基于云服務(wù)的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)

0 引 言

近年來，隨著汽車保有量的日益攀升，城市的交通狀況 變得越來越令人擔(dān)憂。由停車?yán)щy導(dǎo)致的出行受阻、交通擁 堵、道路占用、噪聲超標(biāo)、尾氣污染加重等一系列問題變得日 益突出。“云端服務(wù)”就是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，凡是借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn) 的計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、處理等 服務(wù)都屬于云服務(wù)的范疇?；谠品?wù)的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)， 綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式通信技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、 基于位置服務(wù)（LBS）等技術(shù)，將停車場(chǎng)泊位信息的實(shí)時(shí)采集、 處理和發(fā)布功能集成于一體，通過多種途徑為駕駛員出行提 供停車場(chǎng)的分布與泊位的動(dòng)態(tài)信息，并借助科學(xué)的規(guī)劃算法 為駕駛員提供有效的停車引導(dǎo)服務(wù)。城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)的使用 將會(huì)有效地緩解城市日益突出的“停車難”問題，有效提高停 車場(chǎng)資源的利用率，改善城市交通生態(tài)環(huán)境，提高城市智能 交通管理水平。 

1 停車引導(dǎo)系統(tǒng)的組成原理 

停車引導(dǎo)系統(tǒng)的組成原理如圖 1 所示。系統(tǒng)中的停車場(chǎng) 控制終端是一個(gè)為了對(duì)停車場(chǎng)泊位信息實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)采集而設(shè)計(jì) 的，能以多種方式接入 Internet 的嵌入式設(shè)備。停車引導(dǎo)服務(wù) 器是系統(tǒng)的核心，主要功能有：云數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ) 服務(wù)，基于位置的查詢與引導(dǎo)服務(wù)，信息發(fā)布與第三方服務(wù)計(jì) 算機(jī)、智能手機(jī)是實(shí)現(xiàn)停車引導(dǎo)服務(wù)的終端操作設(shè)備，司機(jī)用 戶可借助其上安裝的瀏覽器、App 軟件來實(shí)現(xiàn)車位查詢、車位 預(yù)定、泊車路線引導(dǎo)等服務(wù)。停車引導(dǎo)系統(tǒng)的服務(wù)功能主要是 圍繞著兩條信息流實(shí)現(xiàn)的。一條信息流是安裝在各停車場(chǎng)的 控制終端，作為 C/S 結(jié)構(gòu)中的客戶端，以 Socket 通信方式實(shí) 時(shí)向停車引導(dǎo)服務(wù)器發(fā)送停車場(chǎng)的泊位信息。服務(wù)器對(duì)泊位信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、更新；另一條信息流是根據(jù)司機(jī)用戶 發(fā)來的位置請(qǐng)求，停車引導(dǎo)服務(wù)器經(jīng)過計(jì)算和處理向用戶計(jì) 算機(jī)、智能手機(jī)推送與停車位置有關(guān)的停車信息數(shù)據(jù)，從而實(shí) 現(xiàn)基于位置的查詢與引導(dǎo)服務(wù)。

2 停車場(chǎng)泊位信息的采集與傳輸 

2.1 停車場(chǎng)泊位信息采集方案 

目前，停車場(chǎng)基本可以分為封閉式停車場(chǎng)和開放式停車 場(chǎng)兩大類。封閉式停車場(chǎng)都有固定的場(chǎng)所和全天候的管理人 員，一般配備了門禁收費(fèi)系統(tǒng)，有的配備了較為先進(jìn)的信息 管理系統(tǒng)。這些停車場(chǎng)所用設(shè)備的廠商、型號(hào)、性能各不相 同。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，擬對(duì)這些停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的技術(shù)改 造，無論從可行性還是經(jīng)濟(jì)性上分析這樣的方案都是不可取 的。一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案就是設(shè)計(jì)一款功能獨(dú)立、操作簡(jiǎn)單， 對(duì)原系統(tǒng)硬件改動(dòng)很小的專用設(shè)備，即停車場(chǎng)控制終端，來實(shí) 現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有停車場(chǎng)的技術(shù)升級(jí)?？刂平K端只需與原停車場(chǎng)的出入 口車輛感知傳感器和場(chǎng)內(nèi)的車位傳感器相連就能獨(dú)立完成數(shù) 據(jù)采集工作。對(duì)于公路邊、街道邊、臨時(shí)區(qū)域這樣的開放式 停車場(chǎng)，由于不具有安裝固定設(shè)施的條件，因此，通過安裝 設(shè)備自動(dòng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸是不太可能的。但是，好在這些區(qū)域往 往有城市停車管理收費(fèi)人員值守，通過為收費(fèi)人員配置智能手機(jī)App 收費(fèi)管理軟件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)開放式停車場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集。 其原理是利用具有移動(dòng)接入功能的 App 軟件，每次完成收費(fèi) 后就會(huì)把停車場(chǎng)的剩余泊位信息自動(dòng)發(fā)送到停車引導(dǎo)服務(wù)器。 

