物联网技术在智慧园区停车场系统中的应用

2020-11-30 09:43      访问: 126

【内容导读】 随着现代科学技术的日新月异,特别是计算机技术、网络技术、信息技术及物联网技术的迅猛发展,人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智慧社会,并且呈现出高速发展的趋势,城
随着现代科学技术的日新月异,特别是计算机技术、网络技术、信息技术及物联网技术的迅猛发展,人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智慧社会,并且呈现出高速发展的趋势,城市数字化、物联化和智慧化已成为社会和建筑业发展的必然趋势。今年初我国住房和城乡建设部公布了北京市东城区、河北省石家庄市、江苏省无锡市等 90 个城市(区、镇)成为首批国家智慧城市试点,其中包括江苏省的苏州工业园区。智慧园区是智慧城市的重要表现形态,其体系结构与发展模式是智慧城市在一个小区域范围内的缩影,既反应了智慧城市的主要体系模式与发展特征,又具有不同于智慧城市的发展模式的独特性。本课题对智慧园区物联网停车场系统的研究可为其它子系统提供借鉴,为构建智慧园区、智慧城市打下基础。
首先,从研究智慧园区与物联网概念、发展现状及结合的背景入手,分析两者结合的必要性。
其次,在分析国内外停车场系统发展现状的基础上,针对我国停车场系统存在的问题,对停车场系统应用物联网技术进行需求分析,根据需求分析结果,研究如何应用物联网技术解决现有停车场系统带来的不便。
继而,对物联网技术在智慧园区停车场系统中的应用进行研究,根据对停车行为的分析,研究停车场系统与物联网结合的应用方案,分别对应用物联网技术的园区停车场管理系统和园区内停车场子系统进行了方案设计,利用物联网技术采集所需数据并在物联网平台上开发智慧服务。
最后,基于飞邻物联网平台,针对无锡惠山软件外包园(O-Park),设计完成智慧园区物联网停车场系统,通过数据采集,开发出针对用户和管理者的智慧服务,验证园区停车场系统与物联网结合的应用方案的可行性。
本研究拓展了物联网时代智慧园区的内涵,提升了园区停车场系统的智能化水平, 实现了智慧园区停车场系统的一体化管理。对建设“智慧园区”、“智慧城市”有积极意    义和实用价值。
 
关键词:智慧园区,物联网,智慧停车场系统,停车诱导系统,智慧服务,智慧城市,智慧园区解决方案

面对机动化加速发展,“停”和“行”矛盾愈加突出的趋势,在目前,我们就要通过引入物联网等新技术,统一集成管理,宏观调控,实现信息共享,对城市机动化进程进行科学引导和干预,以实现停车场系统的可持续、智慧化发展。
随着社会的发展、科技的进步和建筑规模的日益扩大,智能园区中建筑智能化系统越来越多,使得智能化系统的管理变得日趋复杂和困难,传统的智能化园区由于不同建筑的同一系统以及各个系统之间形成“信息孤岛”,信息不能共享,系统整体联动难以实现,智能化应用水平低,而且由于整个园区缺少统一、高效、便捷的集中式管理,应用可扩展性差,运营成本高,重要设备运行状态无法实时监测、远程控制,事故预警难以实现,已经不能满足人们对生活、居住、办公环境越来越高的要求。例如园区中含有多个停车场系统,它们彼此之间,以及与安防、信息发布等智能化系统之间缺乏信息共享,缺少统一管理,造成之间信息利用率低,系统联动难以实现,运营成本高,缺少个性化指引和查询服务。而物联网技术的应用是把智慧园区作为一个整体的系统,是对不同建筑的同一系统以及多个不同子系统的更高层次的集成化,通过它可向住户、企业、园区管理者、系统维护者等不同用户提供多样化的服务,把建筑智能技术深化细化,让人们充分体会到科技给生活带来的巨大变化——让生活环境变得安全、高效、便捷、节能、环保、健康。因而智慧园区与物联网相结合,不仅具有必要性,而且有其必然性。利用物联网技术满足人们生活上两大停车需求。首先是基本停车需求,即夜间停车
需求,主要是指园区居民或单位车辆夜间停放的需求,这时的安全和环境备受关注,急需采用相关技术实现信息的实时采集、共享和与安防等系统联动,并反馈实时信息、停车位现状和停车场环境;其次是社会停车需求,这是由社会、园区经济活动产生的各种

