CN103280121A - 基于物联网技术的智能停车场系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的智能停车场系统，包括：N个车位传感器，设置于每个停车位，用于感应车位占用状态；RFID读卡器，设置于停车场的入口和出口处，用于读取射频卡信息；ZigBee模块，与车位传感器、RFID读卡器通信，将车位传感器、RFID读卡器读取的信息传输至协调器；协调器，用于采集ZigBee模块的节点信息，并通过路由器将其传送至网关服务器；网关服务器，用于通过GSM模块与用户手机进行通信。本发明提供了一种基于智能停车场系统的工作方法，具有智能采集车位使用信息、智能分配车位、会员管理、可调控的自动计费收费等功能。

Description

基于物联网技术的智能停车场系统及其工作方法

技术领域

本发明公开了一种基于物联网技术的智能停车场系统及其工作方法，涉及物联网信息传输技术和停车场技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展，机动车拥有量迅速增长，居民乘小汽车出行的次数增多，许多城市“停车难、难停车”的问题日渐显著。供需紧张、乱收费、违章停车、进出停车场不易、寻找停车场困难等现象普遍存在，影响了城市景观，更影响着与动态交通的和谐发展。

不仅如此，目前大部分城市的停车设施大多量上不足，质上简陋。许多停车场自动收费设备缺乏，乱收费现象严重；泊位引导系统不完善，驾驶人停车取车困难；缺乏一种方便查询与预留车位的系统功能，导致车主无法掌控和有效安排利用时间；各停车场系统信息孤立，缺乏网络化所带来的数据互通、统计管理查询的社会需求；系统软件硬件分离，车位使用信息无法实时监控显示；停车诱导信息缺乏，驾驶人寻找可利用的停车泊位比较困难，部分停车场甚至只管停车收费等，这都在一定程度上导致了车主放弃停车场，而在路旁、单位门前等空地乱停乱放，违章停车现象严重，停车场利用率较低的现象。

其次，停车场作为市政建设中的重要一环，影响着城市交通的发展。并且，停车场作为商场、学校、社区、写字楼等人流密度大的公共场所设施的重要组成部分，对其主体正常运营影响较大。

所以，停车场系统的功能单一、不人性化等问题迫切等待解决，因此，停车场的智能化科学管理就显得尤为重要。

根据调查发现，现国内外研究的不足之处：停车场的智能化管理体系大多是基于单一模块的，停车收费系统、泊位引导系统、停车信息诱导系统、管理控制软件与功能硬件等在理论研究和实践应用中大都是孤立的，缺乏有效的系统集成，虽然起到了一定程度的缓解停车难的作用，但其效能没有得到充分的利用。并且缺少如车位查询预订、会员“一卡通”等实用的人性化新需求，缺乏基于手机客户端与网页的交流新途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对背景技术的缺陷，以市场需求为根据，以人性化为根本，提出了从数据采集到信息显示，从物物相连到人机交互的智能停车场系统模型。运用新的软硬件组成技术，满足系统功能新需要，并开发多途径多平台的人机交互新途径。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于物联网技术的智能停车场系统，包括：

