地下大型停车场泊车引导系统设计

孙康康，王花兰

（730070 甘肃省 兰州市 兰州交通大学 交通运输学院）

0 引言

相对于路边停车场地和露天停车场而言，地下停车场内部情况对于用户是不可见的，用户主要通过地下停车场的出入口完成停车服务，无法辨别场内停车情况和空闲车位信息。对于大型地下停车场而言，场内车位分布杂乱、交通组织和流线交织复杂、缺乏有效的引导设施，造成了驾驶员在寻找车位时盲目兜圈，停车耗时较长，汽车尾气排放较多[1]，停车位得不到有效利用[2]。一些大型地下停车场在主要出入口放置有停车场平面图，标识有用户当前位置、停车位信息和交通主干道，用于帮助用户查询停车场信息及寻找车位，但这些平面图信息量较大、方位标识不清晰，造成用户无法正确辨别地下方位、清晰查询车位信息。本文针对停车场停车难及寻车难的问题，主要从提高车位利用率的角度出发，设计地下泊车引导系统，引导驾驶员实现快速停车取车。

1 研究现状

对于停车管理系统的研究，国外起步较早，尤其以欧洲发达国家为主，研究能够获取车位信息的先进技术。2001 年，华盛顿的国际停车场开始使用泊车引导系统，该系统通过车位探测器探测车位信息，方便人员管理及引导用户停车[3]；2003 年，德国慕尼黑机场在此基础上开发了新型车位探测传感器，对车位状态进行检测并设计了泊车系统[4]。

随着近年来“停车难”“难停车”问题的凸显，我国也有大批学者研究了停车领域的相关问题。袁若辰[5]等以无线传输技术设计一种以红外探测为核心的新型地下泊位显示装置，把车位信息传输给一个后台处理器，通过后台处理器为地下停车场服务，以帮助车主就近寻找车位；齐保良[6]等通过对停车场的研究，结合蓝牙技术、语音技术设计出新型蓝牙通信的诱导泊车系统，驾驶员进入停车场后，通过车辆的蓝牙功能传输引导信息，对驾驶员引导泊车，提高用户的停车效率；杨怀德[7]采用无线地磁节点技术检测车位使用状态，设计了一种基于物联网停车诱导系统，并利用 Zig Bee 搭建无线网络传输引导信息，对用户引导泊车；齐保良[8]等通过技术成熟的百度地图、讯飞语音相关技术，设计了一种停车诱导系统，该系统能够推荐最优停车场且具有语言交互功能。

目前，许多相关研究主要集中在车牌识别、自动收费、停车场管理上，为驾驶员提供停车场的位置、收费标准等信息[9]，在停车引导方面，一些停车场简单地放置停车场平面图，只为用户提供基础信息，用户寻找车位时增加巡游时间和尾气排放。停车场管理人员无法准确掌握车位使用状态，无法帮助驾驶员实现快速泊车，无法提高车位利用率。本文设计了一种基于物联网的停车场引导系统，采取分级引导的方式，便捷直观地帮助驾驶员快速找到停车位。

2 停车服务问题分析

影响停车服务效率的因素众多，针对不同规模和特点的停车场有着不同的突出问题。通过对大型城市地下停车场使用中存在的问题进行分析，得出影响用户停车的因素包括：停车场车位分布不规则、私家车占用车位较多、场内缺乏引导标识、用户寻车困难等。在对这些影响因素进行现场调查与对比时发现，缺乏停车引导信息、寻车时找不到停放的车位是重点待解决的问题。

通过利用停车引导设施如图2 所示，车主只需根据路口的指示信息便可找到就近停车位，对比图1 缩短了用户停车时间，缓解了停车兜圈找不到停车位的难题，有效提高了停车场的车位利用率。

图1 无引导停车流程图Fig.1 Flow chart of unguided parking

图2 引导停车流程图Fig.2 Guided parking flow chart

通过在地下停车场人群入口放置寻车查询触摸屏，用户通过输入车牌号或车位编码，系统显示出从当前位置到达指定车位的推荐路径，并标记出路径上的指示装置，有效解决用户寻车难的问题。

3 系统架构

由于缺乏合理的引导措施，缺少车位及路径信息，驾驶员随意停车，导致后续车辆很难找到车位。针对该情况增加空车位指示及路径指引，引导司机以最优路径停车，保证停车有序、规范，不影响后续停车。经对停车库现状及需求分析，结合现有技术制定具体的优化方案，设计停车引导系统用于提高车位的使用率。系统首先需要实时准确地获取停车场的有效停车位、停车场内交通流信息、展示停车场的平面图信息、推荐最优停车路线等。对于使用停车引导系统的用户，系统需要根据用户车辆的当前位置推荐最优的停车位并计算出对应行驶路径给驾驶员，对于自主停车的用户可以通过 LED 展示出的平面图信息、当前位置信息和空闲车位信息完成停车，因此，可将系统分为车辆识别及定位系统、信息处理系统、路径规划系统、信息发布系统。

3.1 车辆识别及定位系统

车辆识别主要用于对车牌号码的识别，通过识别车牌号码——这一唯一身份标识对不同车辆加以区分。基于图像处理的车牌识别技术被广泛应用，图像识别流程如图3 所示。主要包括以下过程：图像特征分析，图像预处理，提取图像特征和图像识别。

图3 图像识别流程Fig.3 Image recognition process

基于物联网的停车场内车辆定位系统结合采用了视觉定位、红外线定位和RFID 定位3 种技术。通过在停车场内重要点位设置视频图像检测器，可以识别车位占用情况，方便人性化操作。RFID 技术通过射频识别信号，智能采集目标车辆信息。通过在停车场出入口设置RFID 检测装置，可以准确采集出入车辆的相关数据信息，方便工作人员对车辆进行管理。红外线探测器成本低，精度高，适用于分布在每个停车点位，光束遮挡感应的方式也更适用于停车场内的精确车辆诱导。

