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1、毕业论文_智能化停车场控制系统设计一绪论1.1 课题的提出背景截至2011年8月底，全国机动车保有量已达到2.19亿辆，并且自2009年开始连续两年超过美国，成为全球第一大汽车产销国。其中，汽车保有量首次突破1亿辆。而早在2000年，全国机动车保有量仅为1249万辆，汽车保有量为625万辆。通过以上数据可以看出，短短10年里，中国的机动车辆增加了17倍，汽车增加了16倍。如此高的增长速度，一方面说明了中国改革开放取得的成效，刺激了中国经济的迅速发展；一方面说明了汽车市场在中国无疑有着巨大的优势和潜力。随着汽车大批量进入个人家庭，停车难、行路难成为困扰城市交通的大难题。在如今的城市街头、住宅小区
2、，因为缺少足够的地下、地上停车场，日趋拥挤的马路停车成为普遍现象。目前我国静态交通基础设施严重落后于动态交通基础设施，全国停车位缺口平均在60以上，而随着我国汽车工业的发展和鼓励轿车进入家庭及一系列相关政策的实施，特别是伴随大城市经济社会的发展和城市现代化水平的提高，而城市停车场可以说是车辆静态交通必需的空间。因此，停车场就成为城市交通体系中不可或缺的重要组成部分。但是我国停车场水平相对世界其他国家而言比较落后，大部分都是以投入大量的人力为前提的，传统的人工管理停车场导致的信息滞后已经不能满足城市交通的信息需求和快速、高效调节交通运输状况的要求，必须对停车场在管理上进行智能化改造，停车场的智能
3、化，主要是指利用现代高新的科学技术对停车场的运行进行自动化的管理，提高对车场管理的高效性、可靠性、安全性和停车场运行的自动化运作程度。通过对其进行智能化管理，尽量减少人工的参与，从而最大限度的减少人员费用以及由于人为失误或舞弊造成的损失，大大提高整个停车场的经济性、安全性与使用效率。但由于目前智能化停车场需要的相关技术要么没有成熟运用于停车场智能管理系统中，要么只是实现了局部的智能化，例如单纯的自动计费系统等。所以目前的停车场管理系统综合自动化程度和智能化程度还不是很高。作为停车场本身来说，随着大型、超大型停车场的不断兴建，停车场需要管理的车辆数量越来越庞大，管理难度加大，如何保证进入停车场的
4、每一辆车的安全是现代停车场在安全性方面所面临的一个重大考验。另外，随着规模的不断扩大，停车场内部针对停车用户的泊车引导日显重要，停车用户置身于停车位多达数千甚至上万的停车场中，往往很难自主快速找到停车位，如没有合适的泊车提示引导信息，将会引起停车场内部的秩序混乱，影响停车场的正常运行，这样也势必浪费用户的时间和社会能源，降低停车场的运行效率。而智能泊车引导系统可通过一定的车位检测技术进行车位检测，从而判断有无车位，然后将各个停车位信息通过一定方式与控制计算机相连，控制计算机通过数据处理，将信号传给引导指示器，指示司机快速将车辆驶入空车位，不仅能够提高了停车场的使用率，还降低了停车场的运营成本，
5、大大提高了智能停车场的社会效益和经济效益。因此，泊车引导系统的设计也是现代停车场智能管理系统研究中所要重点关注的一个方面。为满足现代人的高水平物质文化需要，满足人们的时间、效率等观念，节约人力物力，降低公司运营成本，同时使得整个车厂管理系统安全可靠，智能停车场的研究开发成为当今的热点项目。本课题主要研究如何将目前正在发展的科学技术应用到停车场智能管理系统中，希望能对提高停车场管理的智能化程度有一定帮助。 1.2 国内停车场管理系统的现状及发展趋势近年来，在国内私家车迅速增长的情形下，一些大型城市面临“车多位少”的困境，迫使很多车主把车直接停在道路上，这一方面影响交通畅通，带来交通安全隐患;另一
6、方面也不利用车辆的管理，车辆容易被破坏或被偷盗，给车主带来财产损失。与此同时，随着城市停车场规模也日益大型化，加之服务车辆繁杂，人工管理的效率和可靠性已难以满足其在管理上提出的要求，此时，运用监控、诱导、路闸等手段实现车辆的智能化管理应运而生。停车场智能管理系统是现代化停车场车辆收费及设备自动化管理的统称，是将车场完全置于计算机管理下的高科技机电一体化产品。据恒业国际控股集团有限产品经理罗海江介绍，停车场智能管理系统兴起于2001年，发展到现在系统正日趋完善，功能越来越面向国内的实际需求，系统操作也更加人性化。如今智能停车场管理系统已经经过了从早期对国外产品的跟随和模仿阶段，进入到了一个产品创
