智能停車場管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
引言
物聯(lián)網是信息產業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，是信息化和工業(yè)化融合的重要途徑和載體，也是占領國際國內產業(yè)發(fā)展高端的歷史機遇。很顯然，智能交通行業(yè)中無處不在利用物聯(lián)網技術、網絡和設備來實現(xiàn)交通運輸的智能化，它們之間早已實現(xiàn)相互融合滲透。物聯(lián)網產業(yè)化發(fā)展將大力促進中國ITS的大發(fā)展。智能停車場作為智能交通的一個分支，將作為物聯(lián)網中的?個分支岀現(xiàn)在這張“網''中。本文以單個停車場系統(tǒng)的管理為例，介紹其設計和實現(xiàn)。
隨著我國國民經濟的迅速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，汽車正逐漸走進尋常百姓的家中。交通工具方便了人們的生活，但同時也帶來了一些問題，如停車慢、停車難等。目前大多數停車場還是依靠人工管理的辦法，不能適應社會發(fā)展的需要：一方面勞動強度大、效率低；另…方面可能會造成財務上的現(xiàn)金流失。即使是某些智能停車場，也存在判斷條件單一等缺點。為了解決諸如此類問題，建立一種咼性能的智能化停車場管理系統(tǒng)成為一種必然趨勢。它通過使用一些新技術，使人、車、道路之間的相互作用關系以新的方式呈現(xiàn)，從而實現(xiàn)停車場系統(tǒng)實時、準確、高效、安全的管理。
1系統(tǒng)組成及功能
1.1硬件組成和功能
隨著以ARM為代表的嵌入式微處理器技術的飛速發(fā)展，無論在功耗、便攜性還是硬件成本上，都有顯著優(yōu)勢。為了提高系統(tǒng)的可靠性和安全性,在硬件上采用多CPU體系結構。各CPU之間通過以太網口進行通信,編寫內部協(xié)議，完成多個CPU之間管理信息的傳遞。系統(tǒng)體系結構框圖如圖1所示。
1.1.1管理工作站
又稱為信息綜合管理系統(tǒng),是整個智能停車場管理系統(tǒng)的核心。對其硬件設備的選擇可以根據系統(tǒng)中數據量的動態(tài)變化而定。對于中小型停車場而言，進出系統(tǒng)的車流量比較小，需要記錄的數據也相對較少，可以采用ARM微處理器充當服務器。與此相對，大型停車場，可以采用一臺PC機來充當服務器。
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1.1,2入口檢測與管理 |
釆用ARM微處理器芯片控制入口設備的運轉情況。該模塊主要用于處理入口車輛的相關信息，直接影響停車效率，故對其實時性要求較高，在此釆用fiC/OSn嵌人式實時操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。
圖2入口檢測與管理系統(tǒng)結構
在該系統(tǒng)中，長期用戶使用RFID射頻技術進行識別，而臨時用戶則使用非接觸式IC卡技術來識別，這樣便于向“城市一卡通”接軌。在系統(tǒng)正常運轉時，RFID讀卡器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當電子標簽進入該磁場區(qū)域時,讀卡器對電子標簽信息進行解碼。如果有可識別的射頻信號時，由入口控制器控制開啟自動道閘車輛進入。否則啟動1C卡票箱吐出一張臨時卡，用戶刷卡后車輛進入。
1.1.3出口檢測與管理
與入口類似，長期用戶在出場時由RFID讀卡器讀取卡片信息并交由出口控制器扣取停車費用，而臨時用戶則需要在崗亭處繳納停車費用后出場。
1.1.4車位顯示與管理
車位顯示與管理：通過光傳感器檢測停車位的占用情況，將空余車位數顯示在子顯示屏上，并通過CAN總線發(fā)送給控制中心。它的系統(tǒng)結構如圖3所示。
1.2軟件功能
（1）系統(tǒng)管理功能：可設置出入口設備狀態(tài)和多種收費費率；獲取出入口信息，并以圖形界面的形式顯示出來;按權限分級管理用戶，實現(xiàn)用戶信息的增加、刪除、修改；將整個停車場信息以圖形界面的形式示給用戶等；