3.2 信息处理系统

通过物联网技术将采集到的信息录入信息处理系统，信息处理系统根据各子系统的不同需求对这些数据进行数据处理，包括将车辆车牌号码、入场时间、所停车位编码等录入数据库、为车辆分配最佳停车位、统计分析停车场车位使用状态、计算停车费用等。

3.3 路径规划系统

针对当前停车场车位使用状态并结合车主对车位选择特性，建立双向搜索算法，为用户提供最佳的车位并计算出最优行驶路径[10]。基于双向搜索的Dijkstra 算法步骤如下：

（1）数据初始化，确定起始点S 与终止点T，初始化集合E1，E2，edge1To[]，edge2To[]集合T，二叉树pq，根据边的起点和终点初始化邻接表adj；

（2）根据起始点s 与终止点t 的坐标确定搜索区域，分别使用集合E1，E2来存储区域内所有的边，使用集合T 储存双向搜索的终止区域内的所有的点，使用集合S 来储存各个节点；

（3）从起始点开始，在邻接表adj[v]中取与结点v 直接相连的边，并判断每条边的终点e.to的坐标x，y 和xmax，ymax的大小，如果x＜xmax且y＜ymax，则将此边储存到集合E1，Dijkstra 算法得到到达结点的最短路径edge1To[]与最短路径长度disTo[v]，重复执行此步骤，否则进行步骤（5）；

（4）从终止点开始，在邻接表adj[w]中取与结点w 直接相连的边，并判断每条边的终点e.to的坐标x、y 和 xmax、ymax的大小，如果x＞xmax且y＞ymax，则将此边存储到集合E2，Dijkstra 算法得到到达结点的最短路径edge2To[]与最短路径长度disTo[v]，重复执行此步骤，否则进行步骤（5）；

（5）在T 中寻找结点k，使得st=sk+kt 最小；

（6）将st 记作起始点和终止点的最短路径，算法结束。

3.4 信息发布及显示系统

数据发布及显示系统分为3 个等级，其中一级为引导显示屏，设置在停车场入口的空地上，用于展示停车场平面图、不同颜色表示不同的车位区域划分、车位分布情况（用蓝色的点和车位编码代表空闲车位信息）、停车场内的路径信息；二级为场内交叉口行驶方向指引设施，用于引导驾驶员的前进方向；三级为车位指引设施，当驾驶员即将到达车位位置时，可以看到车位上方有闪烁的绿色信号灯。

3.5 反向寻车系统

用户返回停车场时往往存在找不到对应停车位的问题，在加入反向寻车系统后，用户在进入停车场时，通过入口处的车位查询设施，可以快速定位车位位置。通过在各个干道路面中间安装不同颜色的LED 灯，用于指引不同用户到达指定车位的路径引导信息，用户通过系统指定的路径，跟随指定颜色的LED 灯前行就能找到对应的停车位。

4 停车泊位引导关键流程

基于物联网技术的停车引导设施，在停车场入口处设置停车场平面图及空闲车位信息显示屏。为用户提供可视化信息用于做是否进行停车的判断，当驾驶员进入停车场时，会有以下引导流程：

车辆到达停车场入口处，通过RFID 技术检测车辆相关信息后，将信息及入场时间发送到处理中心，信息处理中心对该用户有无私家车位进行判断：（1）有私家车位，系统把固定的私家车位编码地址作为本次的引导目标；（2）无私家车位，系统为其提供一个最佳停车位及行车引导路线。用户进入到停车场内并根据引导信息完成停车。

用户根据每个交叉口的引导信息包括：用户的车牌号和箭头指引的前进方向（左转、直行、右转），可以快速找到显示有闪烁绿色信号灯的车位。

用户经过交叉口后，检测器将信息反馈给处理中心，将引导信息变换为下一用户，保证不同用户之间的衔接。当用户完成停车时，关闭车位上方的黄色车牌信息显示屏。检测器将信息再次反馈给处理中心，系统及时更新场内车位状态给用户和显示装置。

通过安装有寻车系统的触摸屏，用户通过输入车牌信息，系统将为用户提供反向寻车服务：提供寻车路线和引导标识，方便用户找到车位。车辆驶出车位后，检测器将信息及出场时间反馈给处理中心，系统将车位空闲信息发布给用户和显示装置。

5 停车场诱导实验系统

5.1 搭建硬件框架

根据停车场实时状况，基于最优路径算法搭建停车模型框架，实现快速泊车，如图4 所示。

图4 停车模型框架Fig.4 Parking model frame

5.2 软件支撑平台

采用北斗卫星导航系统可以实现停车场内车辆位置定位、路径监控。通过处理中心对车辆位置数据的监控，判断车辆的运行状态，对异常状态车辆作出响应。

基础软件支撑系统为Oracle，SQL Server 等数据库管理系统、应用软件开发系统以及APP 等。

6 结语

目前，停车位数量不能满足停车需求只是停车难的主要原因之一，而更大的问题在于停车位不能被高效地利用以及车主在寻找车位的过程中浪费大量时间。针对这些问题许多学者作出了不同研究，但大多数都是结合手机开发对应的APP，用户通过APP 进行车位查询操作。本文设计的智能停车引导系统，摆脱了对移动设备的依赖，既能结合软件开发对应的APP，也可以通过三级引导设施实现快速停车，在加入反向寻车后，实现快速寻车功能。该系统能够满足不同用户的需求，实现了停车的智能化及高效化，使寻车更加快捷。