CN108615402A - 一种基于区块链技术的智能停车和车位共享系统 - Google Patents

Abstract

一种基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，包括车位预定子系统、车位引导子系统、反向寻车子系统、自助缴费子系统、车辆寻找与跟踪子系统；车位预定子系统，用于停车人向车位业主预定车位，完成车位预定；车位引导子系统，用于将车辆导航到目标停车位；反向寻车子系统，用于对车辆位置定位，把车主引导到停车位；自助缴费子系统，用于实现停车计费的全流程管理，支持移动支付手段；车辆寻找与跟踪子系统，实时跟踪汽车位置上传到数据库，上位机对获取的定位数据进行分析，获取车辆信息。该系统从停车链入手解决停车难问题，提升了车位流转效率，把每一个车位当做一个区块链节点，根据作息时间、地理路段、车流量等不同，实现车位共享。

Description

一种基于区块链技术的智能停车和车位共享系统

技术领域

本发明涉及信息技术领域，特别涉及一种基于区块链技术的智能停车和车位共享系统。

背景技术

随着经济的快速发展，人们生活质量的不断提升，私家车的数量日益剧增，城市道路的不断扩建、停车位规模的不断扩大已经无法从根本上满足越来越多的车辆正常行驶和停放，形成了一种行车难，停车更难的局面。车辆的增多是造成当下停车位严重缺乏的后果之一，而且由于信息的不对称性、滞后性，导致车与车位不能有效匹配。在“互联网+停车”下，车位拥有者通过互联网将自己的闲置车位与其他用户分享，可以帮助附近的用户及时找到停车位，极大地节省寻找停车位的时间，并可以减少燃油消耗。

智能停车技术一般包括车牌识别技术、车位引导技术、反向寻车技术、自助缴费技术等关键技术。车牌识别技术如CN205881173U公开的《一种基于视频图像采集的车牌识别系统》，CNCN104408926A公开的《一种RFID智能电子车牌识别系统》，CNCN107386741A公开的《一种车位引导系统及安装方法》。车位引导技术如CNCN205375855U公开的《基于地磁传感器的无线智能车位引导装置》，CNCN107507448A公开的《基于Dijkstra优化算法的云停车场泊位寻优方法》。反向寻车技术如CNCN107610511A公开的《一种融合超声波探测和图像采集的反向寻车系统及方法》，CNCN106971592A公开的《基于二维码的停车场智能反向寻车系统》，CNCN206249573U公开的《一种复合通行卡反向寻车系统》。自助缴费技术如CNCN203405880U公开的《基于智能车位锁的地面开放式自助缴费系统》。

此外，目前也出现了一些智能泊车及车位共享技术，如：CN108091171A公开的《一种智能泊车系统及其使用方法》，CN107705617A公开的一种《车位共享方法和装置》，CN106875728A公开的一种《停车位共享方法、装置及系统》。

综合分析，现有的智能停车技术主要基于各类传感器(如地磁、超声波、视频、RFID等)采集的数据，通过有线或无线通信技术，传输到中央处理系统，经过中央处理系统的统计分析生成停车位的状态信息，经由各种方式(如手机APP、短信、LED显示屏等)发送给出行者，诱导出行者选择停车路线和停车位。存在缺点主要在于：一是停车位数据的采集发送给中央处理系统，中央处理系统经过统计分析将停车位是否有空闲的信息发送给出行者，需要一定的时间，导致停车位判别准确率不高，不利于停车管理方案的正确实施；二是各子系统联动性比较差，停车位信息发布后与车牌识别子系统、车辆诱导子系统、反向寻车子系统、自助缴费子系统等联动缺失，降低智能停车和车位共享系统的实施效果。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，以提高停车人能够随时发送停车需求、车位业主能够及时做出回应，使停车人准确寻找到停车位，减少因停车难引起的交通拥堵及污染为目标，采用区块链技术作为去中心化的分布式数据库，将智能交通系统作为支付手段和工具，打造车位流转平台，提升车位流转效率；把每一个车位当做一个区块链节点，根据作息时间、地理路段、车流量等不同，实现车位共享，为解决智能停车提供新的思路和方法。

本发明的基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，采用下述技术方案：

该系统，把每一个车位当做一个区块链节点，包括车位预定子系统、车位引导子系统、反向寻车子系统、自助缴费子系统、车辆寻找与跟踪子系统；

车位预定子系统，用于停车人向车位业主预定车位，完成车位预定；在该子系统中，停车人与车位业主之间运用区块链基础层的去中心化的对等网络，形成点对点的松散网络进行通信，同时运用对称加密和哈希算法，对存储在区块链上的交易信息进行公开，但是车主的账户身份信息是加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，通过区块链驱动层的共识机制达成共享协议，应用在车位共享的预约中；

