基于分布式架構(gòu)的智慧停車管理服務(wù)系統(tǒng)

王彬

摘 要：隨著圖像處理技術(shù)的進(jìn)步，車牌識(shí)別技術(shù)得到了很大的發(fā)展，在停車場(chǎng)管理系統(tǒng)中，通過在停車場(chǎng)的出入口加裝車牌識(shí)別器，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別車輛，記錄車輛的出入信息，從而出入口免取卡的理念引入了到了停車場(chǎng)。但隨著停車場(chǎng)服務(wù)的縱向發(fā)展，僅僅實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)系統(tǒng)的免取卡已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)需求。具備快速開發(fā)、快速部署、便捷實(shí)用、貼合市場(chǎng)等能力，立足于解決需求問題的視角實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：停車管理系統(tǒng)；分布式；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：U492 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.現(xiàn)有停車管理系統(tǒng)的新特點(diǎn)

隨著停車與其他行業(yè)應(yīng)用的黏性需求越來越高、停車場(chǎng)管理方對(duì)自身管理的要求不斷演進(jìn)，市場(chǎng)對(duì)停車場(chǎng)系統(tǒng)產(chǎn)品的要求也越來越高、需求也越來越豐富；需要面對(duì)從大型商業(yè)設(shè)施到醫(yī)院，從住宅小區(qū)到政府公共停車場(chǎng)各種業(yè)態(tài)的停車場(chǎng)；需要針對(duì)不同的業(yè)態(tài)進(jìn)行二次開發(fā)和個(gè)性化定制；需要建立基于城市級(jí)的停車平臺(tái)，對(duì)城市級(jí)停車進(jìn)行管理和信息發(fā)布；需要對(duì)移動(dòng)停車需求進(jìn)行服務(wù)；這樣對(duì)于新的智慧停車系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出以下4個(gè)方面的特點(diǎn)：

（1）停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)共享數(shù)據(jù)，打破信息孤島，建設(shè)智慧停車物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)停車誘導(dǎo)、車位預(yù)定、電子自助付費(fèi)、快速出入等功能。

（2）停車誘導(dǎo)、車位引導(dǎo)和反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)會(huì)快速普及，目前在建的停車場(chǎng)越來越大，動(dòng)輒幾千個(gè)車位以上，這樣大的停車場(chǎng)如果沒有引導(dǎo)和尋車系統(tǒng)而靠人員疏導(dǎo)的話，對(duì)管理人員和客戶都是一個(gè)災(zāi)難。

（3）無人化服務(wù)將逐漸普及，隨著我國(guó)的勞動(dòng)力成本快速上升，過去靠人海戰(zhàn)術(shù)管理停車場(chǎng)的方法越來越不行了，參照國(guó)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，停車場(chǎng)的自動(dòng)化程度將越來越高，管理人員逐漸減少，直至實(shí)現(xiàn)無人化服務(wù)。

（4）手機(jī)實(shí)現(xiàn)車位預(yù)定、支付、尋車等功能，智能手機(jī)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)這兩年快速普及，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶已經(jīng)超過了固定互聯(lián)網(wǎng)用戶，利用手機(jī)訂餐、購(gòu)買電影票、下載優(yōu)惠券、交友等已經(jīng)普及，所以停車場(chǎng)中的這些應(yīng)用將快速普及。

智慧停車場(chǎng)管理系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)和分布式計(jì)算技術(shù)，管理位于不同位置的停車場(chǎng)，并將分散的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中，將各個(gè)獨(dú)立的停車場(chǎng)系統(tǒng)整合起來。還可以將原有停車場(chǎng)內(nèi)各個(gè)割裂的子系統(tǒng)進(jìn)行有效地整合，比如收費(fèi)管理、尋車誘導(dǎo)、燈光節(jié)能系統(tǒng)，這樣可以讓整個(gè)停車場(chǎng)系統(tǒng)更有效地發(fā)揮整體作用。結(jié)合用戶的新的需求，增加了車位管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)車位的精確管理，包括車位鎖的開關(guān)控制、車位的視頻或圖片監(jiān)控、車位信息的發(fā)布等。最終為企業(yè)實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的遠(yuǎn)程在線管理和城市停車信息服務(wù)；為政府實(shí)現(xiàn)轄區(qū)停車場(chǎng)信息聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨部門夸區(qū)域的聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控和信息共享。在節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)，提高管理效率，增加車場(chǎng)收益，提高對(duì)車主的停車服務(wù)。

