一种智能车位导航停车系统

1.本发明涉及智能车位停车技术领域，更具体地说，本发明涉及一种智能车位导航停车系统。


背景技术：

2.近年来，随着国家经济的迅速发展，国民生活水平的不断提高，中国机动车数量急剧增加。数据表明，截至3月，全国汽车保有量超过100万辆的城市共有72个，与去年同期相比增加5个。其中，汽车保有量超过200万辆的城市33个，超过300万辆的城市16个。未来随着居民收入不断提高，消费不断升级，城市化逐步推进，我国汽车保有量仍然还有较大的增长空间。
3.在机动车数量大迅速增加的同时，停车基础设施的建设却相对不足，发展速度远滞后于汽车保有量的增长速度，停车位供给缺口巨大。数据显示，2020年我国停车位个数仅有1.19亿个，而停车位需求量高达3.77亿个。根据预测，如图1所示，2021年我国停车位数量和需求量分别可达1.84亿个和4.70亿个。在停车位实际数量和需求量严重不匹配的背景下，提高现有停车场的利用率，实时监测停车场的车位信息，显得尤为重要。
4.现如今停车位资源紧张，无法有效地利用停车场空位已成为一种普遍的现场，为了寻找更好地解决办法，帮助停车场市场解决这一现状，本团队对各功能区活动场所现状进行分析。
5.一、国内外研究现状和发展动态
6.目前国内的停车场市场现状，还没有一个规范的标准，各地在建设的过程中缺少整体规划的依据。即使已经建设了的系统，也还没有发挥出应有的效果。国内的停车场尤其是大厦的停车场，收费管理部分做得尤为完善，但是空位预约系统、车位锁并未完善，停车场内部车位具体导航和车位反向导航等系统缺失。另外，停车场也没有与其他停车场连成一体来发挥整体效益。而对于广泛出现的路边占道停车，由于是非封闭式管理，更是难以发挥其作用。
7.国外的智能停车场系统，虽然做得时间比国内早，在经过十几年的发展后，国内的设备和系统已经能够在许多方面赶上了国外的同类产品。另外，根据业内的人员的市场调研情况来看，国内和国外的车位引导系统基本上都处于同一个阶段，都是在逐渐普及的过程中。发展的时间都不算太长，而且国内外的产品竞争在技术没有太大的差异化，甚至可以说国内更领先一些。
8.随着社会的发展，家庭拥有的机动车数量越来越多，人们在出行时寻找空闲的停车位很不方便，尤其是在大城市的购物中心或旅游景点等功能区，问题尤为突出。国内外现有的停车场大部分只做到了简单的控制进出和收费功能，却没有办法做导航、车位反向导航、市场上紧缺具体每一个车位的实时监控和管理，无法做到停车位的具体导航，这就导致用户无法提前知悉停车场的剩余车位，进入停车场后无法快速找到空闲停车位，寻找空的停车位或之后寻找之前停车地点耗时很久，停车场空位利用率没有达到最大等问题。
9.所以，总体来看国内外目前的智能停车场功能上都有所欠缺，市场上急需一款功能完善的停车场系统，其在市场竞争中具有极大优势。
10.二、目前停车场现状存在以下问题：
11.1、停车场车位紧缺，供不应求
12.在如今人均出行量大大增加的现状之下，机动车辆的使用频率亦是增长极快，加之城市内各功能区停车场建设并不完善的原因，促成了停车位需求量过多而供给不足的供需不平衡现象，为了缓解这一城市问题，除了城市停车场的基础建设这一硬性办法之外，停车预约及自动导航系统成为了缓解此类问题的一大出路。
13.2、不同功能区，停车场位置不同，停车场位置不好找
14.在如今城市基建飞速发展的情况之下，各大城市活动区域其功能区划分多样，而停车场的区位分化位置也日渐复杂难找，为了城市居民能够更加方便地找到城市活动区划之中的停车场具体位置，针对性地解决位置寻找难，导航不准确等问题，有必要特别开发一款停车预约自动导航系统。
15.3、停车场内部停车位难以精确寻找
16.停车场车辆出入流量较大时，其内部空车位变更速率也较快，在空位变更速率大又或出入流量大的情况之下，刚入库的车辆可能面临具体车位难以寻找或者寻找时间过长的情况，部分地下车库占地面积大，层数多，通往商场的电梯多切地形结构都较为相似，对于车主来说很难找到自己的停车位，停车体验以及停车场的交通情况都会产生较为不利的影响。
17.4、停车场的车位可交替及时性不强且返程困难
