基于智能手机的停车导航系统设计

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　　摘 要：为了应对当前城市交通迫切的停车问题，充分利用停车场车位资源，提高车主出行体验和满意度，降低停车场内部的拥堵和安全隐患，文中利用无线通信、电子地图、GIS技术和室内定位技术设计了一套具备车位预约、车位导航、在线支付和反向寻车功能的智能停车导航系统。该系统充分发挥车主随身携带的智能终端的作用，利用智能终端的无线接入信号，在室内部署的蓝牙标签的辅助下完成高精度的定位与导航，有效解决当前室内定位与导航中存在的定位不准确等难题，提升停车场车位使用率，进而增加停车场收入。
　　关键词：智能停车导航;智能交通;路径规划;反向寻车;车辆停泊;车位资源
　　中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）04-00-03
　　0 引 言
　　随着经济和科技工业水平的发展，我国汽车保有量快速增长，给城市交通道路带来越来越大的压力的同时也带来了严重的环境污染、高额的经济损失和潜在的安全隐患。在车主的日常出行中，停车是车主不可避免的环节。然而，车主在出行过程中常常面临为了停车遭遇徘徊数公里却无位可停的困境。根据中国城市停车调查报告，有近八成的车主因停车问题而受到困扰，所以解决停车难问题刻不容缓。
　　当前，传统停车场在建设时信息化，智能化和自动化水平较低，车位信息对车主不透明，造成停车场使用率低而车主无位可停的尴尬局面。据调查，车主在停车时常遭遇如下两个问题：
　　（1）目前地图导航服务只能提供导航到目的地周围停车场的能力，而不能获悉停车场空位情况，当停车场无空位状态时，则还需要寻找车位，给车主带来不便体验的同时增加了交通负担;
　　（2）即使停车场有空位时，车主需要在茫茫停车场中不断寻找车位，占用了停车场主车道，浪费了车主时间。
　　本文主要概述如何将无线互联网络与智能手机终端相结合，从而设计出一款具有车位预约、路径规划、室内导航、反向寻车和在线支付等多种功能的智能停车导航系统。它可以弥补传统停车场车位资源与用户需求信息不对等的缺点，极大程度地提升停车场的使用率及车主的停车体验。
　　1 系统架构设计
　　本智能停车导航系统拓扑如图1所示，系统实现方案拟分为三大部分：车位检测及停车场本地管理后台，室内定位和云端管理系统模块，智能手机APP模块。
　　1.1 车位检测及停车场本地管理后台
　　车位检测及停车场本地管理后台采用如图2所示的系统架构。系统利用无线地磁探测器来检测车位占用情况，实时将车位状态上报到管理中心。当地磁探测器检测到该车位被占用时，立马向户外有线区域控制器发送无线信号。户外有线区域控制器收到信息后进行压缩编码处理后发送给户外有线集中控制器，由户外有线集中控制器完成数据融合后，将数据传送给本地管理后台，由本地管理后台完成信息处理并存储到数据库中。停车场管理人员可利用计算机掌握到该停车场的实时动态车位信息数据。本地管理后台连接自动道闸系统控制停车场出入，同时将车位感知模块的数据通过Internet发送至云端服务器，至此即完成了车位数据的监测与收集功能。
　　1.2 室内定位和云端管理系统
　　室内定位和云端管理系统（如图3所示）采取云服务器与定位引擎结合的架构，通过因特网与停车场监测的系统进行实时通信，收集车位监测的数据并进行完备的数据库管理，筛选、分类及分析车位地点、数量及状态，与用户的智能终端APP进行实时数据交互。车辆在停车场行驶过程中，实时感知蓝牙定位标签信号强度RSSI及采集自身惯性传感器的数据，融合之后发送到定位服务器。定位服务器利用惯性传感器数据和基于RSSI的三角定位算法实时解算车辆的位置和轨迹信息，从而提供到目标车位的最佳路径。车主根据智能终端APP提供的导航功能到达分配的停车位，离开停车场，同时应用在用户返回停车场的时候还提供逆向寻车功能。
　　1.3 智能手機APP