2.系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)包括4個(gè)主要的服務(wù)，分別是收費(fèi)與后臺(tái)管理服務(wù)、通行管理服務(wù)、誘導(dǎo)尋車服務(wù)、車位管理服務(wù)。整個(gè)架構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，基于服務(wù)之間松耦合的原則獨(dú)立設(shè)計(jì)，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，引用相對(duì)成熟的開源軟件技術(shù)，主要包括可靠性網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（ZeroMQ），輕量級(jí)后臺(tái)web框架Tornado技術(shù)，容器化軟件部署與維護(hù)Docker技術(shù)，后臺(tái)高可用性負(fù)載均衡和web緩存技術(shù)，以及高可靠性PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

2.1 收費(fèi)與后臺(tái)管理服務(wù)

收費(fèi)與后臺(tái)管理服務(wù)的功能主要由車輛基礎(chǔ)信息管理與維護(hù)功能模塊、車道收費(fèi)與車道控制模塊、停車場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控與維護(hù)模塊、停車場(chǎng)站級(jí)業(yè)務(wù)辦理模塊、停車場(chǎng)基礎(chǔ)信息維護(hù)模塊、停車信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳模塊構(gòu)成。收費(fèi)與后臺(tái)管理服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)流程所示。

收費(fèi)與后臺(tái)管理服務(wù)：

車道控制器→消息中間件→服務(wù)器后端服務(wù)系統(tǒng)（均衡與緩存；WEB服務(wù)；通信服務(wù)；業(yè)務(wù)管理；同行管理；數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)）→瀏覽器前端用戶界面系統(tǒng)（收費(fèi)管理；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表顯示；系統(tǒng)管理；票證信息管理；車輛管理；車道配置管理）→用戶請(qǐng)求/服務(wù)器應(yīng)答（http）→瀏覽器。

2.2 尋車誘導(dǎo)服務(wù)

尋車誘導(dǎo)服務(wù)可分別應(yīng)用于單片區(qū)、跨片區(qū)兩種應(yīng)用場(chǎng)景，整個(gè)系統(tǒng)主要由3部分組成：位于感知前端（攝像頭、超聲波探頭等）、控制器和服務(wù)后臺(tái)。

2.3 車位管理系統(tǒng)

為了便于對(duì)停車場(chǎng)的車位實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，引入車位鎖管理、車位視頻管理等功能，為平臺(tái)的錯(cuò)時(shí)停車功能實(shí)現(xiàn)底層的支撐。整個(gè)車位管理系統(tǒng)主要由3部分組成：位于前端的車位鎖、車位鎖控制網(wǎng)關(guān)和車位鎖、車位管理后臺(tái)。

2.4 嵌入式車道控制系統(tǒng)

嵌入式車道控制的車道控制器采用嵌入式Linux系統(tǒng)，主要功能是完成停車場(chǎng)出/入口車道的數(shù)據(jù)采集與上傳，上傳通行記錄，接收通行決策指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)車道的控制。軟件主要模塊由車輛身份識(shí)別模塊、進(jìn)出場(chǎng)管理和車道控制模塊、車道狀態(tài)采集模塊、抓拍車輛圖片并上傳模塊、存儲(chǔ)本地日志和上傳通行記錄模塊、存儲(chǔ)車輛信息和車輛抓拍圖片模塊構(gòu)成。

3.關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 車道控制器高可靠性網(wǎng)絡(luò)傳輸ZeroMQ技術(shù)

ZeroMQ新一層的網(wǎng)絡(luò)堆棧，輕量級(jí)，socket風(fēng)格的接口，支持多種消息傳送模式，如：P2P，訂閱發(fā)布模式以及請(qǐng)求-響應(yīng)模式等等，支持多種底層協(xié)議，支持多種平臺(tái)和CPU架構(gòu)。利用ZeroMQ解決車道控制器與站級(jí)之間的網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性問題。作為消息處理的中間件，還可以用在進(jìn)程間的通信、站級(jí)與站級(jí)間通信等不同的場(chǎng)合。不需要安裝和運(yùn)行一個(gè)消息服務(wù)器，只需要簡(jiǎn)單的引用ZeroMQ程序庫(kù)，然后就可以在應(yīng)用程序之間發(fā)送消息，部署是非常簡(jiǎn)單的。