车位引导子系统，用于将车辆导航到目标停车位；

反向寻车子系统，用于对车辆位置定位，把车主引导到停车位；

自助缴费子系统，用于实现停车计费的全流程管理，支持移动支付手段；在该子系统中，停车人是在没有第三方机构的情况下，通过区块链驱动层的验证(分布式节点的验证)和共识机制解决去中心化系统的双重支付问题，在信息传输的过程同时完成了价值转移。

还包括：

车辆寻找与跟踪子系统，用于实时跟踪汽车位置上传到数据库，上位机对获取的定位数据进行分析，从而获取包括车辆的经度、纬度以及速度信息。

所述区块链分为三层，分别为基础层、驱动层和应用层；基础层包括去中心化的对等网络及其承载的生成、验证并存储数据的数据层，这一层的点对点网络是指停车人和车位业主两两互连形成一张没有固定拓扑结构的松散网络，每个节点(车位)具有验证能力，确保接受到的共享车位数据的正确性；驱动层用于驱动区块链架构的运转，驱动层包括共识机制、激励机制和智能合约，共识机制是指停车人和车位业主双方达成的共识，智能合约是形成信息逻辑链式关系的基础，也是下层信息逻辑链式关系和上层服务的桥梁，是停车人和车位业主双方的自担保协议，车位业主向停车人提出交易条件，停车人给出信息，若满足条件则完成交易信息的传递授权，否则，放弃交易；应用层位于架构最顶端，包括专有应用和基于通用服务平台的应用。

所述车位预定子系统完成车位预定的过程是，当停车人在某一小区附近产生停车需求时，在手机APP中发布自己所在的位置和停车需求以及停车时间，当车位业主看到消息并接收请求后，将车位二维码发送给停车人，停车人凭借二维码获得通过停车场出入的权利，当车辆达到停车位时开始计费，离开时停止计费，这段时间内的停车交易停车人将直接付款给车位业主。

所述车位预定子系统中的哈希算法用于生成前驱区块地址、记录信息摘要、交互者地址和构造梅克尔树数据结构，该过程包括创建梅克尔树，对最底层的九个块做hash运算，Node0i＝hash(Data0i),i＝1,2,…,9；相邻两个hash块串联，然后做hash运算，Node1((i+1)/2)hash(Node0i+Node0(i+1)),i＝1,3,5,7；对于i＝9,Node1((i+1)/2)＝hash(Node0i)；一直重复上一步骤，生成梅克尔树根节点；检索数据块，从根节点开始逐层比较，最终获取其目录信息，检索比较完毕；如果客户端想要确认一个交易的状态，它只需简单的发起一个Merkle proof请求，这个请求显示出这个特定的交易在梅克尔树的一个之中，而且这个梅克尔树的树根在主链的一个区块头中，其位于区块体的主要数据部分，叶子节点是记录信息，中间节点是对下层两个节点的哈希。

所述车位引导子系统将车辆导航到目标停车位的过程是，通过视频监控及扫描进入停车场时的车位二维码准确定位车位业主的车位位置，并生成最短停车路径，通过车载移动终端(LED显示屏)向车主提供导航信息，直接把车辆导航到目标停车位。

所述反向寻车子系统把车主引导到停车位的过程是，利用智能手机APP，每一个车位具有唯一的编号，通过APP输入停车位的编号，自动对车辆位置定位，点击生成最短路径，生成导航信息，把车主引导到停车位；如果车位编号忘记，则启用巡检车，巡检车身上装有摄像头，当所要寻找的车辆车牌号被巡检车扫描到时，巡检车将会发出蜂鸣声，并将自身位置告知车主。

