路侧停车管理系统---通信系统设计.doc

_目录0引言. 21系统组成 .21.1信息采集. 21.2信息处理31.3信息传输 .32通信技术 .32.1停车位检测系统 32.2高清视频监控系统 .42.3电子化收费系统 .42.4管理和服务平台 .43系统设计 .53.1总体设计 .53.2模块设计 .83.2.1静态信息模块 .83.2.2数据分析模块 .113.2.3 GIS交互模块 .143.2.4PDA端设计 .154小结 17路侧停车管理系统-通信系统设计摘要：随着城市路侧停车管理的智能化发展，路侧停车管理系统的通信模块设计显得十分重要，本文主要介绍路侧停车管理系统通信模块的系统组成、通信技术以及系统设计。关键词：路侧管理系统；通信系统0引言随着我国经济的快速发展和城市化的加快，城市中的机动车社会保有量近年来持续高速增长，导致停车位与机动车数量增长的矛盾日益严重。路外停车场车位不足，路侧停车场已成为城市停车的有效补充。然而，由于路侧停车地点分散，管理比较混乱，路边随意停放现象比较严重，同时也造成道路交通严重拥堵。 目前的路侧停车场基木上采取刷卡式咪表对车位进行管理，每大结算一次，重在收费，不能为停车诱导系统提供实时的空车位信息。因此，应改进现有的路侧停车管理模式，使之符合城市交通要求，有效改善泊车管理秩序，提高道路泊位周转率，有效利用城市道路资源，保障城市的交通顺畅。路侧停车管理是城市停车诱导系统(CPGS, Parking Guidance System)中不可缺少的组成部分，而停车诱导系统又是城市智能交通系统的一个重要组成部分。所以，在设计路侧停车管理系统时，应从城市发展的总体出发，整体布局，合理规划。为此在设计路侧停车管理系统时，考虑到该系统仅仅是城市智能交通管理系统的一部分，无论是路外停车场，还是路侧停车场，它们的车位信息应当及时上报交通指挥中心，将路侧停车与路外停车看成并列的两个部分，结构上采用分布式区域管理方式，这样的结构既便于管理，同时假如一条支路信息产生故障，系统整体仍可依靠其他支路的信息正常工作，避免了系统整体瘫痪的可能性。1系统组成系统组成包括信息采集、信息处理、信息传输三部分组成。1.1信息采集 路侧停车场的信息采集主要是通过采集设备采集车位上是否有车辆存在的信息，车辆是一个含有大量铁构件、有质量、有几何形状的实体，并具有一定的光、热、电的物流特性，根据这些特点，结合目前成熟技术，可将采集方法分为以下几类:磁性检测、超声检测、电磁波检测、热检测、质量检测和视频检测。可以满足实时传递车位信息的常用设备有以下几种，分述如下。1.1.1咪表 在路侧停车管理中采用咪表作为技术设备，已是在世界范围获得的成功经验，其优点是与收费方式一体，计数准确;缺点是投资较大，影响城市景观，投币式咪表故障率和损坏率高，咪表占用道路成为新的路障。要适应实时传递车位的要求，一种方法是选咪表时选用能够实时传递车位类型的咪表，该方法造价较高;另一种方法是对现有的咪表进行改装，在芯片上另接五类线单独采集车位信息，该方法造价较低。1.1.2超声波检测器 超声波检测器就是通过放置在车位上方的检测器发射与接收脉冲超声波，并作时间对比，从而来感知车位上是否有车辆存在。优点是造价低、无埋设、无附加反射装置、免维护、抗静电干扰，缺点是容易受环境影响。超声波感应器是一种主动感应装置，与其它被动方式感应器如光电感应器相比，不但不会被车辆灯光干扰，从而提高准确率，而且价格相对较低。1.1.3地感线圈 电磁感应线圈检测器是基于电磁感应原理而设计的实时交通流检测器，是一种目前使用较为广泛的成熟产品。