CN108399789A - 一种智能停车管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种智能停车管理系统及方法，智能停车管理系统包括：停车场，道闸系统，车位检测装置，移动终端，车载三维定位装置，云端服务器；所述道闸系统安装于停车场的出入口，且道闸系统设置有车牌识别摄像机；所述停车场的每个车位上均设置一个车位检测装置；所述道闸系统、车位检测装置、移动终端均与云端服务器无线连接，通过上述智能停车管理系统各个设备之间的通信，同时结合车载三维定位装置在没有卫星信号情况下的精确定位，对停车场和车辆进行智能化管理。本发明提供的技术方案，能够预先获知停车场的车位状况，并将车辆精确导航至空闲停车位，从而大大提高停车效率。

Description

一种智能停车管理系统及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种智能停车管理系统及方法。
背景技术
目前，我国的汽车数量快速增长，汽车在给人们带来方便的同时，停车难的问题日渐突出。为解决这一问题，现在修建的停车场大多为一层以上的地下停车场。由于地下停车场面积大、停车位多，且车主一般都不按车位顺序停车，因此，目前的实际使用状况是，车主需要耗费大量的时间在地下停车场寻找停车位，甚至有时还不一定成功。显然，需要提供一种更加智能、高效的停车管理系统来解决上述问题，以适应当前经济社会的发展。
发明内容
本发明旨在提供一种智能停车管理系统及方法，能够预先获知停车场的车位状况，并将车辆精确导航至空闲停车位，从而大大提高停车效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种智能停车管理系统，包括：停车场，道闸系统，车位检测装置，移动终端，车载三维定位装置，云端服务器；所述道闸系统安装于所述停车场的出入口，且道闸系统设置有车牌识别摄像机；所述停车场的每个车位上均设置一个所述车位检测装置；所述道闸系统、车位检测装置、移动终端均与所述云端服务器无线连接；所述车载三维定位装置包括：卫星定位模块，无线通信模块，车载诊断系统，惯性传感器，高度计，处理器；所述卫星定位模块接收卫星导航信号；所述无线通信模块连接所述云端服务器，无线通信模块还连接所述移动终端；所述车载诊断系统包括车辆里程计；所述惯性传感器包括陀螺和加速度计；所述卫星定位模块、无线通信模块、车载诊断系统、惯性传感器和高度计均与所述处理器电性连接。
一种智能停车管理方法，包括：所述移动终端从所述云端服务器加载停车场地图，所述停车场地图显示每个车位的使用状况信息；所述每个车位的使用状况信息由所述车位检测装置发送给所述云端服务器；所述移动终端根据用户选择的车位，向所述云端服务器发送预定车位请求；所述云端服务器根据所述预定车位请求，判断用户选择的车位是否为空闲车位；所述空闲车位为未停车、且未被预定的车位；若用户选择的车位是空闲车位，所述云端服务器向所述移动终端发送所述用户选择的车位的位置信息；同时，所述云端服务器更新所述用户选择的车位的使用状况信息；所述移动终端根据所述用户选择的车位的位置信息，规划导航路线；所述移动终端在导航过程中接收所述车载三维定位装置的定位信息，根据所述三维定位装置的定位信息，将车辆导航至所述用户选择的车位；所述车位检测装置将所述用户选择的车位的使用状况信息发送给所述云端服务器；所述云端服务器更新所述用户选择的车位的使用状况信息。
本发明实施例提供的智能停车管理系统及方法，通过云端服务器与道闸系统、车位检测装置、移动终端、车载三维定位装置之间的通信，能够及时获取、更新车位的使用状况信息，并使用户能够在手机APP上预定车位、规划导航路线；车载三维定位装置在没有卫星信号的情况下，也能够对车辆进行精确的三维定位，尤其是当车辆驶入地下停车场时，能够精确地获知车辆在停车场的哪一层、哪个位置，从而将车辆准确地导航至预定车位。整个过程自动高效，有效解决了目前用户需要耗费大量的时间寻找停车位的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的方法流程图；
