停车场智能控制系统的设计(2)

护的压力，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对传统交通运输系统进行深入的改造，以提高整个交通运输系统资源的使用效率、改善和提高交通运输系统的安全性、减少资源的消耗和减轻环境污染。智能停车场是智能交通系统 ITS 的重要组成部分。它采用先进技术和高度自动化的机电设备、图像处理设备、数据处理设备并结合用户在停车场收费效率的管理方式，为用户提供更方便、更有效的服务。停车场智能管理系统采用图形人机界面操作方式，具有操作简单、使用方便、功能先进等优点，车场使用者可以在最短的时间进入或离开停车场，从而提高停车场的管理水平，取得更高的经济效益和良好的社会效益。它一方面以智能化设备和完善的管理软件来简化或取代人的劳动，实现停车场车辆出入、场内监控以及计费收费等全过程的完全无人化管理：另一方面通过网络化管理实现能够在一个相对广阔的地域内(例如一个城市)了解多个停车场车位情况，提前预定停车位，最终实现“随意”停车，这是停车场管理系统的最终目标，也是智能交通系统的目标。

但目前我国的停车场管理系统大多还存在半智能化、集成度低的缺点，注重收费的自动化，而忽视了停车过程的自动化、安全监控的自动化。各个管理子系统没有有效地综合集成起来，这样直接导致了停车场安全性、管理智能化水平和整体运行效率的降低。因此，随着经济的发展和停车需求的增长，停车场管理系统的下一个技术发展方向将是智能化、网络化、集成化、人性化。提高停车场的运行效率、加强安全性以及与智能交通系统的信息互动，把相关科学技术发展领域的最新成果合理有效的应用到智能停车场的完善和发展中是当前停车场研究领域的首要任务。

1.3 主要研究内容和设计流程

本设计针对目前停车场管理系统存在的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下的不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。本设计的指导思想立足于提高停车场管理系统的可靠性、安全性和高效性，对目前我国各大中城市所面临的“停车难”问题的解决，具有一定的促进作用。本系统所采用的是射频IC卡技术，数字图像处理技术对其它交通收费系统也有一定的借鉴意义。

1.3.1 本文的主要研究内容

(1) 针对现有传统停车场管理系统的不足之处，以射频卡为管理介质，对停车场智能管理系统进行了总体设计，并按照用户性质的不同，对工作流程进行了优化设计，提高了停车场的运行效率。

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(2) 针对目前停车场内部“停车难”的问题，对最短路径搜索问题进行了研究，结合停车场的实际情况，系统为用户寻找最短停车路径和最佳停车位，引入了停车场内部的自动泊车引导系统，方便了顾客的停车位寻找、优化了停车路线，提高了停车场的人性化程度和整体效率。

(3) 对目前停车场管理系统中普遍存在的安全性问题，将用户管理系统和计算机图像识别系统结合起来，利用数字图像处理技术，对车牌识别、车型识别、车辆颜色识别进行了研究。通过对用户和车辆进行合法性验证的机制，提高了停车场的安全性能。 1.3.2 拟定设计流程

(1)问题的提出及确定研究目标。了解“停车难”问题产生的原因，分析目前应用的停车场管理系统所存在的不足，确定研究的主要目标。提出技术先进、可靠性好、运行效率高的新型停车场建设方案。

(2)文献整理阅读。回顾国内外停车场管理系统的相关文献，针对传统停车场所存在的问题。主要对收费系统技术、射频卡读写技术、数字图像处理与识别技术的相关资料进行收集和阅读，作为系统设计的理论基础和参考。

(3)停车场智能管理系统设计。系统设计包括三方面：第一，对停车场进行功能需求分析、确定系统管理介质、系统的设备组成和工作流程，对系统进行总体设计；第二，以停车场内部的运行效率为出发点，对系统进行设计；第三，从系统安全性角度出发，对数字图像处理与识别技术的车辆识别系统进行研究。

