文献综述

摘要

随着经济和科技的不断发展，城市汽车数量急剧增加。随之产生的一系列问题也越来越引起人们的关注。其中停车难问题推动了智能停车场的诞生和发展，使现代停车场开始出现智能化，不仅弥补了传统停车场的不足，还能有效解决由于车辆急剧增多而产生的停车慢、缴费慢、停车难、找车难等社会问题。

本文通过查阅资料，对现有的智能停车场控制系统设计的工作原理进行了分析，用电子线路的计算机仿真设计方法进行硬件系统设计，编制了相应的系统控制软件，最后利用计算机电路仿真软件，对设计的硬件电路进行了仿真调试。

关键词：智能停车场 信息处理 电路仿真

Abstract

With the continuous development of economy and science and technology, the number of cars in cities has increased dramatically. The resulting series of problems have also attracted more and more attention. Among them, the problem of parking difficulty has promoted the birth and development of intelligent parking lots, making modern parking lots intelligent. It not only makes up for the shortcomings of traditional parking lots, but also can effectively solve the social problems such as slow parking, slow payment, difficult parking, difficult car search and so on caused by the rapid increase of vehicles.

In this paper, the working principle of the existing intelligent parking lot control system design is analyzed through data review. A computer simulation design method for electronic circuits is given to design the hardware system, and the corresponding system control software is compiled. The designed hardware circuit is simulated and debugged by using the computer circuit simulation software.

Key words: Intelligence Parking Manager System Information processing Circuit simulation

1 引言

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

随着科学技术的不断发展和人们生活水平的不断提高，我国汽车数量急剧增加增加。从2017年年初公安部交管局公布的数据来看，截止2016年年底，我国登记在册的机动车辆为2.9亿。其中汽车有1.94亿，占比66.9%[^[1]]。从另一份国家发改委的数据中看，在2016年，我国停车场的新增加项目为1.2万个，约540万个停车位，其中属于配建停车位的为340万，剩下的为面向大众的公共车位。我国停车场数量呈持续增长状态，同比增长9.7%，达到35 万[^[2]]。停车位的增加速度远比不上汽车数量的飙升，传统的停车场管理效率低下，寻车麻烦，人工监管不到位等问题日益突出，已经不能满足人们的停车需求，如何更有效的进行停车场管理成为社会需要解决的问题，智能停车场应运而生，成为停车场行业发展的必然趋势。

1.1.2 研究意义

智能停车场控制系统是现代化停车场车辆收费及设备自动化管理的统称。是将停车场完全置于计算机统一管理下的高科技机电一体化产品。它集感应式智能卡技术、计算机网络、视频监控、图像识别与处理及自动控制技术于一体，对停车场内的车辆进行自动化管理[^[3]]。它不仅大大提高了停车场的管理效率，还可以进行实时检测，对停车场车位的使用情况及车位分布做出统计，使停车场的利用做到最大化，比人工统计更为精确高效。而且随着技术的不断成熟，当今的智能停车场还实现了和用户的双向交流，是用户可以更加直接知道最近的可用停车场，免去了因为寻找停车场而花费在路上的时间，也极大的缓解了道路交通压力。

1.2 国内外研究现状及发展趋势

停车场智能管理系统兴起于2001年，发展到现在系统正日趋完善，功能也越来越面向国内的实际需求，系统操作也更加人性化。如今智能停车场管理系统已经经过了从早期对国外产品的跟随和模仿阶段，进入到了一个产品创新，紧随市场需求并不断壮大的阶段。停车管理越来越受重视，国内外许多研究机构对其技术进行了相关研究，许多企业也对其相关硬件设备与软件系统进行了开发[^[4]]。

