物联网RFID智能停车场解决方案

1概述1.1问题与现状随着城市化进程加快、科学技术的发展以及人民生活水平的不断提高，居民的消费热情日益高涨，城市机动车数量急剧上升，在泊位资源严重不足的同时，机动车仍以高出泊位供给增速数倍的比例发展，公共泊位缺口越来越大，车辆停泊越来越困难，道路拥堵越来越严重，在寸土寸金的城市环境下，城市交通管理的压力逐步从动态向静态转化，“停车难”正成为影响城市交通的重大问题。由于在传统城市道路交通管理中，人们往往只重视对城市动态交通的疏导与控制，忽视了对车辆停放等静态交通的规划、建设与管理，以及对车辆停放的诱导，使得违章停车和占用道路等现象时有发生。据国外研究部门测定，每辆汽车平均每年的动态行驶时间不到500小时，尚有8000多个小时均处于静态停放状态。也就是说，车辆“行”的时间不到“停”的时间的10%。具体到每一天，平均一辆车的开行不到3小时，其余21个小时就停在车位上。另据调查，城市路面车流中大约有12％～15％的车辆是在寻找停车位。这不仅增加了道路交通拥堵，而且加重了汽车尾气造成的环境污染，进而影响到城市的经济活力，制约城市的发展。“停车难”逐渐成为各大城市普遍面临的重要交通问题，一方面机动车保有量迅速增长，总量远远超出现有的停车泊位数；另一方面，经常出现市内部分停车场昼夜车满为患，处于相同区位的某些停车场却长期门前冷落的“奇怪”现象。究其原因，除停车设施类型、布局不足的客观条件和驾车者自身选择偏爱等主观因素外，不可否认这一“奇怪”现象在一定程度上是因为相当数量的停车设施没有可靠的信息渠道向驾驶员提供停车资源信息所造成的。各大城市为了缓解“停车难”的问题，在道路上能利用停车的地方几乎都已得到利用，道路停车位上升空间有限。而依靠兴建停车场扩大停车泊位数量，受到资金、时间、土地等各方面条件的制约，无法快速有效的解决“停车难”的问题。另一方面，公共停车场的设施也普遍落后，停车管理的信息化水平低、大多数停车场只是提供停车位，系统之间数据共享程度低，存在“信息孤岛”现象；管理方面缺乏专门的政府管理机构或协调机构，各相关部门之间缺乏充分交流和协调，在系统规划设计、信息资源整合、标准化及规范化等方面存在一定的不足，这些都造成了现有停车资源利用不足。1.2 解决方法解决“停车难”的问题，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法通过政策影响，限制车辆的增加；二是增加停车位，也就是新建停车场。但是这两个办法都有其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，限制车辆的增加不是解决问题的最好办法。而采取新建停车场增加停车位供给的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越多的机动车、有限的资源和财力以及环境的压力，也将受到制约，并不能彻底地解决“停车难”的问题。事实上，产生“停车难”的问题，除了泊位供需缺口不断增大之外，停车场出入口通行效率低、车位利用率不足也是非常重要的因素，该因素在市中心和商业区显得尤为明显。因此，充分提高停车场出入口通行效率、有效改善停车场的利用率是大多数市中心区和商业区解决“停车难”问题的主要出路。基于RFID技术的智能停车管理系统便是顺应这一时代需求的高技术产物，它不仅可以提高停车场出入口的通行效率，方便停车场为驾驶员提供更优质的服务；而且可以有效地解决乱停乱放造成的交通混乱，规范停车场的车辆管理，提高停车场的利用率，同时也可以尽可能地减少驾驶者车辆被盗的忧虑。在技术层面，RFID技术具有很好的开放性，可以实现与传统高频停车系统的无缝匹配，易于与其它智能化系统组合成更强大的综合系统（如视频车牌识别系统），以实现各种高级的综合管理方式。