本发明用区块链的应用层完成车位共享的专有应用，即在共享车位缴费的过程中的账目记录和车位管理；具有以下特点：

1.通过物联网技术将车辆与车位互联互通，打通空间信息传递，从停车链入手解决停车难问题；

2.将智能交通系统作为支付手段和工具，打造打造车位流转平台，提升车位流转效率；

3.把每一个车位当做一个区块链节点，根据作息时间、地理路段、车流量等不同，实现车位共享。

附图说明

图1是本发明所用到区块链技术的区块链层次架构图。

图2是一个具体应用示例中的停车位共享方案的架构原理示意图。

图3是本发明一个区块结构工作原理图。

图4是一个具体应用示例中的需停车用户的应用流程的简要示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1给出了本发明所用区块链的层次架构，该架构一共分为三层，分别为基础层、驱动层、应用层。基础层是区块链的生态基础，位于最下层，包括去中心化的对等网络及其承载的生成、验证并存储数据的数据层，这一层的点对点网络是指停车人和车位业主两两互连形成一张没有固定拓扑结构的松散网络，每个节点(车位)具有验证能力，确保接受到的共享车位数据的正确性。驱动层用于上层应用驱动基础层的网络和数据工作，从而驱动区块链架构的运转。驱动层包括共识机制、激励机制和智能合约，共识机制是指停车人和车位业主双方达成的共识，智能合约是形成信息逻辑链式关系的基础，也是下层信息逻辑链式关系和上层服务的桥梁。是停车人和车位业主双方的自担保协议，车位业主A向停车人B提出交易条件，停车人B给出信息，若满足条件则完成交易信息的传递授权，否则，放弃交易；应用层位于架构最顶端，包括专有应用和基于通用服务平台的应用。本发明用区块链的应用层完成车位共享的专有应用，即在共享车位缴费的过程中的账目记录和车位管理。

本发明的基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，是把每一个车位当做一个区块链节点，包括车位预定子系统、车位引导子系统、反向寻车子系统、自助缴费子系统、车辆寻找与跟踪子系统。

1.车位预定子系统，用于停车人向车位业主预定车位，完成车位预定。当停车人在某一小区附近产生停车需求时，在手机APP中发布自己所在的位置和停车需求以及停车时间，当车位业主看到消息并接收请求后，将车位二维码发送给停车人，停车人凭借二维码获得通过停车场出入的权利，当车辆达到停车位时开始计费，离开时停止计费，这段时间内的停车交易停车人将直接付款给车位业主。

上述系统，运用到对称加密和哈希算法，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是车主的账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。哈希算法用于生成前驱区块地址、记录信息摘要、交互者地址和构造梅克尔树数据结构等。

2.车位引导子系统，用于将车辆导航到目标停车位。通过视频监控及扫描进入停车场时的车位二维码准确定位车位业主的车位位置，并生成最短停车路径，通过车载移动终端(LED显示屏)向车主提供导航信息，直接把车辆导航到目标停车位；

3.反向寻车子系统，用于对车辆位置定位，把车主引导到停车位。利用智能手机APP，每一个车位具有唯一的编号，通过APP输入停车位的编号，自动对车辆位置定位，点击生成最短路径，生成导航信息，把车主引导到停车位；如果车位编号忘记，则启用巡检车，巡检车身上装有摄像头，当所要寻找的车辆车牌号被巡检车扫描到时，巡检车将会发出蜂鸣声，并将自身位置告知车主；

4.自助缴费子系统，用于实现停车计费的全流程管理，支持移动支付手段。可根据用户习惯，设置到时提醒、费用提醒，实现缴费的智能化、自动化管理。现阶段的数字支付形式的货币需要可信的第三方中心机构(如银行)来保证。区块链技术的贡献是在没有第三方机构的情况下，通过分布式节点的验证和共识机制解决了去中心化系统的双重支付问题，在信息传输的过程同时完成了价值转移。

5.车辆寻找与跟踪子系统，由于各停车场联网，因此可以查询车辆的大概行车轨迹与行驶范围，当与交通卡口监控结合时，呈现完整的轨迹，利用这些数据，公安系统可以进行大量的数据分析，对目标车辆进行智能判断，甚至分析其潜在行为。:该子系统利用GPS定位模块实时跟踪汽车位置，GPS模块是由单片机控制的，GPS定位数据不断上传到数据库，上位机对获取的GPS数据进行分析，从而获取包括车辆的经、纬度以及速度等信息。同时，单片机将此信息存储在EEPROM中，以做将来的证据使用。