7、新，紧随市场需求并不断壮大的阶段。目前国内停车场系统生产企业有400多家，其中国产停车场系统产品约占市场份额的80%左右，国外停车场系统市场占20%。而在欧美地区，据了解，欧洲一些国家的停车产业发展已有50年的历史，并已达到一种良性循环和有序发展。停车产业也已成为年产值数十亿美元的大产业。美国的停车产业每年收入约达260亿美元，占全美GDP的3.25%。而我国的停车产业尚处于起步阶段，城市汽车保有量与停车位之比远低于国际公认的11.3的合理比例，加之今后相当长的一段时期内，作为国家支柱产业的汽车工业和汽车市场还将保持高速成长的态势，汽车保有量的增加必将带来对停车市场的需求增长，可见，只要城市有
8、关政策给予适当支持，停车业作为一个新兴产业具有广阔的前景，其发展规模和潜力巨大。目前，停车场管理系统应用的领域很广泛，如中小型商业收费停车场(酒店、写字楼、商场、剧院配套)、大型或超大型商业收费停车场(机场、体育场、展览中心)、小区停车场等等。智能交通系统 ITS (Intelligent Transportation system)是将先进的信息技术、通讯技术、传感技术、控制技术以及计算机技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合的运输和管理系统，是目前世界交通运输领域研究的前沿课题。智能停车场管理系统是智能交通系统 ITS
9、 的重要组成部分。智能停车场管理系统采用先进技术和高度自动化的机电设备，将机械、电子计算机和自控设备以及智能IC卡技术有机地结合起来，通过电脑管理可实现车辆出入管理、自动存储数据等功能，实现脱机运行并提供种高效管理服务的系统。 新型的智能停车场将生活理念和建筑艺术、信息技术、计算机电子技术等现代高科 技完美结合，提供的是一种操作简单、使用方便、功能先进的人性化系统。它依靠高科技，以人为本，采用图形人机界面操作方式，提供一种更加安全、舒适、方便、快捷和开放的智能化、信息化生活空间，促进了人文环境的健康发展。 第二章相关技术基本原理研究2.1射频识别技术2.1.1 射频识别系统简介：射频识别(Ra
10、dio Frequency Identification，RFID)技术，是利用射频非接触式自动识别技术，利用无线射频方式在阅读器和应答器之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条码或磁条识别技术相比，射频识别技术具有非接触、作用距离远、精度高、适于恶劣环境、信息的收集和处理快捷灵活及较好的应用环境适应性、可识别运动目标等一系列的优点，在工业自动化、商品控制、交通运输控制管理等众多领域得到广泛的发展。同时RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。本课题提出一种基于RFID的智能停车
11、场管理系统，该方案集远距离感应式射频技术、自动控制技术和车辆检测技术于一体，应用于停车场收费管理、车辆控制与人员管理，具有先进、可靠、安全、方便、快捷等特点，有效的解决了业主和车主的难题；同时该系统还可方便的配合其他系统如门禁、消费等，从而实现不停车管理。最基本的射频识别系统由三部分组成：(1)射频标签：在这个系统中即分配给用户的射频卡。由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线闻进行通信。(2)读卡器(阅读器)：用来读取标签信息的设备，在停车场管理系统中，一般安放在出入口处，读取射频卡上的用户信息。另外它还可以用来初始化卡片和当用户充值时对卡进行数据的写入。(3)天线：在标签和读
12、卡器间传递射频信号。系统还通过读卡器的RS232或RS485接口与外部计算机(上位机主系统)连接，进行数据交换，将读取的信息上送至计算机进行处理或存储。根据不同的方式，射频卡有以下几种分类：(1)按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高；无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源，为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。(2)按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和1342kHz两种，中频射频卡频率主要为1356MHz，高主要为433MHz
