邹浙湘 温开元 黄宝山

摘 要： 为了解决现有停车场利用率低下造成资源控制浪费，加剧城市停车难的问题，开发设计了基于物联网技术的车位引导系统。系统通过在车位安装传感器来采集车位的信息，并通过ZigBee构成车位数据传输网络将数据传输给计算机，由计算机采用迪杰斯特拉算法计算最佳泊位路线，并通过串口通信传输给无线传感网络。最后，将路径信息通过电子显示器显示指引车主停车。实验测试结果表明，该系统能够有效地进行停车位引导，辅助车主快速停车。

关键词： 物联网； ZigBee技术； 车位引导； 迪杰斯特拉算法； 传感器； 无线传感网络

中图分类号： TN915.03?34； TP393 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）22?0079?04

Abstract： As the existing parking lot has the problem of low utilization rate， causing waste of resource control and aggravating the parking difficulty in the city， a parking space guidance system based on the Internet of Things （IoT） technology is developed and designed. The parking space information is collected by installing sensors in parking spaces. Data is transmitted to the computer by using the ZigBee to construct the parking space data transmission network. The Dijkstra algorithm is used in the computer to calculate the optimal parking route， which is transmitted to the wireless sensor network by means of serial communication. The route information is displayed on the electronic displayer to guide the vehicle owner to the parking space. The results of the experimental test show that the system can effectively conduct parking space guidance and assist the vehicle owner to find the parking space quickly.

Keywords： IoT； ZigBee technology； parking space guidance； Dijkstra algorithm； sensor； wireless sensor network

0 引 言

汽車作为一种代步工具，随着人们的购买力上升而数量逐渐增多。据公安部交通管理局统计数据，截止至2018年6月底，我国机动车保有量高达3.19亿辆。然而，停车位却远无法满足现有的汽车数量。目前我国停车位缺口超过5 000万个，停车难成为我国大中型城市日益严重的问题。除了车多、车位少造成的停车难之外，停车场的利用率偏低也造成了资源的浪费、闲置[1?5]。为此，本文开发设计了基于物联网技术的车位引导系统。其通过在车位安装传感器来采集车位的信息，并通过ZigBee构成车位数据传输网络，采用迪杰斯特拉算法来计算最佳泊位路线。实验测试结果表明，该系统能够有效地进行停车位引导，辅助车主快速停车。

1 物联网技术

物联网技术（Internet of Things）是指通过视频识别、传感器等信息传感设备，并通过一定的通信协议将任何物品连接上互联网进行信息的传输与交换。最终达到智能化识别、追踪、管理的一种信息传输交换技术[6?7]。物联网技术所涉及到的领域较广，其涵盖了计算机网络、通信技术、传感器、信息处理等领域，结构可以分为感知层、传输层以及应用层三个层次，如图1所示。

感知层功能主要是信息的收集，其主要通过传感器以及射频识别设备等收集数据，并通过这些数据采集设备形成自组织传感网络。传输层主要是负责将采集到的数据信息传输至互联网或通信网络，可通过M2M（即机器到机器）、ZigBee以及WiFi等技术进行数据传输。感知层主要负责对采集到的数据进行处理，其包括智能数据处理与智能决策技术等。

在物联网技术中，无线传感网络是最为核心的部分，本文采用ZigBee作为无线传感网络。ZigBee是一种短距离通信协议，其适合于自动控制以及短距离远程控制。ZigBee允许数据采集终端之间形成自组网，每个节点之间均能互相传递数据，其最多可拓展65 535个节点。

ZigBee无线传感网络主要由三种拓扑结构组成，分别为星状、网状及簇状结构[8]，如图2所示。星状网络结构即所有终端设备直接与网络协调器连接，此时网络路由器无法发挥作用。在这种情况下，协调器负荷较大。星状网络适合于节点与传输范围较少的无线传感网络。网状结构与星状结构相比更加复杂，但是其节点之间有多种路径，可靠性较高，适用于节点较多的无线传感网络。簇状结构则是结合了星状与网状结构，其能够较好兼顾两者的优点。

2 车位引导系统设计

2.1 信息采集网络拓扑结构

本文采用网状的无线传感网络拓扑结构，如图3所示。无线传感网络与计算机之间通过串口进行通信，数据通过传感网络传输，并通过串口输送至计算机进行处理。计算机将数据处理结果通过串口传输至无线传感网络，并最终将数据、指令传输至终端执行相应的指令。

2.2 系统硬件结构

系统的硬件结构主要分为三部分，即车位检测、车辆识别以及闸机控制，如图4所示。

车位检测用于采集停车场车位使用情况，其通过光敏传感器来检测车位是否已被使用，并在每个车位上方安装LED灯来显示该车位的使用情况。若为红灯，即该车位已有人使用；若为绿灯，则表示该车位无人使用，车主可以在此车位停车。

车辆识别是通过图像识别实现的。停车场出入口摄像头在车辆经过时，能够通过摄像进行车辆信息识别，包括车牌号码、行驶速度等。

闸机控制模块在车辆识别模块完成工作后，自动打开以供车辆进出停车场。

本文采用Intel的移动处理器PXA270，其在高频工作模式下能够降低功耗。同时，还具有丰富的外接设备端口。当机动车进入停车场后，计算机通过无线传感网络采集停车位信息，并计算得出最佳停车路线。此外，通过电子显示屏显示路线，引导车主快速、准确停车。车位引导系统框架如图5所示。

2.3 车位最佳停车路线计算算法

為了得到最佳停车路线，节省停车时间，需要对停车路线进行优化。如图6所示为某停车场的车位分布图，其中1～9为分叉口。图7为停车场车位布局抽象图，其中每个箭头代表具有权值的路线，其可用路段的距离、通畅程度等表示。因此，停车场可以抽象为一个离散网络模型，即E=（W，L，D）。

3 系统测试

为了验证本系统能否有效引导车主快速正确停车，本文在某个停车场对系统进行实验测试。其车位分布情况如图8所示，车辆进入停车场后系统判断F3为可用车位并计算最优停车路线，表1为路段属性表。最终得到最优停车路线为n1→n4→n7→n8，如图9所示。图10为每个分叉口电子显示屏的实时指示信息，显示路线指引信息与计算路线一致。

4 结 语

随着我国经济的快速发展，人们的生活水平逐步提高，汽车作为一种代步工具，其随着人们购买力上升而数量逐渐增多。然而，停车位却远无法满足现有的汽车数量。同时，停车场的利用率偏低也造成了资源的浪费和闲置，使得城市中停车难的问题日益严重。为了解决这一问题，本文开发设计了基于物联网技术的车位引导系统，其通过在车位安装传感器来采集车位的信息，并通过ZigBee构成车位数据传输网络，采用迪杰斯特拉算法来计算最佳泊位路线。实验测试结果表明，该系统能够有效地进行停车位引导，辅助车主快速停车。

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