综合以上因素，基于RFID技术的智能停车管理系统不论从建造技术、市场需求还是投资主体等各方面都已具备成熟的条件，一方面整合现有停车场泊位资源，面向社会提供停车场泊位信息服务，提升城市形象；另一方面提高停车场管理的信息化水平，探索智能停车管理的崭新模式。同时，基于RFID技术的智能停车管理系统作为静态交通的智能化应用，是城市智能交通（ITS）的重要组成部分，将有利于推进和完善城市智能交通的全面建设，为“资源节约型”和“环境友好型”的城市建设发挥积极作用。1.3系统特点基于物联网技术的智能停车管理系统，充分汲取和借鉴国内外同行的先进技术经验，采用高度自动化的机电设备，将机械、电子计算机、传感器和自控设备以及RFID技术有机地结合起来，着重体现以下特点：采用非接触式RFID技术，支持近、远距离读卡，保密性高、不可伪造、识别速率高；方便、快捷、准确的收费和满位显示服务功能、车辆保管的安全性能、经济合理的运营成本；从系统使用、灵敏性、设备安全性来说，本系统致力于提供一个使用方便、系统灵敏可靠、设备安全耐用、能准确地区分年/月卡车辆、免费卡车辆和临时车辆的系统，在设备选择上选择适应停车场恶劣环境的耐用可靠的设备；提供完善的防盗功能，包括一车一卡技术、图像识别和图像比对技术以提高整体安全性能；从收费和系统通行速率角度考虑，本系统致力于防止拒缴停车费事件发生、防止收费人员徇私舞弊、乱收费，全自动设计，车辆出入快速，提供优质、高效和安全的停车服务；从降低系统成本的角度考虑，本系统自动化程度高，可实现全自动收费、车辆引导等功能，节约管理人员的费用支出，提高工作效率和经济效益。本系统适用于企业、智能小区、智能大厦以及社会停车场等多种环境，满足这些环境下对车辆出入控制、车辆管理、收费管理以及车辆引导等多种功能的需求，解决停车场安全、出入高峰快速通行以及自动收费等多方面的问题。2智能停车管理系统智能停车管理系统通过综合运用RFID、视频识别和无线传感等技术手段，可以轻松地实现车辆自动进出、停车入位引导和车位使用检测等功能。通过智能停车联网平台对接入的停车场进行联网管理，实现信息共享，相比传统管理模式的停车场，极大地提高了管理效率，有效地降低了运营成本，同时基于停车信息的发布和查询、车位检测统计、自动缴费等可以开发更多的商业模式，增加停车场的收益。2.1总体架构智能停车管理系统通过将多个停车场进行资源整合，以信息化的方式对公众及相关部门提供服务，在提高停车场利用率、降低管理成本、提高管理效率等方面有着极为重要的意义。其整体架构包括：智能停车场系统、智能停车联网平台、城市停车诱导系统等，外部系统作为互动系统存在。智能停车管理系统网络拓扑如下图所示：图2-1智能停车管理系统网络拓扑2.2 服务群体根据车辆是否已安装RFID电子标签，可以将智能停车管理系统的服务群体分为两类：已安装RFID电子标签的车辆（与银行签约电子支付服务），如小区、单位以及标准停车场的常用客户等；未安装RFID电子标签，需领取临时停车（高频）卡的本地和外地车辆。智能停车管理系统可以视服务群体的不同提供不同的服务：（1）所有已安装RFID电子车牌的车辆可不停车进入停车场，这类车辆若未与银行签约电子支付服务且不是所停车库的年/月卡，在停车场出口需停车缴纳现金；若是与银行签约电子支付服务或所停车库的年/月卡，在停车场出口可不停车驶出停车场，费用会自动记账并通过后台进行结算；（2）领取临时停车卡的本/外地车辆按现有高频卡的方式进行停车管理。2.3 智能停车联网平台智能停车联网平台是系统的核心部分，可以提供与停车场联网相关的所有业务功能，包括：联网停车场管理、车辆通行数据存储、数据挖掘、清分结算、诱导信息发布等。图2-2智能停车联网平台智能停车联网平台总体说明：停车场进口装有RFID电子车牌的车辆可以实现不停车快速进入，RFID读卡器获取车辆信息，将包括时间、车牌号、车道号、RSU编号、OBU编号等信息的交易记录数据发送到运营管理中心（智能停车联网平台）；未安装RFID电子车牌的车辆使用临时停车卡设备取卡进入停车场。