基于5G和物联网技术的城市智慧停车系统

刘增祥 李文源 王奇珍

一、我国城市停车现状和面临的问题

近些年，随着我国居民收入水平提高和城市化逐步推进，我国居民的千人汽车持有量持续快速发展。根据国家住建部发布的数据，目前，我国大城市汽车与停车位的平均比例约为1：0.8，中小城市为1：0.5。作为城市发展的通病，“停车难”已成为困扰我国城市管理的一项重要的民生问题。

由于历史原因，我国的城市建设特别是老城区、商业中心的停车场及周边道路停车位数量明显偏少，道路拥堵基本已成为常态，逢节假日时更甚。同时，城市现有停车位由于管理手段依然陈旧，停车位的周转效率十分低下，无法进行统一的协调和统筹。在收费管理上，落后的人工收费模式耗人、耗时，扯皮、逃费事件不时发生，影响了城市停车的正常管理和运营维护。

二、城市智慧停车系统与新技术的融合发展

为了解决城市停车问题，长期以来，我国各个城市道路停车系统采用了多种停车方案，如人工收费、咪表停车、手持PDA、地磁车位、侧向视频桩、高位视频识别等。

人工收费模式是最原始的车位管理模式，一个人通常管理约10个车位左右，其管理效率十分低下，主动和被动逃费现象十分严重。咪表停车系统源于香港，采用电子计时，但咪表系统不适宜于露天环境，车主需要单独办理缴费卡片。该种方式在引用使用过程中，管理和服务方面问题不断，未得到大量应用。手持PDA模式是人工收费模式的改进版，有效的减少了停车收费管理工作过程中的人工干预，可实现停车信息采集、扫描识别、无线通讯、打印等功能智能化。地磁停车则是通过埋在地下地磁探测器对其探测范围磁场的扰动变化来判断车辆的停放情况，适用于道路和露天环境，但其单独使用时无法对车辆信息进行识别查证。

作为视频监控的重要核心设备之一，发展至今，摄像机性能与以往比已获得大量提升。低照度、宽动态、高清晰、数字化、智能化，已成为当代摄像机性能的重要评定指标。同时通过内置人工智能芯片，当代的摄像机可实时对进入视界的对象进行检测和分析，实现诸如（人、车、物）特征信息提取、入侵检测、快速移动、车辆逆行、人员聚集、人员徘徊、客流统计等功能。

侧向视频桩停车系统便是利用了摄像机的图像识别和智能分析等相关技术特点，通过在每个停车位安装视频监控装置，实现停车管理全程无人监管，计时、收费自动化、智能化，但其缺点是施工复杂，造价较高，影响城市美观，且视频桩宜被破坏。

高位视频识别停车系统规避了视频桩的弊端，通過在高处架设图像监管设备，划定监视范围（停车位），实现对区域的车位情况的监控。该方式可精准的识别各车位的车位状况和车辆状态，并将采集的信息实时回传，实现计时、计费、车辆数据保管、数据分析和用户管理等功能。

由于受传输速率和带宽的影响，当前，已建设的视频监控系统的数据接入大多采用有线传输的方式，前端摄像机采集的视频信息通过光纤传送到电信运营商临近的光交箱，再由光交箱接入运营商网络，停车管理管理平台通过与运营商网络联通来实现与前端设备的网络互联。

随着5G技术的商业化应用，采用无线数据接入方式可使停车视频监控点位的部署更加灵活，也可使施工布线的成本大幅降低。根据IMT-2020业务模型，按照4K视频传输计算，5G的网络带宽上行可达60Mbps，下行可达960Mbps，5G传输具有毫秒级、低延时、超高密度连接的特性。5G技术的发展和应用可为无线监控系统的发展提供支撑和促进作用。

打破信息孤岛，实现城市级的停车管理，停车信息服务平台可采用基于物联网的“云”架构方案。通过 基于“云”架构的物联网信息平台，可以将全市既有和待建的各种类型停车资源进行互联互通，数据统一存储、管理，实现全市范围的统一规划、调配和调度。基于统一的物联网平台，也便于停车收费财务管理和全网停车系统的设备运维管理，通过开放协议接口，平台还可以进行后续的物理扩容和功能扩展。

三、基于5G和物联网的智慧停车系统应用

结合5G、物联网技术的发展，新一代城市智慧停车系统可在信息采集、传输通道、管理平台等不同的层面与现代技术相融合，采用“端、管、云”的体系进行构建。

某市基于5G和物联网的智慧停车系统建设框架图如图1所示。系统主要由道路停车视频采集单元、前端视频处理主机、5G无线传送单元、5G基站传输设备、停车场管理数据中心、停车管理与监控中心、停车管理终端等几部分组成。

（一） 智慧停车前端部分

摄像机、视频主机、杆件、交换机、电源模块及箱体等组成停车系统的前端部分。摄像机对车辆进入车位前、泊车过程中、停泊完成、车辆驶出等全过程进行抓拍记录，输出视频流给视频处理主机。根据现场道路情况、监测范围、车位部署场景（顺向车位、垂直车位、斜方车位等），可以采用球机、枪球或多枪系统，既可以捕捉车辆的行驶轨迹和出入位情况，又可以对车辆进行对焦车牌识别。

