基于云服务的城市停车引导系统

2015-11-26钟建国

物联网技术 2015年11期

摘要：论述了建立城市停车引导系统的重要性，分析了基于云服务的城市停车引导系统的组成结构和工作原理，提出了停车引导系统的实现方案。给出了停车场控制终端的硬件设计方案以及协议和软件实现原理，阐述了停车引导App软件、停车引导服务器的工作原理和实现方法。这些原理和方法对城市停车引导系统的设计具有一定的参考价值。

关键词：云服务；停车引导；嵌入式系统；LBS

中图分类号：TP393.0 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）11-00-03

0 引言

近年来，随着汽车保有量的日益攀升，城市的交通状况变得越来越令人担忧。由停车困难导致的出行受阻、交通拥堵、道路占用、噪声超标、尾气污染加重等一系列问题变得日益突出。“云端服务”就是网络服务，凡是借助网络平台实现的计算机和智能设备之间的数据采集、存储、计算、处理等服务都属于云服务的范畴。基于云服务的城市停车引导系统，综合运用了计算机技术、嵌入式通信技术、移动互联网技术、基于位置服务（LBS）等技术，将停车场泊位信息的实时采集、处理和发布功能集成于一体，通过多种途径为驾驶员出行提供停车场的分布与泊位的动态信息，并借助科学的规划算法为驾驶员提供有效的停车引导服务。城市停车引导系统的使用将会有效地缓解城市日益突出的“停车难”问题，有效提高停车场资源的利用率，改善城市交通生态环境，提高城市智能交通管理水平。

1 停车引导系统的组成原理

停车引导系统的组成原理如图1所示。系统中的停车场控制终端是一个为了对停车场泊位信息实现动态采集而设计的，能以多种方式接入Internet的嵌入式设备。停车引导服务器是系统的核心，主要功能有：云数据的采集、处理、存储服务，基于位置的查询与引导服务，信息发布与第三方服务计算机、智能手机是实现停车引导服务的终端操作设备，司机用户可借助其上安装的浏览器、App软件来实现车位查询、车位预定、泊车路线引导等服务。停车引导系统的服务功能主要是围绕着两条信息流实现的。一条信息流是安装在各停车场的控制终端，作为C/S结构中的客户端，以Socket通信方式实时向停车引导服务器发送停车场的泊位信息。服务器对泊位信息数据进行处理、存储、更新；另一条信息流是根据司机用户发来的位置请求，停车引导服务器经过计算和处理向用户计算机、智能手机推送与停车位置有关的停车信息数据，从而实现基于位置的查询与引导服务。

图1 停车引导系统组成原理

2 停车场泊位信息的采集与传输

2.1 停车场泊位信息采集方案

目前，停车场基本可以分为封闭式停车场和开放式停车场两大类。封闭式停车场都有固定的场所和全天候的管理人员，一般配备了门禁收费系统，有的配备了较为先进的信息管理系统。这些停车场所用设备的厂商、型号、性能各不相同。为了实现数据采集，拟对这些停车场实现统一的技术改造，无论从可行性还是经济性上分析这样的方案都是不可取的。一种经济实用的方案就是设计一款功能独立、操作简单，对原系统硬件改动很小的专用设备，即停车场控制终端，来实现对现有停车场的技术升级。控制终端只需与原停车场的出入口车辆感知传感器和场内的车位传感器相连就能独立完成数据采集工作。对于公路边、街道边、临时区域这样的开放式停车场，由于不具有安装固定设施的条件，因此，通过安装设备自动实现信息传输是不太可能的。但是，好在这些区域往往有城市停车管理收费人员值守，通过为收费人员配置智能手机App收费管理软件，可实现对开放式停车场的数据采集。其原理是利用具有移动接入功能的App软件，每次完成收费后就会把停车场的剩余泊位信息自动发送到停车引导服务器。

2.2 停车场控制终端的硬件功能与实现

停车场控制终端硬件组成原理如图2所示。整个硬件系统的功能是通过三条数据传输通道来实现的。这三条数据传输通道分别是：

（1）由以太网接口、无线WiFi接口、移动通信GPRS接口组成的互联网传输通道。这个通道保证了停车场控制终端能以有线、无线等多种方式方便地接入互联网，从而保证了停车场泊位信息实时地传输到停车引导服务器。

图2 停车场控制终端硬件原理

（2）由RS 485接口组成的现场总线数据通道。现场总线用于连接停车场出入口车辆感知传感器、场内车位传感器、停车场其它监控设备。现场总线数据通道保证了控制终端对停车场泊位信息的动态采集和对停车场工作状态的实时监控。

（3）由触摸屏接口组成的输入输出数据通道，该通道保证了设备调试、参数设置、状态监控等人机接口功能的实现。

停车场控制终端硬件系统中微控制器采用了Ubicom公司生产的SX52芯片。它是一款利用先进CMOS工艺制造的、高速的8位通信控制芯片。利用厂商所提供的虚拟软件包代码可以方便地实现TCP/IP协议栈中常用的协议，从而使系统能方便地实现互联网接入功能。以太网接口通过采用台湾REALTEK公司生产的高集成度、全双工以太网控制器芯片RTL8019AS来实现。该芯片支持IEEE802.3 MAC子层协议，可以与很少的外围电路一起实现10 Mb/s速率的数据收发功能。WiFi接口采用了HI-LINK公司生产的HLK-WIFI-M03模块。它是一款基于UART接口的、符合WiFi无线网络标准的嵌入式通信接口模块。芯片内置了IEEE802.11无线网络协议和TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络PDU之间的转换，支持基于ASCII格式的AT操作命令，支持包括Web方式的多种参数配置方式，因此能方便地实现嵌入式设备以无线的方式接入互联网。GPRS接口选用SIMCOM公司生产的SIM300模块。SIM300是一款内部集成了完整的射频电路和基带处理器的、支持三频段GSM/GPRS的、可实现短信和数据高速传输的通信模块。模块内嵌了丰富的TCP/IP协议，提供了通用的UART接口和AT控制命令，因此使得嵌入式设备通过移动通信网接入互联网变得方便。

