基于北斗定位及大数据分析的汽车停泊预订服务系统研究

2022-09-01于向龙

科技创新与应用 2022年24期

郭谊，洪邦，于向龙

（海军大连舰艇学院，辽宁大连 116018）

1 研究目标

随着汽车制造业的发展和人民生活水平的提升，目前家庭汽车保有量很高，随之也带来了出行停车难的问题，特别在节假日、上下班等交通高峰时段，在商超、写字楼等热点区域，往往会出现车辆排长队进停车场的现象，既影响交通秩序，容易产生安全隐患，又耽误时间降低出行效率。本文研究的目的即设计一套高效的汽车停泊智能预订服务系统来解决停车难的现实问题。根据汽车运营管理的实际情况和特点，利用最新部署完成的北斗三号全球卫星导航系统及普及的5G移动通信技术，实现对车辆的定位、调度和监控服务，为智能预订系统提供停泊车辆实时信息；利用大数据分析技术对采集的车辆信息、停车场实时车位信息、道路交通信息进行分析、判断和处理，制定适合车主需求的车辆停泊方案；融入基于Web service 的网络服务平台及移动手机软件客户端开发，便于客户提报预订需求、了解车位实时情况和支付停车费用，协助政府对汽车调度进行智能化、精细化管理。

2 研究内容及思路

2.1 研究内容及总体构想

按照“需求提报—资源分析—供需对接”的服务流程，将预订服务系统按功能区分划分为3 个主要组成部分：客户端、资源端和网络服务平台，总体结构如图1 所示。

图1 汽车停泊智能预订服务系统总体结构图

2.2 具体方案设计

2.2.1 客户端

客户端主要实现车辆停泊需求的发布与停泊方案的接收，为进一步提升其智能化水平和便捷性，还应提供车辆信息管理、停车位导航及停车费用支付等功能。客户端可按车主需求配置以下模块：车辆停泊预订信息发布模块、车辆信息管理模块和车辆行驶记录模块，如图2 所示。

图2 客户端结构图

（1）车辆停泊预订信息发布模块

主要发布车辆停泊预订需求信息，该模块可以作为APP 安装在手机客户端，车主登陆后查看由预订服务平台提供的目的地附近各停车场车位供应情况，并按照车辆停泊特殊要求选定合适的停车场，发出预约停车申请，包括目标停车场名称、本车号牌（防止限号区域）和泊车大概时长等信息，模块还包含停车费用支付功能。为确保信息交互，车辆停泊预订信息发布模块利用手机无线网络的蓝牙功能与车辆信息管理模块连接，利用5G 网络功能与预订服务平台连接。

（2）车辆信息管理模块

主要对汽车相关信息进行统计，内容包括车辆型号、排量（主城区限制）、长宽高维度（路径限高）和车牌等数据，这些信息将会影响到具体目的停车场和行驶路线的选择。由于这些数据一般随车辆固定不变，所以可以直接制作一个电子标签安装在车辆上，每个电子标签都有一个唯一的编码，作为车辆的身份识别。为方便车辆信息上传到其他平台上，车辆信息管理模块还应具备无线收发功能，例如配置蓝牙收发单元。

（3）车辆行驶记录模块

主要能够完成车辆定位跟踪，通过北斗定位系统中的GIS 服务构件获取车辆地理位置信息，依托电子地图功能显示车辆行驶轨迹、实时定位数据。获取的定位信息可通过5G 网络功能实时发送给预订服务平台，帮助其随时解算车辆到场时间，依据停车位变化优化客户的停车规划。模块还具备BDS 导航功能，即根据接收到的停车规划，通过北斗提供的位置信息，计算出最佳的移动路径，并准确无误地停在相应的车位上。其定位流程如图3 所示。

图3 北斗定位系统工作流程

2.2.2 资源端

资源端主要实现停车场空闲车位信息的发布与入场车辆车位导航方案的发送，可以实时提供停车场所有车位的预留情况、预订情况以及车位对泊车的尺寸要求，并能够在汽车入场后提供预留车位导航功能。资源端主要配置：车位信息管理模块和停车导航服务模块，如图4 所示。

图4 资源端结构图

（1）车位信息管理模块

各停车场根据实时车位空闲情况进行统计，向网络服务平台上传其车位可供停泊的信息，包含车位所在停车场名称、位置和停车要求（车辆尺寸），停车位情况（编号、楼层），可停泊车位的收费情况等。如果有多辆车主选择同一停车场，造成车位紧张，则根据先前从网络服务平台收集到的客户端停车需求和车辆预计进场时间进行排序发号，做到按时分配，并将排队情况及时反馈给客户端用户，做到动态调整。各停车场可安装红外检测、超声波检测、视频检测、地磁检测和微波雷达检测等自动车位检测设备，通过5G 通信网络组建物联网（IOT），将车场车位信息实时准确地智能统计上报。（2）停车导航服务模块