1.2.1 国外研究现状

国外汽车行业发展较早，在这方面的问题也先于我国出现，因此他们在智能停车场管理系统的研究与应用上起步比较早，其技术相对成熟，功能相对完善。1971年，德国亚琛（Aachen）市建立了世界上最早的停车诱导系统[^[5]]。1973年，日本柏市建立了日本最早的停车诱导系统[^[6]]，70年代末，英国也开始采用，随后其他欧洲国家也逐渐应用。到80年代末，全世界投入使用的停车场诱导系统有50多个。在理论研究方面，参考文献[^[7]][^[8]]研究了停车搜索模型和停车诱导系统的优化和信息显示的配置等相关理论和方法；文献[^[9]]对停车诱导系统的发展状态进行了深入的研究；文献[^[10]]对智能停车系统及其技术进行了广泛的研究，对系统具有的功能和技术的应用与发展进行了综述。

在实际应用方面，德国、日本、美国、新加坡等都有了成功的应用案例。这些案例为其他国家和地区建立停车诱导系统和智能停车场管理系统提供了参考。1986年，德国科隆市建立了覆盖整个城市中心区域的停车诱导系统[^[11]]。德国的其他城市如柏林、法兰克福、汉堡等也都建立了相应的智能停车诱导系统。1995年，日本将停车诱导系统引入了40多个城市的交通管理。东京市新宿地区建立的停车诱导系统综合考虑了路网控制、交通控制、安全监控等相关因素，被一致认为是日本首例成熟的案例[^[12]]。

1.2.2 国内研究现状

在我国，智能停车场管理系统也吸引到很多人员的研究，产生了很多重要成果。其中，北京邮电大学的李超龙先生提出了一套新方案，致力于车位感知，以时分复用和双工通信为基础，同时，他还提出了一种基于协同感知的智能停车管理系统解决方案[^[13]]。中国石油大学的覃光勇设计了协调器、路由器、终端三类节点的Zigbee组网及数据传输程序，提出了一种无需建设管理控制中心的系统架构，做出了一套硬件应用方案[^[14]]。华南理工大学的许增昭对泊位诱导及短时预测方面开展了相关研究，对最短路算法进行改进，结合最优化原则，实现了泊位诱导仿真演示系统。同时，他还将目光集中在灰色马尔柯夫模型，提出了一种有效泊位短时预测方法，将智能系统的泊车诱导算法做了大量改进[^[15]]。山东大学陈瑞先生也对此做了深入调查研究，针对智能停车场管理系统，总结出其社会使用需求和业务流程，在此基础上开发了一套以B/S 架构为基础的智能停车场管理系统[^[16]]。佛山爱科电子工程有限公司，厦门科拓通讯技术有限公司等企业已研制出车位诱导系统。以上提到的研究均是对智能停车管理系统的一个深入探讨与强化，功能愈加完善，使用体验更加优秀，对此系统的研究发展起到了重要的促进作用。

然而从整体来看，目前智能停车场管理系统仍存在一些问题[^[17]]。

（1）从驾驶员的角度来看，当驾驶员无法实时获取停车场内车位剩余情况的时候，只能开车进入停车场后才能知道是否有剩余车位。而当驾驶员将车行驶进停车场后，只能通过目测来判断周围是否有合适的空余车位。这既浪费了大量的时间和精力，又增加了车辆的油耗，对环境造成了一定的污染，也很容易造成停车场内的小范围拥堵。

（2）城市内人流车流巨大，交通路线十分复杂。停车场分散在各处，尤其是中心大商超附近的停车场，车流量尤其大。如果驾驶员不是非常熟悉路况，很难准确获取停车场所在位置及入口方向，需要通过问路或者地图导航等方式来获知，这对驾驶员造成了很大的不便。

（3）停车场内无法对多个车牌进行识别，是因为停车场管理者只在入口及出口部署视频监控，而不愿意对停车场内部部署视频监测，毕竟视频整体监控成本极高。目前大多数停车场内的视频监控只能识别单个车牌，仅供停车场出入口处计时收费使用，而对于有些需要取车的驾驶员来说，在环境不熟悉的规模比较大的停车场里找到自己的车，着实需要费上一番功夫。

