1概述
隨著國內汽車保有量的不斷增加，現代停車場正面臨著向複雜化、大型化發展的挑戰，停車難問題已經不再是大型城市的專利。有關調查顯示，在北、上、廣、深等大型城市，車主尋找車位過程中會增加30%的油耗，造成每月多支出336元，七成車主每天至少遇到一次停車難問題[1]。因此，為節約能源與保護環境，提高停車管理系統智慧化[2]、高效利用有限的停車場資源[3]，是當前迫切需要解決的問題。目前，公共停車場普遍採用咪表、超聲波車位檢測器、地磁車位檢測器進行車位智慧管理，該管理方式可在一定程度上增加停車場管理的智慧化，通過停車位資訊採集與釋出，提高了車位的使用率。但這種管理方式仍存在一些問題，如未實現單獨車位精確管理，無法保證車位不被他人佔用；未實現車位誘導，停車還是需要經歷找車位的過程；仍採用人工收費方式，降低了停車效率。而私家停車位則採用車位鎖進行管理，該方式可實現對單獨車位的鎖定與管理，保證車位的`專有性。但是私家停車位車位鎖形式包括手動型、無線電遙控型和網路遙控型，其中遙控型車位鎖採用遙控器或智慧終端進行“端對端”控制，不能實現多個停車場車位資源的統一管理。總之，現有停車管理系統的粗放式管理，以及精細化管理所需的車位鎖智慧化不足，都導致無法充分利用停車場閒置資源以及有效解決停車難問題。文章針對目前停車管理系統存在的問題，在原有停車場基礎上引入一種新型的智慧車位鎖，設計了一種接入雲平臺的精細化停車管理系統。該停車管理系統通過ZigBee無線網路與停車管理伺服器組網，支援車位狀態檢測、車位預定、車位出租、停車場卡口聯動、網路支付的智慧車位鎖通訊組網與聯控系統。
2系統設計
2.1系統架構
本系統構成採用“雲-網-端”三層架構，具體由車位鎖與車牌識別欄杆機作為資訊採集與命令執行單元，手持終端作為停車服務使用單元，各停車管理伺服器為停車管理雲平臺提供服務支援，停車管理雲平臺對外提供停車管理服務。本系統架構圖。
（1）系統各層定義。“端”即指智慧車位鎖、車牌識別欄杆機與手持移動終端。智慧車位鎖用於採集車位狀態資訊並控制車位使用權，與車牌識別欄杆機聯動實現停車使用者獲取與釋放車位使用權。手持移動終端通過安裝本系統停車APP，實時獲取系統內停車位資源以及其他停車服務。“網”包括停車場內區域網和停車場與雲平臺間的廣域網，是連線本系統“端”與“雲”的資料通道。本系統中，停車場內區域網採用自組織、低功耗的ZigBee網路，確保網路質量、降低部網成本；停車場與雲平臺間廣域網採用有線網路、WIFI網路或行動網路，具體採用何種通訊方式根據應用場景確定。“雲”即指停車管理雲平臺，利用雲計算技術儲存並處理各停車場車位資料、處理預訂請求和費用支付資訊，為停車場和停車使用者分別提供停車管理與停車服務。
（2）系統各層關係。智慧車位鎖、車牌識別欄杆機、區域網與停車管理伺服器組成停車場管理系統，作為停車管理雲平臺的資源接入單元。每個停車場管理系統均可獨立執行，停車場管理系統與停車管理雲平臺之間採用特定資料介面互動停車資料，包括車位狀態反饋資訊、車位預定資訊、車位控制資訊等。手持移動終端通過行動網路接入停車管理雲平臺，作為停車服務的使用者接入單元，享受停車位資訊查詢、車位預定、車位出租以及線上支付停車費等平臺服務。停車場與停車使用者是完全孤立的，彼此之間通過共同的停車管理雲平臺建立聯絡，在此過程中停車場提供停車位，而使用者為所獲得的停車服務支付費用，二者之間是消費與被消費的關係。
2.2系統功能
本系統服務功能由雲端伺服器提供，雲端伺服器包括停車場和使用者管理模組、資訊互動管理模組、資訊釋出模組和費用支付處理模組。其中，停車場和使用者管理模組用於管理停車場、車位和使用者資訊；資訊互動管理模組用於處理使用者請求、管理車位資訊、處理車位預訂資訊和處理異常資訊；資訊釋出模組用於釋出當前時間空車位數量和停車誘導資訊；費用支付處理模組用於處理費用支付資訊。
（1）車位出租與共享。停車場管理員或私家車位所有者通過管理平臺或手機APP對外發布車位出租或共享資訊，包括停車場位置、車位編號、對外出租時間已經收費標準等。停車場管理員或私家車位所有者必須通過停車管理雲平臺運營商進行身份認證後，才可對外發布車位出租或共享資訊。
