一种基于智能道钉的高速公路服务区停车管理系统

摘 要：近年汽车数量的几何倍数增长对高速公路服务区停车服务提出了新的要求，如何有效利用现有服务区场地提高服务区停车服务水平，尤其在节假日高峰期的停车服务水平显得尤为重要。本文以德（州）--商（丘）高速公路夏津西服务区为例，结合国内现有高速公路服务区的现状，利用智能道钉系统和可变信息情报板等监控系统，有效对服务区停车场进行监控和管理，从区内车位管理、车位占用情况、车辆进区引导等方面进行管理，有效提高高峰期的服务区服务水平。

关键词：汽车保有数量；高速公路服务区；智能道钉；蓝牙通信；可变信息情报板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.115

0 引言

高速公路服务区是高速公路的重要配套设施，服务区除了解决司乘人员的休息、吃饭、如厕、购物、问询等问题外，还承担着给过往车辆，，尤其是长途客车和货车提供停车、加油、维修、配件等服务职能。由于近几年车辆数量的爆炸性增长而服务区场地、规模和服务人员的数量还停留在原有水平上，导致部分高速公路服务区在高峰期尤其是节假日车位紧张，许多车辆无处可停、部分车辆乱停乱放，严重影响了服务区服务质量，同时带来了安全隐患。因此，在不增加服务区场地的情况下，结合高速公路交通流量数据，对服务区停车数量进行精确统计并结合高速公路沿线的可变信息情报板等信息发布手段对车流进行有效引导，可做到既不铺张浪费又能满足车辆服务要求，提高服务水平。

本文将通过调查分析司乘人员的需求及其容忍弹性，结合德商高速服务设施间距设置情况，根据高速公路沿线车辆流量情况、停车场数量和对服务区驶入量进行统计，结合各类型服务需求量进行计算，采用未满足需求逐次累积方法，以司乘人员需求弹性和服务设施运营成本为约束，提出了基于智能道钉的高速公路服务区停车管理方案，满足高峰期车辆停车服务需求。

1 智能道钉系统

山东鼎维数字技术有限公司的智能道钉系统，利用智能无线传感节点 P-Node，集成先进微传感技术、微功耗处理器技术、低功耗无线通讯技术、高效率太阳能收集和管理技术，实现对停车位的有效检测与管理。并利用智能节点的链式无线网络，构建超远距离的路边停车或超大规模停车场的集成与管理系统，系统具有自由扩展性、灵活性，并能以较低的成本实现大规模监测，具有极大的应用前景。

智能道钉集成先进微传感器技术。单一节点集成三轴地磁传感器，最小灵敏度为 0.5uT，采样率最高可达 300Hz。该系统可以在低功耗下正常运行，在此基础上还有极低功耗的休眠状态可选择。还具有极短的启动时间且在传输完数据后能迅速地关闭，这也使得整个系统功耗更低。采用全球开放 ISM 频段的低功耗 2.4GHz 无线传输技术，具有超低的峰值、平均和待机模式功耗、低成本、高可靠性、无线覆盖范围大等优点。其低功耗特性结合高效自供电技术可长时间维持传感器节点自供电运行。另外该系统利用高效率太阳能收集和管理技术。可维持智能节点长时间进行检测、采集及无线传输功能。不需更换电池，可达 10 年工作寿命。与其它无线传感器节点及设备相比，本智能节点在功能强大的基础上，具有体积小型化，重量轻质化的特点。安装简便，不需破坏停车位路面，极易安装和维护。安装后在停车位内任意位置都可以实现停车位的检测和管理。

每个智能道钉都有全球唯一的ID，并通过内部编码包含自己的物理位置、车位类型、相邻道钉ID、是否有车辆停放等车位物理信息。智能道钉主要通过蓝牙BLE协议，设计开发了基于蓝牙通信技术的的道钉主从节点以及网关，实现了智能道钉节点的数据采集、传输以及停车数据网络数据收集和整理，进而构建了面向服务区停车区域应用的无线蓝牙网络——以网关为主节点，以智能道钉为从节点的星形网络。并以此为基础设计了面向停车诱导和车位管理的蓝牙线性散射网。

智能道钉具有三色闪光指示灯。正常为黄色闪烁状态，车位占用或车辆驶过为红色闪烁，车辆导引状态为绿色闪烁。

2 停车场规划和改造

集散车道是高速公路和服务区内场地之间的连接区域，集散车道一般采用贯通式即线形的减速车道满足规范要求的渐变率，路线全线贯通整个服务区。德商高速公路在进入集散车道前1000米内，设有可变信息情报板并与监控系统相连。停车场进行严格的区域划分，大货车、大客车、小客车在停车区内有明确的区域并有明确的进出场道路和指示标志。

