嵌入式智能泊车系统的设计

石正杰，李庆玲

（济宁医学院医学信息工程学院，日照 276826）

0 引言

随着我国经济的发展，汽车数量快速增长，据统计，现在大多数城市还存在着停车难、停车场事故频发等问题。在该背景下，如何让司机知悉此停车场内有多少空余车位，明确停车位的确切位置，避免因停车引发的争端和事故成为社会关注的热点。随着互联网、物联网和大数据技术的应用与发展，智能泊车系统的发展就显得尤为重要。智能泊车系统是以GPS 定位、在线支付技术、大数据、物联网信息平台、实时监控等技术为基础，构建能够对车辆进行智能识别、路线分析规划、停车引导等功能的智能泊车系统。对车辆和停车场进行一体化全方位管理，为车主泊车提供最便捷、安全的规划。

本文从城市停车难的迫切需求出发，提出了构建嵌入式智能泊车系统，让停车形成智能化操作，车主只需要根据指引进行“傻瓜式”操作即可完成快速安全的停车操作。同时将停车场数据进行实时上传管理，探寻其中规律，为彻底解决停车问题提供新的突破。

1 系统总体架构

系统架构分为视觉系统、位置检测、信息更新等部分，如图1所示。凭借其以应用为核心，以计算机技术为根本，而且对软硬件设备均按需求进行裁剪，可以找到应用中对功用、稳定性、成本、容积、耗电量等有严谨需求的专用型计算机。要具有对外接交通装备的管理工作、对传感装置的监控以及系统化（如停车场出入口的发卡管理工作、读卡信息处理、车牌辨识管理工作）等能力。对车室控制器的处理机而言，将由原有的8位单块处理器提升至32位ARM平台处理器，既保证了控制系统的处理速度，也提升了管理效能［1-3］。

图1 系统框架图

2 系统的详细设计

2.1 管理系统的设计

智慧停车管理系统部分主要由上位机管理系统和APP 管理系统构成，能够进行即时查看停车场的状况、预约车位、交费、查看客户停车场情况等功能操作，如图2所示。主要完成以下四个主要功能：①统计汽车的停放日期与收取金钱；②监视进出车辆牌照号，停放日期和访问记录等；③利用操作数据库系统把停车位的所有资讯（用户消息、预约车位消息、车位消息等）存储在MySQL 数据库上；④利用HTTP 协议远程传送停车场的停车资讯（停车场所剩车位、车辆停放状况等）在移动终端APP 上展示。

图2 管理系统框架图

APP 上设置的页面包括：注册页面、车库信息页面、预约信息页面、客户个人页面、车辆查询页面和付款界面等。其功能有：①展示各个停车场当前停车状态；②展示客户的历史停车位状态；③展示绑定的车牌号的停车状态数据；④实现网上预订、支付的服务；⑤提供连接服务的方式。

2.2 视觉系统的设计

视觉系统主要用于车牌识别、车位检测两部分，通过机器视觉技术实现智能泊车功能，如图3所示。

图3 视觉系统框架图

2.2.1 车牌识别

车牌识别算法主要包括以下三步：图片预处理、数学形态学车牌的粗确定、蓝色图像计算和行列扫描车牌的精准位置。采用了号牌获取、照片预处理、特征提取、车牌字符识别等技术手段，最终确定机动车号牌。

车牌辨识主要包括以下六个方法：①图像压缩和RGB 彩色图像灰度变换。因为图像收集仪器所收集的图像体积很大，使图像数据处理的工作量很大，为确保整个系统的即时性，增加计算效率，就需要减小图像的体积。由于彩色图像具有丰富的彩色内容，且占用空间较多，可对彩色图像采用降维处理方法。②画面图像灰度拉伸。经过灰度转换后的图片，可能存在颜色对比度不高、图像画面模糊不清的问题，此时就可以通过灰度拉伸，增加图片对比度，凸显车牌区域。③增强车牌的信号质量。该技术主要利用了几何与形态学中的运算，通过先腐蚀后膨胀以减少背景噪声，再通过简化的图像代数计算，以增强车牌区域。④汽车图像的二值化技术。汽车图像二值化技术是以图像灰度区域三分点为阈值。⑤车牌提取。透过边缘检测可以获得牌照，包括字符的轮廓。这一方法使提取弱边信息的结果更加精准。经过这些步骤，便可以实现有效地提取车牌数据并上传至网络并在停车场配对APP显示并记录［4-5］。

2.2.2 车位检测

设置该功能的主要目的是用来统计停车场的车位数量。当系统识别到停车位的空余车位后，将把停车场的实际停车状态反映在APP 上，让客户可以即时地查询停车位的实际情况，从而便于客户挑选停车位。系统主要通过模板匹配的方式，检查停车位上是否有机动车停放。停车位的各个车库均有固定的车库编码，选用模板配对技术，逐个配对确定是否有相应的车库编码，当车辆进入车位时，如果没有匹配到相应的车库编码，则表示此时的车位已被抢占。

2.3 基于GPS定位的位置检测系统的设计

运用了现代GPS 准确定位和电子地图绘制等先进技术手段，使用户可以借助该信息系统获得即时位置资讯，还能够查看停车场、停车位信息和路面拥堵情况等实际状况，从而有效指导车主泊车，如图4所示。