18.在停车场内空位空出之后，上一车位的空缺不能得到及时的填补，导致停车场空位的利用率较低、可交替及时性不强，且进入停车场停车之后，出口的路线规划往往是不够精确的，这可能直接导致车主返程时间上的浪费以及停车场的交通拥堵。
19.5、为规范用户停车，为车主指引车位，花费大量人力资源及经济花费
20.目前大多数停车场都会安插许多人员负责规范用户停车，在空车位极少车主寻不到车位时为他指引，但停车场工作人员并不能很好且及时的规范用户停车及指引车位，车主寻找车位仍会花费大量时间，不规范停车的现象仍未减少。
21.6、出口处收费占用时间过长，上坡存在隐患
22.停车场出口处大部分仍采取人工收费的模式，速度较慢，在人流高峰期的时候会出现多辆汽车堵在出口处的情况，考虑到许多停车场都是建在地下，出去需要爬坡，而在这种拥挤的情况下，一旦前面的车辆在爬坡过程中发生滑坡或者其他情况，后面的车辆又无法及时撤离，具有安全隐患。


技术实现要素：

23.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种智能车位导航停车系统。
24.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
25.一种智能车位导航停车系统，包括网络层、云端服务层和应用层，还包括车位信息采集层；
26.车位信息采集层用于接收车位的状态信息，判断车辆是否停入车位；
27.网络层基于zigbee协议，将同一个停车场中的多个车位节点组网连接，设置zigbee网关，同时将用于车位管理的智能锁连到网关，将各网关连入互联网，并将车位的状态信息发送到云端服务器；
28.云端服务层将下层产生的数据处理整合后提供给应用层；
29.应用层包括后台管理系统、收费系统用和用户小程序。
30.优选的，车位信息采集层使用超声波和地磁双模传感器以及cc2530单片机接收车位的状态信息，超声波发射器向上发射超声波，同时时钟管理组件进行计时，当超声波在空气中碰到障碍物就会立即返回，超声波接收器接收到反射的声波后时钟管理组件就会停止计时，通过计算车辆与传感器的距离，判断车辆是否停入车位。
31.优选的，在网络层中，利用cc2530单片机上的nb-iot模块，将各网关连入互联网，以将车位的状态信息发送到云端服务器。
32.优选的，在云端服务层中，搭建大数据平台，采用hadoop架构存储，利用hadoop集群搭建，通过hadoop分布式文件系统，提供对应用程序数据的高吞吐量访问，并通过特定算法，将处理整合过的信息提供给应用层。
33.优选的，后台管理系统包括停车场管理、车位管理、权限管理，同时对订单进行统计和分析，按照结果进行停车场的调整。
34.优选的，收费系统包括：车牌识别，车辆进入停车场以后，通过摄像头捕捉车牌信息；后台计时，车牌识别成功后开始计时；自动扣费，当车辆驶出停车场时，计算停车时间和停车费用，通过线上支付的方式自动扣除停车费用。
35.优选的，用户小程序包括：车位查询，用户通过小程序查看附近的停车场和停车位信息；在线预约，用户选择合适的停车场，并预约需要车位，设置车位锁(智能锁)，预约后车位锁会锁定车位，当预约车辆驶入时，车牌识别系统识别，然后车位锁解开，开始计费；导航服务，导航服务包括停车场内部车位导航和反向寻车功能。
36.优选的，在停车场内部车位导航中，用户到达停车场内部，使用uwb技术，获得用户精确位置信息，平台系统获取用户当前位置，结合中用户预约车位的位置，通过智能算法自动生成最优路线，避免拥堵的前提下使用户快速到达车位完成停车。
37.优选的，在反向寻车功能中，平台将获取用户当前位置，并结合车辆位置，生成最近路线，将车主导航至车辆位置。
38.本发明的技术效果和优点：
39.1.停车场内部导航系统可以帮助解决各大功能区多样化的停车场空位划分用户无法找到停车场的现状。
40.2.反向车位导航系统可以帮用户快速找到自己的车辆，节约时间的同时也减少了停车场空位交替的时间。
41.3.完善的预约系统及机制可以帮助各大功能区停车场大大减少停车场空位交替时间，使停车场空位可以最大程度地被利用。
42.4.车位锁可以很好的管控车主规范停车，可以避免停车不规范的现象，且为市场节约了人力资源，为相关企业减少了人力花费。
