智能停車場管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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引言
物聯(lián)網(wǎng)是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，是信息化和工業(yè)化融合的重要途徑和載體，也是占領(lǐng)國際國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展高端的歷史機(jī)遇。很顯然，智能交通行業(yè)中無處不在利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)闹悄芑?，它們之間早已實(shí)現(xiàn)相互融合滲透。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將大力促進(jìn)中國ITS的大發(fā)展。智能停車場作為智能交通的一個(gè)分支，將作為物聯(lián)網(wǎng)中的?個(gè)分支岀現(xiàn)在這張“網(wǎng)''中。本文以單個(gè)停車場系統(tǒng)的管理為例，介紹其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，汽車正逐漸走進(jìn)尋常百姓的家中。交通工具方便了人們的生活，但同時(shí)也帶來了一些問題，如停車慢、停車難等。目前大多數(shù)停車場還是依靠人工管理的辦法，不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要：一方面勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低；另…方面可能會(huì)造成財(cái)務(wù)上的現(xiàn)金流失。即使是某些智能停車場，也存在判斷條件單一等缺點(diǎn)。為了解決諸如此類問題，建立一種咼性能的智能化停車場管理系統(tǒng)成為一種必然趨勢(shì)。它通過使用一些新技術(shù)，使人、車、道路之間的相互作用關(guān)系以新的方式呈現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)停車場系統(tǒng)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、安全的管理。
1系統(tǒng)組成及功能
1.1硬件組成和功能
隨著以ARM為代表的嵌入式微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，無論在功耗、便攜性還是硬件成本上，都有顯著優(yōu)勢(shì)。為了提高系統(tǒng)的可靠性和安全性,在硬件上采用多CPU體系結(jié)構(gòu)。各CPU之間通過以太網(wǎng)口進(jìn)行通信,編寫內(nèi)部協(xié)議，完成多個(gè)CPU之間管理信息的傳遞。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
1.1.1管理工作站
又稱為信息綜合管理系統(tǒng),是整個(gè)智能停車場管理系統(tǒng)的核心。對(duì)其硬件設(shè)備的選擇可以根據(jù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量的動(dòng)態(tài)變化而定。對(duì)于中小型停車場而言，進(jìn)出系統(tǒng)的車流量比較小，需要記錄的數(shù)據(jù)也相對(duì)較少，可以采用ARM微處理器充當(dāng)服務(wù)器。與此相對(duì)，大型停車場，可以采用一臺(tái)PC機(jī)來充當(dāng)服務(wù)器。
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1.1,2入口檢測(cè)與管理 |
釆用ARM微處理器芯片控制入口設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。該模塊主要用于處理入口車輛的相關(guān)信息，直接影響停車效率，故對(duì)其實(shí)時(shí)性要求較高，在此釆用fiC/OSn嵌人式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖2入口檢測(cè)與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在該系統(tǒng)中，長期用戶使用RFID射頻技術(shù)進(jìn)行識(shí)別，而臨時(shí)用戶則使用非接觸式IC卡技術(shù)來識(shí)別，這樣便于向“城市一卡通”接軌。在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，RFID讀卡器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入該磁場區(qū)域時(shí),讀卡器對(duì)電子標(biāo)簽信息進(jìn)行解碼。如果有可識(shí)別的射頻信號(hào)時(shí)，由入口控制器控制開啟自動(dòng)道閘車輛進(jìn)入。否則啟動(dòng)1C卡票箱吐出一張臨時(shí)卡，用戶刷卡后車輛進(jìn)入。
1.1.3出口檢測(cè)與管理
與入口類似，長期用戶在出場時(shí)由RFID讀卡器讀取卡片信息并交由出口控制器扣取停車費(fèi)用，而臨時(shí)用戶則需要在崗?fù)ぬ幚U納停車費(fèi)用后出場。
1.1.4車位顯示與管理
車位顯示與管理：通過光傳感器檢測(cè)停車位的占用情況，將空余車位數(shù)顯示在子顯示屏上，并通過CAN總線發(fā)送給控制中心。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
1.2軟件功能
（1）系統(tǒng)管理功能：可設(shè)置出入口設(shè)備狀態(tài)和多種收費(fèi)費(fèi)率；獲取出入口信息，并以圖形界面的形式顯示出來;按權(quán)限分級(jí)管理用戶，實(shí)現(xiàn)用戶信息的增加、刪除、修改；將整個(gè)停車場信息以圖形界面的形式示給用戶等；
（2）卡片管理：完成卡片信息的注冊(cè)、充值、有效期設(shè)置、檢索和注銷等功能；
（3）出入口管理:采集出入車輛信息，控制出入口設(shè)備的工作狀態(tài)，提取車牌信息等；
（4）資料管理：自動(dòng)保存系統(tǒng)日志信息；
（5）應(yīng)急功能：緊急情況下可直接控制終端設(shè)備，如自動(dòng)道閘打開與關(guān)閉等；