13、、915MHz、245GHz、58GHz等。低频系统主要用成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。(3)按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿
14、过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频卡主要用于有障碍物的应用中，距离更远(可达30m)。(4)按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1cm)、近耦合卡(作用距离小于15em)、疏耦合卡(作用距离约lm)和远距离卡(作用距离至少1m以上。(5)按芯片分为只读卡、读写卡和CPU卡。2.2 RFID系统技术基础2.2.1 RFID系统的构成射频识别系统由电子标签、读写器、计算机通信网络三部分组成，如图1-1所示。图2-1射频识别系统的结构框图(1)电子标签电子标签是RFID系统的数据载体。电子标签根据读写器发出的指令，做出相应的操作和响应。在实际应用中，
15、将物品信息写入电子标签中，在标签附着在待识别物体的表面。读卡器以无线射频的形式读取和更新存储在电子标签芯片中的数据，进行信息解读并进行相关的管理。标签天线是读写器和标签芯片之间信号和能量传递的中介，是标签与读卡器之间传输数据的发射、接收装置。标签按载波频率可以分为低频标签、中频标签和高频标签。低频标签主要有125kHz和134.2妞z两种，中频标签频率主要为13.56MHz，高频标签主要为433MHz、gl5MHz、2.45GHz等。低频标签主要用于短距离、低成本的场景，广泛的被应用在校园卡、动物监管、货物跟踪等，以往的基于RFID的智能停车场管理系统就是使用这种电子标签。中频标签常常用于门禁
16、控制和需传送大量数据的应用系统。高频标签应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，具有很高的效率，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用较多。标签按供电方式标签可以分为无源标签和有源标签。无源标签不带电池，其所需能量均由读卡器所产生的电磁波提供工作距离、存储容量等都受到能量来源的限制。有源标签是指标签内置电池供电，通信距离更远，但因其寿命有限、体积较大、价格相对较高，且不适合在恶劣环境下工作。主要应用于贵重物品远距离检测类型的应用领域。根据标签的读写功能来划分可将盯ID标签分为三种:只读标签、一次写入多次读标签和可读写标签。只读型标签的结构功能出厂时己经被写入;一
17、次写多次读的标签是用户可以一次性写入数据的标签，写入后数据不变可以多次读取;可重写型标签内的信息可被读写器读取、更改或重写，这种标签生产成本较高，价格较贵。(2)读写器因频率范围、通信协议、数据传输方法的不同，各种读卡器相互间也有很大的区别，读卡器的主要功能为向电子标签提供射频能量、建立通信、防止碰撞、消息鉴权、从电子标签中读出数据或写入数据、完成数据信息处理并实现应用操作并和高层处理应用交互。读卡器可以单独具有读写、显示和数据处理等功能，也可与计算机或其它系统进行互联，完成对射频标签的相关操作。读卡器同电子标签类似，读卡器也可以按照工作频率，划分为低频、中频、高频三种，按照外观模式可以分为固
18、定式和手持式两种，是负责读取或写入标签信息的设备，可以将其作为部件的形式嵌入到其他系统中，也可以设计为单独的整体。读卡器由两个基本的功能块组成:控制模块和射频模块。射频模块的功能为产生高频的发射功率，为无源标签提供能量，对发射信号进行调制，用于将数据传送给标签。读卡器控制模块的功能随读卡器应用场合不同而有所增减，一般来说为控制与标签的通信过程，与应用软件进行通信，并执行计算机数据管理系统发来的指令并依据指令向射频模块发出特定的数据流，同时接受标签的应答数据流分析提取相关信息，信号的编码与解码和加密与解密，在一些特定的系统应用中控制单元还要实现防碰撞算法和安全认证功能。读卡器将要发送的信号，经编