N个车位传感器，设置于每个停车位，用于感应车位占用状态，N为自然数；

RFID读卡器，设置于停车场的入口和出口处，用于读取射频卡信息；

ZigBee模块，与车位传感器、RFID读卡器通信，将车位传感器、RFID读卡器读取的信息传输至协调器；

协调器，用于采集ZigBee模块的节点信息，并通过路由器将其传送至网关服务器；

网关服务器，用于通过GSM模块与用户手机进行通信。

作为本发明的基于物联网技术的智能停车场系统进一步的优化方案，还包括设置于停车场入口处及拐弯处的多个显示屏。

作为本发明的基于物联网技术的智能停车场系统进一步的优化方案，所述协调器的数量为M个，每个协调器分别采集254个节点信息，M为自然数。

作为本发明的基于物联网技术的智能停车场系统进一步的优化方案，所述车位传感器为压力传感器。

作为本发明的基于物联网技术的智能停车场系统进一步的优化方案，所述车位传感器为红外避障传感器。

作为本发明的基于物联网技术的智能停车场系统进一步的优化方案，所述ZigBee模块设置以每2秒一次的频率监测车位传感器数据电平信号。 

本发明还提供一种基于物联网技术的智能停车场系统的工作方法，具体步骤如下：

当车位传感器感应到车位状态变化时，车位传感器传输信号至ZigBee模块，ZigBee模块将车位信息传输至协调器；

当射频卡进入RFID读卡器范围内，RFID读卡器读取射频卡信息并将信息传输至ZigBee模块，ZigBee模块将射频卡信息传输至协调器；

将与车位传感器或RFID读卡器相连的ZigBee模块作为一个ZigBee网络节点，单个ZigBee网络节点与协调器建立无线连接与数据通信，将采集的数据信息及节点地址信息传给协调器，由协调器对信息进行汇总进而传给网关服务器；

网关服务器通过AT指令控制GSM模块向用户推送汇总的停车场信息。

作为基于物联网技术的智能停车场系统的工作方法进一步的优化方案，当车主刷卡进入停车场时，网关服务器自动通过后台服务程序计算一个距离停车场入口路径最短的未使用车位，作为建议停靠车位，通过入口处显示屏显示车位号告知车主，车主可根据停车场内停车引导显示屏显示的模拟平面图寻找车位。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

规范停车秩序，与动态交通和谐发展；避免乱收费现象，提高停车收费的可信度；提供有保障的停车预订功能，保证出行效率；低成本、易安装、易移植、高科技的软硬件，提升商场、写字楼、学校、小区等区域交通设施实力；提高停车管理人员的工作效率，减轻工作人员的劳动强度；扩充停车信息的可利用形式以及范围，提高停车泊位利用率；提高找寻停车位的便利性，减轻交通污染；受智能化社会生活方式的趋势需要，人们对交通服务设施的人性化要求也随着网络通信、计算机、软硬件集成等一系列物联网技术的发展而逐步提高，智能停车场系统的采用解决了这一社会需求。

附图说明

图1是ANDROID客户端软件架构设计图。

图2是后台采集车位信息采集程序架构图。

图3是前、后台WEB程序细化后的整体架构图。

图4是前、后台WEB管理软件整体架构图。

图5是系统按业务功能划分应用的模块示意图。

图6是系统整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细地说明：

本发明的基于物联网技术的智能停车场系统，其具体实现技术可分为硬件和软件部分。

其中硬件运用了M2M（物联网）技术，具体如下：

1、射频识别技术(RFID)和车位传感器（如压力传感器、红外避障传感器）技术完成原始数据信息的采集；

2、运用无线ZigBee技术实现信息传输；

3、利用GSM网络模块实现短信收发功能的需要；

4、利用PC、手机通过internet实现网络化交互。

 软件实现技术具体如下：

1、用JAVA技术与数据库技术相结合的方式进行数据的采集与管理；

2、采用JAVA语言分别搭建了两个基于WEB的交互式管理平台：后台管理员界面、前台用户登陆使用界面。以及一个实时更新的停车引导与车位使用状态显示界面；

3、利用安卓手机平台完成手机客户端的开发；

4、采用MYSQL数据库作为服务器数据存储查询等处理工具。

本发明公开了一种智能采集车位使用信息、智能分配车位、会员管理、可调控的自动计费收费、4种途径（手机短信、手机应用程序客户端、手机网页、电脑网页）查询与预订停车位、停车引导、历史数据统计、周边推荐等功能的智能停车场系统。

下面以红外避障传感器为例，将本发明的具体实现过程介绍如下：

系统整体结构示意图如图6所示，本智能停车场系统基于物联网（M2M）的技术体系，其特征为下面阐述的M2M中三层模型（感知层，传输层，应用层）在本系统中的实施和应用。

一、感知层

感知层主要负责采集最原始的数据指标信息等。本系统中主要是利用红外避障传感器、RFID读卡器、及GSM模块采集信息。

    本系统采用红外避障传感器采集障碍物信息，避障传感器基本原理，和循迹传感器工作原理基本相同，利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，作为车位是否有车的原始数据信息。

