侯维岩,党　蟒,崔　源,张利伟

(1.郑州大学 信息工程学院,河南 郑州　450001; 2.河南交通职业技术学院 汽车学院,河南 郑州　450052)



露天停车场信息感知发布和管理系统

侯维岩1,党蟒1,崔源2,张利伟1

(1.郑州大学 信息工程学院,河南 郑州450001; 2.河南交通职业技术学院 汽车学院,河南 郑州450052)

摘要:设计一种基于ZigBee和GPRS无线通信技术的智能露天停车场信息感知发布和管理系统,采用CC2530及地磁传感器组建ZigBee无线局域网,实时采集停车场内停车位的使用状况,通过GPRS 无线通信技术将停车场信息发送到远端服务器,实现多个停车场信息的统一发布和管理．可以同时利用百度地图将停车场位置信息显示在远端WEB服务器前台页面上,可由用户或管理员远程登录或本地直观查看停车位状态信息．测试结果表明：该系统实现了露天停车场状态信息的及时准确发布,可以应用于实际的智慧城市系统．

关键词:露天停车场;信息感知发布系统;地磁传感器;无线传感网;智慧城市系统

随着城市机动车保有量逐年增加,室内停车场资源已经很难满足现有停车需求,停车难的问题越来越严重[1]．露天路边停车场充分利用了城市有限的停车资源,有效缓解了停车难问题,但是在使用和管理过程中,露天路边停车场也出现了一些亟待解决的问题．首先,车辆驾驶员不能提前获知停车场位置以及停车位状态信息,盲目寻找停车位过程中占用行车道,加剧了交通拥堵．其次,露天路边停车场人工收费模式容易出现漏收、误收等现象,无法对露天停车场经营状态进行实时的数据统计．露天路边停车场的信息发布和管理系统的研究在个别城市开始得到重视,但是目前还没有比较成熟的技术方案[2]．而目前比较成熟的室内停车场信息管理系统主要用于单个停车场的本地化停车管理,技术手段和管理模式都不能适用于露天路边停车场的使用．

为了解决露天路边停车场车位检测和信息发布不及时的问题,作者设计一种基于ZigBee和GPRS(general packet radio service)无线通信技术及网络化服务的停车场信息感知发布和管理系统．该系统采用停车场专用地磁传感器检测停车位状态,结合ZigBee和GPRS无线通信技术,将停车信息传输到远端服务器,驾驶员和停车场管理员可以通过当地或登录网站实时查询停车信息,提高了停车场管理效率,改善了区域的交通状况．

1系统网络架构设计

为了达到数据传输的低成本和准确高效,该设计采用ZigBee、GPRS、Internet 三层网络架构将停车场信息接入互联网,系统总体架构如图1所示．

第1层为ZigBee无线传感网络,由分布在停车位下方的ZigBee节点以星状拓扑结构组成．该ZigBee节点与地磁传感器相连,负责采集停车场车位状态．所有停车场信息汇集到ZigBee协调器节点,协调器通过串口与中继网关主控制器交换数据,数据在中继网关主控制器内集中处理．第2层为GPRS网络,中继网关主控制器通过UART接口与 GPRS模块相连,控制GPRS模块,建立GPRS数据连接,最终实现数据的远程传输．第3层为Internet,用户或管理员可以使用个人电脑或移动终端设备根据权限登录远端服务器,查看和管理停车场车位信息．

与普通的室内停车场系统相比,该设计方案有3个优点:

(1) 在车辆检测方面,与压力传感器、红外传感器和超声波传感器等检测方式相比,地磁传感器通过灵敏度设置,可以有效避免自行车、电动车等非机动车辆的干扰．

(2) 应用GPRS技术接入Internet,将停车场本地ZigBee网络采集的数据上传至远端服务器,实现停车信息的网络发布,驾驶员不再受距离的限制,随时上网查询目标停车场信息[3]．

(3) 多个停车场的数据接入同一台WEB服务器,建立统一的信息发布和管理平台,节省成本的同时提高了一个区域或城市地区的交通管理效率．

2系统硬件设计

2.1　ZigBee节点设计

ZigBee节点处在整个管理系统的最底端，采集停车场车位信息.节点每隔30 s读取一次地磁传感器状态，将采集数据与上次数据进行比较，如果发生变化，则通过ZigBee星状网络将数据无线传输到协调器节点；如果没有变化，则不再发送数据.不仅降低了节点能耗，而且避免了大量节点同时上传数据时产生的数据拥堵.