图3为本发明实施例中车载三维定位装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中采用车载三维定位装置定位的方法流程图；
图5为本发明实施例中车体和车载三维定位装置的相对位置示意图；
图5中，1为车体，2为车载三维定位装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
图1为本发明实施例的结构示意图，包括：停车场，道闸系统，车位检测装置，移动终端，车载三维定位装置，云端服务器；所述道闸系统安装于所述停车场的出入口，且道闸系统设置有车牌识别摄像机；所述停车场的每个车位上均设置一个所述车位检测装置；所述道闸系统、车位检测装置、移动终端均与所述云端服务器无线连接。如图3所示，所述车载三维定位装置包括：卫星定位模块，无线通信模块，车载诊断系统，惯性传感器，高度计，处理器；所述卫星定位模块接收卫星导航信号；所述无线通信模块连接所述云端服务器，无线通信模块还连接所述移动终端；所述车载诊断系统包括车辆里程计；所述惯性传感器包括陀螺和加速度计；所述卫星定位模块、无线通信模块、车载诊断系统、惯性传感器和高度计均与所述处理器电性连接。所述卫星定位模块、无线通信模块、车载诊断系统、惯性传感器、高度计和处理器均封装在一个封闭的壳体内。
本实施例中，所述卫星定位模块为GNSS(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)接收机；所述无线通信模块为2G和/或3G和/或4G和/或WIFI和/或NB-IOT模块；所述无线通信模块还包括蓝牙模块；所述惯性传感器为六轴惯性传感器，所述六轴惯性传感器包括：三轴陀螺和三轴加速度计；所述高度计为气压高度计，气压高度计对于高度的测量比其它高度计更加准确。
本实施例中，所述处理器包括：标定单元，采集单元，计算单元；所述采集单元接收所述卫星定位模块、车载诊断系统、惯性传感器和气压高度计的输出数据；所述标定单元和计算单元均接收所述采集单元的数据；所述计算单元还接收所述标定单元的数据；所述计算单元的输出端连接所述无线通信模块。具体地，所述处理器为组合导航信息处理器，所述组合导航信息处理器为微处理器。
本实施例中，所述道闸系统、车位检测装置与所述云端服务器通过GPRS无线连接；所述移动终端与所述云端服务器通过3G或4G网络无线连接；所述移动终端为手机。用户通过手机APP执行各种操作。此外，所述车载诊断系统通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线与微处理器连接；所述惯性传感器通过SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)或者I2C总线与微处理器连接；所述气压高度计通过I2C总线与微处理器连接。
图2为本发明实施例的方法流程图，即采用上述智能停车管理系统进行管理的方法，包括以下步骤：
步骤101，所述移动终端从所述云端服务器加载停车场地图，所述停车场地图显示每个车位的使用状况信息；所述每个车位的使用状况信息由所述车位检测装置发送给所述云端服务器；
步骤102，所述移动终端根据用户选择的车位，向所述云端服务器发送预定车位请求；
步骤103，所述云端服务器根据所述预定车位请求，判断用户选择的车位是否为空闲车位；所述空闲车位为未停车、且未被预定的车位；
步骤104，若用户选择的车位是空闲车位，所述云端服务器向所述移动终端发送所述用户选择的车位的位置信息；同时，所述云端服务器更新所述用户选择的车位的使用状况信息；
步骤105，所述移动终端根据所述用户选择的车位的位置信息，规划导航路线；所述移动终端在导航过程中接收所述车载三维定位装置的定位信息，根据所述三维定位装置的定位信息，将车辆导航至所述用户选择的车位；
步骤106，所述车位检测装置将所述用户选择的车位的使用状况信息发送给所述云端服务器；所述云端服务器更新所述用户选择的车位的使用状况信息。
