题 目智能停车管理系统:RFID,ALPR和WSN的集成外文翻译资料

 2022-12-19 17:42:54

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题 目智能停车管理系统:RFID,ALPR和WSN的集成

作 者 Hans Chandra,Michael,KennyRizky HadisaputraHandri,Santoso,Erwin Anggadjaja

发表时间_____2017年_______

二Ｏ 一九 年 四 月 十五 日

摘要：由于可用停车空间未完全适应的车辆数量增加，停车空间已成为一个突出的问题。 在本文中，提出了一种基于射频识别（RFID），自动车牌识别（ALPR）和IEEE 802.15.4无线传感器网络（WSN）技术相结合的智能停车管理系统（SPMS）。 使用ALPR和WSN，系统能够收集有关停车位占用状态的信息并将其传输到数据库服务器。 用户可以通过移动应用程序访问此信息以接收实时更新。 该应用程序还鼓励基于NFC的用户识别，并为用户提供停车位预订和在线支付系统。 已经部署，测试和验证了概念验证。 验证表明，所提出的系统可以满足SPMS的实际要求。

关键词：智能停车管理系统，RFID，NFC，ALPR，WSN

1.介绍

人口的指数增长导致汽车必需性的升级，交通问题，包括停车问题。这导致在停车场中找到空位在高峰时间成为常见的不利问题，包括浪费时间和燃料，空气污染。此问题出现在交通流量和停车位信息之间不成比例，特别是在大城市。随着信息通信技术的不断发展，可以通过开发一个便于向用户提供有关停车位可用性信息的系统来解决这种不平衡。

本文提出了一种新颖的智能停车管理系统，称为SPMS，结合了最近出现的技术，如RFID，ALPR和WSN。它基于传统的停车场系统，同时保留了所有实用功能。通过将传统的人力资源管理转变为基于技术的管理系统，改善其管理系统。

总体而言，系统在停车场上建立云环境，以在每个停车位上分发关于占用状态的所有数据，并通过Android应用程序将其传递给用户。这是通过部署WSN来完成的，该WSN负责管理整个停车场区域的数据分配，借助ALPR技术，系统可以读取停车位上的车牌号码。 此外，RFID与ALPR技术一起用于在入口和出口进行用户识别。除安全目的外，后者用于计算停车费。

RFID是一种低成本，低功耗的技术，用于通过无线电波识别物品。由于无源RFID标签不需要任何能量源来操作，因此适合用作可能需要终生使用的用户标识。然而，无源RFID标签的主要缺点在于它只能在读取器的无线电覆盖区域的非常小的范围内操作，因此限制了其在小区域上的对象识别。关于SPMS系统，无源RFID不能用作用户的车辆识别，因为RFID标签之间的距离标记这个问题是通过使用具有更宽覆盖区域的有源RFID。然而，它需要供电来激活标签。就其在该系统上的使用而言，为每个用户的RFID标签供电被认为是低效且难以实现的，因此不可能实现。

为了改善这种不完善性，ALPR（自动车牌识别）技术用于补充无源RFID的不足，并为用户和他们的车辆提供更高的安全性。 Ahmad认为ALPR是一个自动定位和提取车牌信息的过程。一般的ALPR算法涉及三个处理步骤，包括板定位，字符分割和字符识别。在该系统中，ALPR技术用于两个不同的目的。首先，它与RFID结合使用，通过记录进出用户及其车辆来防止车辆被盗。其次，它用于识别每个停车位上的停放的汽车。这是为了验证在相应停车位上进行预订的有效用户。在ALPR过程之后，这些数据中的每一个都通过传感器网络无线传输到数据库服务器。

无线传感器网络负责节点认证，消息缓冲以及将无线环境桥接到有线以太网网络。摄像机安装在每个传感器节点上作为传感设备，以监视其职业状态并将其报告给网络协调器并更新数据库服务器。除了其传感功能外，传感器网络还用于将用户提供的预订信息传递给现场系统。与传感过程不同，数据传递由网络协调器发起并分派到所寻址的传感器节点。