 
出行所形成的非静态需求,由于出行活动目的地、地点和时间等均不易掌握,这就要求
利用物联网相关技术搭建停车场管理平台,将多个停车场信息汇总统一管理,信息共享, 将停车场管理系统建成一个开放、动态的可查信息系统,并给用户提供停车选择行为诱导。路线优选,分散停车,减少拥堵以及需找车位带来的时间上的浪费,和由此引发的交通事故,实现智慧停车。
考虑到停车场的安全性、运行效率、人性化管理和为用户提供个性化服务的要求, 同时兼顾园区中各个停车场系统之间以及与其它系统之间的信息交流和共享问题,将物联网技术引入到车辆管理系统中来,搭建物联网数据平台,将园区中的各停车场管理系统的实时数据、信息接入到该物联网数据平台,用户能够使用智能手机、平板电脑或PC 机登陆 WEB 界面,查阅相关停车场的地理位置及实时车位等信息。运用基于物联网相关技术的园区智慧车辆管理系统,可以实现对车辆管理系统的统一管理,可以实现更好的经济效益和社会效益,更好的服务于智慧城市。

物联网技术在园区停车场系统中的应用

物联网技术的应用对停车场系统带来了新的发展机遇,同时也迎来了新的技术挑战,下面从物联网架构的感知层、网络层和应用层三个技术层面出发,分析物联网对智停车场系统所产生的影响。
感知层是物联网体系架构的基本层,要实现全面感知,就得通过传感器、红外感应
器、射频识别等传感设备自动采集数据和位置信息等[23] ,包括停车场位置、车位等。运用新技术的传感器不但能识别物体,发送、传输和接收数据,还可以主动发出信息与人和其他物体实现信息的交流与共享。无线传感器的应用,省去了繁杂的布线工程,同时也使设备的监控更加易于实现。
网络层负责数据的传输、处理和控制,是物联网的中心环节。无线传输技术的快速发展,为近距离的数据传输提供了可靠的技术保障,同时也省去了建筑内部复杂而又繁多的布线施工。下一代互联网 IPV6 的应用,为信息的高速传输开辟了新的道路,同时也提供了几乎无限大的地址空间,使得每个物体的互联成为可能。安装的传感器通过无线传输网络将采集的信息和数据发送出去,同时应用网络层的云计算技术,就可以快速的对繁杂的数据进行处理,实现智能建筑中众多物体的实时监控和动态管理,进而就可以建立高效、统一的建筑设备管理和应用平台。
应用层处在物联网体系架构的最顶层,而应用是物联网发展的最终目的。基于物联

 
网技术的停车场系统综合了各种资源和信息,拥有数据资源库,因而可以通过互联网和
无线传输网络向公众提供查询、诱导和信息发布等功能。面向用户的应用,使得人们真正感受到了智能,享受到了物联网带来的智慧生活。
由以上分析可见,停车场系统在采用物联网技术后,监控的范围扩大、设备数量和信息采集种类增加,系统网络传输更加快速、安全、可靠,信息处理和对设备操作指令的发布变得更加智能,运营成本降低,最重要的是开发了切实的智慧服务,为人们带来了诸多方便。因此,两者的结合很有必要。
根据国内外停车场系统概况以及国内停车场所存在的问题和应用物联网技术的需求分析,构建的智慧停车场系统需运用的物联网技术归纳如下:
①传感器技术
它同通信和计算机技术一起被称为信息技术的三大支柱。传感技术是关于从自然信
源获取信息,并对之进行处理(变换)和识别的一门多学科的现代科学与工程技术。 [21] 传感器负责信息的采集,是实现对现实世界感知和物联网服务应用的基础。其中的传感器节点是在传统传感器基础上,增加了协同、计算、通信功能。通过增加的传感技术对园区停车场进行环境检测和车位实时监测。
②GPRS 技术
通过分组无线服务(General Packet Radio Service,简称 GPRS)是一种基于 GSM 移动通信网络的数据服务技术。利用 GPRS 模块可将车位、环境等信息传达给车主,使用户实时掌握数据;并且方便管理者对停车场进行管理。
③RFID 技术
射频识别(Radio Frequency Identification,简称 RFID)是一种通过无线电信号自动
读写相关数据和识别特定目标的非接触式无线通讯技术[21] [22] 。一个典型的  RFID 系统一般由 RFID 电子标签、读写器和信息处理系统组成。应用该技术对进出停车场的车辆进行身份识别,在出入口实现安全高效管理。RFID 读写设备主要完成车中预制卡片与
主机的信息交换,用于完成车辆信息自动识别和收费等一系列服务,并为管理者节省人力物力。
④GPS 技术
全球定位系统(Global  Positioning  System,简称 GPS),是具有空、陆、海全方位实时定位与三维导航能力的新一代卫星导航与定位系统。本次所研究的园区停车场系统

