基于4G通信技术的城市智能化停车引导系统的研究

孙慧婷，杨会玲，王磊，王军

（苏州科技学院电子与信息工程学院，江苏苏州215009）

基于4G通信技术的城市智能化停车引导系统的研究

孙慧婷，杨会玲，王磊，王军

（苏州科技学院电子与信息工程学院，江苏苏州215009）

为了解决城市停车难问题，提出一种基于4G通信的城市智能化停车引导系统。该系统利用车辆探测传感器和4G网络实现城市各车场实时车位信息的采集和上传，手机应用通过网络访问车辆管理服务器获取目的车场实时车位信息，实现了城市车场车位的统筹安排。实验结果证明，该系统稳定可靠，功耗较低，可以广泛应用于城市各个车场。

4G通信；手机客户端；服务器；引导

随着汽车产业的快速发展和人们生活水平的提高，城市车辆逐年增加，车位供不应求，造成城市停车难的问题。增加车位的规划与建设虽然是一种有效途径，但是针对土地资源的需求也非常紧张，于是在现有车位的基础上，提出了一种智能化停车引导系统。现有的停车引导系统还只限于自身车场的信息采集和显示，而基于2G网络的数据服务明显在传输速率上有些许不足。文中提出的智能化引导系统是基于整个城市各个车场的信息采集和显示，并且基于4G网络的数据服务更加符合目前对采集速率的要求。该系统实现了城市各个车场信息交互为车主提供实时而准确的车场车位信息，避免车主漫无目的地寻找停车位，从而实现了车场车位的合理有序安排以及减少了通道拥堵情况。

文章以此提出的基于4G通信的城市智能化停车引导系统，利用4G通信技术实现城市各个车场车辆信息的采集和数据上传，城市车辆管理系统服务器对各个车场的车辆信息进行汇总和处理，车主亦可以通过4G网络访问服务器获取实时数据寻找空闲停车位。

1 停车引导系统方案

该系统主要分为两个部分，第一部分是对于各个停车场来说，实现基于4G数据通信的智能化车场信息采集和上传，第二部分是对于整个城市来说，实现整个城市的车辆信息管理，通过网络对各个车场的车位信息实时发布。

1.1 基于4G数据通信的智能化车场

对于各个车场以及寻找停车位的车主来说，车场实时车位信息是非常重要的。各个车场内部主要完成车辆出入信息采集，车位信息自动上传至车辆管理服务器，同时为车场室内室外诱导屏提供诱导信息接口。智能化车场除了提供上述功能以外，还提供了无线遥控设置、系统参数设置、设备信息显示等功能。手机客户端通过访问服务器获取车场车位数据，实现车场车辆的合理安排。智能化停车场的布局图如图1所示。

图1 基于4G数据通信的智能化车场布局图

由图1可知，地感线圈检测到车辆出入信息进行车辆信息采集，系统主控器通过4G数据通信技术进行数据通信，将数据实时上传至服务器，系统服务器对各个车场上传的车位信息进行汇总更新，手机客户端亦可以通过4G网络访问数据服务器获取实时车场车位信息。

1.2 城市智能化车辆信息管理及引导系统

由图2可知，各个车场将采集到的车辆出入信息上传至系统服务器，系统服务器对各个车场的车位信息进行汇总处理，获取各个停车场的总体和剩余车位数，实现城市各个车辆诱导屏的数据实时更新，而手机客户端用户通过网络访问服务器获得所需车场车位信息。

图2 城市智能化车场信息管理及引导系统

2 基于4G通信的智能化车场硬件设计

该系统的硬件部分主要包括4路输入接口、系统主控器单元、键盘设置、无线智能遥控终端、无线数据上传、数据显示和诱导屏接口（见图3）。

图3 智能化车场系统硬件结构框图

2.1 车辆出入信息采集

车辆信息采集关键技术是车辆探测方式，主要包括超声波探测、红外探测、地感线圈探测、视频探测、射频探测等。本系统采用地感线圈和超声波探测相结合的车辆信息采集方式。当有车辆通过出入口地感线圈时，地感线圈的磁场分布状况发生变化，于是检测到有车辆进出。采用超声波探测器的目的是为了根据接收到的超声波的信号特征判断进出车场的是车辆还是行人，以便更加精确地确定出入车场的车辆数目。

