

  2  引导逻辑研究

  停车引导逻辑就是研究如何将停车场区域、停车通道和泊位信息进行有效的组织,向驾驶员提供直观、准确的停车信息、区域信息等,对驾驶员进行引导.引导逻辑对于设计良好智能停车引导系统有着至关重要的作用,它的品质直接决定了引导系统的性能和作用.

  进行引导逻辑设计,需要了解停车场的基本情况:停车场的通道数目(通过进口可以直接到达出口的单向通道数) ,进/出口数目,各个通道可以到达的泊位以及通道之间相互交叠区域的泊位等.引导逻辑设计的一般方法:(1) 在停车场平面图上绘制出停车场的泊位分布和通道分布;(2 )将通道前行可以到达的泊位所在的区域划分一个区域,如果通道太长或者包含的区域过大,可以继续将该区域根据通道前行方向划分为较小的区域;(3) 将通道两侧的泊位分别划分为两个不同的集合;(4) 构造相应的数据库,相应的车位引导屏显示引导逻辑的最终结果.以北京翠微大厦停车引导系统为例进行说明,翠微大厦地下二层的泊位地图如图4 所示.引导屏的显示模式见图5 .8 号车位引导屏安装在停车场入口,负责发布前行和右转所包括的泊位,8 # 屏指示直行和右转分别有多少空余车位,引导箭头:← 27 空位30 → ,左右数字控制范围图:数字27 表示车辆向左转有27 空车位可用,数字30 则表示车辆向右转有30个剩余车位.根据以上逻辑分析,则可以构造相对数据库,见表1 .

翠微大厦停车场

图4  北京翠微大厦停车引导逻辑设计平面图

图5  停车引导逻辑显示设计

表1  根据引导逻辑构造的数据库

  3  系统的实现

  3 .1  系统网络层次结构

  数据传递的方向和层次决定了网络的结构和层数,以及各层应该实现的基本功能.超声波车位探测器获得泊位信息后将信息传递到相应区域的节点控制器(网络底层) ,各个节点控制器整理所

  控制区域的泊位信息后,将数据上传给更高层次的控制器,即层控制器.根据网络层次的不同层控制器可以将数据继续上传给更高层次的控制器.网络最高层次的控制器我们称为中央控制器.各

  层控制器之间通过CAN (control area network)来传递数据.数据经过上位机处理以后,存入数据库,并通过CAN 网络传递到各信息发布终端,进行信息发布 .精确停车引导系统的网络层次结构见图6 .

精确停车引导系统

图6  精确停车引导系统的网络结构

  3 .2  系统硬件

  精确停车引导系统是一个相对完整的智能系统,系统包含的知识领域也比较广,涉及规划设计、美工、计算机网络、电子和机械等方面.系统所涉及的硬件都采用嵌入式处理器,安全稳定可靠.

  其硬件系统主要包括车位指示灯,车位探测器,节点控制器,层控制器,中央控制器,车位引导屏,泊位屏和户外屏.这些硬件之间的关系如网络结构图6 所示.图7a)为Philips 公司的SJA1000CAN控制器与单片机P89V51D 的接口原理图.图7b)所示为部分硬件的实物.

CAN 控制原理图

图7  CAN 控制原理图和停车引导系统的部分硬件

  4  实验与效益

  4 .1  实验介绍

  北京翠微大厦处于北京市公主坟,在西长安街延长线上,地处北京重要的交通枢纽,来往车辆繁多.在该地区,有几个大型的地下停车场和几个路边地面停车场,由于停车需求量太大,该地区停

  车供应远不能满足需求,常常由于停车造成严重的交通拥堵.翠微大厦地下停车场分为2 层,地下一层有109 个车位,地下二层有205 个车位,一个入口和一个出口.出/入口进行图像捕捉,通过图像识别系统获取车牌号码和停车时间等信息.车位引导屏,户外信息发布屏和泊位屏的效果如图8 所示.

图8  泊位屏、车位引导屏、户外屏和区域信息发布屏的实验效果

  4 .2  效益分析

  安装该系统前,通过人工引导停车,利用对讲机传递泊位信息,需要20 名左右员工才能知道停车场的停车状况,而且不能及时获得泊位信息,在车较多时,常常导致停车场内混乱,车辆拥堵,停车效率非常低,同样管理业非常困难.安装该系统后,停车场内已经不需要人工进行指导,驾驶员就可以自己找到剩余泊位,只需要3 ~ 5 名员工即可有效的管理停车场.同时,停车场不再有拥堵混乱的状况.驾驶员可以直接通过户外屏所发布的剩余车位信息知道停车场内是否有剩余车位,抉择是否进入停车场.所以,该系统能够产生良好的社会效益.

  5  结束语

  通过对停车场内部引导、管理等困难的分析,提出了精确停车引导系统的基本框架;总结出了精确停车引导系统的设计方法和实现;对停车引导逻辑设计进行深入研究,得出停车引导逻辑设计方法的实施程序;通过实验验证了精确停车引导系统可以有效解决停车场内部引导困难问题.(作者   姚国仲 :男,博士生,讲师,主要研究领域为交通信息、信号采集与处理 )

  参考文献

  [1] 雷 玮.停车引导系统解决方案在大型公建中的应用[J] .智能建筑电气技术,2012 ,6(3) :92‐93 .

  [2] 金海明.基于全方位视觉技术的停车诱导系统的研究[D] .杭州:浙江工业大学,2009 .

  [3] 史 峰,姚加林.停车场空余泊位数时段变化规律及停车预报方法[J] .北京工业大学学报,2008 ,34(4) :412‐417 .

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