物联网的城市级综合解决方案研究

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1引言

我国城镇化进程的逐步推进、汽车保有量的不断增长，各个城市路面交通管理成为了一个难题，动态交通方面出现“行车难”问题，静态交通方面出现“停车难”问题。为解决动态交通问题，城市中不断修建公路、高架桥梁、快速路等基础设施，建设地铁交通方式来缓解路面交通压力。但对于静态交通方面的基础设施建设较为不足，车位资源不够使用、城市车位分布不均衡、部分车位空置率高等问题没有得到有效解决，因此停车难、乱停车等静态交通问题成为了城市化进程中日益突出的重大问题，需要探索城市级停车解决方案，提升城市静态交通的管理效率。

2我国智慧停车现状

2.1我国城市停车面临的问题

我国汽车保有量近些年一直在快速增长。根据公安部数据显示，截止2022年3月底，汽车保有量达3.07亿辆，新能源汽车保有量达891.5万辆，汽车驾驶人4.5亿人。全国汽车保有量超过100万辆的城市有79个，汽车保有量超过300万辆的城市有20个，其中北京市汽车保有量最高，已超过600万辆。我国汽车保有量在不断增长，而停车位建设不足，出现了较大停车缺口。根据国家发改委城市交通中心数据显示，2020年我国停车位缺口已超过8000万个。根据国际经验，汽车与停车位比例为1：1.1-1.3时，是较为理想的比例，我国目前的比例估算，根据“第二届（2018年）中国城市静态交通论坛”相关专家估算数据，在大城市该比例约为1：0.8，在中小城市该比例约为1：0.5，低于国际水平。城市对外辐射式的发展过程，导致了车位分布不平衡，出现了部分时段拥堵的现象。老城区车位、路侧车位数量不足，新城区车位数量较宽裕。在上下班高峰期、节假日，是市民出行的高峰期，在人流量较大的主城区、商业中心周围会出现较大的停车压力。部分区域堵车严重，而周边部分区域车位使用率不高。

2.2我国智慧停车发展现状

为了改善停车难、车位使用率低的现状，为市民寻位泊车减少不必要的时间浪费，城市级智慧停车是在传统停车的基础上运用了物联网技术进行优化，是一种较好的综合解决方案。“第三届（2021年）中国城市静态交通论坛”的开展，旨在讨论城市静态交通建设、发展城市智慧停车、整体解决城市停车方案。智慧停车是智慧交通建设的重要环节，发展智慧停车，需要完善停车配建标准、推进停车场建设、规范路侧停车、建设停车大数据平台等。部分停车场为了解决停车难的问题，与停车系统供应商合作，已经进行了智能化改造。智能化改造包括车牌自动识别道闸，在停车位安装高位自动识别摄像头、地磁等，开发了停车场专属app。停车场专属app可以实现自动计费、停车诱导等功能。但是停车场自身进行的智能化改造，其实是一种占领市场的行为，通过专属app可以通过发放优惠券进行线上引流。市民为了出行方便，可能手机上需要下载多款停车app，这些app的功能相似但无法通用，都是专属于不同的停车场。这种智能化改造，并没有为市民带来较大的便利性。《2016-2017中国物联网发展年度报告》数据显示，截止2017年4月，我国已有超500个城市明确提出建设智慧城市，其中包含100%副省级城市、87%地级以上城市。智慧停车是智慧城市建设的重要环节，当前部分城市开始了城市级智慧停车改造试点。如北京经开区城市运行局发布消息，宣布引入了“ETC+智慧”停车诱导系统。为市民带来了一些便利，但是只将部分区域的停车场纳入系统改造，接入系统的停车位有限，没有纳入智慧停车系统的区域还依然存在停车难的问题。