图4 位置检测系统框架图

2.3.1 定位系统功能分析

该系统包括地图显示模块、位置模型、停车场信息模型和道路导航模型。

（1）地图显示模块。地图展示功能。该模块是其他三个功能实现的基础。此功能地图用来展示包括道路两旁的建筑物和街道路线上具有特定指示意义的标志，主要方便使用者在使用时综合分析系统和实际情况，使车主可以更加便捷地找到智能泊车场的位置并规划最短路线。另外，地图显示功能也要具备自动浏览、放大、压缩、移动等功能，让使用者具有体验性。

（2）定位模块。当地图资料加载完成后，系统会自动读取用户的定位信息，并以标签的形式将当前的定位信息从地图返回并呈现出来。获得当前地址的同时，还得到了该地点周边区域以及各停车场的实际地址，一并加载标注到移动地图上。用户在移动的同时，系统实现跟踪定位，地图的显示将同时更新［4］。

（3）停车场信息模块。停车位信息系统模块在地图展示模块和位置模组的前提条件下，而停车位信息系统模组也是反映了应用交互、定制化特点的一种模组。介于各个使用者在挑选停车位时考量因素各不同，系统无法满足每个使用者的要求，故采用该模型赋予了使用者的最大挑选权利。使用者可以透过对各种考量因素加以排名与甄选，如：停车费用较实惠、停车场内空缺车位较多、停车位环境、停车路线方便等。通过对多种条件过滤和排名后，用户将选定最佳停车场，并切换至下一个模块。

（4）路线导航模块。路线指引系统也是所有智能泊车系统中工作流程的最后一个，通过使用此功能，客户就可以实现应用于该系统的最终目的，并完成客户体验。正式发动汽车后，开启语音播报功能的同时，系统将自行选择最好的路线进行导航。所谓最佳路径，即通过对用户基本信息（主要涉及车牌号）进行定位比对后选择路程时间最短的一条路线，避开各种影响因素，如路面施工、路况、区域限号、红绿灯数量、道路交通管制等。该模块能够减少路面堵塞，在一定程度上减轻道路压力，为使用者节省行车时间，以最具性价比的方式完成泊车操作。

2.3.2 数据系统构建

（1）车位信息采集。主要是将监控设备安装到各个停车场，从而收集和管理通过磁阻传感器为主的检测设备传回的场地停车数据。根据车辆自身的材质，被喻为一个铁磁性的物质，当这个物质进入某个特殊的磁场，也就是停车场时，将对该磁场引起干扰。而信息采集仪器便根据对该电磁干扰的剧烈程度来做出对停车情况的评估［6］。

（2）车位信息传输。通过磁阻感应器结合ZigBee 技术实现从数据采集到信号传输的连接。ZigBee 网络是一种在电脑内部实现传输时具有近距、低效等优点的无线通讯网络。通过ZigBee网络将收集到的车位数据传递到主控单位，提高了数据的准确性和及时性。

（3）车位数据处理。服务器端在接收到车位数据后，在数据库中进行计算、汇总，并自动更新。其次，数据库中的车位信息也能够使用管理员授权后增删改等手段操作，以便于处理特殊情况。

（4）车位信息公布。车位信息发布过程分为诱导屏发布与上位机发布，必须先完成与主控单元间的通信，在后台将各数据信息整理后即同时传送到移动终端，从而实现了各车位信号的显示。在汽车应用的安卓平台显示端，展示内容不仅有车库信息，还有停车位信息、停车场外道路信息、汽车位置信息等。而在具体停车位外道路信息收集部分，也可以使用已有的地图应用软件进行开发，在一定程度上能够提高生产效率。

2.4 基于大数据的路线规划

大数据的路线规划如图5所示。

图5 路线规划系统框架图

2.4.1 线路规划

路线规划系统的研究，主要对停车路线的各种情况进行大数据分析，从而计算挑选出最佳路线，使车主可以在第一时间获取最简便泊车路线。自动泊车的过程主要分为了三个阶段，分别为：检查、定位、调节，同时还研究了由于车速、转角限制等不确定因素，给泊车造成的影响危害。使用控制参量法，先掌握车辆时速与转弯角度，而后根据对车位的限定进行道路设计，通过实时避开车辆的算法手动停车，可满足于所有的实际状况，大大提高了车辆在泊车过程中的安全性。

2.4.2 线路信息提示

经过系统的路线规划，相应路线情况会在车主手机客户端进行显示，同时路线指示牌会在泊车线路中通过指示灯进行显示。定位系统与沿途指示灯的同步，从而指引车主准确简单地进行泊车操作。

3 结语

智能泊车技术是反映现代交通技术水准的一个非常关键的指标。目前，系统的整体研发工作所做的还远远不够，相关技术也难以实现，且缺乏系统高效的集成。因此，本文将物联网技术、嵌入式界面及开发技术融合运用到泊车系统中，以实现车牌辨识、泊车监控等功能。实验结果表明，这一系统让停车场更加智能，显著提高了停车效率，也提高了停车场的使用率。提供了新的解决停车难问题的途径，并将处理信息融会贯通，为用户提供最优化的泊车指南。