一种新型多传感器智能泊车系统的设计研究

摘要：针对停车场内部车位难找、导航信号弱等问题，基于多种传感器设计了一种智能化泊车系统，有效地提升了泊车效率。该系统的主要功能是基于RFID传感器与光敏传感器来获得相关的信号，从而解决定位与车位使用情况分析难题，并通过软件设计来提升系统的智能性。首先对系统的总体框架设计进行了介绍，然后阐述了硬件、软件设计的基本原理，最后进行了系统测试。

关键词：传感器；物联网；智能泊车系统；软件

中图分类号：U462 收稿日期：2023-07-23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.020

1 前言

近年来，随着GPS与北斗卫星导航系统应用范围的进一步扩大，室外定位以及基于卫星导航的手机导航系统已经逐渐趋于完善，其定位的精度也有了明显的提升，从而满足了多种不同应用场景的需求。然而，对于室内导航来说，由于卫星信号难以有效穿透各种障碍物，从而导致卫星定位技术难以发挥作用。近年来，多种室内定位技术开始不断出现，但从实际来看都未能有效解决技术与成本方面所存在的根本性缺陷。目前，室内定位功能的实现需要同时借助于多种不同的技术，传感器则是其基础技术架构［1-2］。

伴随着我国城市人口规模、机动车保有量的不断提升，建设地下停车库成为缓解停车难问题的根本性解决办法，室内智能化泊车场景变得更为频繁。室内智能化泊车系统需要综合利用多种传感器才能有效解决定位与导航问题，从而提升泊车体验。本文对一种新型多传感器智能化泊车系统进行了研究与分析。

2 系统的整体设计

2.1 系统的设计目标

在地下停车场停车普遍存在停车难、找车难等问题，为了进一步提升泊车效率，应基于移动互联网与物联网技术建立智能泊车系统，具体而言，系统的设计目标应包含如下几个层面：

a.停车场内部车位预测。在室内停车位附近可以设置光敏传感器，传感器可以根据停车位区域内的光线强弱来对车位是否处于空置情况进行自动识别，可以通过诱导屏、手机APP等途径播报停车位信息、位置等，还可以就用户不合理的停车行为作出引导与干预。

b.车辆室内行驶引导。通过RFID传感器所获得的停车位信息可以被RFID卡所识别，从而为驾驶人给出具体的位置、路线信息，有效减少人工寻找车位锁占据的时间。

c.选择停车场。当第一层车位已经被完全占据之后，通过多能演示版传感器结合电机能够做成升降机，从而让车辆能够更方便地进入到第二层，使得停车资源能够得到有效应用。

d.移动互联。允许用户利用云服务器作为终端桥梁，用户操作不受空间限制，方便延伸和扩展到远程选择车位，实现多个手机终端进行操作和集中管理［3］。

2.2 框架总体设计

在该设计方案之中，基于多种无线传感器与网络编程技术来设计一种物联网智能泊车系统，该系统的具体操作相对简单，且能耗较低，能够大幅度提升泊车的智能化水平，具体的框架设计如图1所示。

a.由于硬件中的信息不能直接发送到移动终端，为此该系统选择通过服务器采用MQTT协议作为信息中转，同时该协议还能起到车位监管的作用，避免出现不良停车行为。不同的设备通过该协议访问车位数据都能得到完全相同的结果，这就避免了同一车位被不同车辆选择的情况。同时用户在通过不同平台注册时都需要输入手机号码或者车牌号避免车位数据混乱。

b.当首层停车场的车位数被完全占用时，系统将会将车辆引导到第二层，当汽车进入到升降板上时则通过多功能演示板进行上升操作，从而顺利进入到第二层车位。

c.用户在系统的终端可以看到停车场的整体平面位置与空余车位情况，通过车位上所设置的RFID传感器与车上的RFID卡之间的感应来实现泊车引导。停车位是否被占用则是通过光敏传感器所感知的光照强度来判别的。

3 系统的硬件设计

该系统的硬件主要有如下构成：继电器模块、RFID传感器、光敏传感器、直流电动机。综合考虑成本、系统能耗以及信号传输要求，该系统的组网模块采用ZigBee模块，具体加固如图2所示。

在该系统的硬件设计中，光敏传感器的主要作用是判定车位是否被使用，其基本原理是基于光敏元件能够将光信号转化为数字信号的基本功能，在系统中只需要对开关量进行判定就可以知晓车位的具体情况。因为只要在车位上安装了光敏元件即可获得光线的强弱信号，当车位被占用之后，车辆必然会导致车位上的光照变弱，从而判定车位之上是否有车辆。此外，还可以通过车位上方光线变暗的时间来明确车辆停放时间，从而计算停车费。

下面分析无线通信技术与射频识别的综合使用。RFID传感器的使用是解决室内停车导航通信问题的关键所在，也是该系统最大的创新点。RFID传感器与信号识别可以基于无接触的方式实现，RFID标签只要被粘贴在物体表面即可实现有效识别，通过车辆的电子标签，RFID传感器能够有效判别车辆在停车场中的具体位置，从而为车辆提供导航服务。具体使用时，RFID传感器模块上的读卡模块发射射频信号，当有电子标签（IC卡）进入磁场时，激活电子标签，电子标签发出自身信息，读卡模块读取电子标签（IC卡）上的数据，使用Android的特有接口获取数据，通过服务器端进行解析，可以在车辆进入停车场时进行快速车流引导，车辆可以快速找到属于自己的停车位，有序引导避免高峰时期停车场车辆拥挤的问题，符合开发、共享、节能的现代化理念，致力停车场“智能化”管理［4-5］。