本系统中采用地感线圈和超声波检测两者结合来增加检测灵敏度，弥补单一检测的不足。其中对传感器检测到的车辆进出信号采用光电隔离处理措施，避免了外部环境对内部电路的干扰，它既能满足TTL信号电平还能满足其它类型信号接口，具体的电路结构框图见图4。

图4 车辆出入电路结构框图

2.2 基于4G的无线通信模块

已有的2G数据通信服务虽然基本能够满足通信需要，但是对于大容量的数据通信，传输速率明显很慢，造成传输延时，不能很好地进行实时的数据更新。随着数据通信技术的发展，4G网络登上时代的舞台，它提供了更快更稳定的数据通信服务，文中的无线通信模块正是基于4G数据通信技术，它主要包括华为ME906E模块和单片机ATMega128A，其中ME906E是一款采用SMT封装的提供新一代接口标准的无线模块，该模块支持LTE即4G数据通信，功能相比原有的SIM900A通信模块更加强大，数据传输速率更快，功耗较低，适应更加灵活便捷的开发和应用。

通信模块ME906E通过串口与Mega128A相连，ME906E上电初始化后会向Mega128A发送连续的字符串，表示模块正常，可正常进行数据通信。ME906E作为一个桥梁使得车辆管理服务器与单片机可以进行数据通信，基于ME906E通信硬件结构框图如图5所示。

图5 基于ME906E通信硬件结构框图

单片机ATmega128A向ME906E发送指令指定模块本地端口，成功后建立一个TCP连接，连接成功后返回OK。地感线圈探测器将采集到的车辆进出信息通过I/O口发送给128A，而128A与ME906E进行串行数据通信，ME906E通过4G网络将数据上传至服务器。

2.3 外接诱导屏接口

外接诱导屏接口即通过串口实现和外部诱导屏的数据通信。它的主要功能是对车场诱导屏或道路诱导屏提供车场实时数据信息接口，能够支持RS232串口点对点通讯，可以对诱导屏相关参数进行设置。

车场信息显示接口单元硬件采取RS232电气标准，RS232电平转换芯片采用SIPEX公司生产的SP3232芯片，该芯片具有抗静电保护、驱动能力强等特点。波特率最高满足1 Mbps，可实现点对点串行通讯。

2.4 433M手持无线智能终端

433 MHz属于ISM频段，它是各个国家保留的一些供工业、科学研究和医疗等方面应用的无线频段。只要发射功率低于10 mW，并且不会对其它频段造成影响，就可以不用向用户所在地的无线电管理部门申请执照。此外，433 MHz频段属于窄带系统，它的穿透力强、传输距离远、抗衰减能力好，适用于城市建筑群多而密的环境。

文中手持无线终端采用433 M无线通讯模块，它的传输距离可以达到空旷距离满足300 m，室内100 m，内置采集控制器，便于车场工作人员非接触设置系统。该终端支持对系统设备进行参数调整和车场信息初始化操作，能获取并显示智能系统的运行状态，并且支持远距离操作。手持智能终端的硬件结构框图见图6。

图6 433M手持无线智能终端结构图

3 软件设计

3.1 基于4G数据通信的智能化车场

文中提出的智能化停车引导系统要实现车辆信息的采集、数据上传，手持终端对系统参数的调试以及支持用户通过4G网络访问服务器获取信息几个功能。该系统提供4路TTL通断信号，汇总车场各个出入口的车辆信息，利用C语言对ATMega128A进行编程，实现车辆出入信号检测，通过发送AT指令实现ME906E与单片机的通讯，通讯模块通过4G网络上传数据至管理服务器。具体流程图如图7所示。