2. 相关工作

本节回顾了SPMS的一些研究，其中包括RFID，ALPR或WSN的不同实现技术。

Kim提出了一种基于无线传感器网络的停车管理系统，该系统用于通过使用超声波传感器进行汽车检测来确定停车位可用性状态。唐也提出了关于汇聚节点收集的类似概念的数据。系统记录停车位可用性和汽车的进出时间，以确定其停车费。然而，该文件没有解释系统如何记录支付系统的车ID并指示到可用停车位的行车路径。

其他研究也提出了基于RFID技术的SPMS。例如，它与WSN和ALPR集成在一起，同时结合了RFID和RS485进行串行通信。在周建议的系统中，包含RFID的IC卡用作访问控制以确定是否打开停车围栏。在Joshi提出的系统中也发现了相同的目的，其中RFID技术用于打开停车场门。然而，它还利用ALPR技术记录未经授权的汽车牌照，而RFID则用于验证将进入停车场的授权汽车。此外，Mainetti在智能停车系统上集成了WSN和RFID技术。

RFID读取器安装在每个提供的停车位上，用于预订授权和计费程序。另一方面，WSN技术用于将RFID验证数据传送到汇聚节点以进行进一步处理，包括确定停车费并向用户显示停车位可用性。本文提出了与所提出的系统几乎相似的概念。然而，所提出的系统利用ALPR而不是RFID来鼓励自动预约验证并为用户提供双重识别以提高安全性。ALPR的使用还有利于系统适应停车过程中汽车使用的变化。

3. 系统架构

3.1 架构概述

只能停车管理系统（SPMS）为付费停车位的自动监控和管理提供创新服务。它实现了RFID和ALPR检索所有需要的数据，而WSN用于将它们传送到数据库服务器。处理后的信息通过定制的Android应用程序传递给用户，该应用程序还用于进行预订，支付和用户识别。如图1所示。该系统分为两个部分：停车场大门和停车区。 在入口和出口门上，RFID和ALPR用于获取用户信息，包括用户ID和正在使用的汽车。在识别过程之前，RFID阅读器会等待安装了Android应用程序的最近的NFC智能手机。当检测到NFC时，它将提取ID，然后系统将触发ALPR以捕获相应的车牌号码。获取的数据将通过以太网线发送到数据库服务器。

图1 SPMS架构

由于系统在无线网络环境中运行，因此能够无线地与数据库服务器通信以更新和预留停车位并通过在每个站上执行ALPR来验证车辆并在数据库服务器中处理数据。

3.2 RFID

RFID系统利用近场通信（NFC）标准，以13.56MHz无线电波频率作为通信介质，NFC读取器以字节的形式向最近检测到的Android手机发送指令，同时按ISO / IEC 7816-4标准定义APDU（应用协议数据单元）格式。它由六个不同类别的字节组成，每个字节代表指令类，指令代码，参数，数据字段中的字节数，数据字段和响应数据字段中预期的字节数，且必须在定义APDU服务的移动应用程序的XML中指定表示APDU命令中的数据字段的字节，这允许移动电话自动将接收的命令指向指定的应用程序。

为响应NFC读取器发送的有效APDU命令，应用程序将以字节形式发送包含的信息作为APDU响应给读取器。在此过程之后，NFC读取器将传输的字节传递给微控制器以进行进一步处理。

在该系统中，NFC读取器发送从最近的Android手机请求用户ID的APDU命令。 然后，此命令将定向到Android应用程序并进行验证。如果接收的命令有效，则应用程序将通过以字节的形式将用户ID发送到NFC读取器来进行响应。获取的用户ID将被转发以触发另一个运行ALPR算法的设备进行处理。

3.3自动车牌识别

通过使用相机捕获车牌图像并使用ALPR处理车牌照来识别。首先，它查找图像上可能的牌照的位置，处理任何检测到的位置以找到候选字符。最后，将使用光学字符识别（OCR）识别这些候选字符中的每一个，将牌照图像转换为文本用于进一步的识别过程。ALPR过程的完整工作流程如图2所示。