每个车位的前方和后方分别埋入一个红外避障传感器（有效距离为0m-1.5m），也可根据具体需要放置多个，以提高信号可靠性。红外方向垂直地面向上放置，把信号输出端（signal）与ZigBee的I/O口相连，VCC端接ZigBee电源接口（先接入上拉电阻，达5V），GND接电源负极或ZigBee上的逻辑端。同时，可以把传感器的TC端接ZigBee的I/O口，通过控制TC实现是否开启红外避障传感器，当TC为高电平时传感器工作，为低电平时，传感器关闭。ZigBee将接收到的信号进行处理分析。当障碍物进入红外线监测距离内，遮挡住传感器发出的红外线，传感器数据线电平跳变，作为判断是否有车的信号来源，ZigBee模块设置以每2秒一次的频率（或其他频率）监测传感器数据电平信号。

有车信号：汽车驶入车位，遮挡住两个（或多个）红外避障传感器，传感器数据线电平跳变，同时作为有车信号向ZigBee模块输出。

无车信号：所有传感器都没有障碍物遮挡，或若只有一个传感器被遮住，或遮挡时间不足2秒，ZigBee模块将不作为有车信号处理。

RFID读卡器放置在停车场入口和出口处，用于采集射频卡信息，作为车辆出入信息。RFID读卡器分别由GND线、电源线、数据0线、数据1线与ZigBee模块的逻辑端、VCC、I/O接口相连，由ZigBee模块进行供电和控制（根据RFID读卡器设备的选置，可选择单独供电），当射频卡进入其射频范围内，读卡器将自动读取射频卡卡号信息，通过数据0线和数据1线向ZigBee模块输出。

ZigBee模块将GSM模块作为感知层硬件设备之一，用于系统的短信收发功能，通过串口线与网关服务器（或PC）相连。服务器（或PC）通过AT指令与GSM模块进行通信，GSM接收到包含规定格式的用户查询、预订短信，将把它与手机号码发送给服务器，服务器根据信息查询数据库内容，并据此将相应的AT指令信息返送回GSM模块，由GSM进行信息回复。

二、传输层

传输层主要负责获取感知层采集到的数据，并将数据传输到应用层。在系统中，通过搭建ZigBee网络和局域网，应用GSM网络、因特网作为数据传输的基础。

本系统采用低成本、低功耗、可靠的短距离传输ZigBee网络对感知层信息进行传输。与红外避障传感器和RFID读卡器相连的ZigBee无线模块作为ZigBee网络节点，所有单个节点与ZigBee网络协调器建立无线连接与数据通信，将感知层采集的数据信息及节点地址信息传给协调器，由协调器对信息进行汇总，有频率地传给网关服务器。一个ZigBee网络协调器理论上能搭载254个节点，如果停车场车位较多，需要进行节点拓展，则将协调器先连接到路由器，路由器连接多个协调器，由路由器将多个协调器信息汇总发送至网关服务器。

局域网是基于一个停车场内多个分控PC管理设备实现信息互通的需求搭建。

GSM模块通过GSM网络接收手机短信，传给管理员PC（或网关服务器），管理员PC（或网关服务器）通过AT指令控制GSM模块通过GSM网络向用户回复信息。GSM网络为用户通过手机短信进行查询和预订提供环境条件，成为本系统移动服务及物联网服务的重要组成部分以及人机互动的重要途径之一。

使用本智能停车场系统的分控管理员PC（或分服务器）通过因特网与总服务器相连，由总服务器对数据进行汇总处理，提供客户端WEB信息查询和显示，如会员注册登陆，实时停车信息查询预订，会员历史停车记录查询等。

通过计算机互联网与感知网的结合，达到实时监控及实时信息显示的物联网网络要求。

三、应用层

应用层主要负责对传输层传来的数据进行分析，一方面对硬件采集到的数据进行分析处理存储到数据库中，另一方面将数据库里的数据友好地展现给用户。在本项目中，应用层通过网关服务器的应用系统软件编辑生成相应的数据、表格及模拟图像，通过网页、手机客户端、短信呈现在用户面前。

本系统应用层采用模块化设计方式，各模块之间互相独立。前、后台WEB程序细化后的整体架构和前、后台WEB管理软件整体架构分别如图3、图4所示，应用层分为三个子系统：后台数据服务系统，后台管理系统，前台显示系统。