19、码后加载在特定频率的载波信号上经天线向外发送。进入读卡器作用范围的标签接收此脉冲信号后，标签芯片中的有关电路对此信号进行解调、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。如果是读取命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码后经标签内的天线发送给读卡器，读卡器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至数据库处理;如果为修改信息的写入命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，对标签中的数据进行改写。在本系统中，读卡器还可以具备其它功能，包含产生触发交通灯等外围设备的输入输出信息。读卡器的射频模块产生射频信号及射频能量，激活并提供能量给被动式的无线射频标签。射频收发器可以集成
20、封装于在读写器内，也可以作为独立设备存在。例如CClloo、和NRF2401等射频模块己广泛的应用在各种RFID的系统中。 (3)计算机通信网络计算机数据管理系统包括了信息处理系统和数据库等，用以对读写器读取的标签信息和数据进行采集和处理。数据管理系统主要完成数据信息的存储管理以及对标签进行读写控制。计算机数据管理系统一般是采用专业化的数据库，对于比较特殊的应用领域，可以自己动手编写和开发相应的数据库软件，采用计算机进行控制。222 RFID系统的基本模型射频识别系统的基本模型如图22所示。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的
21、传递和数据的交换。图22射频识别系统的基本模型图发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种：(1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律，如图13所示。电感耦合方式一般适用于中、低频的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125 KHz，225 KHz和1356 MHz。识别作用距离小于1米，典型作用距离为10-20厘米。(2)电磁反向散射耦合。雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律，如图1-4所示。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433 MH
22、z，915 MHz，245 GHz和58 GHz。识别作用距离大于1米。图1.3 电感耦合图1.4 电磁耦合2.3 RFID系统基本工作流程射频识别系统的基本工作流程如下：(1)读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；(2)当电子标签进入发射天线的工作区时，电子标签被激活，将自身信息的代码经天线发射出去；(3)系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读写器。读写器对接收到的信号进行解调解码，送往后台的电脑控制器；(4)电脑控制器根据逻辑运算判断标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作； (5)执行机构按照电脑的指令动作；(6)通
23、过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，可以根据不同的软件来完成要实现的功能。2.4 RFID系统的工作原理RFID射频识别系统的工作过程是通过一定的时序方式来实现数据的交换。对于无源标签(被动标签)来讲，读卡器向电子标签提供工作能量。当标签离开射频识别范围时，电子标签由于没有能量的激活而处于休眠状态，当标签进入射频识别范围时，读卡器发射出来的能量激活标签，标签通过整流的方法将射频波转换为电能存储进标签中的电容，为标签的工作提供能量，完成数据通信。对于有源标签(主动标签)来说，标签始终处于激活状态，处于主动工作状态，和读卡器发射出的射频信号相互作用，通常可以具有较远的识读距离。
24、也就是说通常无源标签的工作方式是读卡器主动唤醒标签的读卡器先讲模式 (ReaderTalkFirst，RTF)、而有源标签可以采用标签首先发送请求的标签先讲模式(TagTalkFirst，TTF)。例如，标签随机地反复发送自己的识别ID，不同的标签可以在不同的时间段被读卡器正确读取，实现多标签的同时识读。或者读卡器首先向一批标签发出隔离指令，使得读卡器识读范围内的多个电子标签被隔离，最后只保留一个标签处于活动状态与读卡器建立无碰撞的通信联系;通信结束后，读卡器发送命令，使标签进入休眠状态，指定一个新的标签执行无碰撞通信指令。如此重复，完成所有标签识读。读卡器和标签之间的数据通信包括读卡器向标签
