智能停车场管理系统设计中ZigBee技术的应用

智能停车场论文范文第五篇：智能停车场管理系统设计中ZigBee技术的应用

　　摘要：针对如今城市里普遍存在车辆多，但停车位不足的供需关系不平衡的现状，设计并提出了一个基于Zig Bee技术的智能停车场管理系统，本系统利用Zigbee技术的定位系统并结合红外反射以及重力传感器实现车位的定位和停车位的使用情况，并在这些的基础上通过无线通信网和Zig Bee通讯网的结合来实现用户车辆，停车位以及停车场控制中心的信息交叉互通，实现无障碍的智能停车管理系统。这个停车系统会比传统的停车管理更加精确、有效地解决现如今停难的问题。

　　关键词：智能； ZigBee技术；停车；

　　作者简介：丁智晶（1999-），女，安徽合肥人，安徽三联学院交通工程学院学生，研究方向交通安全工程。；

　　基金：省级大学生创新训练项目"基于ZigBee定位技术的智能停车"（项目编号：201910959070）；国家级大学生创新训练项目"基于Zigbee定位的Android系统智能停车app"（项目编号：202010959019）；

　　近几年，不仅我国综合国力大力提升，我国的国民经济也快速地增长，这促使着我国的汽车工业也一同发展起来，科技迅速发展逐渐使汽车的制造成本降低，使汽车越来越百姓化。如今大部分的家庭都有能力购买汽车了，这使得我国的城市汽车数量逐年上升，现如今我国已经跻身成为了世界第二大汽车消费国。伴随我国私家车数量的大大增加，大多数城市的购物中心、餐馆和风景区都存在着停车位太少，车主很难找到停车位的问题。根据网络化的新型停车场系统发布的最新数据报告显示，在接受调查的5000名车主中，有大约一半的人认为停车是个问题，一半以上的车主经常找不到适合的停车位，这对于如今的快节奏社会来说是十分浪费时间的，而停车系统是城市智能交通管理系统里重要的一个组成部分。因此，需要一个工具来帮助所有者解决这一系列问题。为了更充分地利用公共资源来满足如今城市内车辆停泊的更高需求，周边各式各样的停车场都纷纷涌现出市场。而现代城市管理系统建设中一个非常重要和不可避免的部分便是交通城市的信息化建设。通过最新的市场调研分析，发现导致如今普遍停车问题的原因具体有以下两个方面：（1）城市停车规划不合理：（2）传统的停车场和街道停车位存在管理水平低、制胜效率低、技术落后、实时安全等管理问题。科技的创新让大数据、物联网等新技术快速发展，使得人们创新了一种全新的城市发展模式---智慧城市。这种智慧城市这一发展模式有三个显著特点：1）广泛的数据联系；（2）广泛的感知能力；（3）详细的计算和分析能力；本文以这个模式为基础设计的一个高效、技术先进的智能停车系统。

　　1 智能停车场的设计框架

　　（1）智能道闸系统主要是由单片机模块和视频节点控制器在服务器控制下各自分工的联动方式组成，能够云端实现在停车场内的车辆实时控制和管理，同时停车场的管理端通过视频节点控制器能够对入库车辆进行停车计时方便管理系统计费。

　　（2）车位的实时监控是本系统的一个重要环节，通过车库内的重力以及地磁传感器模块能够检测停车位是否被占用，并将车位的实时信息传递给与其连接的Zig Bee的自组网，将信息传递到管理数据端。

　　（3）在如今通用的短距离无线通信领域中，Zig Bee技术作为功能损耗低、建设成本低且传送效率高的无线通信技术，本文的系统设计中将Zig Bee的自组网作为系统的组建网络，更方便数据信息的传输，而且能省下一笔不小的成本。由于Zig Bee网络是由多个路由器与独立的协调器共同组成，这在数据储存方面具有很大的优势，即如果有个别路由器节点临时发生零件故障，可同时启用其他的路由器来传送数据，这不仅保障了系统的可靠性同时也有效避免了数据的丢失[1].

　　（4）停车场管理PC端的上位机数据端通过Zig Bee网络接收由传感器传来的实时车位数据，并对车位以及用户的位置进行解析，通过双扇形Dijkstra算法计算出以图形界面的形式展示出来，令用户更加方便和快捷地了解停车场的情况。

　　2 相关技术及系统总体设计

　　2.1 Zig Bee定位技术

　　如今的市场上主要被广泛使用的无线通信技术主要有：蓝牙技术、Wi-Fi技术、Zig Bee技术等。通过调查发现，由于如今的红外线定位技术在日常使用中红外辐射波线对周围环境的勘测容易受到周边自然环境因素例如温度，湿度的影响，所以不适合本文中的设计使用。超声波定位尽管有定位精度高以及误差小的优点，但通常需要在无线电定位系统下进行需要大量的基础硬件设施进行辅助，这导致硬件设施的成本过高，且超声波频率受多普勒效应以及环境温度的影响，所以不适合使用于该系统设计中。而蓝牙定位技术是通过检测蓝牙信号的强度进行定位，是一中基于RSSI的定位方式，但通信范围小[2].Wifi室内定位虽然覆盖距离大，普及度高但是成本高。Zigbee技术是一种新型的短距离无线网络通讯技术。它的工作原理虽然和蓝牙一样是2.4G频段。但它的特点是低复杂程度、低数据速率、时延短、网络容量大、安全保密、高度的灵活性而且成本低。zigbee技术和wifi技术的详细对比见表1.

