項(xiàng)目使用NI sbRIO-9631硬件和LabVIEW2011軟件開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)停車場停車誘導(dǎo)與管理。

目前的停車場一般采用進(jìn)出道閘刷卡計(jì)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行管理，需要司機(jī)在進(jìn)出道閘時(shí)開車窗進(jìn)行取卡、刷卡，需要停車場管理人員人工收費(fèi)，車輛進(jìn)入停車場后，有的停車場是人工引導(dǎo)車輛泊車，有的停車場需要車內(nèi)配置信息收發(fā)裝置，由停車場內(nèi)與車內(nèi)配置收發(fā)裝置對應(yīng)的無線收發(fā)裝置引導(dǎo)車輛泊車，這兩種方法引導(dǎo)的泊位一般是隨機(jī)的，有些泊位往往是司機(jī)不喜歡的泊位。這些過程繁瑣耗時(shí)，很多地方如取卡、刷卡需要司機(jī)進(jìn)行額外操作，且司機(jī)無法實(shí)施掌握停車場的泊位信息，如果縮短用戶在進(jìn)出道閘和到達(dá)泊位的時(shí)間，讓司機(jī)自己在停車前就能掌握停車場信息，減少停車場工作人員數(shù)量，乃至達(dá)到無人監(jiān)管，將大大提高停車場的使用效率。

針對現(xiàn)有停車場存在的一些不足，系統(tǒng)提供一種新的停車場管理系統(tǒng)，力圖解決現(xiàn)有停車場管理系統(tǒng)中的不足之處，并達(dá)到如下目標(biāo)：在布線簡單的情況下找到一種比較理想的傳感器進(jìn)行泊位檢測；在不需要司機(jī)配置額外的車載裝置下自動(dòng)引導(dǎo)車輛泊車，引導(dǎo)過程可以對應(yīng)到單個(gè)車輛，且根據(jù)對司機(jī)停車喜好的觀察，引導(dǎo)司機(jī)到司機(jī)比較喜歡的泊位泊車，司機(jī)在體驗(yàn)停車的過程中，基本不需要額外的操作；系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)車輛停車時(shí)間，自動(dòng)扣費(fèi)，杜絕人工收費(fèi)透明度不高的弊端。

二、【項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)】

(1) 系統(tǒng)使用的檢測泊位狀態(tài)的傳感器為磁阻傳感器。

(2) 車輛進(jìn)入停車場前進(jìn)行車牌采集，根據(jù)采集的車牌號引導(dǎo)車輛泊車和費(fèi)用管理。

(3) 引導(dǎo)車輛到達(dá)的泊位為根據(jù)司機(jī)習(xí)慣選擇的*泊位。

三、【作品功能簡介及圖片說明】

 （一）、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的流程如圖一所示。

圖一 系統(tǒng)框架

（二）、系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測停車場內(nèi)所有泊位使用情況；根據(jù)當(dāng)前停車場使用情況尋找*泊位并引導(dǎo)當(dāng)前用戶快速到達(dá)*泊位；車輛自動(dòng)記錄以及費(fèi)用自動(dòng)管理；將停車場使用情況發(fā)布供司機(jī)停車前預(yù)定泊位。