后台数据服务系统通过JAVA技术环境搭建，主要是获取硬件模块采集到的车位信息等数据，对其进行处理，供后台管理系统处理使用，并实现智能分配车位、预约车位分配等功能。

后台管理系统主要实现本系统各项参数的配置，该系统主要使用JAVA技术与MYSQL数据库技术。提供供管理员使用的管理后台，该后台通过WEB的方式进行访问操作。如增加或删除新的车位，添加会员卡、会员，进行停车记录的管理等功能操作。

前台显示系统为通过JAVA WEB环境搭建的网页（WEB），主要分为车主用户WEB登陆查询及预订界面、车位信息及停车引导界面（显示在停车场停车引导大屏幕上），以及通过安卓手机平台开发了车主移动手机客户端。主要提供车主用户查看相关用户信息的界面，包括实时车位使用信息、会员历史停车消费记录、商家广告等。

本系统采用MYSQL数据库工具，建立并维护属性为用户名、密码、卡ID、手机号、驶入时刻、驶出时刻等的数据表，用以支持系统数据存储及查询等功能。以及建立停车位号及状态信息等的数据表，用以车位信息的存储查询。

    本系统应用层主要提供了系统软件上的支持，将感知层机械化的物理信息进行基于功能需要和人性化的加工处理。为管理员和车主用户提供了多平台多途径的智能化查询显示及管理控制的停车场物联网环境，系统按业务功能划分应用的模块如图5所示，系统完整功能实现及实施流程如下：

（1）实时自动采集车位信息。后台采集车位信息采集程序架构如图2所示。当车辆停入车位，红外避障碍传感器检测到停车信息，传送至分控PC服务器，后台程序根据节点地址和车位状态信息，将数据库中对应车位状态“无车”改为“有车”，实时车位信息自动通过手机客户端、网页等不同的前台界面以统计数据、表格、图像等不同形式显示，满足不同的功能需要和用户查询需要。

（2）智能分配车位。车主刷卡进入停车场，系统自动通过后台服务程序计算一个距离入口路径最短的未使用车位，作为建议停靠车位，通过入口处显示屏显示车位号告知车主。车主可根据停车场内停车引导显示屏显示的模拟平面图寻找车位。

（3）可调控的自动计时收费。系统建立属性为射频卡ID号、时间、用户名、账户余额等的数据库表格，管理员根据运营需要，通过前台管理界面对停车费制进行人为调整。当车主刷卡进入停车场，计时开始，车主刷卡离开停车场，计时停止，管理员可自行设定其基于时间为单位的收费标准，车主可选择支付现金或扣除射频卡中费用。不同的停车场其运营收费标准不同，但其计费原理与支付手段相同，本系统利用了这一点。所有分控PC根据本停车场具体情况制定收费标准，所有使用本系统的停车场分控PC服务器通过因特网相连，实现实时信息共享和控制，智能停车场系统实行“一卡通”，一张RFID卡可在任何使用本系统的停车场使用，可支持公交“一卡通”或市民卡扣费。

（4）会员注册与服务。车主通过手机客户端、手机网页、PC网页和停车场管理处，其中任意一种方式进行会员注册。系统根据用户名和密码绑定可储值射频卡，由车主到停车场办理领取，作为进出停车场刷卡计时收费的介质。一个用户名下可同时绑定享有多张储值射频卡，一张射频卡固定相关一个手机号、一个车牌号。基于会员的注册信息，系统支持针对注册会员实行另一套收费标准，同时也为预订车位功能和其他功能需要提供了可靠验证和资源信息。

（5）系统针对注册会员提供停车预订功能。ANDROID客户端软件架构设计如图1所示。注册用户通过手机客户端、手机网页、PC网页登陆或通过已绑定的手机发送短信，4种途径选择查询到使用本系统通过互联网相连的的所有停车场车位信息，选择目的停车场后，可查询到包括总车位、未使用车位、已使用车位、已预订车位等信息。以上4种途径均提供预订功能，在目的停车场存在未使用车位的条件下，客户可以预订。系统支持客户自行选择预订时间，同时支持管理员自制预订机制，可调控预订时间限制和费用。可调控的预订收费系统通过数据库工具和严格的数据表设计，保证了不可重复预订等功能的健全性和验证的可靠性。

