RFID 的智能停車場管理系統(tǒng)設計

　　1. 射頻識別技術介紹

　　射頻識別技術(RFID) 是從20 世紀80 年代起走向成熟的一種自動識別方式。 它具有很多突出的優(yōu)點： RFID 技術不需要人工干預， 不需要直接接觸、 不需要光學可視即可完成信息輸入和處理， 可工作于各種惡劣環(huán)境， 可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽， 操作快捷方便， 實現(xiàn)了無源和免接觸操作， 應用便利， 無機械磨損， 壽命長， 機具無直接對最終用戶開放的物理接口， 能更好地保證機具的安全性; 數(shù)據(jù)安全性能高， 除標簽的密碼保護外， 讀寫器和標簽之間也可互相認證， 實現(xiàn)安全通信和存儲等。

　　2. 1 RFID 系統(tǒng)的構成

　　射頻識別系統(tǒng)由電子標簽、 讀寫器、 計算機通信網(wǎng)絡三部分組成， 如圖 1 所示。

　　(1) 電子標簽

　　電子標簽存儲著需要被識別物品(物體) 的相關信息， 通常被放置在需要識別的物品(物體) 上， 它所存儲的信息通?？杀簧漕l讀寫器通過非接觸方式讀/寫獲取。

　　(2) 讀寫器

　　讀寫器是可以利用射頻技術讀/寫電子標簽信息的設備。 讀寫器讀出的標簽信息可以通過計算機以及網(wǎng)絡系統(tǒng)進行管理和信息傳輸。

　　(3) 計算機通信網(wǎng)絡

　　在射頻識別系統(tǒng)中， 計算機通信網(wǎng)絡通常用于對數(shù)據(jù)進行管理， 完成通信傳輸功能。 讀寫器可以通過標準接口與計算機通信網(wǎng)絡連接， 以便實現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)傳輸功能。

　　2.2 RFID 系統(tǒng)的基本模型

　　射頻識別系統(tǒng)的基本模型如圖 2 所示。 電子標簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸) 耦合; 在耦合通道內， 根據(jù)時序關系， 實現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換。

　　2. 3 RFID 系統(tǒng)基本工作流程

　　射頻識別系統(tǒng)的基本工作流程如下：

　　(1) 讀寫器將無線電載波信號經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)射;

　　(2) 當電子標簽進入發(fā)射天線的工作區(qū)時， 電子標簽被激活， 將自身信息的代碼經(jīng)天線發(fā)射出去;

　　(3) 系統(tǒng)的接收天線接收電子標簽發(fā)出的載波信號， 經(jīng)天線的調節(jié)器傳輸給讀寫器。 讀寫器對接收到的信號進行解調解碼， 送往后臺的電腦控制器;

　　(4) 電腦控制器根據(jù)邏輯運算判斷標簽的合法性， 針對不同的設定做出相應的處理和控制， 發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構的動作;

　　(5) 執(zhí)行機構按照電腦的指令動作;

　　(6) 通過計算機通信網(wǎng)絡將各個監(jiān)控點連接起來， 構成總控信息平臺， 可以根據(jù)不同的軟件來完成要實現(xiàn)的功能。

　　3. 智能停車場管理系統(tǒng)設計

　　3.1 智能停車場與傳統(tǒng)停車場比較

　　傳統(tǒng)的停車場管理系統(tǒng)重點均放在計費、 收費管理功能上， 關注的是各個車輛進出的時間以便于收費， 而在停車場的安全性、 運行效率和針對顧客的人性化要求方而考慮得較少。 針對目前現(xiàn)狀， 我們提出了智能停車場管理系統(tǒng)， 以實現(xiàn)車輛自動識別和信息化管理， 提高車輛的通行效率和安全性， 并統(tǒng)計車輛出入數(shù)據(jù)， 方便管理人員進行調度， 以減輕管理人員的勞動強度， 從而提高工作效率。該停車場管理系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)停車場管理系統(tǒng)

　　的所有功能， 又以原有收費介質為依托， 對管理介質進行了改進。 當車輛進入停車場時， 系統(tǒng)自動攝取車輛圖像，經(jīng)計算機處理后得到車輛型號信息、 車輛牌照信息、 車輛顏色信息， 并將這些信息與用戶卡唯一的對應起來一同存入數(shù)據(jù)庫中。 當車輛駛離停車場時， 用戶卡、車牌號碼或車輛圖像等相關指標匹配后才能放行。 本系統(tǒng)采用“一車一卡一位”的管理模式， 即從車輛進入停車場一直到車輛駛離停車場， 與這輛車相關的所有數(shù)據(jù)均與卡的ID 號唯一相關， 通過這個唯一的ID 號， 我們可以將諸如用戶信息、 車輛型號信息、 車輛牌照信息、 車輛顏色信息、 車輛圖像、 車輛進出場時間、停車時長、 指定停車位編號、 泊車路徑、 應繳費用等信息在數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一起來，便于查詢和存儲。 這樣便使收費管理、 泊車引導和車輛識別安全監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息建立在同一個數(shù)據(jù)平臺上， 從而將各子系統(tǒng)有效的集成為一個統(tǒng)一的停車場智能管理系統(tǒng)。

