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?！霸贫朔?wù)”就是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，凡是借助網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn) 的計算機和智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集、存儲、計算、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)， 綜合運用了計算機技術(shù)、嵌入式通信技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、 基于位置服務(wù)（LBS）等技術(shù)，將停車場泊位信息的實時采集、 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 供停車場的分布與泊位的動態(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 將會有效地緩解城市日益突出的“停車難”問題，有效提高停 車場資源的利用率，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 控制終端是一個為了對停車場泊位信息實現(xiàn)動態(tài)采集而設(shè)計 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 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 算機、智能手機是實現(xiàn)停車引導(dǎo)服務(wù)的終端操作設(shè)備，司機用 戶可借助其上安裝的瀏覽器、App 軟件來實現(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現(xiàn)的。一條信息流是安裝在各停車場的 控制終端，作為 C/S 結(jié)構(gòu)中的客戶端，以 Socket 通信方式實 時向停車引導(dǎo)服務(wù)器發(fā)送停車場的泊位信息。服務(wù)器對泊位信息數(shù)據(jù)進行處理、存儲、更新；另一條信息流是根據(jù)司機用戶 發(fā)來的位置請求，停車引導(dǎo)服務(wù)器經(jīng)過計算和處理向用戶計 算機、智能手機推送與停車位置有關(guān)的停車信息數(shù)據(jù)，從而實 現(xiàn)基于位置的查詢與引導(dǎo)服務(wù)。

2 停車場泊位信息的采集與傳輸 

2.1 停車場泊位信息采集方案 

目前，停車場基本可以分為封閉式停車場和開放式停車 場兩大類。封閉式停車場都有固定的場所和全天候的管理人 員，一般配備了門禁收費系統(tǒng)，有的配備了較為先進的信息 管理系統(tǒng)。這些停車場所用設(shè)備的廠商、型號、性能各不相 同。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，擬對這些停車場實現(xiàn)統(tǒng)一的技術(shù)改 造，無論從可行性還是經(jīng)濟性上分析這樣的方案都是不可取 的。一種經(jīng)濟實用的方案就是設(shè)計一款功能獨立、操作簡單， 對原系統(tǒng)硬件改動很小的專用設(shè)備，即停車場控制終端，來實 現(xiàn)對現(xiàn)有停車場的技術(shù)升級?？刂平K端只需與原停車場的出入 口車輛感知傳感器和場內(nèi)的車位傳感器相連就能獨立完成數(shù) 據(jù)采集工作。對于公路邊、街道邊、臨時區(qū)域這樣的開放式 停車場，由于不具有安裝固定設(shè)施的條件，因此，通過安裝 設(shè)備自動實現(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人員值守，通過為收費人員配置智能手機App 收費管理軟件，可實現(xiàn)對開放式停車場的數(shù)據(jù)采集。 其原理是利用具有移動接入功能的 App 軟件，每次完成收費 后就會把停車場的剩余泊位信息自動發(fā)送到停車引導(dǎo)服務(wù)器。 

2.2 停車場控制終端的硬件功能與實現(xiàn) 

停車場控制終端硬件組成原理如圖 2 所示。整個硬件系 統(tǒng)的功能是通過三條數(shù)據(jù)傳輸通道來實現(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、移動通信 GPRS 接 口組成的互聯(lián)網(wǎng)傳輸通道。這個通道保證了停車場控制終端能 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 車場泊位信息實時地傳輸?shù)酵＼囈龑?dǎo)服務(wù)器。

（2）由 RS 485 接口組成的現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通道?，F(xiàn)場總 線用于連接停車場出入口車輛感知傳感器、場內(nèi)車位傳感器、 停車場其它監(jiān)控設(shè)備?，F(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通道保證了控制終端對停 車場泊位信息的動態(tài)采集和對停車場工作狀態(tài)的實時監(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)控等人機接口功能的實現(xiàn)。

停車場控制終端硬件系統(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 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)能方便地實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入功能。以太網(wǎng)接口通過采用臺 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)議與軟件的實現(xiàn) 