（6）停车引导。系统为驶入停车场的车主提供停车引导，主要包括在入口处设立的显示屏和停车场内设立的停车引导显示屏。其中，入口处的显示屏显示建议停车号和卡上余额、刷卡时间等信息，建议停车号是系统智能分配车位功能所提供的距离入口路径最短的车位号，会员卡余额信息由RFID读卡器读取的会员卡号检索到数据库的相关条目信息提供。车主在入口处得知建议车位号后，观察停车引导显示屏，可从改显示屏上获取目的车位位置信息，通往道路路径信息，若车主不使用建议停车位，也可通过改屏幕观察其他未使用车位位置和道路方向进行自主停车。停车引导显示屏安置在停车场显眼以观察的位置，显示实时自动刷新的车位状态WEB页面，该页面是一张该停车场的模拟平面图，由基本的道路平面矢量图与停车位平面矢量图图合成，进行直观显示。相应车位标记车位号，并由不同颜色表示其车位状态，用于直观引导停车，如绿色（未使用）、红色（已使用）、黄色（预订）、黑色（暂停使用）等。车位状态WEB页面是由JAVA WEB环境搭建，所有车位图像信息与服务器数据库内数据自动实时同步刷新。

（7）历史数据统计。系统服务器端搭载的数据库为该功能提供资源，用户和管理员通过前台页面，通过检索查询到需要的信息，前台显示页面利用JDBC方式与数据库交互。如用户登陆系统可查询用户名下的历史停车消费记录，管理员可查询停车场历史停车记录。系统还可以根据需求检索并建立出不同的财务统计分析。

（8）周边推荐。基于网页和手机客户端的界面结合电子“地图”功能，本系统提供周边信息查询推荐功能。停车场辐射的半径范围为车主一段时间内的活动区域，周边信息查询推荐在满足车主活动需要的同时，也对例如商场、写字楼、学校、医院等场所提供服务支持，满足一部分业务和商务需求。

Claims (8)

1.一种基于物联网技术的智能停车场系统，其特征在于，包括：

N个车位传感器，设置于每个停车位，用于感应车位占用状态，N为自然数；

RFID读卡器，设置于停车场的入口和出口处，用于读取射频卡信息；

ZigBee模块，与车位传感器、RFID读卡器通信，将车位传感器、RFID读卡器读取的信息传输至协调器；

协调器，用于采集ZigBee模块的节点信息，并通过路由器将其传送至网关服务器；

网关服务器，用于通过GSM模块与用户手机进行通信。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能停车场系统，其特征在于：还包括设置于停车场入口处及拐弯处的多个显示屏。

3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能停车场系统，其特征在于：所述协调器的数量为M个，每个协调器分别采集254个节点信息，M为自然数。

4.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能停车场系统，其特征在于：所述车位传感器为压力传感器。

5.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能停车场系统，其特征在于：所述车位传感器为红外避障传感器。

6.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能停车场系统，其特征在于：ZigBee模块设置以每2秒一次的频率监测车位传感器数据电平信号。

7.基于权利要求1至6任一所述的基于物联网技术的智能停车场系统的工作方法，其特征在于，具体过程如下：

当车位传感器感应到车位状态变化时，车位传感器传输信号至ZigBee模块，ZigBee模块将车位信息传输至协调器；

当射频卡进入RFID读卡器范围内，RFID读卡器读取射频卡信息并将信息传输至ZigBee模块，ZigBee模块将射频卡信息传输至协调器；

将与车位传感器或RFID读卡器相连的ZigBee模块作为一个ZigBee网络节点，单个ZigBee网络节点与协调器建立无线连接与数据通信，将采集的数据信息及节点地址信息传给协调器，由协调器对信息进行汇总进而传给网关服务器；

网关服务器通过AT指令控制GSM模块向用户推送汇总的停车场信息。

8.根据权利要求7所述的基于物联网技术的智能停车场系统的工作方法，其特征在于，当车主刷卡进入停车场时，网关服务器自动通过后台服务程序计算一个距离停车场入口路径最短的未使用车位，作为建议停靠车位，通过入口处显示屏显示车位号告知车主，车主可根据停车场内停车引导显示屏显示的模拟平面图寻找车位。

Images