　　表1 zigbee和wifi的对比

　　RSSI技术：一种定位技术，通过接收信号的力来测量信号点与接收点之间的距离，然后根据相应的数据进行定位计算。由于信号在自由空间中传播是遵循着一个固定的衰退模型，通过这个模型我们可以推算出信号强度和距离之间的关系式。起关系式为Pa=Po-10nlog（d\do），其中Pd作为待定点收到的信号强度，Po为距离辐射源do处的信号强度，n为信号衰减系数。

　　将RSSI技术和zigbee技术结合在一起就能实现室内停车场的定位，引导车主更方便的停车和取车。

　　2.2 传感器的选择

　　现在城市中最常被运用的几款传感器有微波传感器、重力传感器、红外线传感器、超声波传感器、地磁传感器。但由于微波传感器、红外传感器和超声波传感器的使用都容易受到环境中温度，湿度以及天气等难以控制的因素影响，而重力传感器和地磁传感器不受气候影响而且安装，维修方便且成本低所以我们的系统设计选择使用重力传感器和地磁传感器结合来确定停车位的状态。当重力传感器在一定时间内感受到超过设定的最小压力时，所受到的压力就会在元器件内转换为电流传输，完成从重力到电信号的转换；地磁传感器是使用车辆本身所含的铁磁材料，将地磁线弯曲到车辆所在的区域，通过磁场的变化来进行勘测测量。当车辆靠近传感器时，传感器可以敏感地检测信号的变化，通过分析信号检测相关信息并发送信号。

　　2.3 车牌识别技术

　　车牌的识别系统有基于彩色空间的系统和另一种基于灰度空间的系统。两种系统都是由车牌的定位、车牌识别字符的分割以及字符的识别这三个部分共同组成。车牌的定位技术属于数字图像处理技术中的模块识别技术，主要原理是根据拍摄得到的牌照图像特征，运用区域图像处理的数字化技术使车牌部分在整个图像中呈现凸出的样子，然后通过数学逻辑分析出凸现图像部分的坐标结果，最终计算分析得到该牌照的号码[3].

　　2.4 反向寻车系统

　　通过利用视频节点的控制器和管理服务器分工合作的联动方式来完成反向寻车系统：视频节点控制器负责对车库内的所有车位状态进行分析识别，管理服务器负责对进出车位的车辆进行拍摄，分析上传车牌号、车牌颜色等信息。在车位引导过程中，车主在准备停车入库前可以在停车场入口处的引导屏上看到停车场内部总的车位空余情况，并自主选择空余车位较多的楼层停车；车主驾车进入停车场后，每层的车库入口都有指示屏，屏幕上该楼层剩余车位的数置，车主可根据自身情况选择最佳车位停车；车辆在停车位停好后，车位旁的重力与地磁探测器[4]会感应到该车辆，该车位的指示灯就会转变为占用状态，同时将已被占用的信息传送到管理服务器。车主停好车后可以扫一扫车位旁的二维码在智能停车APP上关联自己的车牌号与车位号，建立寻车索引，方便返程时直接导航寻车。

　　2.5 最佳车位选择算法设计

　　本文的系统采用最短路径算法选择最佳车位。通过使用数学建模的方法我们能够得到停车场的网络平面模型，将停车场按照离各目标区域的距离范围划分出A,B,C等区域，利用双向扇形Dijkstra算法[5]能够为用户提供方便快捷的最短路径引导，使车主快速找到最佳停车位。通过双扇形Dijkstra算法规划车辆泊车中的路径问题，是假定需要搜索的范围扇形限制角为2α。具体算法如下：1）将总搜索线路中的各节点分类统计，P表示永久标记结点，S表示未标记结点，D表示限制区域外节点，L表示临时节点，用E1,E2表示正反向搜索过程中遍布的节点，节点源用a,b,c,d表示。在计算初的等式为P={a,b},L=φ，接着检查网络模型中的选定节点是否在最初的限制范围内，如果是则属于H中，否则属于D.2）找出集合H中所有与a和b节点源有边直接相连的结点，将其放入L中，并从S集合中去掉。3）在L中通过检索得到与源节点a距离相距最短的最优节点结点c（即a或b和c的道路权值相加后结果最小），将n放入集合S中，同时将其从集合L中去掉。4）其次找出与c直接相连接且不在集合H中的节点d,如果d不属于集合S,则将其放入集合L中，同时将d从集合S去掉；如果d属于集合S,则将S的距离修改。5）当E1∩E2≠φ时，停止搜索判断，若E1∩E2=φ则继续重复步骤（3）、步骤（4）直到得到E1∩E2≠φ。

