CN105788355B - 一种基于Beacon技术的停车位监测系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Beacon技术的停车位监测的方法和系统，采用车位监测和蓝牙技术相结合的手段，在每个停车位的后部安置采用Beacon技术的蓝牙信标，在停车场顶部位置设置蓝牙信号嗅探器持续接收每个车位的蓝牙信标发送的蓝牙信号。当有车辆停入车位对信号会产生遮挡，根据蓝牙信号RSSI强度的变化，通过信号处理算法可以识别停车位占用情况，实现车位监测。本发明相比于传统的超声探测、红外探测、视频监控等停车监控方式，不易受光线等外部环境影响，无需高性能的计算处理能力，不需要复杂的布线或施工，设备安装方便，成本较低，性能可靠，功耗更小、使用时间更长且判断准确度高，适用更多数停车场。
Description
技术领域
本发明涉及停车场车位监测技术领域及信号处理技术领域，特别涉及一种基于Beacon技术的停车位监测系统与方法。
背景技术
随着车辆的增加，目前我国大中型城市都出现了停车难的问题，城市停车诱导系统是智能交通系统ITS的重要组成部分，其核心是采用信息技术、数字通信传输技术、计算机技术、电子控制技术及系统集成等高新技术建立相应的停车诱导系统，通过发布停车信息，引导驾驶者快速高效地找到合适的停车位，极大地缩短停车时间，减少油耗和尾气排放量，提高停车效率。城市停车诱导系统在美、德、英等欧美城市已大量投入使用且效果显著，大大缓解城市交通拥堵的同时降低了车辆尾气排放量和噪声，还显著提高了停车设施的利用率，有效减少或杜绝乱停乱放现象，取得了良好的社会效益和经济效益。国内如北京、上海、广州、杭州、南京等重点城市也有所应用，取得明显的应用效果。国内的车位检测、通讯、交通标志等技术已经比较成熟，停车诱导系统在技术上实现的困难也逐渐消除，城市交管部门通过公共停车热线服务、停车诱导发布屏、停车服务网等载体发布公共停车信息。
然而，目前大多数停车场管理技术落后，大多以计费为中心，建立相对完善的收费系统，靠人工或者简单的判断已用停车位和空闲停车位的总数，但是很少能够实时准确地显示出停车场具体各个车位的空闲情况，车主在停车场内部很难方便找到车位，既耽误时间又增加拥堵。目前车位占用信息采集已经有很多实现方法，但每一种方案都有各自明细的缺陷。最初采用地感线圈作为车位检测器施工量大，接线比较复杂，使用不便，易受到外界环境的干扰；后续的基于超声波的检查方案，能耗相对较大，电源设计也存在困难；基于计算机图像处理技术与模式识别的通信等多项技术结合的视频监测系统，可以识别、检测、定位车辆，在判断车位占用状态的同时可以完成停车场其他控制和管理需求，但是此种技术对图像处理技术要求高，易受光线影响；最新的车位监测技术在每个车位上方均设立超声波检测与视频一体化的监测下位机，视频采集技术可将车辆与车位匹配，但需要布线，且成本较高。
随着蓝牙4.0BLE技术规范出现以后，蓝牙技术已经具备低成本、短距离、可互操作、最大化待机时间、快速连接和低峰值的发送/接收功耗等特点。现有的基于蓝牙技术的车位监测主要使用BLE协议，通过在地面车位中间和对应天花板设置BLE节点进行通讯，当通讯中断或识别到的BLE节点信号强度减弱说明车辆遮挡了BLE节点通讯，因而判断车位被占用，该类方法采用Central(中心)与Peripheral(外设)通讯模式，通讯方式更为复杂，在进行用户数据传递之前彼此需要建立连接，Peripheral以一定的频率广播信息，广播频率高耗电量较大，一个central可以连接的Peripheral数量有限导致可控制的车位数少，并且车位空闲判断算法主要依靠设置RSSI强度变化阈值，由于RSSI强度受环境影响较大，周围不同的车位占用状态以及停车方式的不同都会影响RSSI强度，因此固定的阈值不一定适用所有停车场。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于Beacon技术的停车位监测系统与方法，本发明的停车位监测系统与方法成本低、功耗低，且不需复杂的布线或施工，可以通过简单的安放蓝牙设备实现快速部署安装。
为实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案；一种基于Beacon技术的停车位监测方法，包括如下步骤：
(1)在每个车位尾部安置蓝牙车位信标，在停车场顶部安置蓝牙信号嗅探器接收蓝牙车位信标发送的蓝牙信号；所述蓝牙车位信标为基于蓝牙4.0技术的iBeacon设备，采用Broadcaster通信模式；
