孫二杰, 石 震, 李 偉, 肖 娟, 王 敬

(1.山東建筑大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250101; 2.濟(jì)南大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250002)

大型公共地下停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)

孫二杰1, 石 震1, 李 偉1, 肖 娟1, 王 敬2

(1.山東建筑大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250101; 2.濟(jì)南大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250002)

提出了一套大型公共地下停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng),并從系統(tǒng)架構(gòu)、工作過程、通信方式、燈光導(dǎo)航等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過對(duì)車庫環(huán)境合理建模,系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別車牌,對(duì)車輛提供光導(dǎo)航服務(wù),為管理人員和住戶帶來方便,實(shí)現(xiàn)車輛的智能化管理。

停車場(chǎng)管理; 線性時(shí)序邏輯; 燈光導(dǎo)航; 車牌識(shí)別系統(tǒng)

0 引 言

隨著社會(huì)的發(fā)展及人們生活水平的提高,機(jī)動(dòng)車輛尤其是小汽車越來越多,公共地下停車場(chǎng)車輛的管理變得越來越重要。傳統(tǒng)的停車場(chǎng)管理主要通過給進(jìn)入車場(chǎng)的車輛分發(fā)IC卡,記錄車輛進(jìn)出時(shí)間。不管是固定車輛,還是臨時(shí)車輛,進(jìn)出停車場(chǎng)都必須在出入口停車刷卡后,才能進(jìn)出停車場(chǎng)。這種管理方式,一方面易造成堵車,另一方面需要大量的照明設(shè)備長(zhǎng)期照明。如果采用通常的照明控制方法,因線路較長(zhǎng)且回路復(fù)雜,很難用簡(jiǎn)單的用強(qiáng)電控制方式實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)內(nèi)部照明的自動(dòng)控制,故通常只能采用連續(xù)照明方式。即便采用紅外或聲控開關(guān)來控制照明,但只能對(duì)某一小區(qū)域(如出入樓梯口處)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這樣不僅造成巨大的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗,也給物業(yè)管理造成很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

本文基于車庫停車管理系統(tǒng)以及車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù),提出了一套基于車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的車庫智能停車管理系統(tǒng)。

1 地下車庫管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

一個(gè)具有智能化的車輛管理系統(tǒng),不僅能夠快速準(zhǔn)確地提供停車場(chǎng)內(nèi)實(shí)時(shí)的停車狀態(tài),而且對(duì)車輛來訪和離開進(jìn)行自動(dòng)登記和計(jì)費(fèi),引導(dǎo)車輛準(zhǔn)確合理停放,并能實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控等多項(xiàng)功能。本文提出的大型地下停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)主要由出入口管理子系統(tǒng)、車牌識(shí)別子系統(tǒng)、燈光導(dǎo)航子系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。智能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

出入口管理系統(tǒng)采用CCD攝像頭作為圖像拍攝主體,利用汽車牌照自動(dòng)識(shí)別技術(shù),通過電磁感應(yīng)、計(jì)算機(jī)圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、數(shù)字通信、數(shù)據(jù)庫等手段,對(duì)車輛的圖像進(jìn)行采集和處理,以獲得車輛的數(shù)字化信息。該子系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄出入車庫的車輛信息,包括出入車輛的圖像、車牌號(hào)碼、出入時(shí)間等,并與調(diào)度信息比較,確定是否放行。

圖1 智能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

燈光導(dǎo)航系統(tǒng)是將無線通信技術(shù)、機(jī)械電子自動(dòng)化設(shè)備、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等有機(jī)結(jié)合,控制地下車庫的照明系統(tǒng),達(dá)到節(jié)能的目的,同時(shí)保證對(duì)進(jìn)入車庫的權(quán)限車輛提供有效的燈光導(dǎo)航服務(wù)和管理。

車牌識(shí)別系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)零耗材管理和解決丟失停車憑證問題,而且提升車輛出入效率,減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地自動(dòng)識(shí)別出車牌的數(shù)字、字母、漢字字符,并直接給出識(shí)別結(jié)果,使車輛的數(shù)字化監(jiān)控和管理成為現(xiàn)實(shí)。

車牌自動(dòng)識(shí)別的基本原理是:當(dāng)車輛通過監(jiān)測(cè)車道時(shí),車輛觸發(fā)信號(hào)被傳至圖像采集控制部分;采集控制部分控制攝像機(jī)采集一幅汽車圖像并送至圖像預(yù)處理模塊,由預(yù)處理模塊對(duì)輸入圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)處理后送入計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)內(nèi)的軟件模塊通過圖像的預(yù)處理、車牌區(qū)域檢出、車牌二值化、字符切分、字符識(shí)別環(huán)節(jié),最終達(dá)到對(duì)車牌字符的再現(xiàn),并給出識(shí)別結(jié)果;將識(shí)別結(jié)果和圖像存入數(shù)據(jù)庫中,留待車牌查詢、流量統(tǒng)計(jì)和收費(fèi)管理等。