停车场出口装有RFID电子车牌的车辆可以实现不停车快速通行（电子支付），RFID读卡器获取车辆信息，将包括时间、车牌号、车道号、RSU编号、OBU编号等信息的交易记录数据发送到运营管理中心（智能停车联网平台）；b)未安装RFID电子车牌的车辆采用传统方式进行人工收费。运营管理中心（智能停车联网平台）用于采集所有接入联网平台内的停车场的交易数据，负责停车费用的清分结算，并通过银行从客户绑定的停车专用账户中扣除相应的停车费用。并且，智能停车联网平台根据采集到的停车场实时数据，通过多级诱导屏发布相关停车信息，指引驾驶者快速停车。2.4 城市停车诱导系统城市停车诱导系统是城市智能交通系统（ITS）的重要组成部分，是解决静态交通的主要系统。通过使用城市停车诱导系统，可以缓解城市交通拥堵状况，减少道路占用，降低车辆尾气排放和噪声，显著提高原有停车设施的利用率，获得良好的社会效益和经济效益。城市停车诱导系统是以可变、多级信息发布屏为载体，向出行者提供停车场的停车场位置信息、当前车位实时数据等信息，指引驾驶员合理停车，同时提供数据进行分析、辅助管理部门决策的智能交通系统。系统由停车数据采集端（停车场）和停车信息发布端（诱导屏）组成，采用先进的有线或无线通讯方式，实现整个区域无缝隙覆盖，即区域内所有的停车场都可纳入该系统。图2-3城市停车诱导系统结构示意图2.5标准停车场系统2.5.1系统简介标准（封闭型）停车场是系统的重要组成单元，通过给停车场用户发放RFID电子车牌，用户将电子车牌粘贴在汽车前挡风玻璃上，每次当贴有电子标签的车辆通过停车场出入口的道闸时，停车场控制系统通过RFID阅读器设备读取车载电子车牌信息，判断车辆是否已授权自动通行或缴费通行，然后控制道闸自动开启，用户无需等待，可直接通行。RFID阅读器特点：识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强。电子车牌特点：安装方便、性能稳定、安全性高、防揭型设计、使用寿命长。采用RFID技术后，停车场可以真正实现不停车收费管理，相比传统管理模式的停车场，大大提高停车场用户的通行效率，同时可有效提升业主对停车场服务的满意度。2.5.2 系统组网智能停车场系统主要包含管理计算机、控制器、采集设备以及其他集成外设组成。本着易于扩展、接口通用的原则，在组网设计上，出入口子系统以控制器为核心，与工作站子系统之间采用以太网连接，可以方便的扩展出入口系统；图像识别子系统采用同轴电缆连接图像采集卡与摄像机，其连接距离可达185m左右；车位引导子系统作为一个独立的子系统，与工作站子系统采用以太网连接，与数据库服务器之间进行数据交互。典型一出一入停车场系统组网如下图所示。2.5.32.5.3各子系统详细说明2.5.3.1入口管理子系统图2-5入口管理子系统入口管理子系统主要由入口工作站电脑、控制器、自动识别装置以及集成外设组成，完成车辆自动识别、设备控制、信息提示、告警以及与工作站进行通讯的工作。入口管理子系统以控制器作为系统核心，实现对入口外设的控制以及数据采集设备的接入。地感线圈道闸声光指示装置入口PC阅读器……接入工作站子系统集成外设控制器2.5.3.4工作站子系统图2-8工作站子系统工作站子系统主要包括数据库、应用服务器以及监控计算机，主要完成系统的实时显示、人员管理、权限管理、数据库管理、卡管理、设备管理、日志管理以及查询统计等功能。2.5.3.5图像识别子系统图2-9图像识别子系统为了使智能停车场管理系统具有更高的防盗车功能，可选用视频捕获图像对比系统。该系统在停车场出入口各安装一台摄像机，车辆进场时，摄下进场车的图像，并将图像存入电脑或者进行车牌识别；车辆出场读卡时摄下出场车的图像，同时对应进场车的图像自动调出，进行进出车辆图像对比，或者直接由车牌识别软件进行车牌识别，判断是否是同一辆车；相同则按回车键，道闸升起，车辆可以出场。