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传感器2016,16(6)，931;https://doi.org/10.3390/s16060931
城市智能停车管理系统
作者:Juan A. Vera-Gomez, Alexis quesda - arencibia, Carmelo R. Garcia, Raul Suarez Moreno和Fernando Guerra Hernandez 1 2,*2 1 1
1
Edosoft工厂，S.L. Las Palmas de Gran Canaria, Las Palmas de Gran Canaria 35011，西班牙
2
西班牙，拉斯帕尔马斯大卡纳里亚大学，拉斯帕尔马斯大卡纳里亚大学，西班牙
*
学术编辑:维托里奥M. N.帕萨罗
收到:2016年4月28日/接受:2016年6月15日/发表:2016年6月21日
摘要:
在这篇文章中，我们描述了一种低成本、低干扰的系统，用于有效地管理公共道路和控制区的停车位。该系统是基于光电传感器的无线网络，部署在进出这些地区的通道上。传感器探测这些道路上的车辆通过情况，并将这些信息传递给数据中心，从而能够实时了解控制区内的车辆数量和占用情况。这些资料可能会传达给司机，以方便他们寻找泊车位，并通知有关当局，以便他们在发现交通挤塞时采取措施管制交通。
关键词:
智能交通系统;停车;无线传感器网络(WSN);交通;传感器;红外
1.介绍
在当今世界，人类的机动性是必不可少的。它对现代社会的生活质量和经济都有重大影响。因此，运输系统是发达国家或发展中国家的一个关键因素。张[1]在他的智能交通系统调查中指出，世界上40%的人口每天至少花一小时在路上。在所有不同的运输方式中，大规模使用的是陆路运输。这种交通工具的大规模使用导致了人口密集的大都市地区的交通拥堵问题，并带来了所有的负面后果。Shawe-Taylor[2]认为，这些负面影响包括污染及其对环境和人类健康的有害影响。太多的时间在路上意味着能源消耗的增加，这对个人和国家经济以及环境都有负面影响。几项医学研究证实，道路交通拥堵会导致公共卫生状况恶化，因为它会增加患心脏病和呼吸道疾病的风险。此外，根据世界卫生组织的数据，每年有超过700万人死于由污染引起的健康问题。
在私人道路交通上花费过多时间的原因之一是需要花时间寻找免费的停车位。皮涅达·[4]研究了在马德里和巴塞罗那这两座城市中，车辆为找到停车位而增加的行驶距离所产生的成本。额外的路程和时间花费在路上的花费分别是每年大约3.47亿欧元和2.68亿欧元。公共交通部门和停车位经营者正在评估各种改善停车位管理的方案。基于基础设施投资的解决方案成本高昂，实施缓慢。基于技术的解决方案已经被提出作为一种成本更低、实现速度更快的替代方案。
在这篇文章中，我们描述了一种低成本、低干扰的系统，用于有效地管理公共道路和控制区的停车位。该系统是基于光电传感器的无线网络，部署在进出这些地区的通道上。传感器探测这些道路上的车辆通过情况，并将这些信息传递给数据中心，从而能够实时了解控制区内的车辆数量和占用情况。这些资料可能会传达给司机，以方便他们寻找泊车位，并通知有关当局，以便他们在发现交通挤塞时采取措施管制交通。
这篇文章的结构如下:相关研究的选择将在第二部分进行描述，为我们提出的系统提供背景。第三部分描述了该系统，解释了它的总体结构、主要组成元素以及用于检测车辆通过的方法。第四部分描述了验证系统运行的测试，第五部分给出了主要结论。
2.相关的研究
许多作者都在研究开发基于传感器的技术解决方案，以改善停车位的使用。根据Bagula[5]，可以根据传感器检测的类型对智能车辆停车位管理系统进行分类。他将只监控车辆进出停车场的系统与能够检测每个停车位是否有人使用或无人使用的系统进行了区分。属于第一类的系统更容易部署和更便宜，适合监测大型户外停车场的占用情况。属于第二类的系统向用户提供更有用和更详细的信息，并可与定位和指导服务相结合，以帮助确定可用空间的位置。这种类型的系统用于室内停车位，比进出监控系统更复杂、更昂贵，因为它要求每个停车位配备传感器和更复杂的通信基础设施。下列是各种泊车位管理系统的建议。