（2）卡片管理：完成卡片信息的注冊、充值、有效期設置、檢索和注銷等功能；
（3）出入口管理:采集出入車輛信息，控制出入口設備的工作狀態(tài)，提取車牌信息等；
（4）資料管理：自動保存系統(tǒng)日志信息；
（5）應急功能：緊急情況下可直接控制終端設備，如自動道閘打開與關閉等；
（6）聯(lián)網功能:在局域網或廣域網范圍內，僅需要一個客戶端瀏覽器便可以查看停車場相關信息，
圖3車位顯示與管理系統(tǒng)結構
2管理工作站
管理工作站又稱為信息綜合管理系統(tǒng)，是整個智能停車場控制系統(tǒng)的核心管理和控制模塊，包括信息分析和存儲、命令發(fā)布等。同時它又是整個系統(tǒng)的核心調度部分和人機交互接口。一方面協(xié)調系統(tǒng)內各個模塊完成相應的功能，另一方面以Web網頁的形式為用戶和管理員提供良好的人機交互界面。
該系統(tǒng)以計算機互聯(lián)網絡為基礎,利用第三代無線通信技術.按照瀏覽器/服務器模式，把整個停車場內停車位信息統(tǒng)一到一個網絡平臺上。通過內嵌的管理對象信息庫，把每個站點的狀態(tài)信息連接到一個公用的服務器上，經過服務器處理之后發(fā)送到網絡上。駕駛員可以通過停車場入口處的滿位顯示屏或一個戶端瀏覽器，獲得某個停車場中停車位占用情況。這樣可以大大節(jié)省尋找車位的時間，從而提高停車效率，為用戶提供方便。
管理工作站主要由兩大功能模塊組成：Web服務器和SNMPAgent代理。其中Web服務器模塊將用戶管理、日志管理、智能卡管理等以Web網頁的形式展現(xiàn)給用戶，為系統(tǒng)管理提供統(tǒng)一的人機交互界面。而SNMP代理模塊則是將系統(tǒng)中被管設備信息存儲到管理信息庫MIB中，使得用戶可以遠程改變設備工作狀態(tài)。
2.1 SNMPAgent代理
隨著Internet的發(fā)展和普及，網絡管理顯得越來越重要。嵌入式網管系統(tǒng)是SNMP協(xié)議在ARM上的應用，有著極其廣闊的市場價值。SNMP是一種基本的網絡管理工具，該協(xié)議簡單、易于實現(xiàn)且具有良好的可擴充性，是實際應用中網管協(xié)議標準，它使得管理員可以使用統(tǒng)一的操作接口管理位于不同物理空間的設備。
該網絡管理系統(tǒng)在現(xiàn)有網絡中添加軟件和硬件組成，其中軟件位于執(zhí)行網絡管理任務的主機或嵌入式設備中。它將整個網絡看作…個統(tǒng)-結構來處理，每個節(jié)點都有系統(tǒng)所知的地址、標簽和每個元素的具體屬性。網絡節(jié)點定期反饋統(tǒng)計信息到網絡管理系統(tǒng)中。為了降低系統(tǒng)管理成本，在此釆用分布式多級網絡管理系統(tǒng)，即一個網絡中有多個網管系統(tǒng)，而它們又分別歸屬不同的網管系統(tǒng)來管理，對于其中的每一個網管系統(tǒng)而言，它又具有自己的管理范圍。這樣單個管理站故障并不會影響其他管理站工作，從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
網絡管理代理(SNMPAgent)在網管系統(tǒng)結構中相當于網管(Manager)和被管理設備之間的網關和協(xié)議轉換器。管理站和代理都實現(xiàn)相應的MIB對象，使得雙方可以識別對方的數據，實現(xiàn)通信。在系統(tǒng)正常運行時，管理站向代理申請M1B中定義的數據，代理識別后，將管理設備提供的相關狀態(tài)或參數信息等轉換成MIB定義的格式，應答給管理站。SNMP的這種結構和通信過程，使網絡設備對SNMP的支持極為方便。已有設備只需要新加一個SNMP代理模塊就可以實現(xiàn)網絡管理，而舊的帶擴展槽的設備只需要實現(xiàn)一個SNMP模塊并將其插入到擴展槽中即可支持SNMP網絡管理功能，管理站與代理通信如圖4所示。
Net-snmp是一個使用廣泛的開源SNMP實現(xiàn)，本系統(tǒng)在代理端開發(fā)的時候正式采用此源碼包來實現(xiàn)的。在開發(fā)過程中主要包括2部分：MIB庫的編寫和Agent擴展程序的編寫。
