智能泊車(chē)引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

智能泊車(chē)引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 張璇王哲張思生潘李凡周強(qiáng)曾虹 杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院浙江杭州310018 摘要:隨著居民生活水平的提高，私家車(chē)的數(shù)量劇增，停車(chē)難的問(wèn)題日益突出。針對(duì)當(dāng)前停車(chē)難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能泊車(chē)引導(dǎo)系統(tǒng)。本項(xiàng)目采用無(wú)線射頻信號(hào)，實(shí)時(shí)檢測(cè)各停車(chē)場(chǎng)車(chē)位的使用情況，基于競(jìng)爭(zhēng)調(diào)度的方式實(shí)現(xiàn)車(chē)輛有序泊車(chē)。基于多傳感器協(xié)同作用的數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)Zigbee傳輸協(xié)議傳送到服務(wù)器端，服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳送到客戶端。競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制采用預(yù)約、沖突檢測(cè)的方式；系統(tǒng)由傳感器檢測(cè)模塊、協(xié)調(diào)器、中央服務(wù)器以及智能設(shè)備終端構(gòu)成。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，智能調(diào)度的泊車(chē)引導(dǎo)。該文著重討論該方案的實(shí)現(xiàn)原理、關(guān)鍵技術(shù)等問(wèn)題。 關(guān)鍵詞:多傳感器協(xié)同；zigbee傳輸協(xié)議；智能調(diào)度；實(shí)時(shí)監(jiān)控 0引言 隨著居民生活水平的提高，小轎車(chē)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。私家車(chē)數(shù)量的劇增帶來(lái)了巨大的交通壓力，尤其是在大城市，停車(chē)問(wèn)題更為突出。城市停車(chē)問(wèn)題關(guān)乎居民的切身利益，經(jīng)常無(wú)目的地到處亂轉(zhuǎn)尋找停車(chē)位無(wú)疑會(huì)增加交通壓力、降低人們的生活品質(zhì)。智能泊車(chē)引導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于高精度、高穩(wěn)定度、低復(fù)雜性的車(chē)位信息檢測(cè)。很多學(xué)者對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究，并提出了一些解決的方案。其中，基于視頻技術(shù)的車(chē)位信息檢測(cè)裝置1-2能提供十分全面的信息，所以其應(yīng)用范圍比較廣泛，但在物體遮擋的情況下會(huì)失效；基于GPRS的車(chē)位信息檢測(cè)3-4適用于無(wú)線控制，但其成本較高，不適宜大范圍使用；而由李毅5提出的基于紅外傳感模塊的車(chē)位信息檢測(cè)，具備較好的檢測(cè)效果，但紅外模塊卻易受環(huán)境的影響。 對(duì)此，本系統(tǒng)的智能泊車(chē)系統(tǒng)，采用多傳感器協(xié)同工作，其中包括紅外傳感器、超聲波傳感器。多傳感器的協(xié)同，既提高了檢測(cè)的精度，又減輕了其受環(huán)境影響的程度。在數(shù)據(jù)傳輸方面采用無(wú)線Zigbee傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)低功耗、短距離無(wú)線傳輸。通過(guò)基于預(yù)約、搶占、沖突檢測(cè)、輪詢的競(jìng)爭(zhēng)調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)快速、高效、有序泊車(chē)，智能調(diào)度。 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)分為三部分，分別為停車(chē)位數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸與控制以及數(shù)據(jù)可視化。停車(chē)場(chǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)采集到的車(chē)位信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)一跳或多跳傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器，通過(guò)GSM/GPRS接口以無(wú)線的方式接入Inter網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)服務(wù)器端進(jìn)行分析，最終將停車(chē)場(chǎng)車(chē)位的使用情況以人性化的形式展現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。 其中，在數(shù)據(jù)采集方面，主要包括停車(chē)位監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及停車(chē)位數(shù)據(jù)校正。在停車(chē)位節(jié)點(diǎn)上，采用紅外線測(cè)距傳感器模塊與超聲波傳感器測(cè)距模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的采集，MSP430微控制器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在多傳感器協(xié)調(diào)作用下，得到一個(gè)較為精確的數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器。 在數(shù)據(jù)傳輸上，采用Zigbee協(xié)議實(shí)現(xiàn)停車(chē)場(chǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸后，協(xié)調(diào)器通過(guò)GSN/GPRS將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的管理以及數(shù)據(jù)的訪問(wèn)等功能。數(shù)據(jù)可視化為提供良好的用戶體驗(yàn)，為其提供最近停車(chē)場(chǎng)空閑泊位信息，幫助用戶更快、更方便找到停車(chē)泊位。 2系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)上主要包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分主要指停車(chē)位監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，軟件上主要實(shí)現(xiàn)最短路徑查找空閑停車(chē)泊位算法。