4 系统的软件设计

为了降低系统设计工作量，在该项目当中软件系统设计采用基于安卓平台来开展，数据语言采用Java，数据提取则采用JDBC技术，软件的具体架构如图3所示。

当车辆行驶到RFID传感器周边时，传感器通过读取车身上的标签来识别车辆信息与车辆位置，并将相关信息上传到数据库之上，通过不同位置的RFID传感器的信息反馈就能对车辆的具体行驶信息进行判断分析，并给出最优的泊车路径。由于数据库能够实时接收光敏传感器的信息，这就允许用户能够在进入到停车场之后就判断所需要的停车位，在进入停车场之前就允许用户选择好需要的停车位，当选择好停车位之后，则系统会根据算法匹配最佳停车路线并发送到用户的终端。

为了提升用户的使用体验，还需要基于安卓系统优化界面设计，通过移动终端的APP用户能够查询并选择理想的停车位。该系统的传感器等硬件的使用是解决问题的关键，但缺乏合理的软件系统支撑也难以达到效果。为了满足硬件、应用场景的需求，基于Java语言完成了手机端数据库的编写，框架则采用Sping+Mybatic，从而简化数据查询流程并为后期的功能拓展预留接口［6-7］。

5 系统测试

为了对该系统设计的有效性进行验证分析，还进一步构建了相关模型对系统进行测试，该模型如图4所示。

在智能化泊车系统中，软件与硬件的有效配合是提升泊车效率的关键所在。该系统之中增加了车位感知、泊车路径优化算法、平台监控以及数据共享等多种信息化技术［8］。

在该系统中物联网模块主要是RFID传感器与光敏传感器，分别用于车辆在室内的导航以及车位使用情况的判定，并结合泊车路径算法来设计最优的泊车路径。当传感器通过MQTT协议将所获得的信息传递到系统终端之后，用户就可以通过终端查看停车场内部的信息，并结合算法来选择合适的泊车路径，从而在最短的时间内选择到合适的停车位。

通过终端进入系统之后，用户还能够在终端上使用定位导向功能，从而通过人工的方式从停车场内部找到最合适的泊车路径。同时终端还能根据用户的需求对停车位的使用情况进行监控，即当用户通过终端选择了需要使用的停车位，但是在其进入到停车位之前如果该车位被他人所占用，则系统会给出提示并自动给出建议的最优停车路线，为用户找到其他停车位。此外，考虑到驾驶人员在驾驶时操作终端的不便性，在该终端中还增设了语音导航方式允许驾驶人员直接通过语音进行导航。最后，软件采用了开放的数据共享模式，此种方式不仅有利于数据的管理，同时也促进了资源共享，能够接入到城市泊车系统之中。

6 结语

由于机动车保有量的不断提升，停车库的建设规模不断扩大，大面积的地下停车场成为大多数民用建筑建设的标配。室内由于信号屏蔽严重，智能化导航一直存在着较大的难度。本文基于多种传感器所构建的智能化泊车系统解决了传统停车场室内导航信号弱等缺陷，同时针对停车场泊车场景解决了找车困难、找车位困难等难题。通过终端允许用户查找停车场内部停车位的使用信息，并选择最优的泊车路径，当停车位被使用之后还能将停车信息自动传输到系统之中以免造成同一车位被多辆车同时抢占的情况发生。对于双层车库，该系统的应用能够有效提升停车位的使用效率，通过设置诱导屏等方式能够更好地引导驾驶人员高效泊车。

参考文献：

[1]张安莉，王娟，袁安中，等.基于平行泊车路径规划的智能泊车系统设计[J].计算机测量与控制，2019（5）：1-9.

[2]GB/T 41630-2022 智能泊车辅助系统性能要求及试验方法[S].

[3]毛颉，李明兰，罗云飞.基于人工神经网络和智能RFID的室内定位导航系统[J].传感器与微系统，2021，40（10）：98-101+105.

[4]王利辉，基于人工智能物联网的医院智慧泊车系统构建[J].绥化学院学报，2020（6）：158-160.

[5]刘汉伟.基于物联网的室内定位导航技术在TOD项目中的研究应用[J].通讯世界，2019，26（2）：27-28.

[6]史卓瑛.面向空旷场景基于移动设备的室内定位与导航系统[D].杭州：浙江大学，2018.

[7]杨坚.基于RFID与ZigBee的全向移动机器人室内定位导航技术研究[D].武汉：华中科技大学，2017.

[8]黄超平，闫洁，温上东.NB-IoT物联网技术在智能路边泊车的应用[C]//广东省通信学会，中国电信股份有限公司广东研究院，《移动通信》杂志社.2016广东蜂窝物联网发展论坛专刊，2016：58-61.

作者简介：

刘玉均，女，1985年生，讲师，研究方向为电气工程及其自动化、新能源汽车等。