2.2 停車場(chǎng)控制終端的硬件功能與實(shí)現(xiàn) 

停車場(chǎng)控制終端硬件組成原理如圖 2 所示。整個(gè)硬件系 統(tǒng)的功能是通過三條數(shù)據(jù)傳輸通道來實(shí)現(xiàn)的。這三條數(shù)據(jù)傳 輸通道分別是 ： 

（1）由以太網(wǎng)接口、無線 WiFi 接口、移動(dòng)通信 GPRS 接 口組成的互聯(lián)網(wǎng)傳輸通道。這個(gè)通道保證了停車場(chǎng)控制終端能 以有線、無線等多種方式方便地接入互聯(lián)網(wǎng)，從而保證了停 車場(chǎng)泊位信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)酵＼囈龑?dǎo)服務(wù)器。

（2）由 RS 485 接口組成的現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)通道。現(xiàn)場(chǎng)總 線用于連接停車場(chǎng)出入口車輛感知傳感器、場(chǎng)內(nèi)車位傳感器、 停車場(chǎng)其它監(jiān)控設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)通道保證了控制終端對(duì)停 車場(chǎng)泊位信息的動(dòng)態(tài)采集和對(duì)停車場(chǎng)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 

（3）由觸摸屏接口組成的輸入輸出數(shù)據(jù)通道，該通道保 證了設(shè)備調(diào)試、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控等人機(jī)接口功能的實(shí)現(xiàn)。

停車場(chǎng)控制終端硬件系統(tǒng)中微控制器采用了 Ubicom 公 司生產(chǎn)的 SX52 芯片。它是一款利用先進(jìn) CMOS 工藝制造 的、高速的 8 位通信控制芯片。利用廠商所提供的虛擬軟件 包代碼可以方便地實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議棧中常用的協(xié)議，從而使 系統(tǒng)能方便地實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入功能。以太網(wǎng)接口通過采用臺(tái) 灣 REALTEK 公司生產(chǎn)的高集成度、全雙工以太網(wǎng)控制器芯 片 RTL8019AS 來實(shí)現(xiàn)。該芯片支持 IEEE802.3 MAC 子層協(xié) 議，可以與很少的外圍電路一起實(shí)現(xiàn) 10 Mb/s 速率的數(shù)據(jù)收發(fā) 功能。WiFi 接口采用了 HI-LINK 公司生產(chǎn)的 HLK-WIFI-M03 模塊。它是一款基于 UART 接口的、符合 WiFi 無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 的嵌入式通信接口模塊。芯片內(nèi)置了 IEEE802.11無線網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議和 TCP/IP 協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò) PDU 之間的轉(zhuǎn)換，支持基于 ASCII 格式的 AT 操作命令，支持包 括 Web 方式的多種參數(shù)配置方式，因此能方便地實(shí)現(xiàn)嵌入式 設(shè)備以無線的方式接入互聯(lián)網(wǎng)。GPRS 接口選用 SIMCOM 公 司生產(chǎn)的 SIM300 模塊。SIM300 是一款內(nèi)部集成了完整的射 頻電路和基帶處理器的、支持三頻段 GSM/GPRS 的、可實(shí)現(xiàn) 短信和數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)耐ㄐ拍K。模塊內(nèi)嵌了豐富的 TCP/IP 協(xié)議，提供了通用的 UART 接口和 AT 控制命令，因此使得嵌 入式設(shè)備通過移動(dòng)通信網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)變得方便。 

