基于微信小程序的地下停车场智能诱导系统设计

余江浩 王 林 张 乾 严晓波

（1.贵州民族大学数据科学与信息工程学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省模式识别与智能系统重点实验室，贵州 贵阳 550025）

1 地下停车场管理系统发展

截至2020年底，我国汽车保有量超过2.81亿辆，其中私家车保有量为1.89亿辆，全国平均每100户家庭拥有25辆私家车，北京、上海以及广州等大城市每100户家庭拥有超过50辆的私家车。由于公共停车位不足，因此占用道路停车成为普遍现象。“行车难、停车难”造成的交通拥堵与混乱，正成为社会关注、百姓关心以及政府亟需解决的焦点问题[1-3]。停车难这一“痛点”具有以下2种表现形式：1） 不知道哪个停车场有空闲车位。2） 即使知道某个停车场还有少量的空闲车位，但是进入停车场后，由于停放车辆太多，因此很难准确地找到空闲的车位。现有地下停车场管理技术需要在停车场埋设线路、传感器等，成本高且不易推广[4]。

2 基于微信小程序的地下停车场车位诱导系统

地下停车场智能诱导系统通过视频图像处理、模式识别、深度学习和移动支付等技术实现车位预定、车牌识别、车位检测和地下停车场车位诱导等功能。基于视觉分析的智慧停车场在现有停车场视频监控的基础上，利用计算机视觉技术和Faster-R-CNN网络方法自动检测车位的状态，实时准确地把车位的状态信息传送到云平台上，平台系统架构如图1所示。

图1 地下停车场平台架构

2.1 地下停车场微信小程序子系统技术路线

与当前地下停车场管理系统相比，微信小程序具有实时、准确、便捷和界面操作友好等特点。小程序的开发包括以下5个步骤：1） 定义问题和撰写需求分析报告。2） 设计小程序的整体功能架构，包括对系统框架、功能划分和接口等进行设计。3） 设计小程序的系统细节，包括对车位检测算法、数据结构和数据库进行设计。4） 编写代码和单元测试。5） 部署和运行。

2.2 系统概要设计

地下停车场小程序的子系统主要分为6个功能模块。具体的功能框架图如图2所示。

图2 小程序子系统功能框架

2.3 各模块主要功能

2.3.1 注册登陆模块

登录微信小程序提示用户授权并提供位置、微信账号（姓名、性别）等信息。当用户使用预定车位的功能时，提示用户绑定车牌号等信息。

2.3.2 个人中心模块

个人中心模块具备个人预定信息列表和个人信息修改等功能。

2.3.3 查询导航模块

车主可以查询目的地附近的停车场信息和车位分布情况，在确定停车场后就可以选择导航至该停车场。

2.3.4 车位预定模块

车主选择停车场后，就可以进入预定车位界面，填写并提交车牌号码等信息，然后通过地图导航至停车场，在停车场入口识别到车牌后，就进入地下停车场导航模式。

2.3.5 自动收费及反向寻车模块

当车主预定车位超过15 min后，就开始按收费标准进行计费。为了让车主快速离场，可以通过小程序调用微信支付接口实现自动支付。

3 基于深度学习的车位诱导系统实验设计

3.1 地下停车场车位检测方法

目前，地下停车场车位的检测主要分为2类：1） 基于传感器的传统检测方法，主要包括红外线检测方法、超声波检测方法、线圈检测方法和地磁检测方法。2） 基于视频的图像处理方法，主要包括基于直线的停车位检测方法、基于角点的停车位检测方法和基于深度学习的深度卷积神经网络（DCNN）、卷积神经网络结构的R-CNN、Faster R-CNN、Mask R-CNN等算法[5]。由于传统检测方法存在传感器安装要求高、寿命短、维护困难和成本高等劣势；因此，该系统采用改进的Faster R-CNN网络模型，该模型能够快速地检测车位的状态，并实时识别车位的占用情况，如图3所示。

3.2 车位预定功能

用户登录微信打开小程序并进入地图搜索目的地的地下停车场，如果停车场有空闲车位就可以输入车牌号码预定车位，预定成功后进入导航界面，导航到目的地的地下停车场。当到达停车场入口时，自动识别车牌进入地下停车场，停车场导航屏幕实时显示车主及车辆所处的位置，并帮助车主规划最短路径，显示车牌并导航到预定的车位上，微信小程序上还会实时显示地下停车场车位的剩余情况。

3.3 车位诱导功能

由于GPS技术无法满足室内导航高精度的要求，因此该地下停车场采用基于摄像头的车牌识别并结合诱导路径规划算法解决导航的问题。传统的车位引导通过埋设传感器在一定程度上解决了相关难题，但是传统地下停车场导航系统传感器铺设、线路改造的成本很高，传感器对场地的要求也较高，而且难以推广，因此该系统在传统地下停车场监控系统的基础上，增加地下停车场关键路口和停车位的摄像头，通过摄像头将视频上传到云平台，并利用深度学习算法对空车位进行实时检测。当车主预定车位并进入地下停车场时，就可以进入地下停车导航模式，车主可以根据关键路口和小程序界面的提示导航至相应的停车位，后台管理界面实时监控车位情况和车位的占用情况，并以地下停车场平面图的形式显示出来，云平台实时监控和关键路径上车牌的导航情况如图4所示。

3.4 缴费功能

对车主来说，找到目的地的停车场后，可以完成车位预定、地下停车场车位诱导、反向寻车和出场缴费等操作，与传统出场支付存在受信号影响的问题相比，该系统可以通过小程序的钱包功能自动扣费，缴费功能如图5所示。线上支付提高了出场效率，简化了支付流程。通过云平台的统一管理，让一些小区的剩余停车位得到综合利用，通过车牌识别、车位预定和车位引导模块真正实现了地下停车场无人值守。

图3 某小区地下停车场车位上车辆检测结果

图4 云平台实时监控及关键路径上车牌导航

图5 缴费功能界面

4 实验结果与分析

该系统提供了1种分布式、高效且可扩展的实时地下停车场停车位解决方案。由于系统采用深度学习的方法，因此对局部遮挡等干扰具有较强的抗干扰能力，并且具有良好的泛化性能。该系统使用1个平台实时监控不同停车场的所有摄像头。经过对实验停车场在不同光照条件下进行测试，实验结果表明，即使在部分遮挡的情况下，也有很高的准确率。测试结果还表明，基于卷积神经网络算法对不同数据集的停车状态进行预测具有良好的泛化能力。

5 结语

该文采用基于计算机视觉的地下停车场诱导系统在原有的地下停车场监控系统的基础上，只需要通过有线网络将大量的摄像头数据传输到云平台并进行实时处理。使用现有的监控系统摄像机，安装成本较低，适用于地下停车场改造。

如果司机能够实时掌握停车场的可用性信息，他们就可以调整自己的行程，不会因寻找车位而浪费时间。该系统能通过视频图像处理技术和地下停车场车位导航系统帮助车主高效地找到空闲停车位。对建设智慧城市来说，部署智能停车诱导系统可以减少司机寻找停车位的时间、减少城市环境污染、降低油耗以及减缓城市道路交通拥堵的情况，该系统还可以提高城市空闲停车位的利用率。