（2）車位查詢與預定。停車位使用者通過手機APP查詢所需停車位資訊，選定合適停車位後進行預訂，停車管理雲平臺確定預訂資訊後向停車場伺服器傳送車位鎖定資訊，車位預訂成功後向手機APP傳送反饋資訊。
（3）車位導航與反向找車。每個智慧車位鎖對應一個車位編號，結合停車場佈局可繪製停車場車位位置地圖。通過採集車主位置與查詢停車車位記錄，根據停車場車位位置地圖規劃找車路線，實現車位導航與反向找車。
（4）線上支付。停車管理雲平臺記錄車位預定時間，智慧車位鎖記錄車輛駛入與駛離停車位時間，根據收費標準自動計算停車費用，使用者通過移動支付向停車場或車位所有者支付費用。
（5）停車場與使用者管理。停車管理雲平臺支援各停車場註冊、停車場地址、車位數量等資源管理，支援車位所有者與車位使用者進行使用者註冊、使用者管理。
3車位鎖硬體設計
智慧車位鎖是本停車管理系統中的關鍵構件，其主要承擔車位狀態資訊採集、車位使用許可權控制以及資訊傳輸等功能。本系統設計的智慧車位鎖硬體構成。本智慧車位鎖硬體主要包括：MCU、ZigBee模組、地磁檢測模組、電機、限位開關、LED指示燈與電源模組，各模組通過資料和電源介面與MCU連線。MCU主要用於採集資料處理與傳送、控制指令接收與解析。ZigBee模組主要負責各車位鎖網路連線，用於接收服務控制指令以及傳送車位狀態與指令執行結果。地磁檢測模組主要用於檢測車位空閒狀態，用於偵測車輛駛入與駛離，從而計算車輛停車時間。電機模組主要用於控制車位鎖機械臂正反轉，從而實現對車位資源的鎖定與釋放。限位開關主要用於控制車位鎖機械臂轉動角度在0~90°之間，確保車位鎖的開啟與關閉兩種狀態。LED指示燈用於指示車位的空閒狀態，車位空閒時顯示綠色，車位被佔時顯示紅色。
4系統實現
4.1系統組網布置
停車場主要分為地下停車場與路側停車場兩類，本系統內部區域網採用ZigBee組網，根據停車場物理佈局特點並結合Zig－Bee網路覆蓋範圍與組網特點，分別針對兩種停車場進行網路佈置。地下停車場內停車位為多排並列佈局，且各排車位間經常有支撐柱與牆壁遮擋。因此，地下停車場佈置，在每排中間設定一處ZigBee路由器，有牆壁遮擋或某排車位長度超長時適當增加路由器提高網路資訊。最終，各排車位的車位鎖通過各排路由器接入停車管理伺服器所連線ZigBee協調器，從而實現停車管理系統內部組網。路側停車場停車位一般沿道路方向順向或斜向劃線，在一條道路上路側停車場可根據距離劃分為多個區域，每個區域設定一處ZigBee路由器。最終，各區域內車位鎖通過ZigBee路由器與停車管理伺服器所連結的ZigBee協調器連線，從而將所有車位資訊彙總至停車管理伺服器。路側停車場佈置。
4.2系統部署與工作流程
（1）系統部署。新建或在原有停車場管理系統基礎上增加智慧車位鎖與ZigBee區域網，並將停車場管理伺服器接入停車管理雲平臺；在公網部署停車管理雲平臺；使用者安裝停車管理系統手機APP。
（2）工作流程：智慧車位鎖將檢測到車位的狀態資訊傳到停車管理伺服器，停車管理伺服器將資訊轉發到雲端伺服器，最終雲端伺服器將所述資訊對外發布；使用者通過智慧終端查詢停車位，通過智慧終端應用程式預存停車費用；使用者通過在智慧終端上安裝的應用程式預訂車位，通過網路將欲停的車位請求上傳到雲端伺服器，雲端伺服器接收並處理使用者請求，將鎖定車位資訊傳送到停車管理伺服器，停車管理伺服器將資訊轉發到智慧車位鎖；智慧車位鎖接收並執行鎖定車位資訊，並將已執行命令反饋資訊傳送到停車管理伺服器，由停車管理伺服器將反饋資訊轉發到雲端伺服器；當智慧車位鎖檢測到車輛停車入庫完成，向停車管理伺服器傳送停車計時開始訊號，停車管理伺服器轉發計時開始訊號至雲端伺服器，當智慧車位鎖檢測到車輛駛離車位，則向停車管理伺服器傳送計時結束訊號，停車管理伺服器轉發計時結束訊號至雲端伺服器，雲端伺服器計算出使用者需支付的停車費併發送到使用者賬號，自動扣除停車費用。
5結束語
本系統通過引入智慧車位鎖，可實現停車場精細化管理以及多個停車場車位資源共享，充分利用停車場資源，有效解決停車難問題。利用網際網路手段開創了新的停車場管理模式，由傳統的物業或停車辦的線下管理演變為線上管理，提高了管理效率，同時也有效避免了收費人員亂收費現象。該系統在提高停車場管理效益與解決停車難問題方面都發揮了顯著作用，可在停車場實際管理中進行應用推廣。