2.3 協(xié)議與軟件的實(shí)現(xiàn) 

由 SX52 組成的嵌入式系統(tǒng)硬件資源有限，沒有實(shí)時(shí)多 任務(wù)操作系統(tǒng)，所以協(xié)議和應(yīng)用軟件的實(shí)現(xiàn)必須通過面向硬件 底層的編程來完成?？刂平K端要通過互聯(lián)網(wǎng)與引導(dǎo)服務(wù)器進(jìn) 行通訊，軟件上必須要實(shí)現(xiàn) TCP/IP 功能。為了能在系統(tǒng)資源 相對(duì)匱乏的嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議，必須對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的、 龐大的 TCP/IP 協(xié)議棧進(jìn)行裁剪和簡(jiǎn)化處理，處理原理如下：

（1）ARP 協(xié)議，具體可分為請(qǐng)求和應(yīng)答兩類，在本系統(tǒng) 中只需實(shí)現(xiàn)應(yīng)答功能。 

（2）IP 協(xié)議，它是 TCP/IP 協(xié)議棧中最為核心的協(xié)議，本 系統(tǒng)中必須實(shí)現(xiàn)其基本的尋址、封裝、路由、解封裝、檢驗(yàn)等 功能，但可以裁減掉 IP 的分片和重組功能。 

（3）ICMP 協(xié)議，它主要用來傳輸差錯(cuò)報(bào)文和控制報(bào)文， 本系統(tǒng)中只保留最常用到的 ICMP 請(qǐng)求 / 應(yīng)答報(bào)文對(duì)，其它功 能可被剪裁掉。 

（4）TCP 協(xié)議，本系統(tǒng)保留了諸如可靠地建立與關(guān)閉連接、 應(yīng)答確認(rèn)等最基本的功能，而簡(jiǎn)化掉一些如窗口流量控制等復(fù) 雜的狀態(tài)機(jī)部分。

控制終端的軟件流程如圖 3 所示。軟件功能主要有 3 個(gè) 部分 ：對(duì)控制終端自身的監(jiān)控管理 ；對(duì)停車場(chǎng)泊位信息的數(shù) 據(jù)采集 ；與停車引導(dǎo)服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用 順序執(zhí)行與中斷處理相結(jié)合的程序結(jié)構(gòu)，把實(shí)時(shí)性要求較低、 執(zhí)行起來較費(fèi)時(shí)的應(yīng)用層處理任務(wù)和 TCP/IP 協(xié)議處理任務(wù)放 在主程序順序循環(huán)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，而把實(shí)時(shí)性要求較高的按鍵 處理及定時(shí)處理等任務(wù)放在中斷處理程序中完成。

3 停車引導(dǎo) App 功能的實(shí)現(xiàn) 