25、的数据通信和标签向读卡器的数据通信。读卡器向标签发送数据的过程称为下行，相对的，标签向读卡器发送数据的过程称为上行。在下行数据通信中，又包括离线数据写入和在线数据写入。无论是只读标签还是可读写的标签，都存在离线写入的情况。任何一个标签来讲都具有唯一的ID，ID可以在标签制造时由工厂固化写入，不能在RFID系统中更改。数据的在线写入指的是可写标签。标签的可写性能对系统提出了很高的技术要求，要求具有能量、写入距离、写入速度、数据写入速率、写入校验过程等。这样就在较大程度上提高了标签的制造成本，也在某种程度上增加了标签数据的安全隐患。目前市场上可读写的标签系统并不多，而且写入性能也不是很高。因此，在
26、大多数应用场合，使用的都是只读叮ID标签，都是运用后台来支持标签的数据属性。对于上行数据通信过程，有两种工作方式:一是标签收到读卡器的射频能量时，即被激活并向读卡器反射标签存储的数据信息;一是标签被激活后，根据读卡器指令转入数据发送或者休眠状态。2.5射频识别技术的应用 射频识别技术的应用正在逐渐改善着我们生活的各个方面，它不仅大大方便用户消费便利的电子付款等，还可完成各种资料的查询、统计、报表和打印功能。极大提高了管理水平和工作效率，为科学管理提供了有力的客观依据。1)在超市中，射频识别技术的运用使得数以万计的商品种类、价格、产地、批次、货架、库存、销售等各环节被管理得井然有序；2)采用车辆
27、射频识别技术，使得路桥、停车场等收费场所避免了车辆排队通关现象，减少了时间浪费，从而极大地提高了交通运输效率及交通运输设施的通行能力；3)在铁路运营中，采用自动设备识别技术可将飞驰的列车机车、车辆的标识信息在查询点上自动采集下来送入铁路运输信息管理系统(TMIS)中，为铁路运营提供及时的车辆追踪管理所需的基础信息；4）采用射频识别技术的防伪车牌系统，将使被盗车辆大白于本地监视系统之下，从而有效地防范车辆被盗案件的发生；5)在自动化的生产流水线上，整个产品生产流程的各个环节均被置于严密的监控和管理之下；6)在公交车的运行管理中，射频识别系统准确地记录着车辆在沿线各站点的到发站时刻，为车辆调度及全
28、程运行管理提供实时可靠的信息。还有，射频卡门禁、食堂消费管理等其他常见的射频识别应用系统等，都大大方便了我们的日常生活，提高社会现代化的水平。总之，射频识别技术作为从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术在消费、运输、防伪等科学自动化管理方面的应用。而正是由于大规模集成电路技术的成熟，才使射频识别系统的体积大大缩小，并进入实用化的阶段。它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目标并交换数据。它与同期或早期的接触式识别技术不同，RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别，具有耐用，容量大，安全性高和使用方便等优点，因此可在更广泛的场合中应用。同时，也要看到射频识别技术在中国还处于一个
29、起步的阶段，但是它的发展潜力巨大，前景诱人。在信息社会，对于各种信息的获取及处理要求快速、准确，在不久的将来RFID技术就将同其它信息技术一样深入并改善我们的生活。2.6泊车引导相关技术2.6.1泊位诱导系统概述：近年来，越来越多的停车场经营管理者开始在停车场内应用泊位诱导系统，试图提:高停车场利用率和改善停车场内部秩序。但在具体诱导过程中，系统只是提示停车场某个停车区域空闲泊位数，可能会诱导很多车辆同时涌向该停车区域，造成停车场内的拥堵状况，无法起到诱导效果。因此，泊位诱导系统应该能够实现车辆入场时为其分配一个最优(最短路径)泊位，同时利用诱导显示屏显示该到达该泊位的最短路径，显示屏诱导信息
30、具体到某一个泊位，从而提高系统的可信度和停车场利用率。2.7 停车位信息采集方式停车位信息采集部分是实现停车引导的关键内容。正确、快速、有效地提取停车位占用信息直接决定着引导信息的正确性和实时性。停车位信息中的动态数据采集方式可以分为人工采集和自动采集两种方式。人工采集就是通过人工识别车辆进出，手工设定车辆进出场信息和空余停车位信息。目前随着停车场的日益大型化，人工采集方式已经不能满足系统需求。自动采集方式是通过借助其他设备自动感知车辆的存在，并将停车信息发送到控制中心。目前自动采集技术按检测器的工作方式可以划分为感应线圈检测器、超声波检测器、视频检测器、红外线检测器等四大类。（1）感应线圈检