车辆出场后，进出车辆的图像全部存入电脑。该系统中，摄像机与数据采集卡之间采用BNC接头的同轴电缆连接，数据采集卡可安装于控制器或者出入口工作站的PCI插槽。数据库应用服务器监控计算机工作站电脑摄像机图2-11路边停车场系统手持机用于路边停车管理具有无可比拟的优势：功能强大：读写距离远，识别率高；输出功率可调，便于覆盖区域调整。功耗低：省电，不用时自动处于休眠模式。可维护性强：集成PDA，界面友好，同时提供二次开发功能；提供故障诊断与管理功能，方便用户、技术支持人员更好解决问题。实时数据保存：可保存在系统的存储卡中，支持外扩T-Flash卡；通过无线方式与后台进行实时通讯，支持GPRS、Wi-Fi及蓝牙功能。人性化设计：充分考虑用户使用便捷性、舒适性和实用性；体积小，重量轻，结构紧凑，便于携带；设备操作简单，提供手写、触摸、按键等多种方式。便携式蓝牙打印机的主要作用为：打印收费票据，供车主保留，用于对账等使用。2.6.2管理方式2.6.2.1停车流程车主停车路边停车场手持RFID读写器通信网/互联网/物联网便携式蓝牙打印机管理员用手持机获取车牌信息，自动记录停车开始时间（如果车辆无电子标签，则手动记录时间）2.6.2.2 收费流程收费员用手持机读取车牌信息，计算停车时间和费用车主确认停车时间和费用（注册用户需输入密码，防止误收费乱收费现象，如果车辆无电子标签，则可用银联卡或城市一卡通刷卡缴费）打印收费票据，提供客户，手持机自动将停车信息发送至联网管理平台车主驾车离开2.6.2.3 首次使用注册流程（可选）收费员用手持机获取车牌信息收费员在手持机上选择新用户注册车主设定停车收费密码注册完成（车主注册也可以通过WEB完成）2.6.3 路边停车收费的运营管理建议培育车主利用电子车牌的缴费习惯。对于采用电子车牌缴费的车主，可以在推广期采取一定的停车优惠措施，培养车主采用电子车牌缴费的习惯。“人机绑定”加强对收费人员管理。对收费员和手持机采用“人机绑定”的方式，一旦出现纠纷，可以方便的对收费记录进行追溯。通过密码确认减少错收费。倡议车主进行注册，采用输入密码确认缴纳停车费的方式，规避收费员误收费、乱收费的问题。3 停车场系统流程3.1 标准停车场系统流程标准停车场主要是针对有固定出入口的停车场。对于已安装电子标签的车辆，可以实现不停车快速出入停车场，不需要人工干预。RFID读卡器获取车辆信息，将包括时间、车牌号、车道号、读卡器编号、电子标签编号等信息的交易记录数据发送到运营管理中心（智能停车联网平台），由后台进行停车费用的清分结算。对于未安装电子标签或RFID读卡器读取电子车牌失败时，采用传统高频管理方式进出。3.1.1 入口流程图3-1标准停车场入口流程入口无车入口无车RFID设备读取电子车牌车牌摄像入场记录及图像上传入场道闸开启车辆入场手动取高频卡入场道闸关闭有车读取失败读取成功地感线圈（车辆检测）地感线圈循环检测入口车辆信息，当有车辆进入时，触发阅读器读取电子标签。如果车辆贴有电子标签，则阅读器识别区域内的车辆标签，车辆标签返回标签信息给阅读器，读取成功；如果车辆未贴电子标签或读取失败，则需手动取高频卡；摄像机对车辆车牌进行拍照。入场纪录上传至智能停车联网管理平台，图像等信息保存在本地工作站系统。道闸开启，车辆入场，防砸线圈判断车辆是否通行完毕，通行完毕则触发道闸关闭。3.1.2 出口流程图3-2标准停车场出口流程出口RFID出口RFID设备读取电子车牌人工结算车牌摄像出场道闸开启无车有车读取失败车辆离场出场道闸关闭读取成功出场纪录及图像上传地感线圈（车辆检测）地感线圈循环检测入口车辆信息，当有车辆进入时，触发阅读器读取电子标签。如果车辆贴有电子标签，则阅读器识别区域内的车辆标签，车辆标签返回标签信息给阅读器，读取成功；如果车辆未贴电子标签或读取失败，则进行人工结算。