Tang[6]提出了一种部署在室内停车场的无线传感器网络，可以显示每个停车位的占用情况。每个空间中都有装有声光传感器的尘粒(传感器节点)，并定期通知空间是否已被占用或可用。Benson[7]还提出了一种基于网络的无线传感器系统。ZigBee建立了通信链路，并针对该系统开发了电磁传感器。Lin[8]提出了一种基于视觉的停车场管理系统，通过在停车场周围设置的摄像头来管理室外停车场，并向中心数据库发送信息，包括实时显示。Pullola[9]提出了一个基于gps车辆导航系统和停车场过去和现状的科学解决方案，该方案使用泊松过程模拟了停车场的可用性。作者还提出了一种智能算法，帮助驾驶员选择空闲概率最高的停车位。Lee[10]提出了一种结合磁性和超声波传感器来控制停车场的方法。该系统是基于改进的最小-最大算法检测车辆使用磁力计和超声波传感器算法。Srikanth[11]提出了一种智能停车管理系统，该系统由一个无线网络组成，使用不同类型的传感器来检测每个停车位中是否存在车辆;此外，系统通知用户并引导他们找到可用空间的位置。该网络的传感器节点通过无线电频率进行通信。Yoo[12]介绍了一个名为S3的系统，该系统部署在学校区域，旨在检测和登记超速行驶或停在禁区的车辆。该系统由一个无线传感器网络组成，该网络分为两个子网:一个用于检测停在禁区内的车辆，另一个用于检测超速行驶的车辆。所采用的传感器为各向异性磁阻传感器，无线通信链路由ZigBee建立。Magrini[13]提出了一个视觉传感器网络来监控公共停车场的可用空间，使用分布式网络节点来执行所需的图像处理和分析。Chen[14]提出了室内停车场可用空间定位系统和可用空间引导系统。这个系统的架构是基于超声波传感器的无线网络，它可以检测每个停车位是否有车辆存在。每个空间的状态由传感器节点发送，传感器节点通过RFID将这些信息发送到特定的路由节点，这些路由节点相互通信，将传感器节点发送的数据包转发到控制中心。网络具有树形拓扑结构。通过指示停车位状态的led灯来帮助确定停车位的位置。在基于图像传感器的公共停车位管理环境中，萨尔瓦多i[15]描述了图像处理技术，使用阈值算法来监控停车位，实现高性能的车位占用状态检测。Alessanderlli[16]提出了交通扫描架构，用于开发一个系统来监控比萨国际机场的交通流量和停车位;本系统也是基于无线图像传感器网络。刘[17]介绍了iParking系统，该系统的设计是为了方便在室内停车场中找到可用空间。该系统从位于停车场内的传感器接收数据，传感器指示哪些空间是空闲的，并能够使用基于智能手机功能的室内空间定位系统，引导驾驶员进入空闲空间。顾培博提出了一个管理公共道路停车位的系统。该系统被称为街道停车系统(SPS)，采用三轴磁传感器检测车辆，采用ZigBee无线通信技术，车辆检测的可靠性接近99%。Reve[19]也提出了一个类似的系统，基于无线传感器网络和LED显示系统，向停车场接入点的司机显示可用空间。传感器是红外的，通信是通过射频(RF)建立的。在智慧城市的背景下，Giuffre[20]提出了一个IPA(智能停车助手)概念架构，旨在解决当前停车管理的问题。杨[21]提出了一个基于无线传感器网络(WSNs)的原型智能停车服务系统，用于寻找免费停车位。该方案由无线传感器网络、嵌入式web服务器、中央web服务器和移动电话应用程序组成。每个停车位都有一个光传感器节点来检测停车位的状态，并通过无线传感器网络定期向嵌入式web服务器报告。使用Wi-Fi网络，这些信息被实时发送到中央web服务器，显示司机移动设备上的停车位状态。耿伯博提出了一种适用于城市区域的智能停车系统。该系统的功能包括停车检测、预约保证和车辆对基础设施(V2I)或基础设施对车辆(I2V)通信。考虑到用户的需求，该系统分配和保留了一个最佳的停车位，结合了接近目的地和停车成本，确保有效利用整体停车容量。该系统在波士顿大学的一个车库进行了测试。田[23]提出了一种基于车牌识别(LPR)的智能停车管理系统，该系统在停车场接入点自动识别车牌并提供车辆信息;实验结果表明，该停车场管理系统的准确率达到95%，可以实时实现。Karunamoorthy[24]提出了一种智能停车系统，该系统利用图像处理技术解决了在商业停车场寻找停车位时不必要的时间消耗问题。这个停车管理系统提供有关可用停车位的信息，并为注册用户提供自动支付系统。Caballero-Gil[25]提出了一种低成本的服务来预测和管理室内停车位。这项服务是基于一个中央系统，该系统使用元胞自动机预测停车场的可用空间，以及一个智能手机应用程序，该应用程序使用各种技术帮助司机找到免费停车位。