　　车辆进入停车场即处于定位标签的广播区域内，位于车内的用户智能终端实时接收蓝牙定位标签的数据，融合自身惯性传感器监测的运动数据预处理后即可发送到云服务器，同时车位查询与预约及导航服务同样由用户智能终端接入实现，智能终端应用技术方案的平台主要为Android平台，应用包含的功能为车位动态列表展示，预约个性化车位（靠近商城、电影院或其他服务），一键车位引导及地图坐标点显示，以及告知用户取车车位的位置信息，附属功能则为在线计费功能、周边信息等。实施方案则可调用高德地图的API进行定位导航，之后更新停车场数据（车位空闲车位、地点、单价等）至页面，同时对服务器计算好的路径规划进行终端显示。
　　2 工作原理
　　2.1 用户入场
　　用户入场流程如图4所示，其主要环节包括空位查询、车辆信息匹配、路径规划、停车导航等。
　　（1）空位查询。车主在始发地查询距离目的地最近的有空位的停车场并进行预约，同时导航系统会引导车主到达目的停车场。
　　（2）车辆信息匹配。当车辆进入停车场入口位置时，智能车牌检测系统将开启，此时，检测系统将利用摄像头获取车牌信息，同时将此信息保存到后台管理系统。后台管理系统将根据获取的车牌信息与数据库信息进行比对，查询此用户是否已预先通过手机端APP预约停车位。若已完成预约操作，后台管理系统将自动将此车辆与预约车位信息进行匹配，同时继续进行下一环节操作;若无预约操作，后台管理系统将根据当前停车场空闲车位信息，将此车辆与某一空闲车位进行匹配，同时继续进行下一环节操作。
　　（3）路径规划。后台管理系统将根据车辆位置与目标车位信息完成动态规划停车路径。
　　（4）停车导航。后台管理系统将导航信息发送到智能手机APP。用户将车辆按照导航路径行驶至目标车位。至此，用户将完成用户入场的所有操作。 　　2.2 用户出场
　　用户出场流程如图5所示，主要包括：用户逆向寻车路径规划、逆向路径导航、车辆出库路径规划、出库路径导航、车辆信息匹配以及用户在线支付等环节，具体环节如下。
　　（1）用户逆向寻车路径规划。当车主返回停车场时，车主利用智能手机终端APP的寻车功能，指引车主找到车辆。同时APP中已经存储车辆的具体位置，当用户启动寻车功能时，APP通过无线方式连接后台管理系统，后台管理系统将根据车主位置与车辆的具体位置规划最优的路径，并将此路径信息返回到APP端。
　　（2）逆向路径导航。在APP端完成用户逆向寻车路径规划后，下一环节主要完成用户的寻车路径导航。在此环节中，手机APP将通过路径跟踪显示以及语音播报两种方式完成对用户的逆向路径导航。具体地，用户手机端APP将实施检测用户位置与目标车位的位置信息，动态更新导航路径，指引车主到达目标车位，完成用户逆向路径导航功能。
　　（3）车辆出库路径规划。后台管理系统通过室内定位系统实时获取车辆位置信息，并根据车辆具体位置与场内道路的通行状况规划当前最优出库路径。
　　（4）出库路径导航。后台管理系统将导航信息发送到智能手机端APP，APP通过实时路径显示和语音播报两种方式指引车主完成车辆的实时出库导航操作。
　　（5）车辆信息匹配。车主根据导航信息将车辆行驶到停车场出口位置，此时，车辆识别子系统通过获取车牌图像数据，对车辆的车牌信息进行识别。同时，后台管理系统通过将识别信息与数据库信息进行匹配，获取当前车辆入库时长，并将此信息发送到计时收费子系统得到车辆的缴费信息。
　　（6）车主在线支付。智能手机端APP通过与计时收费子系统交互，获取车辆的缴费信息，车主通过选择一种在线支付方式完成停车缴费操作。最终，后台管理系统通过确认缴费信息与状态，成功确认后，将控制自动道闸子系统开启道闸，车辆驶离出口。
　　3 结 语
　　本文设计了一套基于智能手机的停车导航系统，该系统主要有三大模块组成，分别是车位检测及本地管理后台模块，室内定位和云端管理系统模块，智能手机APP模块。通过智能手机+云+本地管理的模式实现了空位停车场查询、车位预约、室内停车导航和反向寻车，不仅提高了停车场车位使用率和经济效益，还提升了客户的使用感受及满意度，同时解决了居民停车难的问题，提高了居民出行体验。
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　　作者简介：王 琪（1992—），女，助理工程师，主要研究方向为广电技术软硬件产品测试。
　　王 娇（1989—），女，工程师，主要研究方向为广电技术开发、技术管理。
　　刘 奎（1993—），男，工程师，主要研究方向为智能交通和云计算运维开发。
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