(2)车辆停入车位对信号产生遮挡，车位检测器根据蓝牙信号强度RSSI变化判断车位是否被占用；
(3)车位检测器将车位占用状态实时发送至服务器保存。
上述蓝牙车位信标可为任何采用蓝牙4.0技术的信标设备。
优选的，所述蓝牙车位信标发送的蓝牙信号广播帧中的UUID字段包含特定标识；所述特定标识包含业务标识、车位标识；所述蓝牙信号嗅探器过滤接收到蓝牙信号，获取带有特定标识的蓝牙信号。
优选的，所述特定标识为动态标识，采用算法加密，具体为，采用散列函数算法加密由业务标识、车位标识、密钥、时间戳拼接成的字符串包含在UUID中，蓝牙信号嗅探器预存要监控的车位业务标识、车位标识和密钥，通过前述加密算法实时更新要扫描的UUID。
优选的，所述蓝牙信号嗅探器同时接收多个蓝牙车位信标发送的信号；所述蓝牙信号嗅探器扫描频率为1-20Hz；所述一个蓝牙信号嗅探器最多可接收12个蓝牙车位信标发送的信号。
优选的，上述车位检测器还包括信号处理模块，接收的蓝牙信号经过信号处理模块处理后再由车位状态识别模块根据算法进行车位占用状态识别。
优选的，上述根据蓝牙信号强度变化判断车位是否被占用的方法，引入机器学习技术的分类算法，将车位状态分为被占用和空闲两类，通过学习车位被占用及空闲时的相关时间范围内的RSSI数据，判断当前采集到的相关时间范围内的RSSI值属于车位状态分类中的哪种情况。相关时间范围内的RSSI数据包括车辆驶入前至驶入后以及车辆驶出前至驶出后期间采集的所有数据。
本发明同时还公开一种基于Beacon技术的停车位监测的系统，具体方案如下：
一种基于Beacon技术的停车位监测系统，包括蓝牙车位信标、蓝牙信号嗅探器、车位检测器和服务器，所述车位检测器包括车位状态识别模块和通信模块，其特征在于，所述蓝牙车位信标用于发送iBeacon广播信号；所述蓝牙信号嗅探器接收蓝牙信号，发送至车位检测器；所述车位检测器车位状态识别模块用于判断车位是否被占用，后通过通信模块将车位占用状态实时发送至服务器保存。
优选的，上述的蓝牙车位信标为采用蓝牙4.0技术的任何蓝牙车位信标。
优选的，上述的蓝牙车位信标发送的蓝牙信号广播帧中的UUID字段包含防伪造的特定标识，具体为：采用散列函数算法加密由业务标识、车位标识、密钥、时间戳拼接成的字符串，蓝牙信号嗅探器预存要监控的车位业务标识、车位标识和密钥，通过前述加密算法实时更新要扫描的UUID；所述蓝牙信号嗅探器过滤接收到蓝牙信号，获取带有特定标识的蓝牙信号。
优选的，上述车位检测器还包括信号处理模块，车位检测器接收的信号经信号处理模块处理后发送至车位状态识别模块，信号处理模块对信号的处理采用常规的平滑、去噪等手段。
优选的，上述一种基于Beacon技术的停车位监测的系统还包括识别参数设置模块，通过导入阈值或机器学习模型设置车位状态判断基准，协助车位状态识别模块根据信号强度变化情况判断当前车位占用状态。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)由于车位监测需要传输的数据较少，采用Beacon技术(基于BLE协议的Broadcaster和Observer通讯模式)足以完成车位状态的上报。Beacon技术以廉价硬件通过低功耗蓝牙的方式向网络内的移动设备捕捉和推送信息，使用一粒纽扣电池可以使得蓝牙车位信标(Beacon)设备可连续工作数年之久。大部分的Beacon硬件连接范围达到60米，而且低功耗蓝牙不需要网络连接，只需要两个点就能运作起来。相比于现有的基于BLE连接的车位监测方法，本发明采用的Beacon技术的蓝牙车位信标功耗更小使用时间更长，采用的蓝牙信号嗅探器可以接收多个蓝牙车位信标数据，一个蓝牙信号嗅探器最多可以接收12个蓝牙车位信标发送的蓝牙信号，在降低成本和功耗的同时增加可控制的车位数，提高车位状态监控的效率。
(2)本发明的车位监测方法采用在蓝牙信息的广播包的UUID字段存储防伪造的特定标识，蓝牙信号嗅探器通过防伪造的特定标识过滤获取有用信号，且防伪标识可以动态更新，更好的起到防伪造的作用，防止被恶意设备干扰。
(3)本发明的车位状态识别算法引入机器学习方法，通过对自身停车场的大量历史数据分析提高判断准确度，使得该方法适用更多数停车场。
(4)本发明采用车位监测和蓝牙技术相结合的手段，相比于传统的超声探测、红外探测、视频监控等停车监控方式，不易受光线等外部环境影响，无需高性能的计算处理能力，不需要复杂的布线或施工，设备安装方便，成本较低，性能可靠，可以通过简单地安防蓝牙设备实现快速部署安装。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于Beacon技术的停车位监测的设备部署图。