3.2 輕量級(jí)后臺(tái)web框架Tornado技術(shù)

Tornado是一款使用Python編寫的，相對(duì)簡(jiǎn)單的非阻塞式Web服務(wù)器。Tornado和現(xiàn)在的主流Web服務(wù)器框架（包括大多數(shù)Python的框架）有著明顯的區(qū)別：它是非阻塞式服務(wù)器，而且速度相當(dāng)快。得利于其非阻塞的方式和對(duì)epoll的運(yùn)用，Tornado每秒可以處理數(shù)以千計(jì)的連接，因此Tornado是實(shí)時(shí)Web服務(wù)的一個(gè)理想框架，用來實(shí)現(xiàn)收費(fèi)和后臺(tái)管理系統(tǒng)、尋車后臺(tái)和車位管理后臺(tái)等服務(wù)器后端框架。

3.3 容器化軟件部署與維護(hù)Docker技術(shù)

本項(xiàng)目中，采用基于容器Docker技術(shù)進(jìn)行軟件系統(tǒng)部署和運(yùn)維。Docker是一個(gè)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一種稱為“集裝箱”的概念。Docker是一個(gè)功能強(qiáng)大的自動(dòng)化分布式系統(tǒng)：大規(guī)模的Web部署、數(shù)據(jù)庫(kù)集群、持續(xù)部署系統(tǒng)、私有PaaS、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)等。Docker是一種增加了高級(jí)API的LinuX Container（LXC）技術(shù)，提供了能夠獨(dú)立運(yùn)行Unix進(jìn)程的輕量級(jí)虛擬化解決方案。它提供了一種在安全、可重復(fù)的環(huán)境中自動(dòng)部署軟件的方式。

作為一種新興的虛擬化方式，Docker 跟傳統(tǒng)的虛擬化方式相比具有眾多的優(yōu)勢(shì)，更快速的交署、更高效的虛擬化、更輕松的遷移和擴(kuò)展、更簡(jiǎn)單的管理。

Docker 容器的啟動(dòng)可以在秒級(jí)實(shí)現(xiàn)，這相比傳統(tǒng)的虛擬機(jī)方式要快得多；對(duì)系統(tǒng)資源的利用率很高，一臺(tái)主機(jī)上可以同時(shí)運(yùn)行數(shù)千個(gè)Docker 容器，容器除了運(yùn)行其中應(yīng)用外，基本不消耗額外的系統(tǒng)資源，使得應(yīng)用的性能很高，同時(shí)系統(tǒng)的開銷盡量小。

3.4 高可靠性PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

本項(xiàng)目中，數(shù)據(jù)庫(kù)采用PostgreSQL作為服務(wù)器后端的持久化存儲(chǔ)。PostgreSQL在安全性、穩(wěn)定性、可靠性和可用性方面擁有極佳的企業(yè)級(jí)別數(shù)據(jù)庫(kù)特性。在開啟歸檔以及基礎(chǔ)備份的前提下，可以將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到過去任意時(shí)間點(diǎn)，配合集群切換軟件可以實(shí)現(xiàn)高可用。

結(jié)語(yǔ)

隨著停車場(chǎng)出入口免取卡理念的普及，越來越多的停車場(chǎng)廠家踏足免取卡識(shí)別領(lǐng)域，而前端的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式就目前市場(chǎng)情況而言可謂大同小異，多元化、人性化的功能設(shè)計(jì)，搭配輕量級(jí)的后臺(tái)管理系統(tǒng)架構(gòu)將成為最大競(jìng)爭(zhēng)力。

由于我國(guó)的勞動(dòng)力成本快速上升，過去靠人海戰(zhàn)術(shù)管理停車場(chǎng)的方法越來越不行了，參照國(guó)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，停車場(chǎng)的自動(dòng)化程度將越來越高，管理人員逐漸減少，直至實(shí)現(xiàn)無人化服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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