摄像机对车辆车牌进行拍照。出场纪录上传至智能停车联网管理平台，进行后台清分结算，图像等信息保存在本地工作站系统（可选车牌对比功能，进行出入口车辆车牌对比）。道闸开启，车辆入场，防砸线圈判断车辆是否通行完毕，通行完毕则触发道闸关闭。3.2 路边停车场系统流程图3-3路边停车场流程车辆准备驶离车辆停靠路边泊位车辆准备驶离车辆停靠路边泊位手持机记录停车开始时间手持机计算停车时间和费用车主确认便携式蓝牙打印机打印收费票据车辆驶离停车记录上传车主停靠路边泊位。管理员用手持机获取车牌信息，自动记录停车开始时间（如果车辆无电子标签，则手动记录时间）。车辆准备驶离，收费员用手持机读取车牌信息，计算停车时间和费用。车主确认停车时间和费用（注册用户需输入密码，防止误收费乱收费现象，如果车辆无电子标签，则可用银联卡或城市一卡通刷卡缴费）。打印收费票据，提供客户，手持机自动将停车信息发送至联网管理平台。车主驾车离开。4 关键技术4.1 射频识别技术RFID(RadioFrequencyIdentification)，即射频识别，俗称电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID按照应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW），相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860-960MHz、微波2.4GHz、5.8GHz；按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本更高一些，适用于远距离读写的应用场合。本系统可应用13.56MHz、433MHz、925MHz、5.8GHz等多种频段的RFID技术。4.2 智能无线传感技术智能无线传感技术综合了传感技术、嵌入式计算技术、现代网络技术、无线通信技术和分布式智能信息处理技术，将功能相同或不同的无线智能传感器构成网络化、智能化的传感器网络，大大提高了传感器的监测能力。本系统中的智能无线传感技术利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆占位的检测，与目前常用的地磁线圈（又称地感线圈）及超声波检测器相比，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。4.3视频识别技术视频识别技术以路网和停车场的上部署的高清摄像头获取视频信息，并基于视频流对各种车型进行智能识别和对象跟踪，可精准分析停车和车流信息，对完善停车场管理、防止乱停乱靠、分析动静态交通的相互影响等具有重要的应用价值。并且在封闭型停车场的出入口可配置具有车牌识别功能的视频摄像机，实时抓拍车辆图像并进行车牌识别，车辆进出图像比对，增加系统的安全性。5 系统优势及核心竞争力5.1 系统优势基于物联网的智能停车管理系统解决方案全方位为客户着想，为客户提供高品质的系统和服务。可靠的安全保障机制：专用信息加密机制保障电子标签难复制、防篡改，监察基站与电子标签之间信息可以准确读取；超强的环境适应能力：无论是严寒的北方还是酷热的南方，系统均能正常运转。室外设备防护等级高，无需任何防雨、防尘设施，即可在室外应用；信息整体性：各类停车管理都可通过识别车辆电子车牌进行信息采集，保证各个应用系统信息的共享、互通，建立一个整体统一的信息化智能停车管理系统；系统兼容性：硬件可兼容现有停车管理设备，共同应用于静态交通管理中，软件也可与现存的管理系统进行对接，构建灵活、兼容性强；超强的快速交易能力：系统采用设计独特的软件架构，独特的唤醒方式，极短的唤醒时间，有效缩短了交易时间，加快了交易速度；系统可靠性：军工级的产品设备，电信级的网管系统，全力打造高可靠性、高性能的智能停车管理系统，实现任何环境下24小时稳定可靠运行。