2 基本工作過程

車輛駛?cè)胲嚺茢z像機(jī)抓拍區(qū)域,觸發(fā)地感線圈。車牌識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)抓拍車輛的圖像并識(shí)別出車牌號(hào)以及車型等信息,檢索數(shù)據(jù)庫。如果該車車牌信息存在,且車牌信息與車身顏色、車型等數(shù)據(jù)相符合,閘機(jī)放行,同時(shí)記下車輛進(jìn)入時(shí)間,調(diào)出車位信息。燈光控制系統(tǒng)依據(jù)車位信息以及車庫內(nèi)行駛車輛實(shí)時(shí)位置,合理規(guī)劃路徑,依次打開路徑上方相應(yīng)的燈,交叉口處的LED引導(dǎo)屏顯示車位和行駛方向,引導(dǎo)車輛到達(dá)指定車位。

當(dāng)車輛離開時(shí),車位上方的控制器檢測(cè)出車位號(hào),上傳給控制中心計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)規(guī)劃出車輛駛離路徑,啟動(dòng)燈光導(dǎo)航系統(tǒng),引導(dǎo)車輛到達(dá)出口。

3 系統(tǒng)通信方式

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種低功耗、自組織的通信技術(shù),施工靈活,人工維護(hù)成本和設(shè)備成本較低。該系統(tǒng)是基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),采用有線和無線結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與車庫內(nèi)節(jié)點(diǎn)的信息交互。系統(tǒng)通信方式如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)通信方式

4 燈光導(dǎo)航系統(tǒng)

針對(duì)一個(gè)照明燈具配有一個(gè)智能燈光控制器的情形進(jìn)行研究。智能燈光控制器包括運(yùn)動(dòng)傳感器、燈光控制節(jié)點(diǎn)、無線通信等模塊。運(yùn)動(dòng)傳感器判斷車輛的位置、行進(jìn)方向等信息。智能燈光控制節(jié)點(diǎn)控制照明燈具的亮滅。無線通信模塊負(fù)責(zé)燈光控制器與總控系統(tǒng)之間的通信。

車庫的照明燈具平時(shí)全部處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)有車輛到達(dá)車庫入口時(shí),攝像頭拍攝車牌圖像,通過車牌號(hào)碼判斷是否具有進(jìn)入權(quán)限,如果有,道閘自動(dòng)開啟。將該車輛入場(chǎng)時(shí)間等信息記入數(shù)據(jù)庫,同時(shí)從數(shù)據(jù)庫中提取出該車輛的車位位置、住宅位置信息,并根據(jù)車庫照明系統(tǒng)的布置情況,規(guī)劃該車輛進(jìn)入車庫后的正確行駛路徑,并依次開啟相應(yīng)的燈光作為導(dǎo)航。主控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出控制命令,依次打開該路徑上的所有照明燈具,引導(dǎo)車輛沿正確路線行駛。

該部分的功能描述采用線性時(shí)序邏輯(Linear Temporal Logic,LTL)進(jìn)行描述。LTL是在命題邏輯基礎(chǔ)上加時(shí)序操作,可作為描述系統(tǒng)狀態(tài)遷移序列的形式化方法,用以描述系統(tǒng)性質(zhì)。LTL中復(fù)雜的時(shí)序邏輯公式描述系統(tǒng)性質(zhì)。LTL語法和語義如下:

□(always):表示在指定范圍內(nèi),給定狀態(tài)必然處處發(fā)生,若指定范圍是全部范圍,則□P表示總為真。

◇(finally):表示在指定范圍內(nèi),給定的狀態(tài)必然發(fā)生,也稱為必然性,即◇P表示最終或必然發(fā)生。

○(next):表示下一時(shí)刻發(fā)生,即○P表示下一時(shí)刻發(fā)生。

∪(until):表示某狀態(tài)一直為真直到另一狀態(tài)為真,即P∪Q表示P一直為真直到Q為真。

ω(unless):ω操作符與∪操作符區(qū)別在于PωQ表示P一直為真直到Q為真或P總是為真。

LTL語法可通過如下遞歸形式定義,若原子命題變?cè)猵、q是線性時(shí)序邏輯公式,則由布爾運(yùn)算符∨、∧、┓或時(shí)序操作符◇、□、○、∪、ω等連接而成的公式,如 p∨q,p∧q,┓p,p○q,p□q,p◇q和 pωq等也是LTL公式。

4.1 車輛按照規(guī)劃的路徑行駛

車輛按照規(guī)劃好的導(dǎo)航路徑行駛,該路徑上的燈具已經(jīng)打開。車庫中的運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)判斷車輛的當(dāng)前位置,車輛駛過后路徑上的燈具自動(dòng)熄滅。規(guī)劃路徑上燈具控制過程如圖3所示。