图2是本发明实施例提供的一种基于Beacon技术的停车位监测的系统结构图。
具体实施方式
本发明为了解决现有停车位监测技术存在的弊端，提供了一种基于Beacon技术的停车位监测的方法和系统。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明确，以下参照附图说明对本发明实施例中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合具体实施例对本发明的一种基于Beacon技术的停车位监测的方法进一步描述。
一种基于Beacon技术的停车位监测方法，包括如下步骤：
(1)在每个车位尾部安置蓝牙车位信标，在停车场顶部安置蓝牙信号嗅探器接收蓝牙车位信标发送的蓝牙信号；所述蓝牙车位信标为基于蓝牙4.0技术的iBeacon设备，采用Broadcaster通信模式；
为了达到低功耗、低成本、短距离、可互操作、快速连接等效果，蓝牙车位信标可以是采用蓝牙技术BLE 4.0及以上的任何蓝牙设备，采用Broadcaster(广播者)通信模式，并且广播信息采用苹果公司的蓝牙车位信标协议iBeacon，广播周期为50ms至1000ms一次。
该广播设备设置在车位防撞条后部持续周期地发送广播信号，发送的广播帧须包含防伪造的特定标识，防止被恶意设备干扰，对于iBeacon设备来说，可以利用其广播帧中的UUID(通用唯一标识符)作为特定的标识。在本发明中，蓝牙车位信标发送的蓝牙信号的广播帧中的UUID字段包含防伪的特定标识；特定标识包含业务标识、车位标识；蓝牙信号嗅探器过滤接收到蓝牙信号，获取带有特定标识的蓝牙信号。
特定标识为动态标识，采用算法加密，利用广播帧中的UUID作为防伪标识，采用散列函数算法，将密钥及动态时间包含在不可逆的散列值内达到动态变化防伪造的效果。具体为，采用散列函数算法加密由业务标识、车位标识、密钥、时间戳拼接成的字符串包含在UUID中，蓝牙信号嗅探器预存要监控的车位业务标识、车位标识和密钥，通过前述加密算法实时更新要扫描的UUID采用散列函数算法，将密钥及动态时间包含在不可逆的散列值内，使UUID动态变化。
如图1所示，蓝牙信号嗅探器安装在两排车位中间过道的顶部位置，使得车辆在停入车位后，车辆尾部可以遮挡蓝牙车位信标，阻碍蓝牙车位信标与蓝牙信号嗅探器的信号传输通道，蓝牙信号嗅探器以1-20Hz频率扫描蓝牙车位信标的信号，接收蓝牙信号并过滤，获取带有特定标识的蓝牙信号。
(2)车辆停入车位对信号产生遮挡，车位检测器根据蓝牙信号强度RSSI变化判断车位是否被占用；
监测工作主要是实时计算蓝牙车位信标的RSSI强度，当有车辆停入车位时，蓝牙广播信号受到阻挡，RSSI强度值会下降，根据历史数据中有车辆和无车辆时RSSI强度变化规律可判断当前车位占用状态。车位检测器将信号的RSSI数据进行分析处理，排除不相关或者数据偏差值较大数据的影响，提高采样的准确性，后根据信号衰弱程度选取适当的信号平滑去噪模型计算RSSI强度的平均值可以提高测量精度。对于车位状态的判断可以通过设定车位被占用和车位空闲时RSSI强度的信号差阈值作为判断标准，当阈值达到时即可判断车位被占用。为了提高判断精确度，本实施例引入机器学习技术的分类算法，将车位状态分为被占用和空闲两类，通过学习车位被占用及空闲时的相关时间范围内的RSSI数据，判断当前采集到的相关时间范围内的RSSI值属于车位状态分类中的哪种情况。相关时间范围内的RSSI数据包括车辆驶入前至驶入后以及车辆驶出前至驶出后期间采集的所有数据。该方法需要累积大量历史数据，通过学习历史数据不断优化算法，随着系统运行时间增长，判断准确度提高，不同的停车场根据实际情况优化针对自身环境特点的学习模型。
(3)车位检测器将车位占用状态实时发送至服务器保存。
图2为本发明实施例提供的一种基于Beacon技术的停车位监测的系统结构图，以下结合该图对本发明做进一步说明：
如图2所示，一种基于Beacon技术的停车位监测的系统包括蓝牙车位信标、蓝牙信号嗅探器、车位检测器和服务器。蓝牙车位信标发送防伪造的iBeacon广播信息，蓝牙信号嗅探器接收蓝牙信号并过滤带有特定标识的蓝牙信号。所述蓝牙车位信标发送的蓝牙信号广播帧中的UUID字段包含防伪造的特定标识，具体为：采用散列函数算法加密由业务标识、车位标识、密钥、时间戳拼接成的字符串包含在UUID中，蓝牙信号嗅探器预存要监控的车位业务标识、车位标识和密钥，通过前述加密算法实时更新要扫描的UUID；蓝牙信号嗅探器过滤接收到蓝牙信号，获取带有特定标识的蓝牙信号。