1. 管理中心

管理中心采用LabVIEW軟件開發(fā)，其主要功能包括管理無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳來的泊位信息，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)停車場內(nèi)剩余泊位數(shù)量，通過建立停車場泊位選擇模型及*泊位選擇算法，實(shí)時(shí)計(jì)算*泊位，并將*泊位及其對應(yīng)的引導(dǎo)信息通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到停車場中，幫助司機(jī)zui快選擇到*泊位；根據(jù)sbRIO識(shí)別出車輛車牌號，對車輛出入進(jìn)行記錄，并進(jìn)行費(fèi)用管理；同時(shí)，對停車場的使用情況進(jìn)行總結(jié)，記錄當(dāng)天整點(diǎn)剩余泊位整數(shù)，當(dāng)天停車場總吞吐量，當(dāng)天泊位zui高使用率出現(xiàn)時(shí)間段等信息，從而幫助停車場管理人員分析該系統(tǒng)的有效性，并利用LabVIEW的報(bào)表生成工具Report Generation Toolkit for Microsoft Office以報(bào)表形式體現(xiàn)，另外，還可以設(shè)定一個(gè)提示值，當(dāng)停車場剩余泊位低于提示值時(shí)，會(huì)提示停車場管理人員；建立管理中心與城市停車誘導(dǎo)系統(tǒng)之間的信息交互，可以將停車場泊位情況發(fā)送到城市停車誘導(dǎo)中心；接收用戶泊位預(yù)訂。

管理中心包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)記錄已登記車輛的信息，如車牌號、有效時(shí)間等信息；還包括車輛進(jìn)出停車場的時(shí)間信息，以便管理中心計(jì)算停車時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)扣費(fèi)。

圖二 車輛記錄

圖三 車輛統(tǒng)計(jì)

1. 停車場泊位使用情況監(jiān)測

主要包括兩個(gè)部分：無線傳感網(wǎng)絡(luò)和泊位檢測傳感器。其中無線傳感網(wǎng)絡(luò)包括三種節(jié)點(diǎn)：泊位檢測節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。泊位檢測節(jié)點(diǎn)的主要功能為：檢測泊位信息和向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送檢測到的信息；路由器節(jié)點(diǎn)的主要功能為：協(xié)助協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立無線網(wǎng)絡(luò)、尋徑及作為檢測節(jié)點(diǎn)到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)信息傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)、接受協(xié)調(diào)器發(fā)來的停車引導(dǎo)信息并通過LED顯示；協(xié)調(diào)器的主要功能為建立無線網(wǎng)絡(luò)、接收檢測節(jié)點(diǎn)發(fā)來的信息通過RS232傳送到管理中心以及通過串口接受管理中心發(fā)來的信息并發(fā)送到路由器節(jié)點(diǎn)。泊位檢測傳感器用來檢測泊位狀態(tài)的變化，將泊位狀態(tài)變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，進(jìn)而將該變化傳輸?shù)焦芾碇行囊员氵M(jìn)一步處理。

管理中心在管理泊位時(shí)，除了需要知道泊位的狀態(tài)，還需要知道泊位的具體位置。檢測節(jié)點(diǎn)在向協(xié)調(diào)器發(fā)送泊位狀態(tài)信息時(shí)，同時(shí)將其自身的物理地址發(fā)送到協(xié)調(diào)器，物理地址是在燒寫程序時(shí)燒寫進(jìn)去的，所以在使用的過程中是固定且*的，不同的檢測節(jié)點(diǎn)的物理地址不同，且節(jié)點(diǎn)的物理地址為64位的IEEE地址，其有效地址數(shù)量遠(yuǎn)大于一個(gè)停車場內(nèi)可用泊位數(shù)量，這樣一個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)的物理地址對應(yīng)停車場內(nèi)一個(gè)泊位，上位機(jī)在收到泊位狀態(tài)的時(shí)候，也可以通過分析物理地址知道泊位的具體位置，進(jìn)而在后續(xù)*泊位選擇的過程中使用。

圖四 檢測節(jié)點(diǎn)

1. *泊位尋找

假設(shè)停車場中有N個(gè)可用車位，每個(gè)車位有若干屬性，這些屬性是司機(jī)在選擇車位時(shí)會(huì)關(guān)心的問題，如車位距離停車場入口的距離，車位離電梯或停車場出口的距離，車位的安全性，車位的遮陰時(shí)間、車道占用情況以及泊位兩側(cè)是否有車停放等幾個(gè)屬性。安全性可以用車輛距離車庫監(jiān)控的距離來衡量，泊位位置分為泊位兩側(cè)均有車輛停放，一側(cè)有車輛停放，兩側(cè)均無車輛停放，有效泊位位于邊側(cè)幾種情況。我們根據(jù)司機(jī)對這些屬性的偏好，利用基于組合權(quán)重的多屬性決策方法來尋找停車場*車位。