　　3.2 智能停車場系統(tǒng)工作流程

　　射頻識別系統(tǒng)有著其他識別系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢， 再加上射頻識別系統(tǒng)中數(shù)據(jù)載體的防污、 防磨損性能很好， 這有利于提高載體的重復使用率， 增加其使用壽命， 減少使用成本， 因此智能停車場管理系統(tǒng)我們采用射頻識別系統(tǒng)。 圖3 所

　　示為智能停車場管理系統(tǒng)示意圖： 停車場管理系統(tǒng)運行過程是以顧客停車取車的過程為基礎的， 停車場的工作流程也始終以用戶車輛進出停車場的流程為中心。停車場用戶一般分為臨時用戶和固定用戶兩大類。 當車輛駛入/出停車場天線通

　　信區(qū)時， 天線以微波通訊的方式與車載射頻卡進行雙向數(shù)據(jù)交換， 從射頻卡上讀取車輛的相關信息， 自動識別射頻卡并判斷車卡是否有效和合法性， 車道控制電腦顯示與該射頻卡一一對應的車牌號碼及駕駛員等資料信息; 車道控制電腦自

　　動將通過時間、 車輛和駕駛員的有關信息存入數(shù)據(jù)庫中， 車道控制電腦根據(jù)獨到的數(shù)據(jù)進行判斷來做出放行或禁止的決策。

　　(1) 臨時用戶

　　臨時用戶是指臨時使用停車場停車的用戶， 這類用戶的停車行為一般具有臨時性， 隨機性， 使用頻次低的特征。 臨時用戶潛在數(shù)量龐大且身份不確定。

　　(2) 固定用戶

　　固定用戶是指長期固定使用停車場停車的用戶， 這類用戶的停車行為一般具有長期性、 規(guī)律性、 使用頻次高的特征。 固定用戶一般是停車場附近單位的工作人員或生活區(qū)的住戶， 數(shù)量在一定時間內是確定的。 針對停車場用戶一般分為臨時用戶和固定用戶的實際情況， 系統(tǒng)出/入場流程也分為臨時用戶和固定用戶的兩種情況。

　　3.2.1. 臨時車輛入場工作流程

　　臨時車輛進入停車場時， 設在車道下的車輛感應線圈檢測到車輛的到來。 將有車信號傳送給入口控制器， 入口控制器獲取車輛到來的信號后， 向相關設備發(fā)出指令， 啟動攝像系統(tǒng)和車輛識別系統(tǒng)。 經(jīng)計算機對圖像進行處理后， 記錄車輛的牌照信息、 顏色信息、 車型信息等。 語音提示設備提示用戶按動取卡按鈕， 入口控制器檢測到取卡信號后， 通過串口給發(fā)卡機發(fā)送發(fā)卡命令。 發(fā)卡機接到命令后， 發(fā)出一張臨時用戶卡， 剛才系統(tǒng)所獲取的信息即與此卡的ID 號對應起來。同時語音提示器提示用戶取走臨時卡。 如果用戶在規(guī)定時間內不取卡， 發(fā)卡機將自動吞回用戶卡， 入口控制器取消此次入場操作。 用戶取走卡后， 發(fā)卡機發(fā)出用戶已取走卡的信號給入口控制器， 入口控制器抬起欄桿， 用戶駕車駛入停車場。入口電動欄桿檢測到配套車輛檢測器信號出現(xiàn)“有車—無車”變化后， 才自動將欄桿放下， 以杜絕砸車事件的發(fā)生。 入口控制器接收到入口欄桿出現(xiàn)“抬桿—落桿”

　　的動作后， 確認本次入場過程已經(jīng)完成。

　　3.2.2.長期卡車輛入場工作流程

　　當持長期卡的用戶車輛進入入口讀卡器的感應范圍時， 讀卡器即與射頻卡之間建立起信息交換系統(tǒng)， 射頻卡向讀卡器發(fā)送卡信息， 讀卡器判斷射頻卡的合法性和時間有效性， 如有效則獲取射頻卡的ID 號， 并將其上送至數(shù)據(jù)處理中心。同時， 攝像系統(tǒng)和車輛識別系統(tǒng)將啟動。 攝入車輛圖像， 經(jīng)車輛識別系統(tǒng)分析后，獲得牌照信息、 顏色信息、 車型信息等; 數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)讀卡器上傳的ID 號，查詢數(shù)據(jù)庫中與此ID 號相關的車輛信息， 并與剛才實時獲取的信息進行比對，若不符合則拒絕放行， 同時給出告警信息和出錯提示信息。 另外， 數(shù)據(jù)處理中心還會檢查此固定卡是否過期。 若符合條件， 則給入口控制器一個有效信號， 抬起欄桿， 用戶駕車駛入停車場。 入口電動欄桿檢測到配套車輛檢測器信號出現(xiàn)“有車—無車”變化后， 將欄桿放下。 入口控制器接收到入口欄桿出現(xiàn)“抬桿—落桿”的動作后， 確認本次入場過程已經(jīng)完成。 山于長期卡與讀卡器的信息交換距離在