共享车位车费的交易记账由分布在不同车位的多个节点共同完成，而且每一个节点(车位)都记录的是完整的缴费账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。不同于传统的中心化记账方案，没有任何一个节点可以单独记录转账账目，从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。另一方面，由于记账节点足够多，理论上讲除非所有的节点被破坏，否则账目就不会丢失，从而保证了账目数据的安全性。系统以车位预定信息和视频监控、二维码识别为数据采集源，避免了车主在不知道是否有空闲车位的情况下苦苦寻找停车位，实现了快速准确的确定停车位有无空闲；在有空闲停车位的前提下，通过达成车位共享协议，车位引导子系统将会确定到达空闲车位的最短距离，以节省车主的时间；当车主想要取车离开停车位时，若忘记了自己的车停放在哪个位置，打开手机APP，输入车位编号，将会出现车主与车辆之间的最短线路，手机导航将会开启语音模式指引车主找到车辆；当车辆驶离停车位，将会通过手机与车位业主进行停车费交易；通过“预定车位—车位引导—反向寻车—缴费”的智能停车和车位共享方案，充分发挥了各子系统的最大功能。

图2给出了本发明一个具体应用示例中的停车位共享方案的架构原理示意图，本发明的共享系统涉及停车人、车位业主、车位共享平台以及小区管理系统，当停车人产生停车需求时，会向车位共享平台发布自己的需求信息，车位业主也会通过车位共享平台发布自己的闲置车位，包括地理位置信息、共享的时间段，停车人选取符合自己停车的车位后，向车位业主获取车位的二维码，达到小区停车场入口时，出示二维码请求进入停车场，当管理系统确认信息无误后，允许停车人进入停车场。此过程运用到对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是车主的账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。此过程运用到非对称加密算法和哈希算法，保证不可信网络的安全需求和验证需求。

图3所示哈希算法用于生成前驱区块地址、记录信息摘要、交互者地址和构造梅克尔树数据结构等。该过程包括创建梅克尔树，对最底层的九个块做hash运算，Node0i＝hash(Data0i),i＝1,2,…,9；相邻两个hash块串联，然后做hash运算，Node1((i+1)/2)hash(Node0i+Node0(i+1)),i＝1,3,5,7；对于i＝9,Node1((i+1)/2)＝hash(Node0i)；一直重复上一步骤，生成梅克尔树根节点；检索数据块，从根节点开始逐层比较，最终获取其目录信息；检索比较完毕。如果客户端想要确认一个交易的状态，它只需简单的发起一个Merkleproof请求，这个请求显示出这个特定的交易在梅克尔树的一个之中，而且这个梅克尔树的树根在主链的一个区块头中。其位于区块体的主要数据部分，叶子节点是记录信息，中间节点是对下层两个节点的哈希。梅克尔树结构保证了数据的真实性、安全性和不可抵赖。

图4给出了本发明一个智能停车系统的实施例模块结构图，当车辆经过停车场入口扫描二维码时，从入口到停车位的最短路径将会生成，显示在车载移动终端LED显示屏上，车主可根据导航将车辆准确无误的找到停车位。

当停车人返回停车场忘记停车位位置时，可以利用智能手机APP，每一个车位具有唯一的编号，通过APP输入停车位的编号，自动对车辆位置定位，点击生成最短路径，生成导航信息，把车主引导到停车位；如果车位编号忘记，则启用巡检车，巡检车身上装有摄像头，当所要寻找的车辆车牌号被巡检车扫描到时，巡检车将会发出蜂鸣声，并将自身位置告知车主。

在整个共享车位的过程中，自助缴费子系统用于实现停车计费的全流程管理，支持移动支付手段。可根据用户习惯，设置到时提醒、费用提醒，实现缴费的智能化、自动化管理。现阶段的数字支付形式的货币需要可信的第三方中心机构(如银行)来保证。但是本发明是通过区块链分布式节点的验证和共识机制解决了去中心化系统的双重支付问题，在信息传输的过程同时完成了价值转移。

支付交易记录是一种数据结构，用于记录交易信息。交易记录中包含交互响应者(车位业主)A的签名、发起者(停车人)B的公钥、输入信息、输出信息等。交易记录并未在数据结构中指明前驱交互记录和后继交互记录，仅利用交互的公钥和签名确定逻辑上授权关系。因此每一次交互都是相互独立的，仅在逻辑层面形成链式关系。

当车辆离开停车场时，由于交易记录的不可更改性，车辆寻找与跟踪子系统利用GPS定位模块实时跟踪汽车位置，GPS模块是由单片机控制的，GPS定位数据不断上传到数据库，上位机对获取的GPS数据进行分析，从而获取包括车辆的经、纬度以及速度等信息。可以查询车辆的大概行车轨迹与行驶范围，当与交通卡口监控结合时，呈现完整的轨迹，利用这些数据，公安系统可以进行大量的数据分析，对目标车辆进行智能判断，甚至分析其潜在行为。