地磁传感器采用停车场专用DC-1型地磁传感器,该传感器利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测,与传统检测器相比,具有安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长、对路面的破坏小等优点[4]．该传感器输出信号为数字信号,可以直接与CC2530的I/O相连,接口电路如图2所示．CC2530的P0端口与地磁传感器的输出管脚相连,当车辆进入车位之后,地磁传感器输出管脚由高电平变为低电平,离开之后重新恢复高电平,CC2530通过电平的高低判断停车位的状态．

2.2　中继网关的设计

中继网关位于无线传感器网络和后台的互联网网络之间,主要完成协议转换、数据转发和管理控制等功能．一方面具有协调器的功能,与底层ZigBee节点组建星状网络,负责 ZigBee 网络的组建、ZigBee节点的加入及删除等网络维护工作．另一方面对无线传感器网络上传的数据进行校验,添加停车场的唯一编码,完成数据格式的转换,通过控制GPRS模块连接以太网实现数据的上传．

考虑到中继网关负责整个网络的管理和数据的收发,需要大量的内存,并要求具有较高的数据吞吐和处理能力,因此选择使用STM32F103系列单片机作为中继网关的硬件电路的核心[5]．中继网关外围模块有:ZigBee协调器模块、GPRS模块、RS485接口电路、电源电路．中继网关结构原理图如图3所示．

GPRS模块采用的是华为MG323，该模块是华为公司推出的一款工业级的无线通信GPRS模块，支持GSM/GPRS通信，内嵌TCP/IP协议栈，支持透传模式数据传输，而且集成了射频天线、SIM卡连接、RS232通信等接口电路，集成度高，性能稳定[6].

中继网关主控制与ZigBee协调器和GPRS模块之间均采用RS232串口通信，使用STM32F103提供的USART1和USART2接口.RS485接口电路采用SP3490芯片作为控制器，与USART3接口相连，提供RS-485/422接口，数据可以直接上传至停车场本地控制中心.STM32F103引出多个I/O端口，采用有线方式与地磁传感器相连，使中继网关同时具备数据采集功能，提高了设备的通用性.

该系统对区域内的各个停车场和每一个车位实现了统一编码，并与部署在停车场的设备编号绑定，极大地降低了系统网络数据的传输量，数据帧格式如表1所示.帧头和帧尾分别为XX和TT，用来校验数据是否来自本管理系统.例如XXGX0A011TT，GX代表节点数据来自某个区域，0A代表停车场编号，01代表该停车场的01号车位，停车位状态1表示车位被占用(若停车位状态为0，则表示车位未被占用).

表1　数据帧格式

3GPRS模块与服务器通信的实现

GPRS网络是一种以分组交换技术为基础,传输数据及指令的高效数据传输网络．它的基本功能是在GPRS模块和Internet网络的路由器之间传递分组数据,具有数据传输速率高、永久在线和费用低等特点．GPRS模块的透传实现了一种对数据不进行压缩和格式转换,直接在TCP/UDP层传输的数据传输模式[7]．用户只需根据应用场合自定义透传配置参数,简化了数据发送过程中的操作步骤．MG323模块的透传对华为原有模块透传方案进行综合和改进,设计了两类AT 命令:一是用于配置透传参数，二是用于选择透传模式．在该系统中,中继网关控制器通过向GPRS模块串口发送AT指令,实现socket连接和数据传输．

4信息管理服务器的设计

该系统基于Java EE平台构建B/S架构的信息管理服务器，采用tomcat 6.0 作为Web应用服务器，MySQL数据库用来存储数据，使用MyEclipse 8.5集成开发工具开发服务器端的Web 应用程序[8].通过在前台JSP页面中嵌入百度地图，将停车位位置信息直接用标注显示在网页中.标注闪烁表示此车位已经被占用，否则表示该车位空闲.

该服务器作为系统数据搜集、发布和控制中心，实现停车场车位信息的及时发布和停车场的综合管理.信息管理服务器包括停车场信息管理模块、WEB信息发布模块、计费统计模块、数据传输模块、权限管理模块、用户管理模块[9]，如图4所示.

停车场信息管理模块负责设置行政区域，并对行政区域内的停车场信息进行有效管理，实现增删改查停车场和停车位信息.依据停车场和停车位的统一编码规则，服务器最多能够管理1 296个停车场[10].WEB信息发布模块将现有停车场和停车位信息以WEB页面的形式发布到互联网上，用户通过浏览器查看停车场的位置和使用状况，提供指定区域停车场搜索和路线规划服务.

数据传输模块是服务器的主要通信接口，一方面负责接收中继网关和停车场控制中心上传的停车场数据，并将数据帧解析之后存入数据库相应表中；另一方面负责与停车场管理员手持设备进行通信，发送停车位状态变化信息，提示管理员及时收费，同时接收管理员上传的停车车辆车牌号等信息[11].

