智慧灯杆在基于视频分析的道路停车管理中的应用研究

2018-10-16汤峰

智能建筑与智慧城市 2018年9期

汤峰

（中国电子科技集团第五十研究所）

当前城市停车需求量大，缺口严重，采用建设停车场、停车楼的模式在时间与空间上都远远不能满足现在的发展需求，挖掘和利用闲置的城市道路停车资源提供规范化的停车管理和服务，已经成为一种趋势[1]。智能道路停车管理系统能够提高城市停车管理的能力，降低人工成本，杜绝停车收费造成的大量纠纷，提高公众出行效率和体验，快速、低成本解决城市停车难问题，保障道路交通畅通有序，提升城市通行效率，特别是基于视频分析技术的道路停车系统由于“可视化、实时化”的优势正成为智能道路停车管理领域的“黑马”。

2 基于视频分析技术的道路停车管理系统

2.1 系统原理

基于视频分析技术的道路停车管理系统是通过运用视频智能识别技术、智能语音交互技术、大数据索引技术、电子支付等科技手段，实现全自动计时、全过程证据链、自动缴费来代替人工的道路停车管理[2]。视频智能识别技术是将深度学习算法应用在针对车辆的特征和车牌的视频识别中，提高了在复杂场景和大倾斜角度下车牌识别的识别准度和精度，扩展了有效视频监控范围，有效确认车辆的驶入及驶出时间，形成全过程证据链，使得视频识别技术能够得以应用到停车管理领域，真正实现3D场景中精准定位车辆和车牌。

2.2 系统组成

基于视频分析技术的道路停车管理系统整体运作包含了三大子系统：前端子系统、网络传输子系统和后端管理子系统（见图1）。系统前端包括前端视频抓拍识别系统（车位管理枪（球）机、交换机、终端服务器）、移动管理端（停车收费员版APP及车主用户端APP），车位管理枪（球）机架设于道路停车点的一侧，用于停车点停车状态检测以及车辆抓拍；交换机用于前端网络设备的汇聚；终端服务器用于前端数据缓存；收费员版APP终端辅助收费工作，用于泊位状态以及车辆信息核准、收费管理等，用户也可以通过手机APP系统自主缴费。后端管理子系统是停车管理平台，对泊车、支付结算及APP、前端硬件设备等城市泊车涉及到的数据进行统一管理，基于城市管理视角，提供运营统计、实时监管、人员管理、停车场管理、统计报表等功能，为管理者提供统一、多样、可视化的管理。网络传输子系统是数据的传输方式和途径，一般包括网线、光纤、无线网络和4G通信等。

图1 基于视频分析技术的道路停车管理系统

2.3 部署方式

结合设置道路停车所在道路交通情况合理配置立杆，杆体上安置视频监控设备、辅助支架、车辆感应与拍摄装置和补光灯等（见图2）。视频监控设备立杆距离第1个监控车位距离略大于6m。每个立杆上可以配置1～3个视频监控设备，最大有效检测距离约50m（大约8个车位，具体情况根据视频设备性能有所不同）。视频监控可全天候 24 h不间断地对停放车辆进行自动拍摄；所拍摄图像包含车辆全部特征，并附加时间、地点和方向特征等信息。具备各类信息的数据库管理以及系统（含各功能模块及其电源）故障自动诊断和远程监控、远程维护等功能。立杆应可抵御 35m/s风速袭击，支架上应合理设置避雷装置和接口箱。立杆支架横臂的高度应确保摄像机及辅助光源安装后离地净高度不少于 6.0m。

2.4 运行流程

1）停车流程

用户车辆驶入泊位后，视频检测器感应到空泊位有车停靠，开始识别车辆车牌等信息，在车辆停稳后，用户即可离开；同时，视频检测器记录车辆占用泊位情况，开始停车时间等信息数据，发送至停车管理平台；用户手机也会接收到平台推送的停车信息，车主购买停车时长完成预付。

图2 视频停车设置示例

2）出车流程

出车流程：用户进入停车区取车，车辆驶离车位；视频检测器感应到车辆离开，将车辆离开时间、泊位信息等上传至停车管理平台，平台进行费用计算和车位空余信息处理；用户手机APP收到停车结算，多退少补，可以在一定时限内通过手机付费。

此外，用户可通过手机APP实时查询停车信息，包括道路停车场位置、当前空余车位数量、车位价格、周边信息、诱导车辆停车服务、个人停车信息、车辆状态等，以及反向寻车。

2.5 落地实施难点

1）建设专用的视频监控杆费用高

在城市道路上设立一根专用视频设备杆体不仅位置要符合有关技术规范标准和道路实际情况，而且为确保系统安全，杆体本身、底座和基础都需要较高的结构强度，能够抵御大风影响，所需建设和施工费用不菲，拉高了停车系统的建设成本。