（6）聯(lián)網(wǎng)功能:在局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)范圍內(nèi)，僅需要一個(gè)客戶端瀏覽器便可以查看停車場相關(guān)信息，
圖3車位顯示與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2管理工作站
管理工作站又稱為信息綜合管理系統(tǒng)，是整個(gè)智能停車場控制系統(tǒng)的核心管理和控制模塊，包括信息分析和存儲(chǔ)、命令發(fā)布等。同時(shí)它又是整個(gè)系統(tǒng)的核心調(diào)度部分和人機(jī)交互接口。一方面協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)模塊完成相應(yīng)的功能，另一方面以Web網(wǎng)頁的形式為用戶和管理員提供良好的人機(jī)交互界面。
該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),利用第三代無線通信技術(shù).按照瀏覽器/服務(wù)器模式，把整個(gè)停車場內(nèi)停車位信息統(tǒng)一到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。通過內(nèi)嵌的管理對(duì)象信息庫，把每個(gè)站點(diǎn)的狀態(tài)信息連接到一個(gè)公用的服務(wù)器上，經(jīng)過服務(wù)器處理之后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。駕駛員可以通過停車場入口處的滿位顯示屏或一個(gè)戶端瀏覽器，獲得某個(gè)停車場中停車位占用情況。這樣可以大大節(jié)省尋找車位的時(shí)間，從而提高停車效率，為用戶提供方便。
管理工作站主要由兩大功能模塊組成：Web服務(wù)器和SNMPAgent代理。其中Web服務(wù)器模塊將用戶管理、日志管理、智能卡管理等以Web網(wǎng)頁的形式展現(xiàn)給用戶，為系統(tǒng)管理提供統(tǒng)一的人機(jī)交互界面。而SNMP代理模塊則是將系統(tǒng)中被管設(shè)備信息存儲(chǔ)到管理信息庫MIB中，使得用戶可以遠(yuǎn)程改變?cè)O(shè)備工作狀態(tài)。
2.1 SNMPAgent代理
隨著Internet的發(fā)展和普及，網(wǎng)絡(luò)管理顯得越來越重要。嵌入式網(wǎng)管系統(tǒng)是SNMP協(xié)議在ARM上的應(yīng)用，有著極其廣闊的市場價(jià)值。SNMP是一種基本的網(wǎng)絡(luò)管理工具，該協(xié)議簡單、易于實(shí)現(xiàn)且具有良好的可擴(kuò)充性，是實(shí)際應(yīng)用中網(wǎng)管協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它使得管理員可以使用統(tǒng)一的操作接口管理位于不同物理空間的設(shè)備。
該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中添加軟件和硬件組成，其中軟件位于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)的主機(jī)或嵌入式設(shè)備中。它將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看作…個(gè)統(tǒng)-結(jié)構(gòu)來處理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有系統(tǒng)所知的地址、標(biāo)簽和每個(gè)元素的具體屬性。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定期反饋統(tǒng)計(jì)信息到網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中。為了降低系統(tǒng)管理成本，在此釆用分布式多級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，即一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)，而它們又分別歸屬不同的網(wǎng)管系統(tǒng)來管理，對(duì)于其中的每一個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)而言，它又具有自己的管理范圍。這樣單個(gè)管理站故障并不會(huì)影響其他管理站工作，從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
網(wǎng)絡(luò)管理代理(SNMPAgent)在網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中相當(dāng)于網(wǎng)管(Manager)和被管理設(shè)備之間的網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器。管理站和代理都實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的MIB對(duì)象，使得雙方可以識(shí)別對(duì)方的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)通信。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，管理站向代理申請(qǐng)M1B中定義的數(shù)據(jù)，代理識(shí)別后，將管理設(shè)備提供的相關(guān)狀態(tài)或參數(shù)信息等轉(zhuǎn)換成MIB定義的格式，應(yīng)答給管理站。SNMP的這種結(jié)構(gòu)和通信過程，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)SNMP的支持極為方便。已有設(shè)備只需要新加一個(gè)SNMP代理模塊就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理，而舊的帶擴(kuò)展槽的設(shè)備只需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)SNMP模塊并將其插入到擴(kuò)展槽中即可支持SNMP網(wǎng)絡(luò)管理功能，管理站與代理通信如圖4所示。