31、测器感应线圈检测器是传统的信息检测器，是目前世界上用量最大的停车位检测设备。使用方法是将感应线圈传感器埋于被检测停车位地面下，通过自动检测停车位上有车时线圈的电压等参数变化，感知停车位占用情况。此种方法技术成熟，易于掌握。但是缺点在于安装时感应线圈必须埋入停车场地面下，当感应线圈出现故障时，需要挖开地面维修，维护成本大，停车位安装检测装置，一次性投资较大等。（2）超声波检测器目前超声波检测器使用量已成为仅次于感应线圈检测器的一种检测器。它是通过接受由超声波探头发出并经过停车位反射的超声波来感知停车位的占用情况。其工作原理可分为两种:传播时间差法和多普勒法。由于超声波检测器北京邮电大学硕士论文R
32、FID智能停车场管理系统的研究与设计采用悬挂式安装在停车位上方或者正前方，这与需要地面埋设的感应线圈检测器相比具有很多优点。首先是不需要破坏地面，也不受地面变形的影响;其次是使用寿命长、可移动、架设方便。其不足之处是容易受环境影响，探头下方通过的人或物会产生反射波，容易造成误检。（3）视频检测器视频检测是一种结合视频图像和模式识别的技术。利用视频、及现代通信等技术通过安装在停车场的摄像机采集停车位的视频图像，再运用数字图像处理、模式识别等技术对视频图像进行处理，最后识别停车位的占用信息，从而为后续的信息加工、信息引导提供实时的停车信息。其缺点是投资高，模式识别技术要求高、实现复杂且识别率存在一
33、定误差。（4）红外线检测器红外线检测器是具有良好应用前景的悬挂式检测器，采用反射式检测技术。红外线检测器探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成，其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向停车位上辐射，当停车位上有车时，红外线脉冲从停车位反射回来，被探头的接收管接收，经红外解调器解调，通过选通、放大、整流和滤波后触发器输出一个检测信号。这种检测器具有快速准确、轮廓清晰的检测能力。2.8路径引导算法路径引导算法是针对路径选择问题的算法，其主要目的就是要解决路网中两点之间的最优路径选择，归根结底就是求解带权有向图的最短路径问题。以下为常用的路径算法:略。2.9辆识别技术车辆自动识别包括
34、车辆牌照识别、车辆颜色识别、车型识别、车标识别等，第三章智能停车场管理系统总体方案设计3.1智能停车场与传统停车场的比较 本课题致力于设计一个自动化程度高和安全防盗性能优良的停车场管理系统，设计以提高系统自动化、人性化程度和安全性为主。传统的停车场管理系统重点均放在计费收费管理功能上，关注的是各个车辆进出的时间以便于收费，而在停车场的安全性、运行效率和针对顾客的人性化要求方面考虑得较少。针对这种情况，该停车场管理系统既保留了传统停车场管理系统的所有功能，又以原有收费介质为依托，对管理介质进行了改进，增加了基于遗传算法的自动泊车引导系统和基于数字图像与处理的车辆识别安全监控系统。当车辆进入停车场
35、时，系统自动摄取车辆图像，经计算机处理后得到车辆型号信息、车辆牌照信息、车辆颜色信息，并将这些信息与用户卡唯一的对应起来一同存入用户数据库中。当车辆驶离停车场时，用户卡、车牌号码或车辆图像等相关指标匹配后才能放行。另外每次停车过程中，管理系统都会根据当时停车场的实时停车情况为用户指定一个符合最短路径的有效停车位，并在整个停车过程中，系统都将通过电子显示屏对顾客给予路径信息指示。本系统采用“一车一卡一位”的管理模式，即从车辆进入停车场一直到车辆驶离停车场，与这辆车相关的所有数据均与卡的ID号唯一相关，通过这个唯一的ID号，我们可以将诸如用户信息、车辆型号信息、车辆牌照信息、车辆颜色信息、车辆图像
36、、车辆进出场时间、停车时长、指定停车位编号、泊车路径、应缴费用等信息在数据库中统一起来，便于查询和存储。这样便使收费管理、泊车引导和车辆识别安全监控子系统的数据信息建立在同一个数据平台上，从而将各子系统有效的集成为一个统一的停车场智能管理系统。3.2.功能需求分析系统分析也称为逻辑设计，是系统开发周期的一个重要阶段，系统分析的主要任务包括可行性研究和需求分析。需求分析是整个系统分析的基础，是指用户要求系统必须满足的所有功能和限制。在智能交通系统中，对智能停车场的要求是既作为整个交通系统中的一个子系统，又作为一个相对独立的系统。前者指的是作为整个智能交通系统的一部分，要求它能与智能交通系统进行信