在每个车位下埋设一个驻留型电磁感应线圈，优点是线圈电子放大器已标准化、技术成熟、易于掌握、计数精确、抗干扰性强，可以全天候、全天时工作，设置简单、管理方便、成本低廉;缺点是安装时要破坏路面，安装质量对其可靠性和寿命影响很大，修理或安装时需中断工作，影响路面使用寿命。1.1.4视频检测器 交通视频技术是指使用计算机视频技术检测交通信息，通过视频摄像机和计算机模仿人眼的功能。它的原理是:在视频范围内划定虚拟线圈，车辆进入检测区域使背景灰度发生变化，从而感知车辆的存在。优点是施工安装简单、系统安装对市政设施无破坏，不干扰交通、维护费用低、可靠性高、系统兼容性能好，可预留通用通信接口，扩展、升级非常方便;缺点是成木较高，容易受环境干扰。 对比以上各种采集设备的优缺点，从短期利益来看，采用对目前咪表进行改装比较实际，然而从城市交通发展趋势及城市智能交通系统的发展状况来看，选用视频检测器比较有发展前途，因为随着ITS的发展停车场信息肯定会和ITS中的车牌识别以及各种黑名单模块相连接，而且采用视频检测的管理系统便于扩展与升级。因此，本系统选用了视频检测器作为车位检测设备，并建立配套的管理软件。1.2信息处理路侧管理系统中的数据包括静态数据和动态数据两部分，静态数据是停车场中一段时间内稳定不变的信息，包括路侧停车位的位置、类型、费率等;动态数据是空车位状况、停车场开闭等在时间上相对变化的信息。采集设备主要采集设备状态信息、车位和收费等动态数据。数据处理主要是将数据分类，然后将处理后的收费信息传到结算中心;将车位信息通过有线或无线通讯网络传输到交通指挥中心，指挥中心再通过LED显示屏、客户服务中心或者网站向社会发布。在停车泊位较为紧张时，车主可以通过电话、短信、手机上网等多种方式查询各个不同停车点的泊位信息，或进行车位的预定。1.3信息传输按数据发送和接收者的管理层次，可将系统传输的数据分为以下几类，一是路边停车场到区域管理中心;一是区域管理中心到LED发布屏;二是区域管理中心与上一级中心的连接。各种信息的传输是系统的运行基础。根据不同的传输任务，管理系统中的通信可以采用不同的方式，目前比较常见的有线缆、光纤和无线方式，线缆包括双绞线、UTP网线等，无线包括GSM,GPRS, CDMA等。从该系统信息采集的特点来看，它和交通信息检测系统的应用十分相似，其检测点较多、范围大、分布多样化，检测设备大都以固定周期方式输出数据，数据报文不长(一般在几个至几十个字节)。如果采用有线或光纤等方式连接检测设备，系统的建设费用和运行费用都会很大。无线通信恰恰适应点多、范围大等特点，使用费也比较低，所以该系统采用无线通信网络进行信息传输。2通信技术2.1 停车位检测系统本系统可分为车位检测、传输线路和数据中心三部分。通过读取安装在路侧的车位探测器所采集的信号来判断停车位状态，并将各停车位的实时状态信息通过网络上传到数据中心，从而实现车位状态信息的采集与传输功能，远程监控车位状态。目前的车位检测技术具有多种方式，包括光视频检测技术、微波传感器技术、声波检测技术、感应线圈检测及磁敏传感器检测等。传输线路可分为有线传输和无线传输两种方式。停车位检测系统的总体框架可分为访问层、业务应用层、支撑层、数据层、基础层和感知层，同时需要综合考虑信息安全保障和相关的标准制度。(1)访问层：访问层带有为系统服务对象提供的访问接口，主要为决策用户、监管用户、专业管理人员和系统管理人员等四类人员提供访问服务。其中市、区两级交通委相关办事人员和领导可通过路侧停车场物联网政务门户对系统进行访问，停车管理公司等公众企业用户则可通过路侧停车场物联网公共服务门户对系统进行访问。(2)业务应用层：业务应用层体现了路侧停车场管理所需要的业务功能，主要由编码赋码管理系统、基础信息管理系统、车位状态实时检测系统、物联信息目录系统以及管理系统组成。