3城市级智慧停车系统设计及关键技术应用

3.1城市级智慧停车实现的功能

建立统一综合管理平台，实现城市级停车管理，打破各停车资源形成的信息孤岛。统一的综合管理平台，是基于云架构的物联网技术，将各停车资源的数据统一收集、存储、分析、调度，缓解停车场周围交通堵塞的难题。随着城市级停车数据的不断增多，进行交通大数据分析，便于准确的了解城市交通情况。对于市民来说，通过使用车位查询、车位诱导、预约停车、反向寻车等智慧停车实现的功能，方便出行，节约停车时间，提升出行体验。智慧停车可以实现车位查询、车位诱导功能。在节假日人流量大的商场，经常会出现停车场入口排队较长，进入停车场之后绕了很多圈才能找到车位，有时发现没有了停车位之后再驶出停车场去周边其他停车场。停车诱导系统，可以很好的解决这个问题。在出发之前，可以方便车主在手机停车app上，快速找到目的地周边停车场，并搜索车位剩余数量，在进入停车场之前，入口处会有电子显示屏实时显示车位总体剩余数量和某个停车区剩余数量。每个停车位上方安装有LED指示灯和微波雷达检测器，能感应到车辆的驶入和驶出，实时更新手机app和停车诱导屏上显示的剩余车位数。车位诱导功能，还可以将停车分流，降低部分停车场闲置率，减少车主因找不到周边停车场而在路面乱停车的现象。智慧停车还可以促进停车收费价格合理化，实现预约停车、反向寻车等功能。手机停车app上，会显示目的地周边所有停车场以及收费情况，引导停车场进行良性的价格竞争，便于市民选择距离较近、费用较低的性价比高的停车场，减低市民出行的费用负担。预约停车功能，是为了方便市民出行，开放部分停车资源实行预约，为有紧急需求的市民提供出行方便。反向寻车的功能，有利于解决在大型停车场返回取车时找不到车辆位置的问题，通过记录车辆停放位置，取车时通过位置导航快速找到车辆驶离。

3.2城市级智慧停车系统设计

城市级智慧停车系统，主要包括前端感知层、数据存储层、业务支撑层、软件应用层4层架构。这4层架构之间通过5G、无线通信等技术实现沟通连接，进行数据交换。前端感知层，主要功能是完成停车数据信息的采集，将采集的信息进行预处理之后传输给数据存储层。前端感知层的数据采集，是通过道闸、传感器、图像采集设备等硬件设备完成的。停车场入口的道闸通过传感器及自动识别摄像头，记录汽车驶入驶出时间进行计费，同时控制车辆的放行。车位地磁传感器等设备，可以采集到汽车驶入车位与驶离车位的实时信息，车位上方的高位摄像头可以识别车牌并记录车辆位置。数据存储层，主要功能是完成数据的存储与传输，将感知层收集到的数据进行存储，以作为智慧停车大数据分析时的数据来源。城市级智慧停车建设的系统平台，每天会产生大量的停车数据，这些数据要存储及传输到综合业务层分析，存储数据较多时将会影响数据访问效率，这就需要大型的数据库存储，并且通过云计算分布式处理与分析技术实现高效率，保障数据存储与访问效率。业务支撑层，主要功能是将智慧停车使用到的定位系统、计费系统、支付系统等各种系统进行打通，并实现数据的双向传输。对从停车场前端传输来的数据进行综合分析处理，将数据传输给软件应用层，同时将软件应用层数据反馈传输到停车场前端系统。软件应用层，主要功能是实现交通管理部门的管理、停车场管理者管理需求及满足市民的便捷出行需求。软件应用层包括交通管理部门、停车场管理者使用的管理后台软件、市民使用的前端软件。软件应用层最终实现停车诱导、预约停车、路线导航、反向寻车等功能。当市民使用软件各项功能时，软件应用层会向业务支撑层发出数据请求，业务支撑层处理完成后再传输至软件应用层，市民即可看到相应的功能结果展示。

