基于LoRa技术的停车场管理的研究与实现

李克+付鸿达+李卓

摘要：伴随大城市经济社会的发展和城市现代化水平的提高，停车场管理问题已经成为了社会热门话题之一，亟待我们去解决。而新兴物联网技术LoRa技术，具有远距离和低功耗的特点，是这一问题的最优解决方案之一。该文对LoRa技术进行简单介绍，并通过在停车场的实地数据测量并研究，利用了LoRa技术对此问题进行解决。

关键词：LoRa技术；停车场管理；Andriod技术

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）01-0101-02

1 概述

伴随大城市经济社会的发展和城市现代化水平的提高，城市静态交通问题就将越来越突出。解决城市交通堵塞和停车难的问题，已成为影响和制约城市建设和经济发展的一个重要因素。2017年上半年全国新增机动车938万辆，驾驶人1381万人，车辆的增加必定导致更多的交通拥堵和停车难的问题。停车难问题对于车主来说，在外找车位难，既浪费时间，又增加燃油成本开支；对社会来讲，既增加了道路交通量，造成交通拥堵，又增加了尾气排放量，污染空气。停车难问题危害很多，亟待解决。

我们现在处于一个信息化的时代，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，而作为城域网技术之一的LoRa技术更是新一代物联网技术中的佼佼者。LoRa技术既有蓝牙、Zigbee等局域网技术的低功耗、高传输速率的特点，又有3G、4G等广域网技术的远距离传输的特点，使得这项技术在现实中的很多场景均能发挥它的远距离和低功耗的优势。而LoRa技术的远距离和低功耗的特点能帮助我们更好的解决停车场管理这一问题。

本文通过具体实例数据分析，进行实地实验，通过对停车场车位状态的数据测量并研究，从而说明LoRa技术在停车场管理等社会问题中的应用。

2 LoRa技术

物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术，优缺点非常明显，可如图1总结。在低功耗广域网（Low Power Wide Area Network， LPWAN）产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一。当采用LPWAN技术之后，设计人员可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。

LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。

LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。

LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、Server和云四部分组成。应用数据可双向传输。

低功耗广域网络（Low Power Wide Area Network， LPWAN）是物联网中不可或缺的一部分，具有功耗低、覆盖范围广、穿透性强的特点，适用于每隔几分钟发送和接收少量数据的应用情况，如水运定位、路灯监测、停车位监测等等。LPWAN相关组织LoRa联盟目前在全球已有145位成员，其繁茂的生态系统让遵循LoRaWAN协议的设备具有很强的互操作性。一个完全符合LoRaWAN标准的通讯网关可以接入5到10公里内上万个无线传感器节点，其效率远远高于传统的点对点轮询的通讯模式，也能大幅度降低节点通讯功耗。

3 系统模型与实现

该模型主要分为三个部分：车位信息感知模块，LoRa网关部分和服务端部分。

由地磁传感器获取该车位信息，经LoRa无线技术来接收在停车场复杂环境下每一停车位的状况，后由LoRa网关机捕获信息，经网关机内部的中国移动GSM模块将信息送至PC端后台处理后，在停车者进场时就可得知何处有空车位。其次收集的停车位状态也可送至云端供其他使用者了解空车位状态。

在停车场部分，由于实地实验的停车场为室外停车场，所以用的是在室外条件下更为敏感和准确的地磁传感器作为停车场部分的传感器设备。因为室外停车场存在安全隐患，我们采用了电池供电，但由于是通过LoRa信号进行传递，能耗极小，电池使用寿命达到5年以上，基本规避了没有直接电源需要经常更换电池这一缺点。

在网关部分，我们使用了LoRa网关，电池供电，2节5号电池可工作10年，且网关与终端有效通信距离空旷可达5km，真正实现低功耗和远距离的结合。网关机内部还包括了中国移动GSM模块，该模块负责将信息发送到PC端后台，并可以同步至云端。

在服务端部分，运用了Android Studio做了一个手機端的APP，调用并显示出后台捕获的数据，来向用户更直观的反馈出我们停车场检测到的数据。

4 数据分析

我们检测两个停车位（181号和213号）的状态作为实例，两个车位有四种停车状况，我们分别测试并记录了后台服务器端和手机移动应用端数据。

1） 181车位和213车位均无车，如图6。

2） 181车位有车，213车位无车，如图7。

3） 181车位无车，213车位有车，如图8。

4） 181车位和213车位均有车，如图9。

我们通过四组实验数据，可以看出车位上有无车，在后台端可以通过1和0来体现，亦可从手机移动应用端给用户正常的反馈。

5 结论

LoRa技术最大的优势就是具有远距离和低功耗两大特点，而我们正是运用的这两大特点成功布置了一个停车场管理系统的模型。经过实地实验和数据分析，这个系统成功实现了用LoRa技术进行对停车场的监控与管理，实现了我们所预期的结果。

参考文献：

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