1．引言

　　隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市汽車(chē)的擁有量不斷增加，汽車(chē)在給人們帶來(lái)交通快捷方便的同時(shí)，由于停車(chē)管理不善等問(wèn)題也給人們帶來(lái)了諸多不便。為滿足人們生活和工作環(huán)境更科學(xué)、更規(guī)范的要求，管理高效、安全合理、快捷方便的智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)己成為許多大型綜合性建筑物和居民小區(qū)必備的配套設(shè)施。地處繁華地帶的許多高級(jí)公寓、大型娛樂(lè)場(chǎng)所、賓館、辦公樓、球場(chǎng)等停放汽車(chē)較多，車(chē)流量大，為了保證車(chē)輛安全交通方便，迫切需要采用自動(dòng)化程度高、方便快捷的停車(chē)場(chǎng)自動(dòng)管理系統(tǒng)，提高停車(chē)場(chǎng)管理水平。

　　停車(chē)場(chǎng)是城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，停車(chē)場(chǎng)與一般商品不同，具有三個(gè)特點(diǎn)[1]：一是不可存儲(chǔ)性，表現(xiàn)在非高峰時(shí)段容量過(guò)剩，高峰時(shí)段容量不足；二是不可運(yùn)輸性，體現(xiàn)在無(wú)法實(shí)行空間上的調(diào)節(jié)，如不能把邊緣地區(qū)停車(chē)場(chǎng)的剩余容量輸送到中心城區(qū)去；三是作為社會(huì)資源的有限性，從常識(shí)的角度來(lái)講，一輛車(chē)至少要占用一個(gè)停車(chē)位，停車(chē)位的總需求是剛性的。本文提出一種基于RFID的智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　2．射頻識(shí)別技術(shù)介紹

　　射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是從20世紀(jì)80年代起走向成熟的一種自動(dòng)識(shí)別方式。它具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：RFID技術(shù)不需要人工干預(yù)，不需要直接接觸、不需要光學(xué)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(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便，實(shí)現(xiàn)了無(wú)源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，機(jī)具無(wú)直接對(duì)最終用戶開(kāi)放的物理接口，能更好地保證機(jī)具的安全性；數(shù)據(jù)安全性能高，除標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，讀寫(xiě)器和標(biāo)簽之間也可互相認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲(chǔ)等。

　　2.1RFID系統(tǒng)的構(gòu)成

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成，如圖1所示。

　　(1)電子標(biāo)簽
　　電子標(biāo)簽存儲(chǔ)著需要被識(shí)別物品（物體）的相關(guān)信息，通常被放置在需要識(shí)別的物品（物體）上，它所存儲(chǔ)的信息通?？杀簧漕l讀寫(xiě)器通過(guò)非接觸方式讀/寫(xiě)獲取。

　　(2)讀寫(xiě)器
　　讀寫(xiě)器是可以利用射頻技術(shù)讀/寫(xiě)電子標(biāo)簽信息的設(shè)備。讀寫(xiě)器讀出的標(biāo)簽信息可以通過(guò)計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行管理和信息傳輸。

　　(3)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)
　　在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)通常用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，完成通信傳輸功能。讀寫(xiě)器可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)連接，以便實(shí)現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)傳輸功能。

　　2.2RFID系統(tǒng)的基本模型

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本模型如圖2所示。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過(guò)耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間（無(wú)接觸）耦合；在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換。

　　2.3RFID系統(tǒng)基本工作流程
　　射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作流程如下：
　　(1)讀寫(xiě)器將無(wú)線電載波信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射天線向外發(fā)射；
　　(2)當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)時(shí)，電子標(biāo)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(biāo)簽發(fā)出的載波信號(hào)，經(jīng)天線的調(diào)節(jié)器傳輸給讀寫(xiě)器。讀寫(xiě)器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，送往后臺(tái)的電腦控制器；
　　(4)電腦控制器根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷標(biāo)簽的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作；
　　(5)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照電腦的指令動(dòng)作；
　　(6)通過(guò)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)連接起來(lái)，構(gòu)成總控信息平臺(tái)，可以根據(jù)不同的軟件來(lái)完成要實(shí)現(xiàn)的功能。