　　從十幾米到數(shù)十米， 并且都是在空間里完成的， 時間花銷短， 所以當車輛到達入口時， 電動欄桿已經(jīng)抬起， 這樣便實現(xiàn)了固定用戶的不停車操作。 車輛入場工作

　　流程如圖4 所示：

　　3.2.3. 臨時車輛出場工作流程

　　用戶駕駛車輛進入停車場離場通道， 停在出口處， 車輛檢測器檢測到有車后，向出口控制器發(fā)出有車信號。 攝像系統(tǒng)和車輛識別系統(tǒng)啟動， 攝入車輛圖像， 經(jīng)車輛識別系統(tǒng)分析后， 獲得牌照信息、 顏色信息、 車型信息等; 用戶將入場時取得的用戶卡交給管理人員， 管理人員通過出口讀卡機讀取用戶卡ID 信息， 并將用戶卡收回循環(huán)使用。 數(shù)據(jù)中心通過檢索數(shù)據(jù)庫中對應ID 號， 獲得該用戶卡的類型(臨時卡)、 入場時間， 并查詢數(shù)據(jù)庫中與此ID 號相關的車輛信息， 與剛才實時獲取的信息進行比對， 若不符合則拒絕放行， 并給出告警信息和出錯提示信息。 若符合， 數(shù)據(jù)中心根據(jù)車輛在場內停留時間和計費費率， 計算出用戶應繳費額， 同時顯示在金額顯示器屏幕上， 語音提示設備提示用戶應繳納的金額， 用戶交納相應費用后， 管理人員將通過出場控制器打開出口電動欄桿， 用戶駕車駛出停車場。 出口電動欄桿檢測到配套車輛檢測器信號出現(xiàn)“有車—無車”變化后， 自

　　動將欄桿放下。 計算機接收到出口欄桿出現(xiàn)“抬桿—落桿”動作后， 確認本次出場

　　過程已經(jīng)完成， 將先前獲得的用戶卡號、 入場時間、 出場時間保存到相應數(shù)據(jù)庫

　　中備查， 完成一次出場過程。

　　3.2.4.長期卡車輛出場工作流程

　　持長期卡用戶的車輛到達停車場出口時， 讀卡器獲取該卡的信息， 將信息上送到數(shù)據(jù)處理中心， 啟動車輛圖像識別系統(tǒng)， 判斷用戶卡的有效性和密碼， 并將數(shù)據(jù)中心查詢到的信息與此ID 號相關的車輛信息與車輛識別系統(tǒng)獲取的信息進行比對， 如果符合， 則給出口控制器一個有效信號， 由出口控制器控制抬起出口電動欄桿， 用戶駕車離開停車場， 完成一次出場過程。車輛出場工作流程如圖5 所示：

　　3.3 智能停車場管理系統(tǒng)設計

　　由系統(tǒng)功能需求分析就可以確定系統(tǒng)的外部實體， 根據(jù)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)外部實體， 我們就可以從總體上對停車場管理系統(tǒng)進行設計。 智能停車場管理系統(tǒng)設計如圖6 所示：

　　四、 車位引導子系統(tǒng)原理

　　通過安裝在每個車位上方的超聲波車位探測器， 實時采集停車場的各個車位的車輛信息。 連接探測器的節(jié)點控制器會按照輪詢的方式， 對所連接的各個探測器信息進行收集， 并按照一定規(guī)則將數(shù)據(jù)壓縮編碼后反饋給中央控制器， 由中央控制器完成數(shù)據(jù)處理， 并將處理后的車位數(shù)據(jù)發(fā)送到停車場各個 LED 指示屏進行空車位信息的顯示， 從而實現(xiàn)引導車輛進入空余車位的功能。 系統(tǒng)同時將數(shù)據(jù)傳送給計算機， 由計算機將數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫服務器， 用戶可通過計算機終端查詢停車場的實時車位信息及車場的年、 月、 日統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

　　1、 車位引導子系統(tǒng)組成

　　2、 系統(tǒng)產品配置表

　　4. 總結

　　本系統(tǒng)通過與傳統(tǒng)停車場對比， 智能停車場管理系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)停車場的功能， 又以原有收費介質為依托， 對管理介質進行了改進， 選定射頻卡作為智能停車場的管理介質。通過需求分析， 明確了智能停車場管理系統(tǒng)所要具備的功能，進而提出了智能停車場管理系統(tǒng)的結構設計圖。 針對停車場的用戶群體， 分別分析和設計了臨時用戶和固定用戶的出入場工作流程， 實現(xiàn)固定用戶的不停車出入停車場。 從而實現(xiàn)車輛自動識別和信息化管理， 提高車輛的通行效率和安全性，提高工作效率。