附图说明
43.图1为2016-2023年中国停车位及需求量统计预测图。
44.图2为车位导航停车系统分层模型。
45.图3为双模传感器检测流程图。
46.图4为用户预约停车流程图。
47.图5为用户取车流程图。
48.图6为技术视角下的停车流程图。
具体实施方式
49.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
50.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
51.一种智能车位导航停车系统，整体分为车位信息采集层，网络层，云端服务层，应用层四个层次。而整个系统依靠密码技术，网络安全技术等，构成可靠，稳定，严密的数据安全保密体系，来保证公司和用户的信息安全，如图2所示。
52.1、车位信息采集层
53.车位信息采集层使用超声波和地磁双模传感器以及cc2530单片机接收车位的状态信息。超声波发射器向上发射超声波，同时时钟管理组件进行计时，当超声波在空气中碰到障碍物就会立即返回，超声波接收器接收到反射的声波后时钟管理组件就会停止计时。通过计算车辆与传感器的距离，可判断车辆是否停入车位。
54.地磁传感器可检测金属物体，传感器上方有车辆停入时，传感器周围磁场会发生变化，从而检测出车位状态和车型。双模传感器可避免单一的传感器准确度不足的问题。例如，超声波传感器容易受到杂物的影响，而地磁传感器需要检测磁场背景值，而磁场背景值会受到温度，周围其他金属物品等的影响，车辆长时间停放可能会使检测精度下降，而双模传感器只有在超声波和地磁传感器都检测有车辆占用时，传感器模块才会输出车位占用的状态信息，这样可有效规避环境的干扰，加强检测精度。如图3所示。
55.2、网络层
56.网络层基于zigbee协议，将同一个停车场中的多个车位节点组网连接，设置zigbee网关，同时将用于车位管理的智能锁连到网关。通过cc2530单片机上的nb-iot模块，将各网关连入互联网，并将车位的状态信息发送到云端服务器。
57.3、云端服务层
58.对于下层时时刻刻产生的大量数据，云端服务器可利用阿里云等成熟的云服务器
搭建大数据平台。采用hadoop架构存储，利用hadoop集群搭建，解决信息存储问题，通过hadoop分布式文件系统(hdfs)，提供对应用程序数据的高吞吐量访问，并通过特定算法，将处理整合过的信息提供给应用层。
59.4、应用层
60.应用层方面要重视系统的使用体验。首先必须保证用户的信息安全，其次要让用户能够准确，高效，便捷地获取信息，并提供精准的导航。产品以小程序的方式与用户对接，用户可根据可视化的界面，在小程序上进行附近停车场及车位查询，预约车位，车位导航，自动缴费，反向导航等功能。
61.(1)后台管理系统
62.主要包括停车场管理、车位管理、权限管理。同时对订单进行统计和分析，按照结果进行停车场的调整。
63.(2)收费系统
64.车辆进入停车场以后，通过摄像头捕捉车牌信息，并开始计时，当车辆驶出停车场时，计算停车时间和停车费用，通过线上支付的方式自动扣除停车费用。
65.(3)用户小程序
66.小程序可以通过wxml、wxssui、js等语言进行编写，导航服务则是通过uwb系统支持的定位导航系统，快速引导车辆到达目的地空闲的停车位。用户也可通过小程序的反向车位定位功能寻找自己的车辆，并实现线上缴费功能。
67.用户小程序包括：
68.①
车位查询，用户通过小程序查看附近的停车场和停车位信息；
69.②
在线预约，用户选择合适的停车场，并预约需要车位，设置车位锁(智能锁)，预约后车位锁会锁定车位，当预约车辆驶入时，车牌识别系统识别，然后车位锁解开，开始计费，如图4所示。
70.③
导航服务，包括停车场内部车位导航和反向寻车功能。停车场内部车位导航中，用户到达停车场内部，使用uwb技术，获得用户精确位置信息，平台系统获取用户当前位置，结合中用户预约车位的位置，通过智能算法自动生成最优路线，避免拥堵的前提下使用户快速到达车位完成停车。反向寻车功能中，平台将获取用户当前位置，并结合车辆位置，生成最近路线，将车主导航至车辆位置，如图5所示。