2.1節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì) 其中，在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面，主要包括Zigbee無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊、紅外傳感器模塊、串口通信電路模塊組成。節(jié)點(diǎn)采用測(cè)量精度高，抗干擾性強(qiáng)，低功耗的紅外線傳感器。 在外形設(shè)計(jì)上，考慮到路邊停車(chē)位邊上均有略高于停車(chē)位的人行通道，此外再借鑒咪表的外形設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)采用柱形防水材料，易布置，易維護(hù)。針對(duì)節(jié)點(diǎn)的能量消耗問(wèn)題，模塊加入了低功耗監(jiān)聽(tīng)管理，讓節(jié)點(diǎn)定時(shí)處于休眠狀態(tài)，降低了停車(chē)位監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的功耗，延長(zhǎng)工作周期。 除了設(shè)立終端節(jié)點(diǎn)外，還需設(shè)有網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，即協(xié)調(diào)器，該協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)收取一個(gè)大范圍區(qū)域內(nèi)的所有停車(chē)位節(jié)點(diǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器主要完成數(shù)據(jù)匯聚轉(zhuǎn)發(fā)?？紤]到GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、快速連接、永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)（在不發(fā)送字節(jié)時(shí)不收費(fèi)）等特點(diǎn)，本系統(tǒng)選擇GPRS作為協(xié)調(diào)器和服務(wù)器的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。 匯聚網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是處理速度，嵌入式處理器采用了高性能的S3C6410芯片，主頻800MHz，內(nèi)存達(dá)到256MB，采用容量大小為256MB的FLASH，提高系統(tǒng)的處理速度和增大存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的信息量。嵌入式外圍設(shè)備主要采用了以太網(wǎng)卡，WIFI模塊等，提供有線和無(wú)線的通信方式。外接Zigbee無(wú)線節(jié)點(diǎn)連接在網(wǎng)關(guān)I/O系統(tǒng)的USB接口上，其功能是作為所管轄區(qū)域內(nèi)所有無(wú)線停車(chē)位監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的根節(jié)點(diǎn)，接收感知層發(fā)送的數(shù)據(jù)。 2.2空閑泊位最短路徑查找算法 系統(tǒng)根據(jù)用戶當(dāng)前位置，為其推薦最近最短空閑停車(chē)泊位，借助Dijkstra最短路徑算法為其進(jìn)行路徑規(guī)劃，把公路地圖模型化為一個(gè)圖：結(jié)點(diǎn)表示路口，邊表示連接兩個(gè)路口的公路，邊的權(quán)值表示公路的長(zhǎng)度。系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)的目標(biāo)是從起點(diǎn)出發(fā)找一條到達(dá)目標(biāo)停車(chē)場(chǎng)的最短路徑。所以，需要先對(duì)地圖上的用戶當(dāng)前的位置、目標(biāo)停車(chē)場(chǎng)和路徑進(jìn)行處理，抽離出其所對(duì)應(yīng)的有向加權(quán)圖G=(V,E)。在其上定義的加權(quán)函數(shù)w=ER為從邊到實(shí)型權(quán)值的映射。路徑p=(v0,v1,vk)的權(quán)是指其組成邊的所有權(quán)值之和： 3實(shí)驗(yàn)結(jié)果 本系統(tǒng)采用多傳感器協(xié)同工作，其中包括紅外傳感器、超聲波傳感器。多傳感器的協(xié)同，既提高了檢測(cè)的精度，又減輕了其受環(huán)境影響的程度。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中：包含相對(duì)排布的紅外傳感器和超聲波傳感器。還有負(fù)責(zé)控制桿升降所使用的舵機(jī)。圖3展示了最短路徑查找空閑停車(chē)泊位的路徑推薦結(jié)果。 4總結(jié) 現(xiàn)在的停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)主要應(yīng)用在室內(nèi)的環(huán)境，用于統(tǒng)計(jì)停車(chē)場(chǎng)的空余車(chē)位數(shù)。但現(xiàn)有系統(tǒng)只能針對(duì)單個(gè)停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行車(chē)位管理，大多采用較高成本的有線傳輸方式，同時(shí)無(wú)法為車(chē)主提供停車(chē)泊位最佳路徑推薦服務(wù)。針對(duì)這種情況，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多個(gè)停車(chē)場(chǎng)協(xié)同管理，并為用戶提供良好的空閑車(chē)位推薦，用戶只需使用手機(jī)就能查看周邊車(chē)位情況，獲得最近空閑停車(chē)泊位信息，簡(jiǎn)化了尋找車(chē)位的過(guò)程，提高了車(chē)位的管理效率，有效的降低了交通阻塞或交通事故的可能性，同時(shí)具有一定的推廣價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 1張文溥.視頻車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)J.中國(guó)人民公安大學(xué)學(xué)報(bào),xx(1):91-94. 2陳琳.智能交通中視頻車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)研究D.武漢:華中科技大學(xué),xx:47-57. 3楊文繼,陳恒,金偉.一種基于GPRS通信的車(chē)輛檢測(cè)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.現(xiàn)代電子技術(shù),xx，34(15):164-166. 4易飛,余剛,何凌,等.GPRS網(wǎng)絡(luò)信令實(shí)例詳解M.北京:人民郵電出版社,xx. 5李毅.遠(yuǎn)紅外車(chē)輛檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)D.北京:北方工業(yè)大學(xué),xx:12-34. 基金項(xiàng)目 全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào)：GJxx10336005;浙江省大學(xué)生新苗