停车场空余车位由以下公式确定：

其中，为停车场空余车位数量；为服务区车位总数；Q为道路车流量；i为第i类车俩驶入率，服务区小、中、大型车辆比例分别为20%～50%、5%～35%、12%～15%；为第i类车辆驶出几率，假日和平时不均匀采用不同的系数；为集散车道检测到的第i类车驶入数量。

根据以上设计思路，在集散车道每个两侧每隔3米加装一对智能道钉，在集散车道出入口加设道钉网关用于数据收集和分析；在小车停车位的对角线各加装一个智能道钉，在小车停车位区域中央部位加设道钉网关用于数据收集和分析；在大货车车位对角及中心线两侧位置各加装一个智能道钉，在大货车停车位区域中央部位加設道钉网关用于数据收集和分析；在大客车车位对角及中心线两侧位置各加装一个智能道钉，在大客车停车位区域中央部位加设道钉网关用于数据收集和分析；在服务区机房设置一套停车管理系统服务器和网关以及相关的软件系统，用于管理、分析和发布车位信息。

3 停车管理系统拓扑结构及功能

基于智能道钉的高速公路服务区停车管理系统拓扑结构如图1所示。

如图1所示，集散车道的智能道钉用于检测车道上是否有车辆通过，并通过道钉网关初步判断车辆类型，上述数据由服务区道钉网关收集后交由服务区停车管理系统进行分析判断，确定车位空余数量，并将数据反馈至集散车道智能道钉网关，集散车道智能道钉网关发出控制指令至智能道钉，智能道钉改变闪光指示灯颜色，引导车辆进入相应车位停放，相应的停车区道钉和网关根据车辆位置和空余车位位置也做出相应的控制变化引导车辆停车就位。在车辆停放到位后，车位道钉指示灯颜色改变至占用状态，并将状态上传至服务区停车管理系统，服务区停车管理系统将空余车位数据发布至服务区道路可变信息情报板，提醒过往客货车司机注意。

在交通高峰期，服务区停车管理系统可和道路监控系统联动，及时将车位数量反馈至全路段，如有需要，可将空余车位数据在全路段进行发布。

设置在停车位的智能道钉，不但可以判断车位占用情况，也可对车型及车辆停放是否标准进行检测，如出现车辆停放不规范或者一辆车占用多个车位的情况，系统可及时将信息发布至管理人员终端，由管理人员进行纠正。

4 系统实现的技术要点及借鉴

目前，我国高速公路的监控信息的发布基本上是通过道路管理分中心的監控中央控制室进行控制，部分新建或改建后高速公路在服务区设置独立显示系统，鉴于此情况并结合德商高速公路夏津西服务区的安装应用经验，在新建和既有高速公路施工中应把握的技术要点如下：

首先，通信路由的畅通，根据系统实现功能的需求，应保证服务区至中控室的信息可靠的传输，以便及时的把停车信息传至中控室监控管理系统，再由中控室视情况进行发布，为降低投资，可借用监控系统或是通信系统的备用光纤，使用前应对光纤各项指标进行测试，结果符合相关要求。

系统软件的兼容及功能实现，本停车管理系统采用开放式设计思路，提供数据接口规范和各种API，同时也可能够较好的兼容国内高速公路常用的监控管理平台，在系统功能实现时，需要根据原软件平台中设置：可变信息传输的优先级别，自动、手动功能等，进行优化，在确保重要信息优先的前提下，更好的服务于服务区的管理。

在服务区需要设置足够的提示警示标志，最好在集散车道的入口处设置一个小型的可变信息情报板来提醒司机注意，如：“请按照绿色道钉的引导通行”等等。

系统刚开始建设，需要安排数量稍微多一点的地面工作人员进行人工指挥，待运行三个月以后，司机慢慢接受以后可减少工作人员数量。

5 结论

实验研究表明本方案设计提供的基于智能道钉的高速公路服务区停车管理系统具有最大限度节省现有投资、环保节能等优点，创造性的将地磁测量的智能道钉和灯光诱导系统技术应用到高速公路，将高速公路监控系统和服务区停车场系统进行了融合，不但降低了系统的建设成本，还将停车场车位进行了有效管理，有效提高了高速公路服务区停车场高峰期的利用率，提高了服务区的服务质量。系统可实现多机互联，利用蓝牙技术实现设备联网、故障诊断、参数设置、功能升级等功能。

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作者简介：李平忠（1977-），男，山东微山人，一级建造师，从事铁路通信、轨道交通和高速公路建设工作。