　　3．智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1智能停車(chē)場(chǎng)與傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)比較

　　傳統(tǒng)的停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)重點(diǎn)均放在計(jì)費(fèi)、收費(fèi)管理功能上，關(guān)注的是各個(gè)車(chē)輛進(jìn)出的時(shí)間以便于收費(fèi)，而在停車(chē)場(chǎng)的安全性、運(yùn)行效率和針對(duì)顧客的人性化要求方而考慮得較少。針對(duì)目前現(xiàn)狀，我們提出了智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別和信息化管理，提高車(chē)輛的通行效率和安全性，并統(tǒng)計(jì)車(chē)輛出入數(shù)據(jù)，方便管理人員進(jìn)行調(diào)度，以減輕管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高工作效率。該停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的所有功能，又以原有收費(fèi)介質(zhì)為依托，對(duì)管理介質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)攝取車(chē)輛圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到車(chē)輛型號(hào)信息、車(chē)輛牌照信息、車(chē)輛顏色信息，并將這些信息與用戶卡唯一的對(duì)應(yīng)起來(lái)一同存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)車(chē)輛駛離停車(chē)場(chǎng)時(shí)，用戶卡、車(chē)牌號(hào)碼或車(chē)輛圖像等相關(guān)指標(biāo)匹配后才能放行。

　　本系統(tǒng)采用“一車(chē)一卡一位”的管理模式，即從車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)一直到車(chē)輛駛離停車(chē)場(chǎng)，與這輛車(chē)相關(guān)的所有數(shù)據(jù)均與卡的ID號(hào)唯一相關(guān)，通過(guò)這個(gè)唯一的ID號(hào)，我們可以將諸如用戶信息、車(chē)輛型號(hào)信息、車(chē)輛牌照信息、車(chē)輛顏色信息、車(chē)輛圖像、車(chē)輛進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間、停車(chē)時(shí)長(zhǎng)、指定停車(chē)位編號(hào)、泊車(chē)路徑、應(yīng)繳費(fèi)用等信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中統(tǒng)一起來(lái)，便于查詢和存儲(chǔ)。這樣便使收費(fèi)管理、泊車(chē)引導(dǎo)和車(chē)輛識(shí)別安全監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息建立在同一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)上，從而將各子系統(tǒng)有效的集成為一個(gè)統(tǒng)一的停車(chē)場(chǎng)智能管理系統(tǒng)。

　　3.2智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)工作流程

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)有著其他識(shí)別系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，再加上射頻識(shí)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(fù)使用率，增加其使用壽命，減少使用成本，因此智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)我們采用射頻識(shí)別系統(tǒng)。圖3所示為智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)示意圖：停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程是以顧客停車(chē)取車(chē)的過(guò)程為基礎(chǔ)的，停車(chē)場(chǎng)的工作流程也始終以用戶車(chē)輛進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)的流程為中心。停車(chē)場(chǎng)用戶一般分為臨時(shí)用戶和固定用戶兩大類(lèi)。當(dāng)車(chē)輛駛?cè)?出停車(chē)場(chǎng)天線通信區(qū)時(shí)，天線以微波通訊的方式與車(chē)載射頻卡進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，從射頻卡上讀取車(chē)輛的相關(guān)信息，自動(dòng)識(shí)別射頻卡并判斷車(chē)卡是否有效和合法性，車(chē)道控制電腦顯示與該射頻卡一一對(duì)應(yīng)的車(chē)牌號(hào)碼及駕駛員等資料信息；車(chē)道控制電腦自動(dòng)將通過(guò)時(shí)間、車(chē)輛和駕駛員的有關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，車(chē)道控制電腦根據(jù)獨(dú)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷來(lái)做出放行或禁止的決策。