车位检测器将接收的蓝牙信号经过信号处理模块处理后计算出当前平均RSSI强度，通过识别参数设置模块导入的阈值或机器学习模型为车位状态判断基准，由车位状态识别模块根据有车辆和无车辆时RSSI强度变化情况判断当前车位占用状态，最后由通信模块将车位状态实时发送给服务器，服务器接收各个车位检测器发送的车位状态并记录。
应该说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于Beacon技术的停车位监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在每个车位尾部安置蓝牙车位信标，在停车场顶部安置蓝牙信号嗅探器接收蓝牙车位信标发送的蓝牙信号；所述蓝牙车位信标为基于蓝牙4.0技术的iBeacon设备，采用Broadcaster通信模式；
所述蓝牙车位信标发送的蓝牙信号广播帧中的UUID字段包含特定标识；所述特定标识包含业务标识、车位标识；所述蓝牙信号嗅探器过滤接收到蓝牙信号，获取带有特定标识的蓝牙信号；
所述特定标识为动态标识，采用算法加密，具体为，采用散列函数算法加密由业务标识、车位标识、密钥、时间戳拼接成的字符串包含在UUID中，蓝牙信号嗅探器预存要监控的车位业务标识、车位标识和密钥，通过前述加密算法实时更新要扫描的UUID；
(2)车辆停入车位对信号产生遮挡，车位检测器根据蓝牙信号强度RSSI变化判断车位是否被占用；
车位检测器通过机器学习技术的分类算法判断车位是否被占用，将车位状态分为被占用和空闲两类，通过学习车位被占用及空闲时的相关时间范围内的RSSI数据，结合根据历史数据中有车辆和无车辆时RSSI强度变化规律判断当前车位占用状态，判断当前采集到的相关事件范围内的RSSI值属于车位状态分类中的哪种情况；相关时间范围内的RSSI数据包括车辆驶入前至驶入后以及车辆驶出前至驶出后期间采集的所有数据；
(3)车位检测器将车位占用状态实时发送至服务器保存。
2.根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征在于，所述蓝牙信号嗅探器同时接收多个蓝牙车位信标发送的信号；所述蓝牙信号嗅探器扫描频率为1-20Hz。
3.根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征在于，所述车位检测器包括信号处理模块，接收的蓝牙信号经过信号处理模块处理后再由车位状态识别模块根据算法进行车位占用状态识别。
4.一种基于Beacon技术的停车位监测系统，包括蓝牙车位信标、蓝牙信号嗅探器、车位检测器和服务器，所述车位检测器包括车位状态识别模块和通信模块，其特征在于，所述蓝牙车位信标用于发送iBeacon广播信号；所述蓝牙信号嗅探器接收蓝牙信号，发送至车位检测器；所述车位检测器车位状态识别模块用于判断车位是否被占用，后通过通信模块将车位占用状态实时发送至服务器保存；
所述蓝牙车位信标发送的蓝牙信号广播帧中的UUID字段包含防伪造的特定标识，具体为：采用散列函数算法加密由业务标识、车位标识、密钥、时间戳拼接成的字符串包含在UUID中，蓝牙信号嗅探器预存要监控的车位业务标识、车位标识和密钥，通过前述加密算法实时更新要扫描的UUID；所述蓝牙信号嗅探器过滤接收到蓝牙信号，获取带有特定标识的蓝牙信号；
车位检测器通过机器学习技术的分类算法判断车位是否被占用，将车位状态分为被占用和空闲两类，通过学习车位被占用及空闲时的相关时间范围内的RSSI数据，结合根据历史数据中有车辆和无车辆时RSSI强度变化规律判断当前车位占用状态，判断当前采集到的相关事件范围内的RSSI值属于车位状态分类中的哪种情况；相关时间范围内的RSSI数据包括车辆驶入前至驶入后以及车辆驶出前至驶出后期间采集的所有数据。
5.根据权利要求4所述的停车位监测系统，其特征在于，所述车位检测器还包括信号处理模块，车位检测器接收的信号经信号处理模块处理后发送至车位状态识别模块，所述信号处理采用平滑、去噪手段。
6.根据权利要求4所述的停车位监测系统，其特征在于，所述停车位监测系统还包括识别参数设置模块，通过导入阈值或机器学习模型设置车位状态判断基准，协助车位状态识别模块根据信号强度变化情况判断当前车位占用状态。
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