2）通信和电力接入难度大

系统建设需要配套的电力、通信供应，申请接入难度大，所需周期长，这都使得基于视频分析技术的停车使用范围受限。

3 智慧灯杆

3.1 智慧灯杆系统构成

城市路灯是重要的公共基础设施，遍布城市每个角落，实现对城市地理位置的全面覆盖，又自接电力资源，是作为布局城市物联网的最佳载体，也是服务市民的一个绝佳平台。智慧灯杆以照明为基础，在灯杆上集成摄像头、无线AP、语音广播、显示屏、4G/5G/物联网通讯基站、指示牌、环境监测（PM2.5）、气象监测等设备，同时配套智慧灯杆一体化物联网平台，利用云计算、视频智能分析、大数据分析等手段实现人流分析及热力图预警、信息交互、公共广播、无线城市、安防管控、环境监测、水位监测、节能环保等多功能[3]。

3.2 智慧灯杆建设意义

通过对交通信号灯、交通标识牌、道路指示牌、电子监控等传统设施进行有效整合，多杆合一，降低建设、运维成本，避免因杆体、路面重复建设和施工产生的负面社会影响，减少对城市地面和空间资源的占用，美化城市景观风貌。《杭州市城市道路杆件及标识整合设计导则》、《南京市城市道路杆件设置技术导则》、《上海市城市道路杆件整合设计导则》都已正式发布，并开始试点和推广。

4 智慧灯杆和智慧道路停车系统的结合

4.1 智慧灯杆结合视频停车可行性分析

1）路灯间隔和车位数量

路灯间隔一般为25m～35m，根据《城市道路停车泊位设置规范》（GA/T 850-2009），道路停车位的单个车位尺寸一般为2.5m×6m，那么两相邻路灯杆间可以设置4～6个车位，也就是1～2个视频监控终端可以实现检测和识别的数量；或者可以每隔1杆路灯上安装视频监控终端，数量2～3个。

2）杆体高度和挑臂长度

按照《上海市城市道路杆件整合设计导则》，在6.5米处设置横调臂，满足治安卡口、交通违章监控的安装，和视频停车监控设备高度一致。挑臂长度为2.7m～10.5m，可根据需求进行调整。

3）杆体强度和基础安全

在智慧灯杆的设计要求中，考虑到搭载多种设备的要求，设计荷载按《建筑结构荷载规范》（GB 50009）规定取值，结构设计使用年限50a，结构安全等级为一级，合杆基础设计按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007）执行，确保安全。

4）电力和通信系统

在《杭州市城市道路杆件及标识整合设计导则》、《南京市城市道路杆件设置技术导则》、《上海市城市道路杆件整合设计导则》中都提出在综合杆建设同时配套电力、通信管道，减少后期的重复开挖和建设。

4.2 智慧灯杆与视频停车系统结合

通过分析，智慧灯杆与视频停车识别系统在位置上是重合的，在技术上结合可行的，而且能够解决电力、通信难题，满足视频车辆识别设置的要求，系统建设成本可大幅降低。两者结合构建的道路停车管理系统如图3所示。

4.3 系统结合点分析

1）设置视频监控终端

视频监控终端有球机、双枪机、枪机+球机等多种方案，都可以设置在智慧灯杆的横挑臂上，监控终端的附属设备可以放置在杆体内，或通过机箱设置在杆体上。智慧灯杆上的视频监控终端可全方位实时监测车辆周边的状态，对各种情况进行视频取证，对于未按时付费的行为进行记录，并可为出现的车辆刮蹭等人为损害现象提供证据。

2）停车收费信息显示

采用LED显示屏，可显示停车指示、收费信息，空车位数量、车位已满等停车场相关信息。

3）停车诱导信息发布

停车诱导信息发布能够调节停车需求在时间和空间分布上的不均匀，提高停车设施使用率和整个交通系统的效率。通过智慧灯杆上的LED显示屏，可以显示当前灯杆附近的车位信息，或者指示空余车位的方向，通过多个LED屏的联动，实现停车诱导和指示。

图3 智慧灯杆与视频停车管理系统的结合示意图

4）信息终端机缴费

在智慧灯杆箱体上的互动信息屏内可以结合设置信息终端机，整合支付宝、微信支付功能或现金收费，实现自主缴费，代替人工进行智能收费管理，满足车主多样化支付需求。

5）新能源汽车充电

智慧灯杆杆体上有充电接口，能够提供充电服务，道路停车可将临近灯杆的2-3个车位设置为充电车位，缓解城市充电桩不足的难题，也为正在迅速发展的新能源汽车共享服务提供更大的发展空间[4]。智慧灯杆管理系统可以对充电桩组件状态和充电计费环管理，查看各处充电桩的状态，用户可以通过IC卡、终端机、手机APP等进行付费。

6）两大系统管理平台对接

智慧灯杆的管理系统侧重于对杆体上的电力、通信、设备运行状态的检测，停车信息管理系统侧重于对车位、车辆以及收费的管理，两个系统可以独立运行，更可以进行信息共享，更好发挥各自作用。比如智慧灯杆对于杆体上的视频监控终端和新能源汽车充电器信息的管理可以提供给视频停车管理信息系统，更好实现对停车设施的管理；智慧灯杆获得停车使用信息和汽车充电信息可以和灯杆上其他设备信息叠加（如环境气象监测）综合分析，实现 “大数据”的获取和处理。