　　(1)臨時(shí)用戶
　　臨時(shí)用戶是指臨時(shí)使用停車(chē)場(chǎng)停車(chē)的用戶，這類(lèi)用戶的停車(chē)行為一般具有臨時(shí)性，隨機(jī)性，使用頻次低的特征。臨時(shí)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(zhǎng)期固定使用停車(chē)場(chǎng)停車(chē)的用戶，這類(lèi)用戶的停車(chē)行為一般具有長(zhǎng)期性、規(guī)律性、使用頻次高的特征。固定用戶一般是停車(chē)場(chǎng)附近單位的工作人員或生活區(qū)的住戶，數(shù)量在一定時(shí)間內(nèi)是確定的。針對(duì)停車(chē)場(chǎng)用戶一般分為臨時(shí)用戶和固定用戶的實(shí)際情況，系統(tǒng)出/入場(chǎng)流程也分為臨時(shí)用戶和固定用戶的兩種情況。

　　3.2.1.臨時(shí)車(chē)輛入場(chǎng)工作流程

　　臨時(shí)車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)時(shí)，設(shè)在車(chē)道下的車(chē)輛感應(yīng)線圈檢測(cè)到車(chē)輛的到來(lái)。將有車(chē)信號(hào)傳送給入口控制器，入口控制器獲取車(chē)輛到來(lái)的信號(hào)后，向相關(guān)設(shè)備發(fā)出指令，啟動(dòng)攝像系統(tǒng)和車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)。經(jīng)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理后，記錄車(chē)輛的牌照信息、顏色信息、車(chē)型信息等。語(yǔ)音提示設(shè)備提示用戶按動(dòng)取卡按鈕，入口控制器檢測(cè)到取卡信號(hào)后，通過(guò)串口給發(fā)卡機(jī)發(fā)送發(fā)卡命令。發(fā)卡機(jī)接到命令后，發(fā)出一張臨時(shí)用戶卡，剛才系統(tǒng)所獲取的信息即與此卡的ID號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)。同時(shí)語(yǔ)音提示器提示用戶取走臨時(shí)卡。如果用戶在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不取卡，發(fā)卡機(jī)將自動(dòng)吞回用戶卡，入口控制器取消此次入場(chǎng)操作。用戶取走卡后，發(fā)卡機(jī)發(fā)出用戶已取走卡的信號(hào)給入口控制器，入口控制器抬起欄桿，用戶駕車(chē)駛?cè)胪＼?chē)場(chǎng)。入口電動(dòng)欄桿檢測(cè)到配套車(chē)輛檢測(cè)器信號(hào)出現(xiàn)“有車(chē)—無(wú)車(chē)”變化后，才自動(dòng)將欄桿放下，以杜絕砸車(chē)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(dòng)作后，確認(rèn)本次入場(chǎng)過(guò)程已經(jīng)完成。

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　　3.2.2.長(zhǎng)期卡車(chē)輛入場(chǎng)工作流程
　　當(dāng)持長(zhǎng)期卡的用戶車(chē)輛進(jìn)入入口讀卡器的感應(yīng)范圍時(shí)，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(shí)間有效性，如有效則獲取射頻卡的ID號(hào)，并將其上送至數(shù)據(jù)處理中心。同時(shí)，攝像系統(tǒng)和車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)將啟動(dòng)。攝入車(chē)輛圖像，經(jīng)車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)分析后，獲得牌照信息、顏色信息、車(chē)型信息等；數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)讀卡器上傳的ID號(hào)，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中與此ID號(hào)相關(guān)的車(chē)輛信息，并與剛才實(shí)時(shí)獲取的信息進(jìn)行比對(duì)，若不符合則拒絕放行，同時(shí)給出告警信息和出錯(cuò)提示信息。另外，數(shù)據(jù)處理中心還會(huì)檢查此固定卡是否過(guò)期。若符合條件，則給入口控制器一個(gè)有效信號(hào)，抬起欄桿，用戶駕車(chē)駛?cè)胪＼?chē)場(chǎng)。入口電動(dòng)欄桿檢測(cè)到配套車(chē)輛檢測(cè)器信號(hào)出現(xiàn)“有車(chē)—無(wú)車(chē)”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(dòng)作后，確認(rèn)本次入場(chǎng)過(guò)程已經(jīng)完成。山于長(zhǎng)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(shí)間花銷(xiāo)短，所以當(dāng)車(chē)輛到達(dá)入口時(shí)，電動(dòng)欄桿已經(jīng)抬起，這樣便實(shí)現(xiàn)了固定用戶的不停車(chē)操作。車(chē)輛入場(chǎng)工作流程如圖4所示：