 
主要是利用无线传感器网络技术感知车位信息,并利用 GPS 定位技术实现精确定位, 并综合利用通信网、GPRS 及 3G 网络为用户提供出行到停车再到离开的全方位智慧诱导服务,使用户方便查询,减少交通事故,节省时间;并且为管理者节省人力诱导,提高诱导品质和准确性,实现分散停车,减少拥堵,所用的感知网络技术可实现事件预警, 方便与安防等智能化子系统联动,实现安全高效管理。
⑤无线传感器网络(WSN)技术
它结合了计算、通信、传感器三项技术。它是将传感器单元采集的数据通过自组织的无线网络进行传输汇总,以实现协作监控。
⑥通信网及 3G 网络
通信网是一种使用传输、交换设备,将地理上分散的用户终端互联起来实现通信和
信息交换的系统[23] 。它由用户终端设备,交换设备和传输设备组成。将很多的通信系统通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起组成通信网。第三代移动通信技术(The 3rd Generation,简称  3G),是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够提供多种信息服务,支持 384kbps、44kbps 等不同的数据传输速度。[21] 方便用户登陆停车场系统进行信息查询。
其中的 DSRC 技术是诱导系统中的关键技术,即 Dedicated Short Range Communication,专用短程移动通信。车辆在行驶过程中处于运动状态,移动通信正好能满足随时随地在车内向出行途中的驾车者提供动态停车诱导信息的条件。它是将数字信号调制在高频副载波上,再以此搭载有信号的副载波调制到频率、幅值固定的厘米波上,由天线在路面停车信息通信站和出行途中的车辆之间来回传播。全部信号的编制、发射、接收、处理、存储和转送均由双方的微处理器按专用软件控制,操作硬件执行。只要给车辆上配备车载应用装置,则装置上的 OBU 通过 DSRC 协议与 RSU 进行通讯, 完成实时通信,驾驶员可接收到物联网应用平台发布的停车诱导信息及路况信息,而平台的信息处理中心也可接收到车辆信息,可完成车辆诱导、自动收费和车位预定等功能, 具有实时、快捷方便、高效益等特点。
⑦专家系统和云计算
专家系统(Expert System)是一个含有大量某领域专家水平的知识与经验,并能够
利用这些知识和经验来处理该领域问题的智能计算机程序系统[22] 。通过平台上的专家系统对停车场各子系统采集到的实时数据进行整合、分析和计算,并结合预案,对非正

 
常状况作出判断,并和安防系统实施预警联动,提高整个停车场系统的安全性。云计算
是由 Google 提出的,分为广义和狭义云计算两种。前者是指是指服务的交付和使用模式,指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务,而后者指的是 IT 基础设施的交付和使用模式,指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源。例如搜寻引擎和网络信箱是人们在日常生活的网络服务中常见的最简单的云计算技术,在本次所设计的园区停车场系统主要是运用广义云计算技术开发应用服务,使用户可通过手机、GPS 等行动装置登录用户界面搜索停车场位置等相关信息和定制、浏览所提供的个性化服务。