37、息互动，即停车场不但能实时提供停车位的状态信息，为整个交通系统的疏导和指挥提供参考，又能接收来自交通指挥中心的指令信息，接受统一调度安排；后者指的是它能独立运行，具备诸如计费收费、控制车辆出入、满足用户停车需求等停车场的基本功能。要建立智能停车场的体系结构，首先应确定系统的用户服务要求，也就是明确停车场管理系统所应具备的功能。对于停车场的功能需求分析本文从以下三个方面进行考虑：交通管理部门、停车场管理者和用户。交通管理部门对停车场的功能需求是满足停车需要、调节交通，能够让需要停车的车辆进入停车场停车，避免车辆在道路上滞留，以此来缓解交通压力，使整个交通有序运行。因此，停车场必须具有方便停车、提
38、供停车场停车位状态信息的功能。停车场管理者对停车场的功能需求是保证车辆安全、计费收费、方便用户停车等，这样停车场应该具有车辆出入控制、停车时长统计、费用计算、泊车引导、车辆识别的功能。从用户这一方面来说，车辆安全是第一位的，对于费用收取的透明度和停车、取车的方便快捷也是一个重要考虑因素。因此，综合以上三方面对停车场管理的功能需求，把智能停车场中的停车服务功能和交通导行服务功能归纳起来，智能停车场应至少具备以下几个功能：(1)车辆的出入控制功能；(2)计费、收费功能；(3)车辆识别功能；(4)泊车引导功能；(51安全监控功能；(6)停车场状态信息收集、处理功能；(7)与智能交通系统进行通信的功能
39、。3.3智能停车场管理系统智能停车场管理系统是以管理系统和通道识别系统组成的计算机网络，网络通讯协议采用TCPIP协议。系统能有效、准确、智能的对进出停车场的系统车辆(装有电子车牌的车辆)和非系统车辆(未装有电子车牌的车辆)的数据信息识别、采集、记录并按需驻留、上传、处理，并在必要时可以通过相应的人工干预进行补充，以避免非正常事件(非系统车进出)的影响，确保门禁系统有高效的车辆智能放行能力。3.3.1智能停车场系统功能要求对于智能停车场系统来说，要求灵敏度应该较高，使用的适应性较大，安装不太复杂，同时应该不受昼夜影响可以确保在任何环境下对车辆进行稳定可靠的监控，工程应用方便，免维护，成本也不应
40、该很耐；射频识别设备要能实现汽车正常速度通过时，能与电子车卡进行通信；车辆的时间、空间信息、车卡信息及数据处理中心下传指令需在本地保存；系统应定期自检和故障自检，及时上传设备工作状态，以供系统运行中心处理；故障排除或供电恢复后，系统自动重启，确保停车场工作正常、数据传输完整；软件结构模块化；能够满足交通控制设备与监控设备(如道闸、信号灯、电子称、视频抓拍等)的接口需求。3.3.2智能停车场系统功能特点(1)采用了射频识别技术和计算机控制，自动化程度高，控制准确。(2)采用远距离智能识别标签技术，防伪性能良好。停车的车辆拥有一个具有唯一序列号的标签卡，该序列号不能更改。多重加密技术，唯一识别，无
41、法伪造仿制。而且只有该系统发行认可。(3)非接触式智能标签卡使用时无机械接触动作，远距离感应通讯，无方性，卡片可以在读写器的远距离读卡范围内，在车辆不停车的同时就可以完成读卡的操作，方便用户的使用。(4)道闸根据车辆的通行情况自动升起和降落，并具有防砸车功能1251 1261。(5)停车收费由计算机统计和确认。(6)采用计算机网络和收费软件相结合的方法，防止了非法的修改和越权查阅资料。(7)管理计算机和各个收费计算机可以实现实时通讯，并且管理计算机具有外接接口，网络扩展性强。(8)采用标准的工业控制系统结构，可根据用户的不同要求组织不同系统的配置，方便灵活。(9)安装、调试、维护简单方便，易于
42、更换及检修。(10)整个系统性能稳定，使用可靠。3.4智能停车管理系统工作流程 智能停车管理系统运行过程是以用户停取车的过程为基础的，停车场的工作流程也始终以用户车辆进出停车场的流程为中心。停车场用户一般分为临时用户和固定用户。临时用户是指临时使用停车场停车的用户，这类用户的停车行为一般具有临时性、随机性、使用频次低等特征。临时用户潜在数量庞大且身份不确定，其计费方式是按次或者停车时间。固定用户是指长期固定使用停车场停车的用户，这类用户的停车行为一般具有长期性、规律性、使用频次高等特征。固定用户一般是停车场附近单位的工作人员或生活区的住户，数量在一定时间内是确定的，其计费方式是按次、月或季度等