(3)支撑层：支撑层主要由应用支撑平台组成，体现了路侧停车场管理系统建设的技术支撑平台功能。(4)数据层：数据层是实现管理的基础，主要包括空间数据库和综合业务数据库。(5)基础层：基础层是本系统部署的网络环境和物理环境，主要包括电子政务专网和物联数据专网。(6)感知层：平台部署的感知设备环境，用于检测车位状态信息，主要包括车位检测节点及感知信息传输网络。(7)信息安全体系：信息安全体系是平台得以可靠、持续运转的重要保障。可根据信息的密级需求，采用信息加密、设置访问权限、专网传输等方式来保证系统的安全。(8)标准规范体系：在系统建设过程中，应充分参考各种国内外类似项目及信息化建设相关的技术规范和行业标准，在技术上和管理上提供标准化依据，形成路侧停车场管理物联网平台的信息化标准和制度。2.2高清视频监控系统基于路边停车场监控的实际需求，采用高清视频监控技术，每隔一定数目的停车位设置高清视频监控点，从而构建路侧停车场数字监控系统，以实现无线、高清的视频监控。由于路侧停车场较为分散，视频图像可采用WiMAX无线传输技术。该技术的理论带宽为134 Mb/s，可实现实时回传。另外，为确保有效取证，每个视频监控点前端应同时提供图像本地存储功能，本地存储时间可定为7天，存储量约400 GB。每个监控点可借用路灯灯杆建设摄像机、本地存储设备、WiMAX无线终端和供电设备。2.3电子化收费系统就路侧停车收费而言，人工收费使用面广，尤其是在路侧停车场，目前人工计时收费存在计时不准确、人工成本高、监管不力、影响城市形象等主要问题。电子化收费管理是路侧停车管理的一个重要发展趋势。随着技术的发展，票据的电子化将有助于收费标准化和透明化，杜绝路侧停车收费过程中的违规现象，避免财政收入的流失。电子化收费系统主要由用于收费的基于3G通信网络的手持POS机、无线通信网络、停车场PC终端、停车收费结算平台及银行支付系统构成。2.4管理和服务平台路侧停车场物联网管理与服务平台是一个具有对停车场各个停车位的停车状况进行实时监管、计算收费、信息统计查询等多功能业务的综合管理平台。它具有精确掌控、科学管理、视频监控等特点，可对停车场车位占用信息进行准确采集、统计，对停车场收费环节及逃费现象进行有效监管，同时对逃逸交费、停车纠纷等行为进行录像取证。该平台主要包括基础平台系统、无线传感器网络管理系统、基础数据系统、实时监控系统、系统接口、公共服务及数据统计等几个部分。其中：(1)基础平台系统是整个管理平台运行的基础，主要实现系统数据结构的设计和用户管理、组织管理、功能管理、角色管理、岗位管理、系统管理、用户功能权限管理及用户数据权限管理等。(2)无线传感器网络是车位状态感应的终端传感网络，是系统运行的核心数据来源，主要实现包括车位感知节点管理、节点参数配置、中继管理、网关管理、系统性能日志、网络状态日志、网络拓扑管理等管理功能。(3)基础数据是系统核心管理对象的信息。基本数据包括停车场信息、停车位信息、停车场管理公司信息、收费规则等。(4)实时监控系统可实现对实时数据的即时查询与统计，所有数据可实现预计算，故可提高系统的实时监控效率，主要实现停车场经营公司信用记录管理、GIS监控系统、车位状态数据监控、停车记录实时监控、停车场车位实时统计、领导决策监控等。(5) 系统接口的主要任务是与其它子系统进行接口。本系统的主要内部接口有视频系统接口、GIS平台接口、实时收费结算记录接口、实时车位状态数据接口、市政管委停车场备案接口等。(6)公共服务主要是实现对外信息的公示，方便用户实时查询停车场、停车位状态信息，其主要功能包括互联网用户停车服务、移动互联网用户停车服务、停车管理公司查询、停车场查询等。(7)数据统计功能可为管理决策提供基础的数据支持，可实现停车收费统计、电子收费/监测收费对比、收费排名统计、车位流动率分析、停车时长分析、各区收费统计等。