计费统计模块通过对数据库的查询，统计现有停车场各车位的历史使用时间，再根据各停车场的收费标准计算出停车费用.管理员可以设定日期、停车场编号、车位编号等搜索条件查询收费记录，及时掌握停车场运营状况.

用户管理模块负责用户注册、登录校验、用户信息的管理及维护.用户包括系统的管理员和系统使用者，如网站后台编辑、负责系统维护的技术人员、使用客户端软件的手机用户等.权限管理模块对用户实施分级权限管理，不同用户对同一对象有不同的权限[12].

5测试结果

为了验证露天路边停车场信息感知发布和管理系统的可靠性和实时性，对某露天路边停车场部署了测试系统.该停车场位于道路侧边的停车带区域，共设置12个停车位，正常时段会有行人和非机动车占用车位的现象.地磁传感器灵敏度设置为14级，分别将ZigBee节点部署在停车位左前方、中间、右后方等多个位置，中继网关放置在停车场中间位置，开启中继网关后ZigBee节点自动加入网络.

后台信息管理服务器选定戴尔PowerEdge T110 II小型塔式服务器，操作系统为Windows XP，运行内存2 GB，硬盘存储500 GB.选取停车高峰期进行测试，当车辆停放在停车位上之后，ZigBee节点及时检测到该停车位状态信息并发送至中继网关.中继网关通过SIM卡连接移动网络，将数据发送至服务器并存储在数据库中，登录服务器查询该车位信息，标注信息已变为占用，结果如图5所示.

通过对系统进行多次测试并对数据进行统计分析，系统有效地避免了行人、非机动车等其他障碍物的干扰，感知准确率达到98%以上，数据传输可靠，网络稳定性好，完全满足实际露天路边停车场的信息感知发布和管理的需要.

6结束语

作者设计了一种露天路边停车场的信息感知发布和管理系统，该系统利用成熟的ZigBee 2.4G和GPRS无线通信技术，完成了对停车场车位信息的实时采集和远端管理，能够实现一个区域或城市范围内的露天停车场信息统一和实时的管理.该系统一方面可以优化单个停车场的收费管理，另一方面可以统一发布周边停车场的停车位信息，为智慧城市系统做好数据准备，具有较高的经济效益和社会效益.

参考文献：

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[2]苏磊,宋杨,胡昱希,等.停车场车位自动化管理系统的设计[J].国外电子元器件,2008,7: 52-53.

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[5]孙书鹰,陈志佳,寇超.新一代嵌入式微处理器ST32F103开发与应用[J].微计算机应用,2010,31(12):59-63.

[6]宋冬,廖杰,陈星,等.基于ZigBee和GPRS的智能家居系统设计[J].计算机工程,2012,38(23): 243-246.

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[8]陶冶,邓翔宇.基于ZIGBEE和GPRS的仓库安全移动预警系统设计[J].自动化与仪器仪表,2013(1): 79-83.

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[11]徐红燕.基于STM32F103实现Profibus-DP从站软核的研发[D].温州:温州大学物理与电子信息工程学院,2012.

[12]董加敏.停车场管理系统的设计与优化[J].河南师范大学学报:自然科学版,2007,35(1): 190-193.

(责任编辑郑小虎)

Outdoor parking information perception and release management system

HOU Wei-yan1, DANG Mang1, CUI Yuan2, ZHANG Li-wei1

(1.School of Information Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China;

2.Henan Vocational and Technical College of Communications, Automotive Department, Zhengzhou 450052,China)

Abstract:An intelligent outdoor parking information perception and release system based on ZigBee and GPRS wireless communication technology was designed in this paper. This system adopted CC2530 and geomagnetic sensors to construct a ZigBee system and collect parking information in parking lot real time. Through the GPRS system the parking information was sent to the remote server to implement multiple parking information releasing and management. The baidu-map was applied to get parking location information in the front page of the remote server, to be checked by remote or local user or administrator.Testing experiment showed that this system could release accurate outdoor parking information real time and could be applied in intelligent urban system.

Key words:outdoor parking; information perception and release system; geomagnetic sensors; wireless sensor network; intelligent urban system

作者简介：汤亮(1978-),男,湖北十堰人,湖北工业大学讲师,博士．

基金项目:湖北省自然科学基金重点资助项目(2012FFA059)

收稿日期：2014-06-03

doi:10.3969/j.issn.1000-2162.2015.02.011

中图分类号：TN912.11;TN919.72

文献标志码:A

文章编号:1000-2162(2015)02-0056-06