停车导航服务模块主要针对地下停车场，车辆入库时，通过扫描其固有电子标签，获取车辆基本信息进行审核，无误后将其预订车位情况下发客户端，做好道路规划，引导车辆驶入停车位。

2.2.3 网络服务平台

网络服务平台作为整个系统的中间环节，需要对客户端的汽车停泊需求信息进行采集，形成用户申请信息；并收集资源端停车场发布的实时车位状态数据，形成停车位资源信息；最后通过数据库匹配策略，对停车需求与供给信息进行最大化使用效率配置，做到按需分配，并将配置结果及时反馈给车主和停车场，完成汽车停泊预订服务。这种服务是动态而不是静态的，必须实时掌握客户端的行驶信息，分析道路拥堵情况并更新入场时间，还要对停车场剩余车位进行动态更新，及时提供备用车场及停车位的推荐业务，为客户提供更好的服务体验。所以在网络服务平台中要融入大数据分析技术，其流程如图5 所示。（1）停车预订服务分析模块

图5 大数据数据处理流程

主要对接收到的客户端停车预订信息进行数据分析，按照其车辆电子标签梳理目标停车场位置范围、车牌号、车型和停泊时间进行分组，并通过其提交的车辆行驶信息随时更新其入场信息，将这些分组后的实时停车需求信息发送给供需匹配方案数据库。

（2）车场车位信息分析模块

主要对接收到的停车场空闲车位信息进行数据分析，按照其距离目的地远近、车位余量、停车费用和附近交通状况等进行分组，并进行动态更新，将这些分组后的实时车位服务信息发送给供需匹配方案数据库。

（3）供需匹配方案数据库

供需匹配方案数据库主要基于Web service，通过比对停车预订服务分析数据和车场车位信息分析数据，按照数据库行业专家提供的配置方案权重，以最大化停车场利用率完成停泊需求与车位供给匹配。由于还要考虑到因道路拥挤情况造成的车辆进场时间改变，以及停车场突发的车位余量不足等状况，数据库还应采用大数据分析技术，综合融合各类影响因素，做出数据挖掘处理，合理制定随要素变化的动态停泊方案，然后将后台服务结果反馈给信息收发模块，并将车辆信息与停车位匹配的方案发送给客户端和资源方。

（4）信息收发模块

信息收发模块主要完成网络服务平台与客户端和资源端的信息交互。通过5G 通信网络接收客户端采集到的数据，通过宽带互联网接收停车场发布的资源信息，内部数据通过B/S 访问模式传输给匹配方案数据库，从而完成内、外部信息数据的传输。

2.3 关键技术及实现

从总体结构和信息交换处理方面系统所涉及的关键技术主要包括以下3 个方面：北斗定位系统数据引入、车辆信息数据移动传输和网络服务平台数据分析。

2.3.1 北斗定位系统数据引入

2020 年6 月，北斗三号全球卫星导航系统完成全球组网部署，可以用北斗卫星定位数据作为基础，在车辆上加装北斗卫星定位终端设备，实时提供车辆行驶信息，包括定位、车速和路线拥堵情况等，便于下一步进行车辆停泊需求对接和导航引导。北斗三号全球范围定位精度优于10 m，测速精度优于0.2 m/s，授时精度优于20 ns，服务可用性优于99%，实测导航定位精度达到2～3 m，甚至可提至厘米级。若进一步研制电子标签与北斗认证相结合，则可以为车辆提供自动识别功能，防止黑车、套牌车和报废车辆上路问题，辅助执法部门加强车辆监管。

2.3.2 车辆信息数据移动传输

由北斗定位系统产生的数据还必须实时传输给网络服务平台，所以必须解决车辆移动平台与云端平台之间的数据信息传输问题，包括实时车辆行驶信息、车辆停泊需求信息等大容量数据。目前，5G 网络通信技术是当前世界上最先进的网络通信技术之一，我国已建成5G 基站超过115 万个，占全球70%以上，是全球规模最大、技术最先进的5G 独立组网网络。所以采用5G 通信技术作为车辆信息数据的移动传输介质，将客户端软件嵌入移动手机平台，利用蓝牙接收车载北斗定位系统数据，利用5G 通信网络上传车辆信息数据。

2.3.3 网络服务平台数据分析

为使系统具有更智能的停泊预订服务能力，还必须对车辆的行驶状态、停泊需求与停车场的空位情况、停车要求实时动态匹配，这就涉及大数据的采集、处理和分析等技术运用。大数据分析可以获取需方的个性化需求，帮助供方定准定位目标，然后依据需求提供产品，最终实现供需双方的最佳匹配。可以应用大数据分析的数据挖掘算法、预测性分析能力及数据质量和数据管理对相关数据进行处理，实现停车需求与停车位资源的最优配置。