在以上步骤中，还可设置空闲车位的预定时间，例如，10分钟，当用户在10分钟内未将车辆停入预定车位时，该预定车位将被释放，车位使用状况信息相应地在云端服务器更新。这样可以避免车位被长时间预定的情况，从而更加合理地使更多用户享受车位预定服务。
同时，本实施例还可以对车辆进行自动计时、计费，用户在手机上即可完成停车支付。具体地，还包括以下步骤：
当车辆行驶至停车场入口时，所述车牌识别摄像机获取所述车辆的车牌信息后，所述道闸系统的道闸打开，同时，所述道闸系统开始计时；当停车完成，车辆行驶至停车场出口时，所述车牌识别摄像机再次获取所述车辆的车牌信息后，所述道闸系统计算出停车时间和停车费，并将所述停车时间和停车费通过所述云端服务器发送至所述移动终端；用户在所述移动终端上进行支付后，所述移动终端将支付完成信息通过所述云端服务器发送至所述道闸系统；所述道闸系统确认支付无误后，道闸系统的道闸打开，车辆驶出停车场。
本发明实施例在无卫星信号的地下停车场能够准确地将车辆导航至预定车位，当然，也可应用在室外停车场。在没有安装道闸系统的情况下，当车辆的定位信息与某一个车位的经纬度一致时，云端服务器开始计时、计费；当车辆的定位信息与车位的经纬度偏移预定距离时，云端服务器产生停车费账单发送至用户手机。云端服务器记录用户的付费状况，记录该用户的信用度。
本实施例中，如图4所示，采用车载三维定位装置的定位方法包括：
步骤201，将所述车载三维定位装置安装于车体上；
步骤202，对所述车载三维定位装置进行标定，三维定位装置的标定是将惯性传感器测得的数据从传感器坐标系转换到车体坐标系。在实际操作中，通过使车体静止和前向加速运动的方式来实现。所述标定包括计算所述车载三维定位装置相对于所述车体的安装角偏差，所述安装角偏差包括水平安装角偏差和方位安装角偏差，具体步骤包括：
步骤一：在所述车体处于水平静止的状态下，利用重力分量确定三维定位装置的水平安装角偏差。当车体水平静止时，车体的俯仰角和滚动角近似为零，将三维定位装置任意安装，假设车体和三维定位装置的相对位置如图5所示，此时，获取所述车载三维定位装置中加速度计的输出值as：其中，s表示车载三维定位装置的传感器坐标系，分别为传感器坐标系中x,y,z方向的加速度值。
若三维定位装置水平放置于车体上，则加速度计x轴和z轴的输出为零，此时根据所述加速度计的输出值计算所述车载三维定位装置相对于所述车体的水平安装角偏差。以三维定位装置坐标轴逆时针转动到车体坐标轴为正方向，以下公式中的负号用于定义偏差角的方向：
其中，θroll_error为滚动角偏差，θpitch_error为俯仰角偏差。
步骤二：在所述车体向前加速运动的状态下，利用车体加速度确定三维定位装置的方位安装角偏差。具体地，假设所述方位安装角偏差为零，根据已得到的水平安装角偏差得到所述车载三维定位装置相对于所述车体的姿态矩阵；在所述车体向前加速运动的状态下，获取所述车载三维定位装置中加速度计的输出值，称为第二加速度计输出值；根据所述姿态矩阵将所述第二加速度计输出值转换到车体坐标系：其中，b表示车载三维定位装置的车体坐标系，分别为车体坐标系中x,y,z方向的加速度值；
根据所述车体坐标系中x,y,z方向的加速度值计算所述方位安装角偏差θyaw_error，公式中的负号用于定义误差角的方向：
步骤203，确定标定后的车载三维定位装置的水平二维位置。由于选用的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)器件的精度较低，误差随时间积累较快，因而还不足以独立作为车辆航位推算设备。GNSS定位精度高且不随时间发散，但其动态可靠性差。将二者相组合，既能显著提高MEMS的精度，又能克服GNSS易受干扰的问题，从而提高整个航位推算系统的精度和可靠性，同时在卫星不可用的情况下，使用汽车OBD(On-Board Diagnostic，车载诊断系统)的提供的里程计数据。