3系统设计3.1总体设计路侧停车管理系统重点在于解决路侧停车的车位管理、收费、收费监管和不端停车监管，共享实时车位信息，并且依靠系统中心的统计分析功能，提供必要的查询及规划决策服务。现采用三级管理系统，即系统中心管理级、停车公司管理级和现场停车管理级系统。系统中心管理级面向一个区域或者整个城市，主要负责信息的共享与统计分析，以便供停车信息的发布、停车收费信息的监管、停车规划和政策等方面的数据支持；停车公司级主要负责本公司内部停车管理、收费、监管等任务，并将必要的公用信息上传至系统中心；现场停车级主要分为路内停车和路外停车两种，路内停车主要依靠管理员PDA信息，对车位信息进行监测、收费、违法监管等工作，负责将时间信息、收费信息、图片信息、地点信息等上传公司管理系统。据此得出系统的整体架构如下：图 1系统整体架构根据以上的功能描述，画出系统的模块划分如下：主要包含有支持PDA支付的智能停车管理子模块、基于web的信息发布和停车管理子模块、停车公司管理子模块。图 2系统中心平台模块划分3.1.1硬件结构系统的硬件结构设计如下：在网络拓扑上将系统分成3个子网：银行内网、停车系统管理中心内部网络和互联网，市级管理部门和停车公司通过互联网连入中心平台，PDA通过VPN连入管理中心内部网络，考虑到银行系统的安全性，停车系统和银行通过专线进行联接。从性能上将停车系统分为前置服务器、数据/网络服务器和地图服务器，由前置服务器负责转发银行以及PDA的扣费请求，由数据/网络服务器负责系统的Web访问以及数据存储、由地图服务器负责GIS信息的发布与展示。图 3 中心系统物理架构3.1.2逻辑结构系统的逻辑结构设计如下：系统从逻辑上分为3个模块，支持PDA支付的停车收费管理模块，实时信息发布与停车诱导模块以及停车需求数据分析模块。各个模块的数据交换主要通过数据库来完成。图 4 中心系统逻辑架构3.2模块设计3.2.1静态信息模块 用户管理用户管理需要满足以下功能。新增：系统高级管理员登陆到系统后，可以增加不同类型的用户。需要填写“管理员ID”、“姓名”、“性别”、“所属公司”、“出生年月”、“身份证号”、“电话号码”、“地址”、“密码”、“权限”等信息，并上传用户图片。编辑：系统高级管理员登陆到系统后，可以编辑任一用户的基本信息。删除：系统高级管理员登陆到系统后，可以删除任一用户。 导出：系统高级管理员可以将所有的员工信息以EXCEL表格形式导出并保存在电脑中。图 5用户管理数据流程图 公司管理系统高级管理员以及本公司用户可以登录到系统查看操作以下公司信息。公司列表：登陆系统后可以查看所有公司的信息，并可增加、编辑、删除公司信息，以EXCEL形式导出所有公司信息。停车收费PDA列表：登陆系统后可以查看所有停车收费PDA的信息，并可增加、编辑、删除停车收费PDA信息，以EXCEL形式导出所有信息。收费监管PDA列表：登陆系统后可以查看所有收费监管PDA的信息，并可增加、编辑、删除收费监管PDA信息，以EXCEL形式导出所有信息。排班计划：可查看公司的排班计划，并可增加、编辑、删除、导出相关排班计划信息。图 6公司管理数据流程图 停车场管理 系统高级管理员以及本停车场用户可以登录到系统对停车场信息进行相应操作。新增：登陆到系统后，可以增加停车场。需要填写“停车场编号”、“停车场名字”、“停车场所属公司”、“开放时间”、“结束时间”、“车位数量”、“停车场类型”、“所属区域”、“面积”等信息。编辑：登陆到系统后，可以编辑任一停车场的基本信息。删除：登陆到系统后，可以删除任一停车场信息。导出：可以将所有的停车场信息以EXCEL表格形式导出并保存在电脑中。