圖3 規(guī)劃路徑上燈具控制過程

圖3中,m1表示傳感器檢測(cè)到車輛或人離開的運(yùn)動(dòng)信息,m2表示啟動(dòng)燈光控制器,m3表示控制器關(guān)閉燈具。當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到車或人的運(yùn)動(dòng)信息后,必存在某一時(shí)刻,主控制器控制打開的燈具自動(dòng)關(guān)閉。使用LTL描述可形式化表示為:運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到車輛離開的消息m1,□(R1∧m1→○S1);傳感器發(fā)送信息m2到智能控制節(jié)點(diǎn),□(S1∧m2→○C1);由于此時(shí)燈具已打開,控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息m3至燈具,在滿足時(shí)間約束條件后,關(guān)閉燈具,□(C2∧m2→○L1)。

4.2 車輛未按規(guī)劃的路徑行駛

如果車輛未按規(guī)劃路徑行駛,運(yùn)動(dòng)傳感器判斷出車輛位置后,也會(huì)將車輛附近的照明燈具打開,為車輛行駛提供方便。同樣車輛駛過之后,關(guān)閉這些燈具。非規(guī)劃路徑上燈具控制過程如圖4所示。

圖4 非規(guī)劃路徑上燈具控制過程

圖4中,m4表示傳感器檢測(cè)到車輛或人離開的運(yùn)動(dòng)信息,m5表示啟動(dòng)燈光控制器,m6表示控制器關(guān)閉燈具。當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到車或人靠近的運(yùn)動(dòng)信息后,必存在某一時(shí)刻,燈光控制器控制打開燈具;當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到車或人離開的運(yùn)動(dòng)信息后,必存在某一時(shí)刻,燈光控制器控制關(guān)閉燈具。

該過程用LTL描述如下:運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到車輛靠近的消息m1,□(R1∧m1→○S1);傳感器發(fā)送信息m2到智能控制節(jié)點(diǎn),□(S1∧m2→○C1);控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息m3至燈具,在滿足時(shí)間約束條件后,打開燈具,□( C2∧m2→○L1);車輛駛離時(shí),運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到車輛離開的消息m4,□(R2∧m1→○S2);傳感器發(fā)送信息m5到智能控制節(jié)點(diǎn),□(S2∧m5→○C3);控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息m6至燈具,在滿足時(shí)間約束條件后,將燈具關(guān)閉,□(C4∧m6→○L2)。

車輛到達(dá)十字路口時(shí),對(duì)燈具的控制可引入概率轉(zhuǎn)移矩陣。在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,得到車輛在各路口的概率轉(zhuǎn)移矩陣,由主控機(jī)控制將車輛轉(zhuǎn)向概率最大方向上的燈具打開。

另外,車輛駛離車位時(shí),系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制器的信息可獲得駛離車輛信息,啟動(dòng)燈光導(dǎo)航系統(tǒng),并依次打開相應(yīng)燈光,引導(dǎo)車輛正確到達(dá)出口。

5 結(jié) 語

提出了一套大型公共地下停車場(chǎng)的智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)節(jié)省了車輛的等待時(shí)間,并提供燈光導(dǎo)航服務(wù)。鑒于天氣和攝像頭角度問題對(duì)車牌識(shí)別的影響,可進(jìn)一步優(yōu)化或設(shè)計(jì)更高準(zhǔn)確率的車牌識(shí)別算法。車輛的燈光導(dǎo)航可以在靜態(tài)路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上探究動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑的燈光導(dǎo)航。

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2015《現(xiàn)代建筑電氣》雜志征訂單

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Intelligent Management System of Large Public Underground Garage

SUN Erjie1, SHI Zhen1, LI Wei1, XIAO Juan1, WANG Jing2

(1.School of Information & Electrical Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2.School of Economics,Jinan University, Jinan 250000, China)

This paper proposed a set of intelligent parking management system of large public underground garage.The system framework,working process,communication mode and light navigation system were presented in detail.The system can recognite the license-plate automatically,and can provide the light navigation service for the vehicle,which bring the convenience for managers and temants to realize the intelligent management of the vehicle.

parking management; linear temporal logic(LTL); light navigation; license-plate recognition

《現(xiàn)代建筑電氣》雜志訂單(回執(zhí)) 120元/年

孫二杰(1989—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)榻ㄖ?jié)能研究工作。

TP 302.1

B

1674-8417(2015)02-0050-04

2014-11-04

石 震(1990—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)榻ㄖ悄芑夹g(shù)。

李 偉(1990—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)榻ㄖ悄芑夹g(shù)。

肖 娟(1989—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)橹悄軝C(jī)器人系統(tǒng)。

王 敬(1991—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品物流。