3.3城市级智慧停车关键技术应用

搭建城市级智慧停车系统4层架构平台，需要应用多种关键技术才能确保车位查询、车位诱导等多种功能的实现。这些关键技术包括传感器技术、图像智能识别技术、物联网技术、云计算技术等技术，通过多种技术功能的相互补充，实现整个智慧停车系统的快速高效运转。传感器技术，是通过地磁传感器硬件设备感知车辆的驶入、驶出，将车辆驶入、驶出信息变换成数字信号。地磁传感器安装维护方便，可以将地磁传感器安装于车位吊架或车位侧面。地磁传感器主要包括车辆检测器、车辆中继器、车辆控制器三个部分。车辆检测器可以感应到车辆驶入驶出导致的磁场变化，检测车位数据。车辆中继器，主要功能是距离过远时增强和转发无线信号。车辆控制器，是将车辆检测器检测到的车辆信息传输到数据存储层，可以管理多个车辆检测器，车辆控制器可以采用恩智浦公司设计生产的以ARMCortex-M4为内核的KinetisMK60DN512VLQ10（K60）微控制器，该控制器运作高效且被较多采用。图像智能识别技术，是通过智能摄像头视频采集图像，数据采集前端直接处理图像信息转换为数字信息，即智能识别车牌将车牌数字信息传输到数据层。智能摄像头可以安装于道闸、车位吊架上。道闸上安装智能摄像头，功能在于车辆驶入驶出车库时识别车辆，计算车辆停车时长进行计费，同时放行车辆。车位吊架上安装智能摄像头，一般与地磁传感器搭配使用，功能在于定位车辆位置，以便实现反向寻车等功能。图像智能识别较多采用OV7620摄像头，OV7620是一款CMOS摄像头图像传感器件，同时集成了图像处理芯片，信息采集量大、采集速率高。物联网技术，是将联入管理系统的物体，通过传感器技术、图像智能识别、无线通信技术进行互联，进行远程控制实现高效管理。智慧停车系统将传感器采集的信息、摄像头智能识别的信息，通过无线通信技术将数据传输到数据层，作为采集的基础数据进行存储、分析。目前视频监控的数据大多还是采用光纤有线传输的方式，主要是考虑传输速率和宽带的影响。因此，提高传输速率、降低部署成本才能加速物联网的建设，5G技术、NB-IoT技术的建设会影响到物联网建设的进程。采用5G通信技术无线传输数据，具有传输效率毫秒级、低时延的特征，能提高传输速率，同时视频监控机位规划更加灵活。NB-IoT即窄带物联网，构建于蜂窝网络，可以降低部署成本，只消耗约180KHz的宽带，NB-IoT设备的电池寿命可以达到10年以上，可以降低部署成本。云计算技术，是一种分布式计算技术，将多台服务器通过技术手段组成一个网络系统，将大量的数据分解成无数小程序进行处理和分析，计算结果汇总到一起得出结论，实现数据处理的高效率。城市级智慧停车系统，每天会产生大量的停车数据，数据存储到数据层之后，需要云计算技术进行高效地分析处理，将计算结果反馈到应用层，即展示到交通管理部门、停车场、车主使用的停车app界面上，方便交通管理部门实时管理交通，为停车场提高运营效率，为车主提供车位查询、车位诱导等多种便民服务。

4城市中不同场景智慧停车解决方案分析

4.1封闭式停车场智慧停车解决方案

封闭式停车场，是按建筑类型、场地位置分类，停车场四周封闭，由道闸进行控制车辆放行。包含地面停车场、地上地下车库、高架桥下停车场。封闭式停车场智慧停车方案采用全自动方案。智慧停车运作流程为：车主在出发前，搜索目的地停车场车辆空位数、停车场收费标准，找到合适停车场；车辆入场，道闸处低位智能摄像头采集车辆信息，识别车牌并记录车辆入场时间开始计费，道闸升杆放行；在停车场行使时，实现车辆诱导停车，通过停车诱导屏的指示找到空位停放车辆；车辆停入车位时，地磁感应器、高位智能摄像头捕捉车辆信息，上传车位被占用的状态以及车辆位置；车主离开去找车辆时，通过停车app进行反向寻车，查询车辆停车位置并进行导航；车辆离场时，上传车位空置状态信息；到达出口处，识别车牌并通过停车app自动计费扣费，道闸升杆放行。

4.2路侧停车智慧停车解决方案

路侧停车场，是道路两侧规划停车位的收费停车场。路侧停车没有出入口控制，实现智慧停车需要安装高位摄像头、地磁传感器进行控制。路侧停车场智慧停车方案也采用全自动方案。智慧停车运作流程为：车主在出发前选择目的地周围合适的路侧停车场；车辆在驶入车位时，高位摄像头采集车牌信息并开始计费，地磁传感器感应车辆被占用的信息、进行车辆定位并上传数据；车主离开去寻车时，可以通过反向寻车功能找到车辆并导航；车辆驶出车位时，识别车牌并进行自动计费扣费，上传车位空置状态信息。

5结语

为了解决城市里停车难、乱停车的现象，可以建设城市级智慧停车综合解决方案，通过构建前端感知层、数据存储层、业务支撑层、软件应用层4层架构系统，运用传感器技术、图像智能识别技术、物联网技术、云计算技术等关键技术，将城市中封闭式停车场、路侧停车场等不同场景停车场联入系统，打破信息孤岛，实现城市中不同场景智慧停车的统一平台管理。城市级智慧停车综合解决方案，能够为城市交通管理部门提供车位规划、实时车位使用调度等有效数据，车位使用的统筹管理能够提升车位利用率、提升部分停车场的经济效益，方便车主获得车位查询规划出行路线、通过车位诱导快速找到车位等便民服务。

参考文献：

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作者:吴春辉 单位:厦门中卡科技股份有限公司