　　3.2.3.臨時(shí)車(chē)輛出場(chǎng)工作流程
　　用戶駕駛車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)離場(chǎng)通道，停在出口處，車(chē)輛檢測(cè)器檢測(cè)到有車(chē)后，向出口控制器發(fā)出有車(chē)信號(hào)。攝像系統(tǒng)和車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)啟動(dòng)，攝入車(chē)輛圖像，經(jīng)車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)分析后，獲得牌照信息、顏色信息、車(chē)型信息等；用戶將入場(chǎng)時(shí)取得的用戶卡交給管理人員，管理人員通過(guò)出口讀卡機(jī)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(guò)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)ID號(hào)，獲得該用戶卡的類(lèi)型(臨時(shí)卡)、入場(chǎng)時(shí)間，并查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中與此ID號(hào)相關(guān)的車(chē)輛信息，與剛才實(shí)時(shí)獲取的信息進(jìn)行比對(duì)，若不符合則拒絕放行，并給出告警信息和出錯(cuò)提示信息。若符合，數(shù)據(jù)中心根據(jù)車(chē)輛在場(chǎng)內(nèi)停留時(shí)間和計(jì)費(fèi)費(fèi)率，計(jì)算出用戶應(yīng)繳費(fèi)額，同時(shí)顯示在金額顯示器屏幕上，語(yǔ)音提示設(shè)備提示用戶應(yīng)繳納的金額，用戶交納相應(yīng)費(fèi)用后，管理人員將通過(guò)出場(chǎng)控制器打開(kāi)出口電動(dòng)欄桿，用戶駕車(chē)駛出停車(chē)場(chǎng)。出口電動(dòng)欄桿檢測(cè)到配套車(chē)輛檢測(cè)器信號(hào)出現(xiàn)“有車(chē)—無(wú)車(chē)”變化后，自動(dòng)將欄桿放下。計(jì)算機(jī)接收到出口欄桿出現(xiàn)“抬桿—落桿”動(dòng)作后，確認(rèn)本次出場(chǎng)過(guò)程已經(jīng)完成，將先前獲得的用戶卡號(hào)、入場(chǎng)時(shí)間、出場(chǎng)時(shí)間保存到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中備查，完成一次出場(chǎng)過(guò)程。

　　3.2.4.長(zhǎng)期卡車(chē)輛出場(chǎng)工作流程
　　持長(zhǎng)期卡用戶的車(chē)輛到達(dá)停車(chē)場(chǎng)出口時(shí)，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(dòng)車(chē)輛圖像識(shí)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(hào)相關(guān)的車(chē)輛信息與車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)獲取的信息進(jìn)行比對(duì)，如果符合，則給出口控制器一個(gè)有效信號(hào)，由出口控制器控制抬起出口電動(dòng)欄桿，用戶駕車(chē)離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)，完成一次出場(chǎng)過(guò)程。車(chē)輛出場(chǎng)工作流程如圖5所示：

　　3.3智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　由系統(tǒng)功能需求分析就可以確定系統(tǒng)的外部實(shí)體，根據(jù)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)外部實(shí)體，我們就可以從總體上對(duì)停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖6所示：

　　4．總結(jié)

　　本文通過(guò)與傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)對(duì)比，智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)的功能，又以原有收費(fèi)介質(zhì)為依托，對(duì)管理介質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，選定射頻卡作為智能停車(chē)場(chǎng)的管理介質(zhì)。通過(guò)需求分析，明確了智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)所要具備的功能，進(jìn)而提出了智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。針對(duì)停車(chē)場(chǎng)的用戶群體，分別分析和設(shè)計(jì)了臨時(shí)用戶和固定用戶的出入場(chǎng)工作流程，實(shí)現(xiàn)固定用戶的不停車(chē)出入停車(chē)場(chǎng)。從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別和信息化管理，提高車(chē)輛的通行效率和安全性，提高工作效率。