基于北斗卫星导航的城市停车优化系统设计研究

徐 岸，朱 华

1 背景及意义

近年来，随着人们生活水平不断提高，我国机动车保有量迅速增长，但与此同时，城市停车场（点）发展严重滞后，城市的停车供需矛盾日益突出，市区停车难问题越来越突出.由于停车难的问题得不到解决，乱停乱放的问题也随之增加，从而造成了城区交通拥堵.而上述问题借助北斗卫星导航系统可以很好的解决.

北斗卫星导航系统（Navigation Satellite System)是中国正在实施的自主研发，独立运行的全球卫星导航系统.北斗卫星导航由空间段、地面段、用户段三部分组成.随着北斗三号工程第三、四颗组网卫星成功发射，北斗卫星进入密集发射期，它预示着今后北斗卫星导航系统将在各个行业的运用越来越广.

本停车优化系统的意义：解决城市停车问题，避免因停车问题以及乱停乱放行为造成的城市交通拥堵现象.同时方便交通执法部门在必要时对车辆进行挪移，有助于城市交通的改善.

2 设计方案

鉴于城市停车问题，本文提出了一种基于北斗导航的停车优化系统，该系统在北斗卫星覆盖的城区区域内可以实现路边停车点与车辆的双向信息传递，优化城市交通.利用北斗卫星导航定位功能，无线通信网络以及红外线和光感结合的车位探测，可以将车辆附近的车位信息通过计算机信息处理后发送送给车主手机端.系统在正常工作过程中所传输的信息在经过计算机信息处理中心时会被存储，便于车主寻找自己车辆，同时方便管理及执法部门必要时对车辆进行挪移，提高执法部门工作效率.除此之外，本系统还会有效地减少路边停车点工作人员数目，节省城市路边停车点管理费用.

3 工作原件及原理分析

本系统提供了一种基于北斗导航的停车优化系统，该系统是由北斗卫星导航系统、无线通信网络、红外线传感器和光感传感器对车位探测以及信息处理中心四部分组成.车辆在城区停车时，通过北斗卫星定位系统可以迅速定位，计算机信息处理中心通过无线网络通信技术接收红外线和光感结合的车位探测的相关信息，同时通过无线通信网络可将附近车位信息发送给手机用户端.此外可将路边停车点信息传入计算机信息处理中心并储存.

3.1 停车点终端

本系统基于北斗导航的城市停车优化系统站停车点终端在工作过程中采用了GIS（Geographic Information System）地理信息系统，即站点终端通过北斗导航定位以及无线通信网络收集和发送相关信息.此终端是由光感传感器，北斗导航定位模块、微处理器、信息存储单元（SDRAM、FLASH芯片构成最小运算和控制系统）、GPRS通信单元组成，其工作原理分接收和发送两个过程.

3.1.1 地理信息系统

GIS技术是在计算机软件和硬件的支持下运用系统工程和信息科学理论，科学分析和管理有空间内涵的地理数据，提供规划、管理、决策和研究所需要信息的技术系统.可以通过此系统更加精准的对路边车位进行探测与综合分析.

3.1.2 停车点终端组成原件

①光感车位探测是安装于路边停车点路面（停车位正下方，如图1所示）.光感元件是由光敏电阻组成，光敏电阻的阻值随着光照的强度增强而降低.当车辆停止时，光照强度将降低，这样可以使电流增大，实现原件的启动.光感传感器作为测量车位的信息单元可以实现基础而简易的信息传输单元，使得车位信息返回给计算机信息处理中心，从而达到对停车点车辆探测的目的，可以对相关车位信息进行记录.

②红外线车位探测是安装于路边停车点路面（停车位后方，汽车尾部排气管下方，如图1所示），利用红外线传感器进行测量工作时，其具有测量速度快，而且灵敏高的特点.任何自身具有一定的温度(高于绝对零度)的物质都能辐射红外线.利用红外线的反射与折射，散射与干涉以及吸收等物理性能即可进行测量工作.当车辆停放时，利用汽车尾部排气管温度较高的特点，可用红外线对车辆进行探测，并对相关车位信息进行记录.

③信息存储单元是由SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）和FLASH芯片构成的最小运算和信息记录系统.SDRAM是同步动态随机存储器，同步是指Memory工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失.FLASH芯片是应用非常广泛的存储材料，Flash芯片失电后数据不会丢失.它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程（EEPROM）的性能，还可以快速读取数据（NVRAM的优势），使数据不会因为断电而丢失.利用SDRAM和FLASH芯片的功能特点，信息存储单元可以用来记录相关车位信息.