停車引導(dǎo) App 設(shè)計(jì)為 Android 和 iOS 兩個(gè)版本。其主要 功能為 ： 

（1）個(gè)人信息管理主要包括賬戶信息管理、訂單與支付信 息管理 ； 

（2）停車場(chǎng)信息查詢功能包括附近搜索、指定目標(biāo)搜索 ；

（3）車位預(yù)訂與支付； 

（4）停車引導(dǎo)與路線導(dǎo)航 ； 

（5）評(píng)價(jià)與分享 ； 

（6）第三方增值服務(wù)。 

App 工作原理如下：首先，App 軟件向停車引導(dǎo)服務(wù)器 發(fā)送請(qǐng)求建立連接。其次，App 通過手機(jī)定位組件或手機(jī)地 圖獲取要查詢停車位置的經(jīng)緯度，解析成可讀信息后通過互 聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到引導(dǎo)服務(wù)器。最后引導(dǎo)服務(wù)器處理用戶發(fā)來的位 置信息，為 App 提供 GIS（地理信息系統(tǒng)）服務(wù)，把相關(guān)停 車場(chǎng)服務(wù)信息通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)推送到用戶的手機(jī)終端 App， 從而實(shí)現(xiàn)停車引導(dǎo)功能。App 軟件的核心技術(shù)是 LBS，其關(guān) 鍵是要實(shí)現(xiàn) GIS 服務(wù)和移動(dòng)定位服務(wù)。GIS 服務(wù)是通過調(diào)用 谷歌、百度地圖等系統(tǒng)的 API 來實(shí)現(xiàn)。定位服務(wù)可分為 GPS （全球定位系統(tǒng)）定位技術(shù)和移動(dòng)定位技術(shù)，移動(dòng)定位技術(shù)又 可分為移動(dòng)終端定位技術(shù)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)。以安卓應(yīng)用為 例，定位服務(wù)是通過安卓平臺(tái)提供的地理位置服務(wù)類 android. location 來實(shí)現(xiàn)的。該類提供兩種服務(wù)，全球定位系統(tǒng)服務(wù)和 網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)。App 應(yīng)用中使用的位置信息是由 Location 來 表示的，內(nèi)容包含有經(jīng)緯度、海拔、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間等。App 開發(fā)主 要使用的類為 ：

（1）LocationManager，它包含了一系列函數(shù)，這些函數(shù) 可以訪問定位服務(wù)，從而可實(shí)時(shí)獲取移動(dòng)設(shè)備的位置信息 ； 

（2）LocationProvider，關(guān)于定位信息提供者的抽象類 ； 

（3）LocationListener，包含一個(gè)回調(diào)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)在 位置信息內(nèi)容發(fā)生改變時(shí)被觸發(fā) ； 

（4）Criteria，使應(yīng)用能夠通過 LocationProvider 中設(shè)置 的值來選擇恰當(dāng)?shù)亩ㄎ恍畔⑻峁┱摺?nbsp;

4 停車引導(dǎo)服務(wù)器功能與實(shí)現(xiàn) 

停車引導(dǎo)系統(tǒng)服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。主要由停車 場(chǎng)信息云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)、LBS 服務(wù)平臺(tái)以及 第三方信息服務(wù)平臺(tái)等四部分組成。停車場(chǎng)信息云計(jì)算服務(wù) 平臺(tái)對(duì)停車場(chǎng)控制終端通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收分 發(fā)、格式轉(zhuǎn)化、加工處理，最后與地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合，并 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新。該平臺(tái)還能接受其它三個(gè)平臺(tái)的服務(wù)請(qǐng) 求，為它們提供停車場(chǎng)信息數(shù)據(jù)服務(wù)。此外，該平臺(tái)還具有 對(duì)各停車場(chǎng)用戶的設(shè)備認(rèn)證、系統(tǒng)監(jiān)控、車位預(yù)訂等管理功能。 運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)為用戶提供所有數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)、 分析、發(fā)布功能。具體包括 ：停車場(chǎng)信息管理、司機(jī)用戶信息 管理、停車泊位信息查詢、停車泊位預(yù)訂與支付等功能。LBS 服務(wù)平臺(tái)為用戶提供地理信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)泊位信息的地圖化顯 示，以及對(duì)用戶駕車路線進(jìn)行引導(dǎo)與實(shí)時(shí)導(dǎo)航。第三方服務(wù)平臺(tái)可提供多種服務(wù)接口，支持網(wǎng)站、手機(jī)應(yīng)用、短信、微信等 第三方信息服務(wù)。提供如評(píng)價(jià)、分享、積分、促銷等多種功能。 停車引導(dǎo)服務(wù)器是基于云服務(wù)技術(shù)、LBS 技術(shù)、WebGIS 技 術(shù) ，通過 Jboss、Nginx、Netty 等多種 B/S 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的服務(wù) 平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線為 ：開發(fā)采用 MVC 框架模式，地理信 息系統(tǒng)采用 ESRI 公司的 ArcGIS 解決方案，數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)選用 MySQL，服務(wù)器開發(fā)采用 Java、ASP、HTML 等工具實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于云服務(wù)的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)思路新、實(shí)現(xiàn) 成本低、實(shí)用性強(qiáng)、便于推廣的特點(diǎn)。因此可作為城市智能交 通系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，為緩解城市交通擁堵狀況，改善交通環(huán) 境起到積極作用。和傳統(tǒng)的城市停車誘導(dǎo)系統(tǒng)相比可帶來良好 的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。