MIB庫編寫：管理信息庫MIB是管理信息的集合，它定義了每一個管理信息的類型、名稱、意義、權限等屬性。管理站通過讀/寫操作，完成對管理對象的管理。經過對停車場系統(tǒng)中各種信息及應用環(huán)境的分析，對net-snmp軟件包中原有MIB庫進行擴展。
圖4 管理站與代理通信
Agent擴展程序:SNMP代理程序運行于網管設備上，主要完成數據包格式定義、set/get操作、查詢、配置對象及監(jiān)聽處理程序等。
另外，在SNMP協(xié)議中當代理收到不是發(fā)給本機的數據包時，將丟棄該數據包。但是這樣可能會導致丟失某些重要的數據信息，在該模塊實現(xiàn)時添加了Agent轉發(fā)模塊。當SNMP代理程序收到不是發(fā)送給本機的數據包時，向管理站發(fā)送一個偽響應包，并將該數據包轉發(fā)到下一代理主機，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
2.2Web服務器
基于命令行的操作在某些場合比較方便，但是它要求管理人員要具備一定的專業(yè)基礎知識。例如在上面的SNMP代理模塊中，如果要對某個管理對象進行get或set操作，那么用戶需要知道snmpget或snmpset命令的使用方法。這無疑對系統(tǒng)的使用產生了屏障，而Web服務器的出現(xiàn)無疑為解決此類問題提供了方便。它將有效信息以網頁的形式提供給用戶，用戶只需要一些簡單的操作就可以完成系統(tǒng)的管理和維護。
整個停車場管理系統(tǒng)中的Web服務器充當著管理站的角色，管理員可以通過它管理系統(tǒng)設備，同時用戶可以通過它查詢個人信息及停車場相關信息介紹等。Web服務器與SNMP代理之間通過命名管道的方式通信，在開發(fā)過程中主要包括2部分:前端用戶界面及后端處理程序。在實現(xiàn)的過程中采用CG1技術，將多個頁面的HTML代碼嵌套在CGI程序中。
在Web服務器運行時，將用戶輸入的信息以HTML表單的形式提交給CGI程序。CGI程序通過設置相關環(huán)境變量，并將相關信息交給后端處理程序進行處理，并將處理結果交由CGI程序，以網頁的形式顯示給用戶。
在實現(xiàn)的過程中，根據系統(tǒng)中信息的不同特點，可對其采用3種不同的方式進行存儲：
M1B庫存儲Web服務器與SNMP代理程序之間的通信采用命名管道的方式，對于出入口設備狀態(tài)信息及收費費率信息將統(tǒng)一采用管理信息庫MIB進行存儲。例如管理員要設置某個管理對象狀態(tài)時，只需要輸入狀態(tài)代碼,后臺管理程序將該代碼以SNMP命令格式發(fā)送到管道中。接著SNMP代理讀取命令，完成相應的操作。
SQLite數據庫系統(tǒng)中總有一些信息總是處于動態(tài)變化當中,SQLite數據庫是一款小型的嵌入式數據庫。在此釆用SQLite數據庫來管理用戶信息和卡片信息。例如管理員需要添加用戶信息時，他只需要輸入用戶信息，由后臺管理程序將這些信息組織成SQL語句并執(zhí)行。
文件存儲日志信息為管理員管理停車場提供參考，其不需要修改。鑒于此我們選擇文件來存儲系統(tǒng)日志信息。當管理工作站收到出口控制器發(fā)來的出口車輛信息時，以追加方式將此信息添加到日志文件中。Web服務器系統(tǒng)運行起來之后，頁面如圖5所示。
3結論
本文以停車場管理系統(tǒng)為背景，設計并實現(xiàn)了一個嵌入式智能停車場管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用ARM微處理器接口豐富等特點，實現(xiàn)數據信息的采集和顯示；利用SNMP協(xié)議能夠靈活、方便地擴展管理信息庫的特點，實現(xiàn)信息資源的管理和維護；同時利用Web服務器技術，可以與城市中其他停車場聯(lián)網，實現(xiàn)停車場管理的網絡化管理。同時，又釆用了瀏覽器/服務器模式，使客戶端和服務器段運行平臺相互獨立，實現(xiàn)了真正意義上跨平臺的遠程車位管理系統(tǒng)。可以預見，該系統(tǒng)可以大大提髙停車場管理的自動化程度及管理效率。
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