Claims (7)

1.一种基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，其特征是，把每一个车位当做一个区块链节点，包括车位预定子系统、车位引导子系统、反向寻车子系统、自助缴费子系统、车辆寻找与跟踪子系统；

车位预定子系统，用于停车人向车位业主预定车位，完成车位预定；在该子系统中，停车人与车位业主之间运用区块链基础层的去中心化的对等网络，形成点对点的松散网络进行通信，同时运用对称加密和哈希算法，对存储在区块链上的交易信息进行公开，但是车主的账户身份信息是加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，通过区块链驱动层的共识机制达成共享协议，应用在车位共享的预约中；

车位引导子系统，用于将车辆导航到目标停车位；

反向寻车子系统，用于对车辆位置定位，把车主引导到停车位；

自助缴费子系统，用于实现停车计费的全流程管理，支持移动支付手段；在该子系统中，停车人是在没有第三方机构的情况下，通过区块链驱动层的验证和共识机制解决去中心化系统的双重支付问题，在信息传输的过程同时完成了价值转移。

2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，其特征是，所述区块链分为三层，分别为基础层、驱动层和应用层；基础层包括去中心化的对等网络及其承载的生成、验证并存储数据的数据层，这一层的点对点网络是指停车人和车位业主两两互连形成一张没有固定拓扑结构的松散网络，每个节点具有验证能力，确保接受到的共享车位数据的正确性；驱动层用于驱动区块链架构的运转，驱动层包括共识机制、激励机制和智能合约，共识机制是指停车人和车位业主双方达成的共识，智能合约是形成信息逻辑链式关系的基础，也是下层信息逻辑链式关系和上层服务的桥梁，是停车人和车位业主双方的自担保协议，车位业主向停车人提出交易条件，停车人给出信息，若满足条件则完成交易信息的传递授权，否则，放弃交易；应用层位于架构最顶端，包括专有应用和基于通用服务平台的应用。

3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，其特征是，所述车位预定子系统完成车位预定的过程是，当停车人在某一小区附近产生停车需求时，在手机APP中发布自己所在的位置和停车需求以及停车时间，当车位业主看到消息并接收请求后，将车位二维码发送给停车人，停车人凭借二维码获得通过停车场出入的权利，当车辆达到停车位时开始计费，离开时停止计费，这段时间内的停车交易停车人将直接付款给车位业主。

4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，其特征是，所述车位预定子系统中的哈希算法用于生成前驱区块地址、记录信息摘要、交互者地址和构造梅克尔树数据结构，该过程包括创建梅克尔树，对最底层的九个块做hash运算，Node0i＝hash(Data0i),i＝1,2,…,9；相邻两个hash块串联，然后做hash运算，Node1((i+1)/2)hash(Node0i+Node0(i+1)),i＝1,3,5,7；对于i＝9,Node1((i+1)/2)＝hash(Node0i)；一直重复上一步骤，生成梅克尔树根节点；检索数据块，从根节点开始逐层比较，最终获取其目录信息，检索比较完毕；如果客户端想要确认一个交易的状态，它只需简单的发起一个Merkleproof请求，这个请求显示出这个特定的交易在梅克尔树的一个之中，而且这个梅克尔树的树根在主链的一个区块头中，其位于区块体的主要数据部分，叶子节点是记录信息，中间节点是对下层两个节点的哈希。

5.根据权利要求1所述的基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，其特征是，所述车位引导子系统将车辆导航到目标停车位的过程是，通过视频监控及扫描进入停车场时的车位二维码准确定位车位业主的车位位置，并生成最短停车路径，通过车载移动终端向车主提供导航信息，直接把车辆导航到目标停车位。

6.根据权利要求1所述的基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，其特征是，所述反向寻车子系统把车主引导到停车位的过程是，利用智能手机APP，每一个车位具有唯一的编号，通过APP输入停车位的编号，自动对车辆位置定位，点击生成最短路径，生成导航信息，把车主引导到停车位；如果车位编号忘记，则启用巡检车，巡检车身上装有摄像头，当所要寻找的车辆车牌号被巡检车扫描到时，巡检车将会发出蜂鸣声，并将自身位置告知车主。

7.根据权利要求1-6所述任一基于区块链技术的智能停车和车位共享系统，其特征是，还包括车辆寻找与跟踪子系统，实时跟踪汽车位置上传到数据库，上位机对获取的定位数据进行分析，从而获取包括车辆的经度、纬度以及速度信息。