2 停车场智能管理系统总体方案设计

本方案致力于设计出达到目前自动化程度最高和安全防盗性能最优的停车场管理系统，设计以提高系统自动化、人性化程度和安全性为主。

传统的停车场管理系统重点均放在计费收费管理功能上，关注的是各个车辆进出的时间以便于收费，而在停车场的安全性、运行效率和针对顾客的人性化要求方面考虑得较少。针对这种情况，该停车场管理系统既保留了传统停车场管理系统的所有功能，又以原有收费介质为依托，对管理介质进行了改进，增加了自动泊车引导系统和基于数字图像与处理的车辆识别安全监控系统。当车辆进入停车场时，系统自动摄取车辆图像，经计算机处理后得到车辆型号信息、车辆牌照信息、车辆颜色信息，并将这些信息与用户卡唯一的对应起来一同存入用户数据库中。当车辆驶离停车场时，用户卡、车牌号码或车辆图像等相关指标匹配后才能放行。另外每次停车过程中，管理系统都会根据当时停车场的实时停车情况为用户指定一个符合最短路径的有效停车位，并在整个停车过程中，系统都将通过电子显示屏对顾客给予路径信息指示。

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本系统采用“一车一卡一位”的管理模式，即从车辆进入停车场一直到车辆驶离停车场，与这辆车相关的所有数据均与卡的 ID 号唯一相关，通过这个唯一的 ID 号，我们可以将诸如用户信息、车辆型号信息、车辆牌照信息、车辆颜色信息、车辆图像、车辆进出场时间、停车时长、指定停车位编号、泊车路径、应缴费用等信息在数据库中统一起来，便于查询和存储。这样便使收费管理、泊车引导和车辆识别安全监控子系统的数据信息建立在同一个数据平台上，从而将各子系统有效的集成为一个统一的停车场智能管理系统。 2.1 功能需求分析

在智能交通系统中，对智能停车场的要求是既作为整个交通系统中的一个子系统，又作为一个相对独立的系统。前者指的是作为整个智能交通系统的一部分，要求它能与智能交通系统进行信息互动，即停车场不但能实时提供停车位的状态信息，为整个交通系统的疏导和指挥提供参考，又能接收来自交通指挥中心的指令信息，接受统一调度安排；后者指的是它能独立运行，具备诸如计费收费、控制车辆出入、满足用户停车需求等停车场的基本功能。

要建立智能停车场的体系结构，首先应确定系统的用户服务要求，也就是明确停车场管理系统所应具备的功能。对于停车场的功能需求分析本文从以下三个方面进行考虑：交通管理部门、停车场管理者和用户。交通管理部门对停车场的功能需求是满足停车需要、调节交通，能够让需要停车的车辆进入停车场停车，避免车辆在道路上滞留，以此来缓解交通压力，使整个交通有序运行。因此，停车场必须具有方便停车、提供停车场停车位状态信息的功能。停车场管理者对停车场的功能需求是保证车辆安全、计费收费、方便用户停车等，这样停车场应该具有车辆出入控制、停车时长统计、费用计算、泊车引导、车辆识别的功能。从用户这一方面来说，车辆安全是第一位的，对于费用收取的透明度和停车、取车的方便快捷也是一个重要考虑因素。因此，综合以上三方面对停车场管理的功能需求，把智能停车场中的停车服务功能和交通导行服务功能归纳起来，智能停车场应至少具备以下几个功能： (1) 车辆的出入控制功能； (2) 计费、收费功能； (3) 车辆识别功能； (4) 泊车引导功能； (5) 安全监控功能；

(6) 停车场状态信息收集、处理功能；

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2.2 管理介质的确定

管理介质是停车场管理系统用来标识每辆车及车主的唯一标志，介质中储存有一组标明车辆身份的数字标识(ID)。管理系统中的数据库以此 ID 作为主键记录和查询车辆的用户类型、使用权限、进出时间、车辆牌照、车辆图像等特征信息，从而实现对出入车辆的计费收费、出入控制、身份验证、泊车引导，以达到将各子系统集成为一个整体的停车场综合自动化管理系统的目的。