图 7停车管理数据流程图 监管管理 系统高级管理员以及违法执法员可以登录到系统对监管信息作相应操作。新增：登陆到系统后，可以增加不法停车信息。需要填写“id号”、“员工号”、“车牌号”、“记录时间”、“违法代码”、“区域”、“违法地点”、“罚款”、以及违法图片等信息。其中除违法图片信息外，其他信息可以通过XML文档导入，或者手工填写。编辑：登陆到系统后，可以编辑任一不法停车记录的基本信息。删除：登陆到系统后，可以删除任一不法停车记录信息。导出：可以将所有的不法停车记录信息以EXCEL表格形式导出并保存在电脑中。图 8监管管理数据流程图3.2.2数据分析模块实时管理实时管理是服务器实时接收数据，并通过图表的方式展现出来。实时的数据展现的指标有：停车管理方面的全市，区域，公司，停车场下的占有率，周转率，平均停车时间，累计停车量和总停车量；收费管理下的全市，区域，公司，停车场下的实时收费信息；收费监管下的全市，区域下的异常率信息和不端停车管理下的全市，区域不法停车信息。下面叙述各指标的生成过程：1）实时停车信息实时停车信息的数据流程主要包含在两个维度上的选择，地区维度包含：全市、区域、公司、停车场；还有一个是指标维度上的选择，包含：平均停车时间、占有率、周转率、总停车量、实时停车量。这些信息是实时的，只包含当天的营业时间开始到营业时间结束的数据统计。图9实时停车信息数据流程图2）实时收费信息实时收费信息的数据流程主要包含各个地区纬度下的收费统计，这些信息是实时的，只包含当天和昨天的营业时间开始到营业时间结束的数据统计对比。3）收费监管信息实时收费监管信息主要包含当天各个地区纬度的异常状况指标。这些信息是实时的，只包含当天的营业时间开始到营业时间结束的数据统计。4）不法信息实时不法信息主要包含当天各个地区纬度的不端停车指标。这些信息是实时的，只包含当天的营业时间开始到营业时间结束的数据统计。历史数据分析历史数据查询只要是对非当天的历史停车数据进行查询，跟实时信息查询的侧重点不一样，主要提供跟车位相关，收费相关，监管相关，不法相关的指标查询。1） 车位信息历史车位信息的数据流程主要包含在三个维度上的选择，地区维度包含：全市、区域、公司、停车场；还有一个是时间纬度上的选择，包括具体的天、小时和分钟。在指标维度上的选择，包含：车辆停放特性和停车设施使用效率两个方面。这些信息是历史的，不包含当天的营业时间开始到营业时间结束的数据统计。图 10历史数据停车信息数据流程图2） 收费信息历史收费信息的数据流程主要包含在三个维度上的选择，地区维度包含：全市、区域、公司、停车场；时间纬度上的选择：天、小时和分钟；在指标维度上的选择：大于50元、50元-40元、40元-30元、30元-20元、20元-10元、小于10元。这些信息是历史的，不包含当天的营业时间开始到营业时间结束的数据统计。3）收费监管查询历史收费监管信息的数据流程主要包含在三个维度上的选择，地区维度包含：全市、区域、公司、停车场；时间纬度上的选择：天、小时和分钟；在指标维度上的选择：异常类型1、异常类型2、异常类型3和正常。这些信息是历史的，不包含当天的营业时间开始到营业时间结束的数据统计。 4）历史不法查询历史不法信息的数据流程主要包含在二个维度上的选择，地区维度包含：全市、区域、公司、停车场；时间纬度上的选择：天、小时和分钟。这些信息是历史的，不包含当天的营业时间开始到营业时间结束的数据统计。3.2.3 GIS交互模块WebGIS结构设计随着互联网产业的兴起和云计算环境的大量运用，WebGIS受到越来越广泛的欢迎和支持，本系统的GIS部分也采用WebGIS的方式，其中页面展示层更是用到了最新的RIA技术，使得用户体验更为完整，良好。