综上所述，对相关研究的回顾表明，大多数拟议系统的设计目的是部署在室内停车场和监测个别停车位，它们通常包括定位可用空间的指导服务。从使用的传感器类型来看，这些系统主要使用红外和电磁传感器。至于无线通信，他们使用无线电频率，ZigBee技术是最常用的。就网络拓扑而言，最广泛使用的是树拓扑。
本文提出的系统旨在监控车辆进出位于公共道路上的室外停车场，而不是监控每一个可用的停车位，从而降低了与技术部署相关的成本。该系统已在封闭的停车场进行了测试。在公共道路上，该系统不会占用每一个车位，但它的设计目的是提供实时占用水平的估计。从技术角度看，它使用光电传感器的无线网络，并使用ieee802.15.4上的6LoWPAN进行通信。它可以跨多个通信平台使用，使用IPv6协议栈，这对物联网非常重要。IPv6提供了一个基本的传输机制来产生复杂的控制系统，并使用低功耗的无线网络以一种经济有效的方式与其他设备通信。本系统采用的网络拓扑结构为树型拓扑结构。由于大规模生产，用于该系统的传感器与用于停车场管理系统的其他传感器(如电磁或压力传感器)相比成本非常低。尽管成本低，但这些传感器在检测应用中表现良好;事实上，红外传感器被广泛应用于工业自动化过程中，具有可靠的可靠性。此外，它们紧凑的大小使得将整个节点封装在一个小盒子中成为可能。除了这个优点，传感器本身和控制板都有非常低的功耗，因此每个传感器节点都由电池和太阳能供电，最大限度地减少部署工作和成本，因为不需要布线。这种方法相对于其他方法的另一个优点是，它不依赖于用户的参与来满足系统的目的。这些车辆不需要配备智能定位系统，用户也不需要使用技术小工具来获取或更新停车场可用性信息。该系统也不具有侵入性:它根本不识别车辆或司机的身份，也不需要对其进行记录或拍照。最后，这个解决方案不需要比主板更多的数据处理，从而进一步减少基础设施和系统成本。尽管该系统还没有开发出来，但它的目的是与公共部门共享可用停车位数据，有助于减少交通流量和碳足迹。总之，正如在本文中所看到的，该系统的特点是部署方便、灵活性强，并且在合并新节点以监视通往停车场的道路时负担得起，甚至在合并新传感器子网以监视新停车场时也负担得起。
3.系统描述
为了监测停车场可用空间的数量，将采用低成本、低能耗的WSN。这意味着在部署拟议系统的地区将不需要复杂的铺开或新的电缆基础设施。传感器将实时探测道路上车辆进出位于公共道路上的停车场的通道。因此，当局和司机将随时了解停车场的占用情况。实时响应是至关重要的，因为如果更新这些数据有相当大的延迟，系统将是不可行的。将伪实时信息传递给司机，可以避免他们在路上花更多时间寻找停车位，这将阻碍其他车辆的流通，增加燃料消耗、排放和噪音污染。因此，拟议的系统将使交通监管机构能够可持续地管理公共停车场。此外，为了在大型城市地区促进可扩展和灵活的推出，系统可以利用虚拟化和计算范例来获得系统架构所需的处理和存储资源。这将使综合、集中处理由控制中心的传感器网络提供的数据成为可能。
图1显示了系统部署在一个公共道路和一个受控制的停车场上。该方案表示接入点上的传感器及其方向，以及它们与网关的通信，网关将信号转发给数据中心。这个网关系统也可以通过一个LED系统提供两地的入住率信息。
图1所示。封闭停车场和公共道路上的系统架构。
3.1。系统架构
该方案包括一个位于公共停车场内外道路上的无线传感器网络。这些传感器检测车辆进出停车场的入口和出口，并通过网络传输这些信息。传感器连接到网络节点，网络节点接收传感器提供的数据并通过网络传输;这种类型的节点称为传感器节点。在网络拓扑中，有一个节点允许传感器节点与数据中心之间的数据交换;这个节点称为网关节点。从传感器网络获得的数据存储在数据中心并在数据中心进行管理，数据中心也是控制每个传感器节点操作的地方。数据中
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