由 SX52 組成的嵌入式系統(tǒng)硬件資源有限，沒有實時多 任務(wù)操作系統(tǒng)，所以協(xié)議和應(yīng)用軟件的實現(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 行通訊，軟件上必須要實現(xiàn) TCP/IP 功能。為了能在系統(tǒng)資源 相對匱乏的嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議，必須對標(biāo)準(zhǔn)的、 龐大的 TCP/IP 協(xié)議棧進行裁剪和簡化處理，處理原理如下：

（1）ARP 協(xié)議，具體可分為請求和應(yīng)答兩類，在本系統(tǒng) 中只需實現(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)中必須實現(xiàn)其基本的尋址、封裝、路由、解封裝、檢驗等 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報文和控制報文， 本系統(tǒng)中只保留最常用到的 ICMP 請求 / 應(yīng)答報文對，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)答確認等最基本的功能，而簡化掉一些如窗口流量控制等復(fù) 雜的狀態(tài)機部分。

控制終端的軟件流程如圖 3 所示。軟件功能主要有 3 個 部分 ：對控制終端自身的監(jiān)控管理 ；對停車場泊位信息的數(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)，把實時性要求較低、 執(zhí)行起來較費時的應(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)中實現(xiàn)，而把實時性要求較高的按鍵 處理及定時處理等任務(wù)放在中斷處理程序中完成。

3 停車引導(dǎo) App 功能的實現(xiàn) 

停車引導(dǎo) App 設(shè)計為 Android 和 iOS 兩個版本。其主要 功能為 ： 

（1）個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）評價與分享 ； 

（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)送請求建立連接。其次，App 通過手機定位組件或手機地 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 車場服務(wù)信息通過移動互聯(lián)網(wǎng)推送到用戶的手機終端 App， 從而實現(xiàn)停車引導(dǎo)功能。App 軟件的核心技術(shù)是 LBS，其關(guān) 鍵是要實現(xiàn) GIS 服務(wù)和移動定位服務(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)和移動定位技術(shù)，移動定位技術(shù)又 可分為移動終端定位技術(shù)和移動網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)。以安卓應(yīng)用為 例，定位服務(wù)是通過安卓平臺提供的地理位置服務(wù)類 android. location 來實現(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)，從而可實時獲取移動設(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，包含一個回調(diào)函數(shù)，這個函數(shù)在 位置信息內(nèi)容發(fā)生改變時被觸發(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 場信息云計算服務(wù)平臺、運營服務(wù)平臺、LBS 服務(wù)平臺以及 第三方信息服務(wù)平臺等四部分組成。停車場信息云計算服務(wù) 平臺對停車場控制終端通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸來的數(shù)據(jù)進行接收分 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 對數(shù)據(jù)庫進行更新。該平臺還能接受其它三個平臺的服務(wù)請 求，為它們提供停車場信息數(shù)據(jù)服務(wù)。此外，該平臺還具有 對各停車場用戶的設(shè)備認證、系統(tǒng)監(jiān)控、車位預(yù)訂等管理功能。 運營服務(wù)平臺為用戶提供所有數(shù)據(jù)的接收、存儲、查詢、統(tǒng)計、 分析、發(fā)布功能。具體包括 ：停車場信息管理、司機用戶信息 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)平臺為用戶提供地理信息服務(wù)，實現(xiàn)泊位信息的地圖化顯 示，以及對用戶駕車路線進行引導(dǎo)與實時導(dǎo)航。第三方服務(wù)平臺可提供多種服務(wù)接口，支持網(wǎng)站、手機應(yīng)用、短信、微信等 第三方信息服務(wù)。提供如評價、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)實現(xiàn)的服務(wù) 平臺。實現(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)庫平臺選用 MySQL，服務(wù)器開發(fā)采用 Java、ASP、HTML 等工具實現(xiàn)。

5 結(jié) 語

基于云服務(wù)的城市停車引導(dǎo)系統(tǒng)具有設(shè)計思路新、實現(xiàn) 成本低、實用性強、便于推廣的特點。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 的社會效益和經(jīng)濟效益。