43、。针对停车场用户一般分为临时用户和固定用户的实际情况，系统出入场工程流程也分为针对临时用户和固定用户的两种情况。停车场管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的，停车场的工作流程也始终以用户车辆进出停车场的流程为中心。停车场用户一般分为临时用户和固定用户两大类。（1）临时用户临时用户是指临时使用停车场停车的用户，这类用户的停车行为一般具有临时性，随机性，使用频次低的特征。临时用户潜在数量庞大且身份不确定。图3.1 智能停车场管理示意图2固定用户固定用户是指长期固定使用停车场停车的用户，这类用户的停车行为一般具有长期性、规律性、使用频次高的特征。固定用户一般是停车场附近单位的工作人员或生活区
44、的住户，数量在一定时间内是确定的。针对停车场用户一般分为临时用户和固定用户的实际情况，系统出入场工程流程也分为针对临时用户和固定用户的两种情况。为了在方便管理的同时尽量降低成本，停车场管理系统针对不同用户采用不同的管理介质。由于临时用户使用的频率较低，针对这类用户一般采用的是入场时临时发卡，出场时即时收费并回收卡片的方式。这里临时用户选择采用近距离的无源射频卡(临时卡)；针对固定用户使用频率较高的状况，为了方便管理，简化收费手续，系统为这类用户建立个人档案，把用户的姓名、性别等个人基本资料以及包括用户车辆型号、车牌、品牌等在内的车辆信息存储在数据库内。另外。在我国24GHz24835GHz的频
45、段是无需向国家无线电管理委员会申请使用可证的公用频段，所以系统选择给用户分配一张带键盘的远距离24GHz有源射频卡(长期卡)。带键盘主要是为固定用户在驶离停车场时作输入密码之用，通过密码确认的方式来杜绝因卡片被窃所导致的车辆被盗现象的发生。卡的ID作为数据库中各关联数据表的主键。收费一般采用按月或按年预充值的形式。远距离射频卡与自动化的出入口控制系统结合可以实现对于固定用户在不停车的情况下完成所有的操作，大大方便了用户的停车，提高了停车场的通行效率，减少了出入口的拥塞现象出现。3.4.1入场工作流程1临时车辆入场工作流程临时车辆进入停车场时，设在车道下的车辆感应线圈检测到车辆的到来。将有车信号
46、传送给入口控制器，入口控制器获取车辆到来的信号后，向相关设备发出指令，启动摄像系统和车辆识别系统。经计算机对图像进行处理后，记录车辆的牌照信息、颜色信息、车型信息等。语音提示设备提示用户按动取卡按钮，入口控制器检测到取卡信号后，通过串口给发卡机发送发卡命令。发卡机接到命令后，发出一张临时用户卡，刚才系统所获取的信息即与此卡的ID号对应起来。同时语音提示器提示用户取走临时卡。如果用户在规定时间内不取卡，发卡机将自动吞回用户卡，入口控制器取消此次入场工作。用户取走卡后，发卡机发出用户已取走卡的信号给入口控制器，入口控制器抬起栏杆，用户驾车驶入停车场。入口电动栏杆检测到配套车辆检测器信号出现“有车一
47、无车”变化后，才自动将栏杆放下，以杜绝砸车事件的发生。入口控制器接收到入口栏杆出现“抬杆一落杆”的动作后，确认本次入场过程已经完成。2长期卡入场工作流程当持长期卡的用户车辆进入入口读卡器的感应范围时，读卡器即与射频卡之间建立起信息交换系统，射频卡向读卡器发送卡信息，读卡器判断射频卡的合法性和时间有效性，如有效则获取射频卡的ID号，并将其上送至数据处理中心。同时，摄像系统和车辆识别系统将启动。摄入车辆图像，经车辆识别系统分析后，获得牌照信息、颜色信息、车型信息等；数据处理中心根据读卡器上传的ID号，查询数据库中与此ID号相关的车辆信息，并与刚才实时获取的信息进行比对，若不符合则拒绝放行，并给出告
48、警信息和出错提示信息。另外，数据处理中心还会检查此固定卡是否过期，如果过期则会提示“用户余额不足，请尽快充值”等信息。若符合条件，则给入口控制器一个有效信号，抬起栏杆，用户驾车驶入停车场。入口电动栏杆检测到配套车辆检测器信号出现“有车一无车”变化后，将栏杆放下。入口控制器接收到入口栏杆出现“抬杆一落杆”的动作后，确认本次入场过程已经完成。由于长期卡与读卡器的信息交换距离在从十几米到数十米，并且都是在空间里完成的，时间花销短，所以当车辆到达入口时，电动栏杆已经抬起，这样便实现了固定用户的不停车操作。3.4.2出场工作流程1临时卡出场工作流程用户驾驶车辆进入停车场离场通道，停在出口处，车辆检测器检测到有车后，向出口控制器发出有车信号。摄像系统和车辆识别系统启动，摄入车辆图像，经车辆识别系统分析后，获得牌照信息、颜色信息、车型信息等；用户将入场时取得的用户卡交给管理人员，管理人员通过出口读卡机读取用户卡ID信息，并将用户卡收回循环使用。数据中心通过检索数据库中对应ID号，获得该用户卡的类型(临时卡