*泊位尋找是基于對司機(jī)在尋找泊位習(xí)慣的觀察，找到司機(jī)關(guān)心的問題，并根據(jù)司機(jī)的喜好程度構(gòu)造決策矩陣，比較各個(gè)泊位的合適程度，然后根據(jù)各個(gè)泊位自身特點(diǎn)對比較進(jìn)行修正，從而找到司機(jī)的泊位。當(dāng)管理中心找到*泊位后，便通過搜索數(shù)據(jù)庫找到該泊位對應(yīng)的引導(dǎo)信息，然后通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將引導(dǎo)信息發(fā)布到停車場中。

1. 車輛記錄與費(fèi)用管理

車輛記錄與費(fèi)用管理屬于管理中心的一部分，包括車牌識(shí)別與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。車牌識(shí)別是由Single Board RIO-9631實(shí)現(xiàn)的，sbRIO控制攝像頭采集車牌圖像，然后由sbRIO快速自動(dòng)識(shí)別出車輛車牌號碼。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)記錄對應(yīng)車輛出入時(shí)間和車輛登記信息，自動(dòng)計(jì)算停車費(fèi)用，自動(dòng)扣取費(fèi)用，整個(gè)過程基本實(shí)現(xiàn)無人值守式管理，另外識(shí)別出的車牌號與上面計(jì)算出的*泊位結(jié)合，真正達(dá)到一對一的指引。

該部分使用的硬件包括攝像頭、sbRIO-9631和測距傳感器，使用的軟件有LabVIEW2011，F(xiàn)PGA Module，Real-Time Module，Vision Development Module。車牌識(shí)別部分的程序分為三個(gè)部分：

1. FPGA上的VI：該VI用于控制測距傳感器，測量是否有車輛到達(dá)。測試過程為采用FPGA上的一個(gè)數(shù)字I/O發(fā)送與接收測量數(shù)據(jù)，并將測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為距離，若測得的距離滿足一定要求則認(rèn)為有車輛到達(dá)，然后由FPGA控制攝像頭采集一幀車輛圖像，將采集到的圖像數(shù)據(jù)完整的送入DMA FIFIO，用于后續(xù)圖像處理。FPGA上的VI可以先設(shè)置為Execute VI on Development Computer with Simulated I/O，通過仿真查找錯(cuò)誤，功能驗(yàn)證良好后再下載到FPGA硬件上。這樣可以節(jié)約很多編譯的時(shí)間。
2. RT上的VI：車牌識(shí)別的功能由該部分VI實(shí)現(xiàn)。該VI首先接收讀取FIFO中的圖像數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過圖像預(yù)處理、車牌定位、傾斜校正、字符分割和字符識(shí)別幾步完成車牌識(shí)別。圖像預(yù)處理包括直方圖均衡化和高斯濾波，可以提高車牌識(shí)別的正確率，減少光線的影響。車牌定位實(shí)用小波變換和EMD分析實(shí)現(xiàn)，其余幾步的實(shí)現(xiàn)由LabVIEW的機(jī)器視覺工具包中函數(shù)完成，字符識(shí)別前需要先使用機(jī)器視覺工具包中OCR函數(shù)進(jìn)行字庫訓(xùn)練。在使用機(jī)器視覺工具包中函數(shù)識(shí)別車牌前，可以先用Vision Assistant進(jìn)行驗(yàn)證再自己編寫，也可以直接由視覺助手生成所需程序。程序軟件架構(gòu)如圖五所示。
3. PC上的VI：在數(shù)據(jù)庫中檢索識(shí)別出的車牌號，若車牌號為已記錄車牌號則記錄車輛進(jìn)入時(shí)間后放行車輛，在車輛離開時(shí)可進(jìn)行自動(dòng)扣費(fèi)操作；若車牌號為未記錄號碼，則將車牌號記入臨時(shí)數(shù)據(jù)庫中，車輛離開時(shí)由人工進(jìn)行收費(fèi)。同時(shí)管理中心找出當(dāng)前*泊位，引導(dǎo)當(dāng)前車牌號車輛快速到達(dá)該泊位。