2.3 协议与软件的实现

由SX52组成的嵌入式系统硬件资源有限，没有实时多任务操作系统，所以协议和应用软件的实现必须通过面向硬件底层的编程来完成。控制终端要通过互联网与引导服务器进行通讯，软件上必须要实现TCP/IP功能。为了能在系统资源相对匮乏的嵌入式系统中实现TCP/IP协议，必须对标准的、庞大的TCP/IP协议栈进行裁剪和简化处理，处理原理如下：

（1）ARP协议，具体可分为请求和应答两类，在本系统中只需实现应答功能。

（2）IP协议，它是TCP/IP协议栈中最为核心的协议，本系统中必须实现其基本的寻址、封装、路由、解封装、检验等功能，但可以裁减掉IP的分片和重组功能。

（3）ICMP协议，它主要用来传输差错报文和控制报文，本系统中只保留最常用到的ICMP请求/应答报文对，其它功能可被剪裁掉。

（4）TCP协议，本系统保留了诸如可靠地建立与关闭连接、应答确认等最基本的功能，而简化掉一些如窗口流量控制等复杂的状态机部分。

控制终端的软件流程如图3所示。软件功能主要有3个部分：对控制终端自身的监控管理；对停车场泊位信息的数据采集；与停车引导服务器的数据通信。系统软件设计采用顺序执行与中断处理相结合的程序结构，把实时性要求较低、执行起来较费时的应用层处理任务和TCP/IP协议处理任务放在主程序顺序循环结构中实现，而把实时性要求较高的按键处理及定时处理等任务放在中断处理程序中完成。

图3 控制终端软件流程

3 停车引导App功能的实现

停车引导App设计为Android和iOS 两个版本。其主要功能为：

（1）个人信息管理主要包括账户信息管理、订单与支付信息管理；

（2）停车场信息查询功能包括附近搜索、指定目标搜索；

（3）车位预订与支付；

（4）停车引导与路线导航；

（5）评价与分享；

（6）第三方增值服务。

App工作原理如下：首先，App软件向停车引导服务器发送请求建立连接。其次，App通过手机定位组件或手机地图获取要查询停车位置的经纬度，解析成可读信息后通过互联网发送到引导服务器。最后引导服务器处理用户发来的位置信息，为App提供GIS（地理信息系统）服务，把相关停车场服务信息通过移动互联网推送到用户的手机终端App，从而实现停车引导功能。App软件的核心技术是LBS，其关键是要实现GIS服务和移动定位服务。GIS服务是通过调用谷歌、百度地图等系统的API来实现。定位服务可分为GPS（全球定位系统）定位技术和移动定位技术，移动定位技术又可分为移动终端定位技术和移动网络定位技术。以安卓应用为例，定位服务是通过安卓平台提供的地理位置服务类 android.location来实现的。该类提供两种服务，全球定位系统服务和网络定位服务。App应用中使用的位置信息是由 Location来表示的，内容包含有经纬度、海拔、标准时间等。App开发主要使用的类为：

（1）LocationManager，它包含了一系列函数，这些函数可以访问定位服务，从而可实时获取移动设备的位置信息；

（2）LocationProvider，关于定位信息提供者的抽象类；

（3）LocationListener，包含一个回调函数，这个函数在位置信息内容发生改变时被触发；

（4）Criteria，使应用能够通过LocationProvider中设置的值来选择恰当的定位信息提供者。

4 停车引导服务器功能与实现

停车引导系统服务器体系结构如图4所示。主要由停车场信息云计算服务平台、运营服务平台、LBS服务平台以及第三方信息服务平台等四部分组成。停车场信息云计算服务平台对停车场控制终端通过互联网传输来的数据进行接收分发、格式转化、加工处理，最后与地理信息系统数据融合，并对数据库进行更新。该平台还能接受其它三个平台的服务请求，为它们提供停车场信息数据服务。此外，该平台还具有对各停车场用户的设备认证、系统监控、车位预订等管理功能。运营服务平台为用户提供所有数据的接收、存储、查询、统计、分析、发布功能。具体包括：停车场信息管理、司机用户信息管理、停车泊位信息查询、停车泊位预订与支付等功能。LBS服务平台为用户提供地理信息服务，实现泊位信息的地图化显示，以及对用户驾车路线进行引导与实时导航。第三方服务平台可提供多种服务接口，支持网站、手机应用、短信、微信等第三方信息服务。提供如评价、分享、积分、促销等多种功能。停车引导服务器是基于云服务技术、LBS技术、WebGIS技术，通过Jboss、Nginx、Netty等多种B/S架构实现的服务平台。实现的技术路线为：开发采用MVC框架模式，地理信息系统采用ESRI公司的ArcGIS解决方案，数据库平台选用MySQL，服务器开发采用Java、ASP、HTML等工具实现。

图4 停车引导系统服务器结构

5 结语

基于云服务的城市停车引导系统具有设计思路新、实现成本低、实用性强、便于推广的特点。因此可作为城市智能交通系统的辅助系统，为缓解城市交通拥堵状况，改善交通环境起到积极作用。和传统的城市停车诱导系统相比可带来良好的社会效益和经济效益。

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