Net-snmp是一個(gè)使用廣泛的開源SNMP實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)在代理端開發(fā)的時(shí)候正式采用此源碼包來實(shí)現(xiàn)的。在開發(fā)過程中主要包括2部分：MIB庫的編寫和Agent擴(kuò)展程序的編寫。
MIB庫編寫：管理信息庫MIB是管理信息的集合，它定義了每一個(gè)管理信息的類型、名稱、意義、權(quán)限等屬性。管理站通過讀/寫操作，完成對(duì)管理對(duì)象的管理。經(jīng)過對(duì)停車場系統(tǒng)中各種信息及應(yīng)用環(huán)境的分析，對(duì)net-snmp軟件包中原有MIB庫進(jìn)行擴(kuò)展。
圖4 管理站與代理通信
Agent擴(kuò)展程序:SNMP代理程序運(yùn)行于網(wǎng)管設(shè)備上，主要完成數(shù)據(jù)包格式定義、set/get操作、查詢、配置對(duì)象及監(jiān)聽處理程序等。
另外，在SNMP協(xié)議中當(dāng)代理收到不是發(fā)給本機(jī)的數(shù)據(jù)包時(shí)，將丟棄該數(shù)據(jù)包。但是這樣可能會(huì)導(dǎo)致丟失某些重要的數(shù)據(jù)信息，在該模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)添加了Agent轉(zhuǎn)發(fā)模塊。當(dāng)SNMP代理程序收到不是發(fā)送給本機(jī)的數(shù)據(jù)包時(shí)，向管理站發(fā)送一個(gè)偽響應(yīng)包，并將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一代理主機(jī)，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
2.2Web服務(wù)器
基于命令行的操作在某些場合比較方便，但是它要求管理人員要具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。例如在上面的SNMP代理模塊中，如果要對(duì)某個(gè)管理對(duì)象進(jìn)行g(shù)et或set操作，那么用戶需要知道snmpget或snmpset命令的使用方法。這無疑對(duì)系統(tǒng)的使用產(chǎn)生了屏障，而Web服務(wù)器的出現(xiàn)無疑為解決此類問題提供了方便。它將有效信息以網(wǎng)頁的形式提供給用戶，用戶只需要一些簡單的操作就可以完成系統(tǒng)的管理和維護(hù)。
整個(gè)停車場管理系統(tǒng)中的Web服務(wù)器充當(dāng)著管理站的角色，管理員可以通過它管理系統(tǒng)設(shè)備，同時(shí)用戶可以通過它查詢個(gè)人信息及停車場相關(guān)信息介紹等。Web服務(wù)器與SNMP代理之間通過命名管道的方式通信，在開發(fā)過程中主要包括2部分:前端用戶界面及后端處理程序。在實(shí)現(xiàn)的過程中采用CG1技術(shù)，將多個(gè)頁面的HTML代碼嵌套在CGI程序中。
在Web服務(wù)器運(yùn)行時(shí)，將用戶輸入的信息以HTML表單的形式提交給CGI程序。CGI程序通過設(shè)置相關(guān)環(huán)境變量，并將相關(guān)信息交給后端處理程序進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果交由CGI程序，以網(wǎng)頁的形式顯示給用戶。
在實(shí)現(xiàn)的過程中，根據(jù)系統(tǒng)中信息的不同特點(diǎn)，可對(duì)其采用3種不同的方式進(jìn)行存儲(chǔ)：
M1B庫存儲(chǔ)Web服務(wù)器與SNMP代理程序之間的通信采用命名管道的方式，對(duì)于出入口設(shè)備狀態(tài)信息及收費(fèi)費(fèi)率信息將統(tǒng)一采用管理信息庫MIB進(jìn)行存儲(chǔ)。例如管理員要設(shè)置某個(gè)管理對(duì)象狀態(tài)時(shí)，只需要輸入狀態(tài)代碼,后臺(tái)管理程序?qū)⒃摯a以SNMP命令格式發(fā)送到管道中。接著SNMP代理讀取命令，完成相應(yīng)的操作。
SQLite數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中總有一些信息總是處于動(dòng)態(tài)變化當(dāng)中,SQLite數(shù)據(jù)庫是一款小型的嵌入式數(shù)據(jù)庫。在此釆用SQLite數(shù)據(jù)庫來管理用戶信息和卡片信息。例如管理員需要添加用戶信息時(shí)，他只需要輸入用戶信息，由后臺(tái)管理程序?qū)⑦@些信息組織成SQL語句并執(zhí)行。
文件存儲(chǔ)日志信息為管理員管理停車場提供參考，其不需要修改。鑒于此我們選擇文件來存儲(chǔ)系統(tǒng)日志信息。當(dāng)管理工作站收到出口控制器發(fā)來的出口車輛信息時(shí)，以追加方式將此信息添加到日志文件中。Web服務(wù)器系統(tǒng)運(yùn)行起來之后，頁面如圖5所示。
3結(jié)論
本文以停車場管理系統(tǒng)為背景，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)嵌入式智能停車場管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用ARM微處理器接口豐富等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集和顯示；利用SNMP協(xié)議能夠靈活、方便地?cái)U(kuò)展管理信息庫的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信息資源的管理和維護(hù)；同時(shí)利用Web服務(wù)器技術(shù)，可以與城市中其他停車場聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)停車場管理的網(wǎng)絡(luò)化管理。同時(shí)，又釆用了瀏覽器/服務(wù)器模式，使客戶端和服務(wù)器段運(yùn)行平臺(tái)相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了真正意義上跨平臺(tái)的遠(yuǎn)程車位管理系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見，該系統(tǒng)可以大大提髙停車場管理的自動(dòng)化程度及管理效率。
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