5.2 核心竞争力5.2.1 整体解决方案能力有效整合公司各类资源，包括智能交通的传输、数字、监控以及网络等资源，为客户提供完善的端到端一站式服务的解决方案，关键产品自研，边缘设备选择国内最有竞争力厂家的卓越产品，保证系统的稳定性和可靠性。提供从信息采集设备、中间件以及远程操作维护的全套解决方案。一站式的解决方案提供、一揽子的工程实施为客户带来放心满意的服务质量。秉承执行严格的质量管理体系，始终坚持“质量第一”和“预防为主”的指导思想，严格依据ISO9001国际标准和TL9000电信业质量管理标准，在设计开发、生产、安装和服务等过程中实施标准化的管理和控制，已建立了一套较为完善的企业标准和企业制度，严格执行这些标准与制度，并一直致力于向客户提供“零缺陷”的产品与服务。客户支持中心为客户提供7x24小时的技术支持和快速响应的现场排障服务，同时拥有一支训练有素的技术支持工程师团队，并已建立了一套快速响应的售后服务机制，实现了全球范围内快速有效地调度和使用技术资源，从而有力的保障客户实时、方便、快捷地享受优质高效的技术支持服务，以及稳定可靠的售后保障。图5-1整体解决方案能力5.2.2 快速研发能力依托多年积累的技术知识和人才队伍，90%以上研发人员拥有硕士及以上学历，且具有多年大型通信领域产品开发经验，精通无线射频、天线、数字逻辑硬件、嵌入式软件、系统网络、后台管理、业务应用等核心技术。多年通讯设备的开发经验，使我们可以在提供具有国内最先进水平设备，同时提供智能交通系统端到端的解决方案。硬件设备和软件的统一提供避免了不同厂家之间的产品需要进行对接的繁琐问题，使得系统更加稳定。图5-2快速研发能力5.2.3 数据共享能力为了解决越来越严重的城市交通问题，国家在大力提倡交通管理信息服务系统网络化、信息化，但也同样面临一个问题：既有系统由于业务主管部门不同，必然导致其关注的侧重点不同，各个系统的数据库关心的用户对象的不同方面，对于不同的侧重点采用了不同的建模方法，相互之间很少能够自由地进行数据交换，而且采用的开发工具以及后台的数据库管理系统都有可能不一致，甚至很有可能不兼容，这就使得各个系统在信息上成为相对孤立的“信息孤岛”，未能及时将交通信息向公众发布或者共享。考虑到“信息孤岛”的问题，我们依托于云计算平台，分布式数据库系统以及完整的M2M中间件平台，整合既有的系统，将多个孤立的信息岛连接，使既有的系统互联互通，综合利用分布式数据库的强大存储能力，强大的云计算能力，整合各既有系统的信息进行信息共享.充分的提高交通信息的跨部门，跨区域的共享能力，来提高交通领域的信息化水平。为物联网感知层的设备管理专门推出了电信级的网管系统——RMT系统，为RFID网络提供多阅读器的集中监控、管理、配置和维护功能。网管系统提供的远程集中配置功能，可避免操作人员在阅读器配置发生更改时的现场操作，提高多阅读器配置修改效率；网管系统对RFID系统内的多阅读器进行集中监控，便于操作人员实时了解阅读器的运行状况及健康状况，并能够及时采取相应维护措施；网管系统对系统内的多阅读器进行集中管理，便于系统整体的部署、规划，对多阅读器数据的集中管理，可以提高系统的容错性和健壮性；网管系统为RFID系统内的多阅读器提供集中的维护功能，在全网升级、变更或功能验证时，减少维护成本，提高操作效率和正确性。图5-3数据共享能力6社会和经济效益基于物联网的智能停车管理系统的实施会带来显著的社会和经济效益。6.1 社会效益分析改善城市停车秩序，促进文明城市软环境建设停车秩序是一个城市软环境的重要组成部分，停车秩序的文明程度影响一个城市的文明形象。通过本系统的建立，能有效改善“停车难”和重点区域的交通拥堵问题，为改善城市的停车秩序，创建文明城市提供重要支撑。推进智能交通建设，增强市民停车方便指数智能交通包括动态交通的智能化和静态交通的智能化