图 11 GIS结构设计 原理分析图RIA+WebGIS是本系统的GIS架构，其原理如下图所示：服务端提供REST服务接口，客户端对地图元素进行解析后传给服务端进行远程调用，服务端再将解析完的地图信息反馈回来。3.2. 3.3数据流程GIS的数据流程主要包含渲染方式和要渲染的信息，这些信息通过REST服务都可以相互解析和转换，使得服务器和客户端的能够进行交互。图 12 GIS数据流程图3.2.4PDA端设计3.2.4PDA与Server交互设计交互方式说明Hessian是一个轻量级的remoting onhttp工具，使用简单的方法提供了RMI的功能. 相比WebService，Hessian更简单、快捷。采用的是二进制RPC协议，因为采用的是二进制协议，所以它很适合于发送二进制数据。下图是其主要架构：图 13 PDA与Server交互方式说明 交互接口说明.1登陆登出以及PDA初始化登陆登出：PDA端提供接口给用户输入账号和密码，连同自身PDA号作为参数一起调用该函数。中心系统首先验证PDA号的有效性，以防止非法PDA的使用。如果验证通过，中心系统将继续验证账号和密码，如果账号和密码都验证通过，中心系统比对当周的排班计划表确定该员工今日是否需要上班。如果上诉条件都通过，则向PDA返回登陆成功的代码，并且将该员工的身份，姓名，所属公司，公司ID信息返回给PDA端。PDA收到这些消息后，根据员工的身份分配特定的功能权限，提示用户登陆成功。此时PDA进入初始化环节，初始化停车场的今日相关信息。登出时PDA中心系统首先验证账号和密码的正确性。然后验证用户是否已经登出或者从来就没登陆过，因为可能这个账号密码泄露，被其他管理员用其他PDA登出。若经过以上条件均验证完毕，则取此时间为登出时间，写入数据库。中心系统向PDA发出登出成功的代码，PDA端完成登出。PDA初始化需要更新2个部分的信息，一个是静态信息，一个是动态信息。静态信息主要是停车场id、停车场名称、所属公司Id、开始营业时间、结束营业时间、所属公司名称、总车位数、每小时资费、折扣，小型，中型，大型车的系数、车位编号等PDA将此类信息保存在本地。有了这些信息才能构建本地的收费算法，映射本地的车位号和逻辑车位号的关系，向管理员显示停车场的基本状况。然后更新PDA所对应停车场的动态信息(一天之内会动态变化的信息)，这里只是指车位的初始化“空满”状况。PDA有了这个信息，才能初始化车位。管理员才能使用停车功能。完成以上2个更新操作后，用户可以自行进行操作。如果用户想登出，需再输入一次用户名和密码，然后PDA将其作为参数发给中心系统进行验证。.2停车取车停车时，车辆进来后，管理员手持PDA选择车辆所在停车位进行停车处理，管理员手动输入车牌，颜色等信息，下拉框选择付费方式，车型（大中小）。将以上信息连同PDA号，管理员号，牡丹卡号，停车场号一起作为参数调用系统中心的停车函数。中心系统检查车位号是否与停车场号匹配，检查该车位所否为空，避免发生中心系统和数据库端数据不一致的状况。如果有异常，则停车失败，将结果返回给PDA。PDA可以更新车位信息，使两端数据一致。最后，中心系统取当前时间为开始停车时间，将车型等信息写入数据库。若数据库写入成功，则向PDA端返回停车成功的代码。 取车时，PDA将车牌号和车位号发给中心系统，中心系统首先比对两个参数是否匹配，若验证通过，中心系统取现在系统时间为取车时间，结合数据库中存放的费用计算算法和开始停车时间，计算出应该缴纳的停车费用。将此费用返回给PDA端。此过程只进行计算工作，并不涉及任何数据库写入操作。此时PDA端应该将费用呈现给用户，收取相应费用成功后，管理员通过PDA端向中心系统发送确认信息，后台再调用收费确认函数。最后中心系统根据PDA传来的停车位号来验证此