圖五 車牌識(shí)別流程

圖六 車牌識(shí)別

四、【運(yùn)行實(shí)例】

整個(gè)停車場管理系統(tǒng)硬件分為停車場內(nèi)泊位檢測節(jié)點(diǎn)，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，用于顯示誘導(dǎo)信息的LED顯示屏，停車場出入口車牌識(shí)別系統(tǒng)。以圖七為例說明系統(tǒng)運(yùn)行過程

圖七 停車場平面圖

(a) 當(dāng)車輛到達(dá)停車場入口在距離攝像頭固定距離處，超聲傳感器檢測到車輛到達(dá)并觸發(fā)攝像頭采集車輛圖像，經(jīng)過一系列快速處理分析出車牌號后送管理中心，對于個(gè)別識(shí)別失敗的車輛，管理室的工作人員可以在管理軟件方便看到車輛圖像，人工記錄車牌號，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄車輛到達(dá)時(shí)刻。

(b) 管理系統(tǒng)計(jì)算出當(dāng)前*泊位如C1，將C1對應(yīng)的引導(dǎo)信息從數(shù)據(jù)庫中檢索出，然后通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)將對應(yīng)的引導(dǎo)信息發(fā)布到對應(yīng)LED引導(dǎo)屏中，司機(jī)在各個(gè)主要路口均可看到有自己車輛號碼對應(yīng)的引導(dǎo)信息，快速找到泊位。

(c) 當(dāng)司機(jī)到達(dá)C1，或司機(jī)沒有遵循引導(dǎo)自己停泊在另一處如B3泊位，位于該泊位處的磁阻傳感器可以檢測到泊位被占用，并將該信息通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳送到管理系統(tǒng)，以便管理系統(tǒng)計(jì)算*泊位。

(d)當(dāng)車輛從C1離開時(shí)，位于C1處的磁阻傳感器可以再次檢測的泊位狀態(tài)的變化，同步驟c將信息發(fā)送到管理系統(tǒng)。

(e) 當(dāng)車輛到達(dá)出口時(shí)，同步驟a車牌號再次被檢測到，并檢索數(shù)據(jù)庫找到車輛入庫時(shí)間，計(jì)算此次停車費(fèi)用，若車輛已登記，則自動(dòng)扣費(fèi)，若為臨時(shí)車輛，提示管理人員進(jìn)行人工扣費(fèi)。至此完成一次停車管理。

五、【結(jié)論】

Single Board RIO是基于NI RIO架構(gòu)的嵌入式工業(yè)測控平臺(tái)，不僅具備工業(yè)級的可靠性，還擁有豐富的模塊連接各種現(xiàn)場信號，借助于靈活開放的LabVIEW開發(fā)環(huán)境，可以快速方便的實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別。基于LabVIEW的開發(fā)環(huán)境不但簡化了FPGA開發(fā)的復(fù)雜度，并確保在硬件平臺(tái)上通過交互式的調(diào)試實(shí)現(xiàn)*性能。FPGA和LabVIEW都具有*的并行運(yùn)行能力，可以zui大化的降低車牌識(shí)別所需的時(shí)間，從而達(dá)到實(shí)時(shí)識(shí)別的程度。同時(shí)NI公司提供的用于在LabVIEW進(jìn)行圖像處理的機(jī)器視覺開發(fā)模塊，軟件包包括大量適用圖像處理函數(shù)，方便對采集到的車輛圖像進(jìn)行處理從而識(shí)別出車牌號。