④微处理器由少数几片大规模集成电路组成的中央处理器.微处理器可处理相关车辆信息，便于停车点车位信息的传输.

⑤GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术.GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜.利用GPRS技术传输效率快，费用实惠的特点，GPRS通信单元可用来传输在停车点所收集到的车位信息.

3.1.3 接收和发送信息

本系统的车位探测部分是由光感传感器和红外线传感器相结合对停车点车位进行探测.将所探测信息传输给微处理器，微处理器对车位信息进行计算和分析，将信息传入信息储存单元后发送给计算机处理中心.（如图2所示）

图1 路边停车位传感器设计图

图2 停车点车位信息收集与发送

3.2 用户手机终端

手机终端用户通过北斗卫星定位确定用户所在位置，将其信息发送给计算机信息处理中心并获取用户附近的路边车位信息(此信息通过计算机处理中心被读取),借助北斗卫星导航系统将用户引导至相应停车点车位（此功能借助于手机上网及定位导航功能可实现），实现了车辆与停车点的双向信息传递（精确有效的在短时间内完成车辆停放）.

3.3 无线网络层

该系统主要是由北斗导航系统、无线通信网络和计算机信息处理中心三部分构成.其网络架构有无线通信网络（实现停车点与车辆之间的信息交换）和北斗导航定位系统（精确地对车辆进行定位导航）.

3.4 工作原理综合分析

本系统是一种基于北斗导航的城市停车优化系统，下面结合图2、图3说明该系统的实施方式.该停车优化系统具体组成原件：微处理器、外置存储单元、SDRAM存储器、FLASH存储器、红外线传感器、光感传感器、GPRS模块北斗导航模块、手机终端.红外线传感器和光感传感器是作为车位探测器使用，车辆驶入停车位时两个探测仪器同时工作对车位信息进行探测.然后将相关信息传入由微处理器与SDRAM存储器、FLASH存储器构成最小运算和信息分析系统进行相关车位信息的分析与计算.且FLASH存储器为非易失性存储器，用于存放系统运行所需的程序和相关数据，保证掉电程序和数据都不会丢失；而SDRAM存储器用于存放系统运行时的程序和数据时，掉电后该部分程序和数据会丢失.该停车优化系统工作过程中所有数据的运算和外围模块的控制都由最小运算和信息分析系统来完成.该系统具体实施方式如下：

本系统正常工作时，手机用户终端开启停车优化功能后，通过北斗卫星定位功能对车辆进行定位.计算机信息处理中心根据车所在的位置选择车辆附近的车位，并通过北斗卫星导航系统引导车辆到达停车点.车辆停车完成后，光感传感器和红外线传感器探测相关车位信息.确定车辆进入车位并将信息传入最小运算和信息分析系统.通过无线通信网络将数据传入计算机信息处理中心，然后通过Internet网络将停车信息及车辆定位信息传达给用户，便于用户寻找车辆.

图3 基于北斗导航的城市停车优化系统的网络架构图

4 创新点及应用

（1）本系统是基于北斗卫星导航的城市停车优化系统.计算机信息处理中心可由相关交通部门或城市管理部门控制，便于交通部门和城市管理部门对道路交通的管理（通知车主将车辆及时挪移，疏通城市道路）.这样可以提高城市管理者的办公效率.

（2）该系统实现了停车点与车辆的信息双向传递.在北斗卫星导航系统以及无线网络通信的帮助下，使得城市中行驶的车辆实现停车点与车辆的对接和信息传递.更加快速的使得车辆能够在附近路边停车位停车.

（3）此系统的手机终端开启停车优化功能后，能够使手机用户能够查看车辆附近的路边停车位.车辆停车后记录车辆位置，便于车主寻找车辆.

（4）本系统以后可与城市中的一些地下或地面停车场合作，便于车主的自由选择.这样可以给地面或地下停车场带来收益，还能方便城市交通的疏通与管理.

5 结论

本文提出了一种基于北斗卫星导航的城市停车优化系统.本系统实现了停车点与车辆的双向信息传递，既能使车辆快速寻找车位停车，还能够方便城市管理者对城市交通进行管理.该系统未来还可以与城市停车场合作，使得城市停车问题进而可以更加轻松的解决.本系统还有一些不足的地方，需要在实践中进行改进.