基于NB-IoT的智能停车管理系统研究

文∕叶绍枫

1 前言

当前我国机动车保有量持续增加，而城市土地资源日益紧张，“停车难”成为困扰许多有车一族的重要问题。尽管现在城市建设都会预留停车场、规划地下停车场等等，但这种措施的效果十分有限。实践证明，“停车难”的问题实际上是由于停车资源的时空分布失衡导致的，即有车位，但车主却找不到；而物联网技术的兴起可以为解决该问题提供很好的方案。通过将所有车位互联起来进行统一监测管理，并将信息实时分享给车主，同时引导车主前往车位，能够大大提升停车资源的利用率。

2 窄带物联网概述

根据传输距离的不同，传统的物联网一般可以归为两大类：一类是以Zigbee、蓝牙等为代表的短距离传输模式，另一类是以3G/4G 为主的长距离传输。尽管短距离通信在功耗和成本上有一定优势，但其在长距离传输时需要依赖于大量终端设备；而3G/4G 可以轻松完成长距离传输，但能耗相对较大，难以作为低层技术进行应用。为了综合运用以上两类技术的优点，人们又提出了低功耗广域网(LPWA)。当前主流的LPWA 主要包括Sigfox、Lora 和NB-IoT 等技术分支。显然，本文所应用的窄带物联网属于低功耗广域网的范畴[1]。

NB-IoT 的工作频段是经过严格授权管理的。该频段的管理工作目前是以国内通信企业巨头华为主导的，具有稳定、安全、大容量、低成本等优点，因而得到广泛应用。从技术特点上看，NB-IoT 是以传统的LTE蜂窝移动网络为基础，可以充分发挥移动网络在传输距离、连接数量、覆盖范围等方面的一系列优势，是当前智慧城市、智能交通、智能电网等领域广泛应用的核心技术之一。

3 主流停车管理技术分析

近年来，包括人工智能在内的各种高精尖技术领域正以惊人的速度进步，并不断渗透智慧城市建设的每一个角落，使得停车管理技术也出现了许多新的解决方案。从市场应用上看，目前常见的路内停车管理技术手段主要包括地磁（分为NB 地磁和Lora 地磁两种）、高位视频、低位视频、车辆巡检及其他复合式感知技术（如视频+超声波、地磁+视频）等，在高性能的芯片和软件算法的运用下，这些技术都表现出了自身的独特优势[2]。但每种技术手段也都存在着一些弊端，且需配套的部署环境及管理体系支撑。

随着我国城市规模不断扩大，超大城市不断诞生，路内停车泊位数量大且各路段的停车周转率及设备布设条件各异，因此需根据各区域、路段的停车现状及管理需求，综合考虑建设成本及后期运营维护成本，因地制宜进行技术方案评估筛选；同时，配套的软件平台需具有兼容性和开放性，支持各种技术手段的路内停车管理系统整合接入，以满足后期扩展的需求。

4 基于NB-IoT 的智能停车管理系统

4.1 系统总体结构设计

根据智能停车管理的基本需求，本文设计了一套包含感知层、通信层、IoT 平台层、应用服务层和用户层的智能停车管理系统。其中，感知层由多个互联的车位感知节点构成，主要完成车位信息采集和上报；通信层主要起到数据传输、通信资源管理等基础性功能；IoT 平台层主要完成数据的汇聚、分类和转发；应用服务层是应用层的支撑，主要用于系统部署，为系统的运行提供环境；用户层直接面向用户，包括APP、PC 端等，可以为用户实时提供车位查询、位置引导、在线交费等一系列业务服务[3]。系统总体结构如图1 所示。

图1 智能停车管理系统架构

从以上架构不难看出，本文的设计方案包含以下几个优势：

4.1.1 地磁传感器在车辆检测方面具有很高的综合性能，即使在恶劣气象条件和复杂交通环境下也可以准确地完成车辆检测；另外，作为NB-IoT 设备的典型代表，地磁传感器的功耗非常低，无需反复进行充电，节约运维成本。

4.1.2 本系统的资源互联主要依赖于NB-IoT，而NB-IoT 是基于成熟的电信运营商网络构建的，因而在部署集成上非常方便，无需建设复杂的网关设备，整体结构十分简洁，建设成本比较低廉，系统升级也更加方便[4]。

4.1.3 NB-IoT 作为一种长距离传输技术，可以很方便地把车位资源与云服务器互联，无论用户处于城市的哪个角落，只要有一台智能手机就可以实时查询车位资源。这与传统的3G/4G 无论是在实时性、可靠性，还是经济性等方面相比，其优势都更加明显。

4.2 核心功能模块分析

为了让用户更好地体验停车服务，本系统设计了一系列实用业务功能，例如车位查询、车位引导、在线支付、在线推荐等。其中，车位查询是本系统的基本功能，也是核心功能。用户在进入该功能模块时，系统会自动定位当前的位置坐标，并自动搜索1KM 范围内的停车位信息，一旦找到空闲车位，会以绿色标志显示出来；当然用户也可以通过手动定位指定非当前车位；用户可以选择任何一个空闲车位，系统会自动进入车位引导程序，并通过语音和GIS 系统实时引导车主前往停车位。在收费车位方面，系统还提供计时和在线支付功能。在线推荐功能主要是为用户提供更智能化的停车服务，例如可以对车位的位置、周边道路通行情况、是否收费等详细信息进行综合分析，为用户推荐最佳车位[5]。以上功能均能通过手机APP 使用，使用户随时随地享受高质量的停车管理服务。

4.3 实现车位感知技术

本系统的车位感知利用了NB-IoT 地磁感知技术。所谓的NB-IoT 地磁感知，其实就是一种以NB-IoT为传输手段的车位检测系统，它的核心设备是一只高性能的车位检测单元。在技术实现时，只需要在所有停车位上部署一个检测单元并实时监测其状态，一旦发现车位状态出现变化，立即通过NB-loT 网络向后台服务器上传；状态变化情况的上传，不仅可以通知管理者有车位空闲或被占用，还可以为一些收费停车场提供计费依据。车位感知的过程如图2 所示。

图2 NB-loT 地磁感知原理图

当前市场上的NB-loT 车位检测器一般都以蓄电池来提供电力，由于设备的超低功耗特点，一个检测单元通常可以连续工作5年以上。在网络初期建设成本方面，由于NB-loT 可以直接利用现有的运营商网络资源，因此无需再单独花费巨额投资新的网络设备，这是传统的Zigbee 等传输技术所无法比拟的。用户只要按实际使用情况向运营商交使用费即可，使用起来就像手机一样方便。这种设计不仅直接降低了系统的建设难度和成本，更是从长远的角度将运维成本压缩到最低程度。

在NB-IoT 车位检测器的基础上，构建一套基于NB-IoT 地磁占道的停车管理平台，将当前最为先进的无线通信、物联网、计算机等技术应用于系统中，可以完成车位状态信息的实时采样；采样数据也会实时由移动基站发送给后台服务器，服务器收到数据后会进行预处理、存储、分析，然后统一与前端PDA 设备及相关系统进行交互，从而达到远程管理的目的。

5 结语

本文分析了一套基于NB-IoT 的智能停车管理系统，该系统通过NB-loT 地磁传感器实时感知车位信息，并通过NB-IoT 窄带无线通信将这些信息汇入云端，为用户提供实时、准确、智能化的停车资源信息，能够较好地满足超大型城市的停车资源管理需求。不难预见，在未来十年内，基于NB-IoT 的智能停车管理系统将逐步成为大城市的日常风景线，人工智能等更加先进的技术也会不断融入其中，成为智慧城市建设的重要内容之一。