71.为实现停车场内的精准定位，可选择采用uwb技术实现车辆和车位定位。uwb技术是具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、截获率低、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点，可帮助产品实现精准定位。
72.本发明能够提供给用户到停车场-》停车-》取车三个阶段全流程的导航服务。车主在有停车需求时能够查询周边停车场的空闲车位情况，选择好目标停车场后即导航至该停车场；到达停车场后，结合后台的车位信息，通过最近邻算法为车主找到最优的停车路线并导航致相应车位；最后车主需要取车时，通过记录的停车信息，可将车主快速精准地导航致爱车停放的车位，实现车位的反向导航。至此完成停车全流程。
73.车位锁使用流程：用户预约之后，指令首先传到管理平台，管理平台把指令下达到停车场网关，网关执行停车场停车位的锁开关，每个车位都是一个局域网，用感应灯显示是否被预约。若红灯亮，则说明车位已经被预约，车位锁锁定。等预约用户到达后，车牌识别系
统对车辆进行识别，车位锁打开。等用户离开后，进行费用结算，同时绿灯亮起。本发明基于zigbee协议，可为每一个车位锁设置一个zigbee网关，再将各网关连入互联网，通过后台的控制算法可以很好得管控车主规范停车，实现车位的便捷化，智能化管理，且节约了人力资源。
74.如图6所示，技术视角下的用户服务：用户在小程序进行车位预约操作，车位导航等服务，同时停车场内部也会进行相应的操作，来保障用户能够成功地使用这些服务。
75.本发明提供给了用户以下功能：
76.1、周围停车场及车位在线查询
77.本发明可实时地收集停车场信息，通过物联网技术，将信息上传至云端服务器，再通过可视化处理，以小程序的方式呈现给用户。用户可通过小程序实时地查询各停车场地理位置以及车位信息。
78.2、车位在线预约
79.传统的停车场采用先到先得的车位分配方法，不少车主在倒车时被抢占车位，造成停车场秩序的混乱；又或是车主在到达停车场后却发现已经没有空闲车位的情况。在本发明中，创新的引入车位预约系统。用户可在到达停车场前就预约好车位，只需在预约的时间段停车即可。
80.3、车位正反向精确导航
81.在本发明中，能够提供给用户到停车场-》停车-》取车三个阶段全流程的导航服务。不仅可以实现到停车场的导航，在用户到达停车场后，系统还会结合后台的车位信息，通过最近邻算法为车主找到最优的停车路线并导航致相应车位；最后车主需要取车时，通过记录的停车信息将车主导航致爱车停放的车位实现人到车位的反向导航。至此完成停车全流程。
82.4、车位锁
83.通过引入物联网技术支持下的智能锁，并将智能锁连入系统，可以实现车位的便捷化，智能化管理，且节约了人力资源。
84.5、费用自动扣缴
85.设置在停车场内部的摄像头可以捕捉车辆的车牌信息，信息传到服务器后，经过后台的车牌识别系统对车辆身份进行识别，停车结束后在小程序中对用户发起付款请求，用户也可设置从其网上账户中对费用自动扣除。
86.本发明与传统停车场和普通智能停车场相比，如下表所示：
[0087] 传统停车场普通智能停车场使用本系统的停车场剩余车位统计√
×
√能否联网
×
√√停车场导航
×
√√停车场内部导航
××
√停车位预约
××
√车位反向导航
××
√
[0088]
最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中,需要说明的是,除非另有规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,可以是机械连接或电连接,也可以是两个
元件内部的连通,可以是直接相连,“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
[0089]
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
[0090]
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。