具体方法包括：获取所述车体在车体坐标系中的加速度；获取所述车体的姿态信息；当所述车载三维定位装置在开阔地带能够接收卫星信号时，根据所述卫星信号、所述车体在车体坐标系中的加速度和所述车体的姿态信息，确定所述水平二维位置，即系统工作在GNSS/INS(Inertial Navigation System，惯性导航系统)航位推算模式；当所述车载三维定位装置不能接收卫星信号时，或卫星信号被遮挡时，获取所述车体的里程数，根据所述车体的里程数、所述车体在车体坐标系中的加速度和所述车体的姿态信息，确定所述水平二维位置，即系统工作在INS/ODO航位推算模式。
步骤204，确定标定后的车载三维定位装置的高度信息；
具体方法包括：获取所述车载三维定位装置中气压高度计的输出值，称为第一高度值；当所述车载三维定位装置能够接收卫星信号时，获取卫星信号的高度测量值，称为第二高度值；用所述第一高度值平滑所述第二高度值，得到有卫星时标定后的车载三维定位装置的高度信息；当所述车载三维定位装置不能接收卫星信号时，用所述第一高度值的变化量加上所述有卫星时标定后的车载三维定位装置的高度信息，得到无卫星时标定后的车载三维定位装置的高度信息；所述第一高度值的变化量为当前时刻相对于卫星失锁时刻第一高度值的变化量。
步骤205，将所述水平二维位置和所述高度信息发送给预设的云端服务器。
本发明实施例提供的智能停车管理系统及方法，通过云端服务器与道闸系统、车位检测装置、移动终端、车载三维定位装置之间的通信，能够及时获取、更新车位的使用状况信息，并使用户能够在手机APP上预定车位、规划导航路线；车载三维定位装置在没有卫星信号的情况下，也能够对车辆进行精确的三维定位，尤其是当车辆驶入地下停车场时，能够精确地获知车辆在停车场的哪一层、哪个位置，从而将车辆准确地导航至预定车位。并且，当车辆驶入停车场时，车牌识别摄像机对车牌进行拍照、识别，同时，道闸系统开始计时；当车辆驶出时，道闸系统通过云端服务器将停车费发送至用户手机，用户付费后，道闸自动打开。整个过程自动高效，有效解决了目前用户需要耗费大量的时间寻找停车位的问题，有利于当前经济社会的发展。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能停车管理系统，其特征在于，包括：停车场，道闸系统，车位检测装置，移动终端，车载三维定位装置，云端服务器；所述道闸系统安装于所述停车场的出入口，且道闸系统设置有车牌识别摄像机；所述停车场的每个车位上均设置一个所述车位检测装置；所述道闸系统、车位检测装置、移动终端均与所述云端服务器无线连接；所述车载三维定位装置包括：卫星定位模块，无线通信模块，车载诊断系统，惯性传感器，高度计，处理器；所述卫星定位模块接收卫星导航信号；所述无线通信模块连接所述云端服务器，无线通信模块还连接所述移动终端；所述车载诊断系统包括车辆里程计；所述惯性传感器包括陀螺和加速度计；所述卫星定位模块、无线通信模块、车载诊断系统、惯性传感器和高度计均与所述处理器电性连接。
2.根据权利要求1所述的智能停车管理系统，其特征在于，所述卫星定位模块为GNSS接收机；所述无线通信模块为2G和/或3G和/或4G和/或WIFI和/或NB-IOT模块；所述无线通信模块还包括蓝牙模块；所述惯性传感器为六轴惯性传感器，所述六轴惯性传感器包括：三轴陀螺和三轴加速度计；所述高度计为气压高度计；所述处理器为微处理器。
3.根据权利要求2所述的智能停车管理系统，其特征在于，所述处理器包括：标定单元，采集单元，计算单元；所述采集单元接收所述卫星定位模块、车载诊断系统、惯性传感器和气压高度计的输出数据；所述标定单元和计算单元均接收所述采集单元的数据；所述计算单元还接收所述标定单元的数据；所述计算单元的输出端连接所述无线通信模块。
4.根据权利要求1所述的智能停车管理系统，其特征在于，所述道闸系统、车位检测装置与所述云端服务器通过GPRS无线连接；所述移动终端与所述云端服务器通过3G或4G网络无线连接；所述移动终端为手机。
5.一种使用如权利要求1至4任意一项所述的智能停车管理系统的智能停车管理方法，其特征在于，包括：
所述移动终端从所述云端服务器加载停车场地图，所述停车场地图显示每个车位的使用状况信息；所述每个车位的使用状况信息由所述车位检测装置发送给所述云端服务器；
所述移动终端根据用户选择的车位，向所述云端服务器发送预定车位请求；