视频主机以数字图像处理、模式识别、计算机视觉等技术为基础，采用物理上独立于摄像机的分体设备，对摄像机所拍摄的车辆图像或者视频序列进行识别和分析。可以对跨位停车、斜位停车、反向停车等异常停车行为进行状态识别，提供车辆的近远景图片、车位编号、车牌号码、车身颜色等信息，还可以对车辆的出入位状态、出入位全景、出入位特写自动抓拍，记录车辆出入位时间、车辆停泊期间的连续性视频等。视频主机采集的图像和视频的分辨率不低于1920×1080，视频主机具有软硬件开发接口，支持API、ONVIF、 GB/T 28181 等视频协议，MTBF≥20000小时，防护等级不低于IP65。

摄像机立杆采用Q235热镀锌刚结构，立杆表面做防腐处理。立杆基础为钢筋混凝土结构，混凝土强度大于C25，基础浇注时考虑为防雷接地及进杆线预留管路空间，施工工艺符合国家标准《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》的相关规定。

（二） 5G数据传输通道

基于5G的数据传输由视频采集侧设备和基站侧设备组成，视频采集侧5G终端CPE（Customer Premise Equipment）采用华为公司相关设备，可以同时支持NSA和SA组网。5G终端CPE设备通过和基站侧5G AAU设备无线互联，从而建立视频采集前端到数据中心的物理链路。

与4G相比，基站侧AAU设备采用Massive MIMO技术，并将天线与RRU技术融合，是5G网络的天线处理单元，实现基带数字信号到高频射频信号的转换。BBU负责基带数字信号的处理，建立与运营商传输网络的网络连接。项目实施过程中，基站侧“AAU+BBU”及其到数据中心的物理链路由运营商负责打通。

通过利用5G网络大带宽、低延时、大联接的技术特点，数据传输通道可以保障前端到数据中心的无线视频数据顺畅、无卡顿。该种方式节省了以往现场施工过程中光缆敷设、道路开挖等工程量。

（3） 智慧停车管理平台

智慧停车信息服务管理平台硬件主要包括各种功能的服务器设备、数据存储设备、网络交换设备以及安全设备等。在软件实现方面，智慧停车管理平台的软件架构可用图2表示。

通过采用基于“云”架构的物联网智慧停车管理平台，系统可以实现如下功能（包括但不限于）：

（一） 信息采集、存储及核验管理

系统通过前端摄像机可以实时采集各车位的视频信息并进行存储，包括各停车位的实时视频、车辆特写（如车辆牌照、车身颜色、车辆类型、年代款式等）。同时，平台可以对车辆经过滤提取、智能分析后的结构化和非结构化信息进行存储。

（二） 车辆计时与收费管理

可以对进入泊位后的车辆自动计时、计费，并将信息即时通知车主。在车辆驶出停车泊位时停止计时，并将停车缴费信息发送到车主手机上。

（三） 停车信息实时和历史数据查询管理

监控中心可以实时查看各个车位的状态，以及现场车辆停车入位的情况，对各车位的停车状况进行记录，为后续停车责任追溯和费用追缴提供依据。

（四） 停车收费财务管理

停车管理平台可精确的计算每个停车泊位停放车辆的停车次数、停车时长、应收费用，自动产生每个车位的费用报表，按照日、月、年等方式进行灵活统计和输出，便于财务管理。

（五） 停车系统设备资产管理

管理平台可以实现对停车系统的运维管理，实时快速了解系统前端、网络、数据中心的设备状态，便于及时处理设备故障和报警信息，确保系统实时可靠、可用。

（六） 用户及配置管理

通过停车管理平台，可以远程对系统设备进行配置管理，建立设备档案。可以根据不同职责进行用户分组，基于统一平台设立不同的用户权限。

（七） 功能拓展与接口管理

停车管理平台提供拓展接口，方便城市智慧停车项目在工程分期建设过程中新建项目的陆续接入，同时，开放软件数据接口，便于各种客户端、便民APP的数据接入。

（八） 智慧停车管理服务终端

前已述及，通过与智慧停车管理平台互联，在监控中心的大屏可以实时监看现场的停车情况，实现停车调度管理的可視化。

现场巡视员可以通过手持PDA查询各车位的停车情况，打印收费票据。车主可以通过扫描二维码或者扫描巡视员出示的付款码进行停车缴费，通过定制开发的APP，还可以实现车位预约、超时提醒、停车周边的服务查询、洗车保养等其他服务。

四、结语

通过与信息技术的发展相融合，基于5G和物联网技术的高位智慧停车系统与以往系统相比，前端信息采集更加准确，数据抗干扰能力和质量均有所增强和提高。同时，采用该种方式后，系统工程建设实施变得更加简洁，效果更加美观，与城市精细化改造所倡导的理念不谋而合，既降低了投资，美化了环境，也增加了效益。

另外，基于5G和物联网技术的高位智慧停车系统在后续工程建设中，可根据城市现状及需求，考虑在杆位建设等方面与智慧灯杆统筹规划，统一建设，适当的进行城市基础设施复用，从而在城市市容整洁美观和节约资源方面做出更大的贡献。

作者单位：刘增祥、李文源 中通服咨询设计研究院有限公司王奇珍 南京晓庄学院