图2

为了从给定图像中提取牌照，使用HOG（Oriented Gradient直方图）描述基于线性SVM的窗口分类器。基于SVM的窗口分类器使用由重叠块网格组成的检测器窗口，从表示对象类别的图像中提取HOG特征向量。将整个帧划分为空间区域并计算其梯度方向和幅度，后将获得的HOG载体组合并进料至线性SVM用于板/非板分类。

检测窗口在所有可能的位置和比例上扫描图像，同时在输出上运行非最大抑制（NMS）以检测对象实例。该过程生成包含在图像中的许多牌照候选者，该图像将被利用以通过一组连续过程提取可能的角色。首先，所有候选者都转换为二进制图像。之后，将标记方法应用于连接的候选者，以找到具有互连像素的图像区域。这对于分析候选者中包含的非字符/字符的任何可能性是重要的。第三步，涉及在标记区域上按字符过滤。通过这个过程，任何不符合给定边界的标记候选者将不会被调整为字符，因此不会被分段。最后一步包括支持向量机（SVM）的字符识别。这是通过首先提取从前一步骤获得的分段字符的HOG来完成的。之后，SVM分类器将对字符进行分类并以字符串形式生成可读字符。

3.4无线传感器网络

SPMS无线网络（参见图1）模仿标准WSN架构：传感器节点（SN），组节点（GN）和协调器节点（CN）。SN位于每个停车位上，通过周期性地执行ALPR算法来检查空间是占用还是空。当没有检测到新的板号时，每个SN将异步睡眠一段时间以节省功率。相反，如果检测到新的板号，它将通过无线信道将获得的数据报告给指定的GN。GN负责从定义数量的SN收集占用信息。当GN收到其受控组成员之一的报告时，GN将通过轮询过程汇总所有其他组成员的报告，并以多跳方式将其传递给CN。CN负责管理整个停车场区域的所有信息并将其传送到数据库服务器。

此外，CN还有责任管理从数据库服务器到所述停车位的预订请求。为了执行此功能，CN定期进行预约状态检查，以查看是否发生了状态变化。任何检测到的变化都将传输到处理指定SN的适当GN。在从GN接收到预留数据后，SN将打开其蓝色LED，表示已保留相应的插槽。

传导的WSN采用网状星混合拓扑。通过在GN和CN之间部署网状拓扑，每个GN提供支持在传感器网络内部路由发现和建立的路由功能，从而允许最远程的GN通过多跳方式将其包含的数据传递给CN。另一方面，在GN及其受控SN之间实现星形拓扑，以便于直接通信并加速数据收集。

4.结论

通过概念验证部署，成功实施和评估了新型SPMS。在开发过程中，RFID和WSN没有明显的困难。然而，关于处理时间和非标准牌照相关的ALPR过程，出现了几个问题。处理时间的问题由于SVM的昂贵计算而出现，这会影响训练数据和目标测试数据的处理时间。然而，这不会对系统造成太大问题，因为处理时间仍然是可容忍的时间，因此，该参数被排除在评估之外。另外一个问题是关于非标准牌照，特别是那些不使用标准化字体的牌照。非标准字体可能无法检测为字符，这可能导致系统识别错误的字符。通过将机器学习应用于ALPR可以解决此问题。这样的解决方案需要深刻的解释，但它将被用于下一个研究。下一个研究阶段的其他工作涉及无线固件更新，允许更快的更新并鼓励开发现有固件的可访问性。

在给定测量的情况下，评估已经过实际实施评估。可以添加关于系统的进一步测量，但是将在下一阶段进行。至于现在，成功的实际评估表明，该系统提供了一种新颖的功能，可以在实际情况下实施。

智能停车管理系统的设计和实施结合了最近出现的技术，如RFID，ALPR和WSN。无线网络提供数据库服务器和现场系统之间的通信通道，而RFID和ALPR分别鼓励用户和车牌识别。该系统与定制的Android应用程序集成，可实时显示停车位占用状态，并允许用户预订停车位。该系统可轻松应用于现有停车场，并可调整为部署在室外停车场。

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