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基于窄带物联网的新型智慧停车管理系统设计

时间:2019-08-30 13:21作者:学位论文网
本文导读:这是一篇关于基于窄带物联网的新型智慧停车管理系统设计的文章,我们提出了一种基于 NB-IOT(窄带物联网 )技术的新型智慧停车管理系统 ,通过该管理系统司机可以自主快速找到可用的停车位,司机可以找到精确的导航路线。

  【摘 要】随着经济的发展,停车难的问题越来越突出,传统的停车方式已经不再适合。现提出一种基于NB-IOT(窄带物联网)的智慧停车管理系统设计,该系统可以快速诱导司机,根据指示地图合理便捷停车,同时方便管理。

  【关键词】智慧停车;NB-IOT;数据采集。

  1、概 述。

  随着经济的飞速发展, 停车市场经济规模接近万亿,国内城市交通压力日益增大,而在巨大市场的背后是车位和车辆匹配严重失衡的城市停车难题[1]. 如何迅速处理停车难的问题,减少交通拥堵、提高车辆通行能力是迫在眉睫的事情。

  目前国内有很多无线解决方案,譬如蓝牙、WIFI 已经红外技术等,都能实现智慧停车管理,但是这些方案本身有一定的缺陷-功耗较大、通信距离较短,因此并不能完全满足城市智慧停车大规模应用场景需求。 我们提出了一种基于 NB-IOT(窄带物联网 )技术的新型智慧停车管理系统 ,通过该管理系统司机可以自主快速找到可用的停车位,司机可以找到精确的导航路线。 需要停车的司机可以通过手机客户端的APP 实时查看可以停车的位置 , 并通过手机 APP 上的地图指示快速找到停车位,避免了浪费时间盲目寻找,同时后台管理员的管理也更加方便, 可以清楚了解每一个停车位的情况。 该方案以自动感知为基础、数据采集为手段、智能控制为核心、精细管理和服务提升为目的,满足智慧城市建设需求,提升了城市管理能力和民生服务效率。

  2、系统基本原理。

  该方案采用运营商的 NB-IoT 窄带物联网网络,在基站网络覆盖范围内均能实现联网通信,无需架设转发网关。 通过安装在地面上的地磁传感器,可以检测停车位是否被占用。 这些检测数据被 NB-IOT 传送到智慧停车服务器, 并与来自其它传感器的数据聚合在一起,创建一个实时的停车地图。

  系统的体系结构分为传感层、网络层和应用层[2]。

  传感层主要采用地磁传感器实现。 地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别, 数据采集系统在交通监控系统中起着非常重要的作用, 地磁传感器是数据采集系统的关键部分,传感器的性能对数据采集系统的准确性起决定作用。 当驾驶员将车辆停在车位上,“地磁传感器” 将自动感应车辆的停车时间,将时间通过 NB-IOT 传送到后台进行计费,司机直接用银行卡、微信支付宝等方式进行缴费。 同时利用该设备摄像功能,不交费的车辆进行拍照,并将这些车辆信息录入有关网站,对逃费车辆采取一定措施。 安装、维修方便,不必封闭车道、对路面破坏小,当在检测点吊架或侧面安装时不用破坏路面,维修时只需检查地磁传感器即可;检测点不易遭到破坏,不受路面移动影响。

  网络传输层采用运营商的现有网络实现。 NB-IoT 是 IoT领域一个新兴的技术, 支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。 NB-IoT 支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。 NB-IoT 设备电池寿命可以提高至少 10 年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖[3].

  应用层讲网络传输来的数据通过信息系统进行处理,并通过各种设备进行人机交互。 当司机进入停车场之前,可以通过停车场的大屏幕或者手机上的 APP 查看停车场的空闲停车位数量,后台服务器可以根据流量、车头时距、占有时间等改变路口控制策略。

  3、硬件设计。

  3。1 通讯协议。

  市面上已经有很多种地磁传感器的通讯协议, 有支持私有协议的射频模块,譬如 2.4G,SubG 私有协议,也有采用 Lo-Ra 等协议的,这些协议或多或少存在一些劣势。 私有协议无法用于厂家之间的互联互通,厂家的研发设计能力存在差异,导致了协议的兼容性和组网能力差别巨大, 因此并不适合大范围的推广。而 LoRa 技术优势是传输距离长,灵敏度高,但是通讯速率低是巨大的缺陷。 我们采用目前物联网热门研究内容 NB-IOT 标准协议。 该协议优点是低功耗,寿命长,可以提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

  3.2 传感器设计。

  我们提出了一种新型地磁传感器用于车辆检测。 车辆数据的采集在停车监控系统中起着非常重要的作用, 地磁传感器是数据采集系统的关键部分, 传感器的性能对数据采集的准确性起决定作用。 地磁传感器目前采用的技术有磁阻效应、霍尔效应、电磁感应和 AMR(相异性磁力阻抗感应)等几种,我们采用相异性磁力阻抗感应传感器并采用车辆检测算法检测车辆进行动态检测, 该传感器可以快速检测获取地磁大小方向等参数。

  地磁传感器采用四个 AMR 传感器电阻条进行相互连接形成一个典型的惠斯通电桥, 通过测试电桥的两输出端输出差电压信号,可以得到外界磁场值实现位置检测。 传感器的数据送到 A/D 转换器实现模拟信号转换为单片机可以处理的数字信号,数据处理部分采用单片机对送来的数据处理,通过相应的算法确定车辆各种状态参数, 然后采用 NB-IOT 无线模块发送给现有的运营商网络, 最后传输到后台进行人机界面交互。

  4、系统软件设计。

  本系统采用软件设计分为数据采集处理、 用户 APP 两部分。数据采集通过传感器把数据送到传送网络。数据采集处理流程如图 1 所示。

软件处理流程

  系统一开始没有车辆,这时候所有信息都是初始态;当有车辆驶入停车位, 地磁传感器识别到有车辆的时候通过 NB-IOT 把数据送到后台, 地图标记红色表示有车已经停在该位置,同时开始计费并上报数据;如果没有车辆,则有两种情况:

  没有车辆进入和车辆驶离, 需要根据具体情况进行处理并把空置车位上报给后台, 后台可以根据统计结果给用户在手机客户端或者在大屏幕上显示剩余车位数。

  5、结 语。

  该系统已经在某大润发停车场经过实践检验, 预计可持续工作超过 5 年。 该停车场 300 个停车位,车位相对集中,通过该系统的使用很好地实现了人、车、泊位可视化监管,高效缓解城市交通压力。 市民通过手机 APP,就可以实时找车位、约车位、付车费,为小区带来了巨大的社会效益,实现停车供需的动态平衡,改善城市静态交通环境。

  参考文献:

  [1]罗 超。破局停车难,智慧停车叫好又叫座[J].大数据时代,2019,02.
  [2]薛元飞。物联网技术下的智能车辆管理系统设计和应用[J].电子技术与软件工程,2019,05.
  [3]谢 岩。NB-IoT 技术简述及应用前景,数字通信世界[J].2019,03.

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