管理介质是管理系统的重要技术特征。通过使用何种管理介质可以反映其系统的技术先进程度。以停车场管理系统使用的管理介质为核心特征，停车场管理系统经历了磁卡、条形码、接触式 IC 卡以及非接触类型管理介质等几个发展阶段。每个阶段的停车场管理系统都是在克服其上一代系统在管理介质不足的基础上，进一步提高了管理系统的工作效率和可靠性，并丰富了管理系统的管理服务功能。

2.2.1 管理介质的确定

停车场管理系统中曾经出现过的管理介质有磁卡(纸质)，条形码(纸质)，接触式 IC 卡等多种，但是从性价比的角度考虑，本系统采用的是优质稳定的射频卡(简称 RF 卡)。

射频卡是近十几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和 IC卡技术结合起来，解决了无源(卡中无电池)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。

优点：(1) 可靠性高、使用寿命长、维护成本低。射频卡与读卡器之间无机械接触。(2) 操作方便、快捷、刷卡无方向性。由于非接触通信，读写器在 5cm～10m 甚至更远的范围内都可以完成对卡片的操作，避免了灰尘、油污等外部恶劣环境对读写卡的影响。 (3) 加密性能好、安全可靠。 (4) 抗干扰性强、 防冲突。射频卡中存在快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此终端可以同时处理多张卡片。(5) 多种权限级别管理。可设臵多个权限级别，增加了整个系统运行的安全性。

目前，使用以射频卡为代表的非接触类型作为管理介质的收费管理系统已经成为建设的主流方向。从操作简便性、系统可靠性和管理的有效性角度出发，本设计选用射频卡作为系统的管理介质。 2.2.2 射频识别系统的介绍

最基本的射频识别系统主要由三部分组成：

(1) 射频标签：在这个系统中即分配给用户的射频卡。由耦合元件及芯片组成，标签含有内臵天线，用于和射频天线间进行通信。

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(2) 读卡器：用来读取标签信息的设备，在停车场管理系统中，一般安放在出入口处，读取射频卡上的用户信息。另外它还可以用来初始化卡片和当用户充值时对卡进行数据的写入。

(3) 天线：在标签和读卡器间传递射频信号。

系统还通过读卡器的 RS485 接口与外部计算机连接，进行数据交换，将读取的信息上送至计算机进行处理或存储。

系统的基本工作流程是：读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内臵的发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经过天线调节器传送到读卡器，读卡器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关数据处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同类型的卡设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。 2.3 系统工作流程

停车场管理系统运行过程是以车主停车取车的过程为基础的，停车场的工作流程也始终以用户车辆进出停车场的流程为中心。停车场用户一般分为临时用户和固定用户两大类。

1． 临时用户

临时用户是指临时使用停车场停车的用户，这类用户的停车行为一般具有临时性，随机性，使用频次低的特征。临时用户潜在数量庞大且身份不确定。

2． 固定用户

固定用户是指长期固定使用停车场停车的用户，这类用户的停车行为一般具有长期性、规律性、使用频次高的特征。固定用户一般是停车场附近单位的工作人员或生活区的住户，数量在一定时间内是确定的。

针对停车场用户一般分为临时用户和固定用户的实际情况，系统出入场工程流程也分为针对临时用户和固定用户的两种情况。

为了在方便管理的同时尽量降低成本，停车场管理系统针对不同用户采用不同的管理介质。由于临时用户使用的频率较低，针对这类用户一般采用的是入场时临时发卡，出场时即时收费并回收卡片的方式。这里临时用户选择采用近距离的无源射频卡(临时卡)；针对固定用户使用频率较高的状况，为了方便管理，简化收费手续，系统为这类用户建立个人档案，把用户的姓名、性别等个人基本资料以及包括用户车辆型号、车牌、品牌等在内的车辆信息存储在数据库内。另外，在我国 2.4GHz～2.4835GHz 的频段是无需向国家无线电管理委员会申请使用许可证的公用频段，所以系统选择给用户分配一张带键盘的远距离 2.4GHz 有

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