　　3 系统运行思路

　　客户可以在APP上完成了用户信息登陆、查询停车场的位置和停车场内车位情况、车位导航、反向寻车、以及车位预定等功能。首先，用户在准备停车前先登录用户端通过双频GPS,获取当前用户具体位置，从百度地图上获取到周围停车场信息。选定理想停车场后，由百度地图提供到达指定停车场的导航服务。停车场内部网络系统，将车位状态通过重力及地磁传感检测出数据信息，由Zig Bee无线通信模块传送到停车场pc端的主控器。引导屏接直观显示场内总空闲车位数，客户端通过手机自带的双频GPS获取当前室内定位提供到智能停车场的APP系统中，然后利用双扇形Dijkstra算法计算出最短路径，规划具体的停车位导航路线，并在电子地图中标出，最后的反向寻车模块也给出反向寻车路径引导，用户根据指导的路径寻找自己的爱车。思路框架如图1所示。

　　图1 系统运行思路

　　4 具体使用操作

　　4.1 用户准备停车

　　（1）用户打开APP登陆已有账号，新用户可手机号一键获取验证码注册登录：用于记录消费或充值储蓄，便于查询记录。

　　（2）利用地图搜索附近的停车场，停车场的PC端将车库内的数据实时更新，以便用户浏览选择。

　　（3）App内通过双扇形Dijkstra算法计算出最优路径推荐给用户，以便用户选择最合适的停车场。

　　（4）当用户选择好最佳停车场后，可使用app内的语音导航系统。流程图如图2所示。

　　图2 用户端数据流程

　　4.2 停车场数据流程

　　（1）车辆进入停车场后，通过入库前的摄像头影像采集，采集到车辆的牌照图片后自动进行车牌识别，并和数据库里的记录作对比，老用户自动放行，新用户的车牌信息系统会自动添加入库后再放行；

　　（2）通过每个车位的传感器能够监控到停车场内的车位占用情况。管理员能够准确实时地监控停车场内车位占用情况，并进行控制；当车主到达停车场入口并准备停车时，管理系统会通过预先设计好双扇形Dijkstra算法计算出最短路径和最近车位，将车位通过停车场的显示屏和车主的手机APP上发布，用户可以选择语音导航进行停车入库，流程图如图3所示。

　　（3）快速引导车辆进入最佳停车位。车辆入场后，通过地灯快速引导车辆进入最佳停车位，节省用户时间；车辆进入分配车位后通过地灯提示正确进入，若进到的车位不对则进行语音报警提示。

　　图3 停车场数据流程

　　4.3 用户出车库

　　（1）用户在app上查询自己所使用的车位，app上查询路径，查询地图使用户可以反向寻车。

　　（2）用户行驶离开所在车位后，车位的Zig Bee的定位技术和重力感受器感受到车辆离开，将信息及时反馈到停车场管理的PC端，记录停留时长也能使app上其他用户可以使用其车位。

　　（3）用户驶出停车场，影像采集到车辆，结算用户时长，客户可选择支付方式，可使用账户充值支付也可选用其他支付端方式支付，流程图如图4所示。

　　图4 用户出库的流程图

　　5 结论

　　智能停车引导系统如今不仅是现代城市智能交通的核心代表，更是实现智慧城市建设的重要部分。本文设计提出的智能停车系统采用Zig Bee网络通信技术和重力与地磁探测仪，有效的实现车位检测、数据采集传输以及处理、更快速的实现车位的智能引导以及信息的实时更新、用户信息的系统自动存储，更加的准确可靠，而且具有成本低、功耗消耗低、自动组网灵活、实时性能好等如今普通停车场所不具备的优势。本文设计提出的智能停车系统不仅能满足如今车主追求的智能化服务需求同时能够节约不必要的劳动力，很大程度上提升停车系统的高效化，为车主们提供更加安全、便捷的停车环境。

　　参考文献

　　[1]刘鸿智，李雪花，杜宇人。基于Zig Bee的智能停车场管理系统[J] .现代电子技术， 2015,38（7）：124-126.

　　[2]王劲枫。基于Zig Bee无线网络的停车诱导系统研究[D].贵阳：贵州师范大学， 2018.

　　[3]孙婷婷。基于车牌识别的一-体式寻车数据采集系统的实现[D].杭州：浙江大学， 2015.

　　[4]及娜。于无线地磁节点的停车诱导信息系统研究[D] .合肥：中国科学技术大学， 2015.

　　[5]许增昭，许伦辉。Dijkstra改进算法在泊位诱导系统中的应用与仿真[J] .科学技术与工程， 2009（12）：7226-7229.