图7 基于4G数据通信的流程图

3.2 城市智能化车辆信息管理及引导系统

城市各个车场通过4G网络将各自实时车位信息上传至车辆管理服务器，管理服务器将接收到的车场数据进行统计和分类，实时更新各个车场的现有车位，将信息发布到室外或者室内的诱导屏，另一方面，车主通过4G网络或者WiFi访问服务器获取目的车场的车位信息。

4 实验结果分析

基于4G数据通信技术的城市智能化停车引导系统主要实现了车辆出入信息统计，实时地将数据上传服务器，以及显示车辆车位的实时数目，从而车主可以通过网络访问服务器获取目的车场车辆信息，便利了人们的出行。

图8 手机客户端的应用

如图8所示，文中提出的基于4G通信的智能停车引导系统的条件下，车主通过手机应用“帮停车”搜寻停车位，可以清楚的定位到目的停车场，并且可以获得实时的车场车位信息。在4G数据通信的支持下，各个车场的车位信息快速准确地更新至车辆管理服务器，而车主亦可以通过4G网络快速地搜寻到目的停车场的实时车位信息。该系统稳定可靠，车位信息实时准确，实现了各个车场车位合理有效安排。

5 结语

文中提出的基于4G通信的城市智能化停车引导系统，迎合了当代信息快速发展的需求，基于4G网络的数据通信更加稳定快捷，满足了人们对车场车位信息实时快速更新的要求。实践证明，该系统可靠性高，功能完善，维护成本低，能够合理有效地安排城市停车位，便利人们的出行，避免了车辆的拥堵。

[1]李波，朱昊.上海世博会停车行业管理经验总结和发展建议[J].交通与运输，2012（4）：46-48.

[2]顾政华，陶海波.城市交通管理规划决策方法研究[J].河北交通科技，2005，2（1）：1-5.

[3]蒋亚磊.基于博弈论的城市交通拥挤成因及对策研究[J].兰州铁道学院院报，2007，26（1）：112-114.

[4]金海明．基于全方位视觉技术的停车诱导系统的研究[D].杭州：浙江工业大学，2009．

[5]杨成国，李英子.我国大城市交通堵塞问题对策研究[J].北京建筑工程学报，2007，23（4）：62-64.

[6]刘传瑞.基于Zigbee和地磁传感器的新型无线交通监控系统的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2011.

[7]苏东海，王亮，马寿峰.基于地磁感应的车辆检测方法的研究[J].交通与计算机，2007，25（3）：9-13.

[8]Chen G C，Lee S Y.Evaluation of distributed and replicated HLR for location management in PCS network[J].Journal of Information Science and Engineeing，2003，19（1）：85-101.

[9]Akyildiz I F，Stuntebeck E P.Wireless underground sensor networks:research challenges[J].Ad Hoc Networks，2006，4（6）：669-670.

[10]Li Z，Wang N，Hong T S，et al.Closed-loop drip irrigation control using a hybrid wireless sensor and actuator netwo-rk[J].Science China：Information Science，2011，54（3）：577-588.

Intelligent city parking guidance system based on 4G communication technology

SUN Huiting,YANG Huiling,WANG Lei,WANG Jun
（Schllo of Electronic and Information Engineering,SUST,Suzhou 215009,China）

In order to solve the parking in the urban area,this paper proposes a city intelligent parking guidance system based on the 4G communication technology.This system uses vehicle detection sensors and the 4G communication technology to realize the real-time acquisition and data upload of vehicle information in each city’s yard,and the mobile phone client can acquire the real-time data of parking through the vehicle management server in the networks,which helps to realize the overall arrangement of city parking yard.Experimental results have proved that the system is steady and reliable with low power consumption,thus it can be widely used in every parking yard in the city.

4G communication technology;mobile phone client;server;guidance

TP39

A

1672-0679（2015）04-0072-04

（责任编辑：卢文君）

2015-04-02

国家自然科学基金项目（61472267）；江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（KYLX15-1311）

孙慧婷（1992-），女，江苏东台人，硕士研究生。