所述云端服务器根据所述预定车位请求，判断用户选择的车位是否为空闲车位；所述空闲车位为未停车、且未被预定的车位；
若用户选择的车位是空闲车位，所述云端服务器向所述移动终端发送所述用户选择的车位的位置信息；同时，所述云端服务器更新所述用户选择的车位的使用状况信息；
所述移动终端根据所述用户选择的车位的位置信息，规划导航路线；所述移动终端在导航过程中接收所述车载三维定位装置的定位信息，根据所述三维定位装置的定位信息，将车辆导航至所述用户选择的车位；
所述车位检测装置将所述用户选择的车位的使用状况信息发送给所述云端服务器；所述云端服务器更新所述用户选择的车位的使用状况信息。
6.根据权利要求5所述的智能停车管理方法，其特征在于，还包括：
所述车牌识别摄像机获取所述车辆的车牌信息后，所述道闸系统的道闸打开，同时，所述道闸系统开始计时；
所述车牌识别摄像机再次获取所述车辆的车牌信息后，所述道闸系统计算出停车时间和停车费，并将所述停车时间和停车费通过所述云端服务器发送至所述移动终端；
用户在所述移动终端上进行支付后，所述移动终端将支付完成信息通过所述云端服务器发送至所述道闸系统；
所述道闸系统确认支付无误后，道闸系统的道闸打开。
7.根据权利要求5或6所述的智能停车管理方法，其特征在于，所述车载三维定位装置的定位方法包括：
对所述车载三维定位装置进行标定，所述标定包括计算所述车载三维定位装置相对于车体的安装角偏差，所述安装角偏差包括水平安装角偏差和方位安装角偏差；
确定标定后的车载三维定位装置的水平二维位置；
确定标定后的车载三维定位装置的高度信息；
将所述水平二维位置和所述高度信息发送给所述云端服务器和所述移动终端。
8.根据权利要求7所述的智能停车管理方法，其特征在于，所述计算所述车载三维定位装置相对于车体的安装角偏差的方法包括：
在所述车体处于水平静止的状态下，获取所述车载三维定位装置中加速度计的输出值as：其中，s表示车载三维定位装置的传感器坐标系，分别为传感器坐标系中x,y,z方向的加速度值；
根据所述加速度计的输出值计算所述车载三维定位装置相对于车体的水平安装角偏差：
其中，θroll_error为滚动角偏差，θpitch_error为俯仰角偏差；
在所述车体向前加速运动的状态下，假设所述方位安装角偏差为零，根据所述水平安装角偏差得到所述车载三维定位装置相对于所述车体的姿态矩阵；
在所述车体向前加速运动的状态下，获取所述车载三维定位装置中加速度计的输出值，称为第二加速度计输出值；
根据所述姿态矩阵将所述第二加速度计输出值转换到车体坐标系：其中，b表示车载三维定位装置的车体坐标系，分别为车体坐标系中x,y,z方向的加速度值；
根据所述车体坐标系中x,y,z方向的加速度值计算所述方位安装角偏差θyaw_error：
9.根据权利要求8所述的智能停车管理方法，其特征在于，所述确定标定后的车载三维定位装置的水平二维位置的方法包括：
获取所述车体在车体坐标系中的加速度；
获取所述车体的姿态信息；
当所述车载三维定位装置能够接收卫星信号时，根据所述卫星信号、所述车体在车体坐标系中的加速度和所述车体的姿态信息，确定所述水平二维位置；
当所述车载三维定位装置不能接收卫星信号时，获取所述车体的里程数，根据所述车体的里程数、所述车体在车体坐标系中的加速度和所述车体的姿态信息，确定所述水平二维位置。
10.根据权利要求9所述的智能停车管理方法，其特征在于，所述确定标定后的车载三维定位装置的高度信息的方法包括：
获取所述车载三维定位装置中气压高度计的输出值，称为第一高度值；
当所述车载三维定位装置能够接收卫星信号时，获取卫星信号的高度测量值，称为第二高度值；用所述第一高度值平滑所述第二高度值，得到有卫星时标定后的车载三维定位装置的高度信息；
当所述车载三维定位装置不能接收卫星信号时，用所述第一高度值的变化量加上所述有卫星时标定后的车载三维定位装置的高度信息，得到无卫星时标定后的车载三维定位装置的高度信息；所述第一高度值的变化量为当前时刻相对于卫星失锁时刻第一高度值的变化量。
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