（4）大部分停车场依然沿袭了人力收费的方式，多使用磁卡、接触式芯片卡、RFID 设备等进行计时收款。在进入停车场之前，驾驶员需要停车并摇下车窗来取卡或者到停车场管理处办理相应磁卡，这种方式是将车辆与卡绑定在一起。然而，卡片可以随意交换，如果管理者不严格管理，则存在极大的漏洞，可能会给不法分子可趁之机。并且，卡片很容易丢失或者遗漏，一旦丢失又会给驾驶员带来很多不便。

（5）只对停车场的收费实现自动化，并非真正的智能。忽视整个停车过程的自动化及自动化监控，不能真正实现停车场的各个层级的子系统之间的互联互通与实时交互，带来的只能是整体运行水平的低下、安全水平的低下。

这些常见问题不仅直接造成了停车场的使用效率低下，也说明了为什么在停车场中极容易出现各种各样的秩序问题。作为国家的重要公共基础设施之一，停车场为广大驾驶员提供车辆停泊地点是其最基本的作用。然而，除了停泊车辆外，保证驾驶员车辆不受损坏、远离危险更是停车场的基本职责之一。一方面，为保障驾驶员的财产安全及人身安全，另一方面也为了使停车场实现无死角化监管，因此应该对停车场全域部署视频监控。这样既能实现方便驾驶员寻找车辆，节省时间提高效率，同时也可以实现停车场无人化管理。因此，大力提升全国停车场整体的智能化水平，提升其运行效率，增强安全水平，加强与移动互联网结合程度，成为目前智能停车场领域的热门方向。

1.3 发展趋势

尽管停车场管理系统还面临诸如在稳定性差、缺少规范等瓶颈，然而在智能交通建设日趋推进和市场需求的不断扩大情形下，停车场管理系统势将进入稳定发展阶段，由此更好地解决停车难和保障好车辆人员安全。停车智能化可以有效减少人员成本，分流高峰车流，车主可以根据实时监控的停车场车位情况来决定是否继续原本的行程，避免了到了目的地四处寻找车位带来的车流量，减少可能出现的交通拥堵，并可有效地将停车场空余资源利用起来。未来智能化停车将成为今后停车场发展趋势，当然这需要多个部门的协作，以及整合社会中的各个资源的配合，并不可能单打独斗、一蹴而就能够完成的[^[18]]

总的来说，对于停车场管理系统的研究和设计，国内外主要还是侧重于智能系统的应用，实现高自动化的管理。智能的停车管理包含自动识别车辆、自动开关拦道机、自动诱导停车以及自动收费等方面。围绕这些方面进行的相关研究，多数仍处于研究与试验阶段，虽有部分产品已投入使用，但技术成熟度还不够高，实际应用效果还有待改善。同时，在停车场诱导方面，主要侧重于场外诱导。对于场内诱导，一般只提供各个区域的剩余车位数，车辆进入停车场后，驾驶员仍然需要自己寻找停车位。而场内诱导也是整个城市停车诱导的一部分，对整个交通的和谐发展的意义重大，因此我们需重视智能停车场管理系统的研究与设计。

智能停车场管理系统应向更高程度的智能化、网络化、集成化、自动化、合理化、人性化方向发展。在智能化方面，要更利于整个停车场的维护管理，让其性能更加稳定可靠；在合理化方面，收费要更加合理，同时要避免车辆乱停乱放；在人性化方面，要能够让车主更便捷的找到车位；在自动化方面，要从原来的收费自动化到逐步实现出入口控制、车辆监控、车辆识别、照明控制等的全面自动化；同时要对车辆的安全和整个停车场的环保节能等引起更高的重视。

1.4 本文主要研究内容

1.4.1 课题的研究目的

通过资料查阅，了解地下车库自动控制系统的工作原理，掌握电子线路的计算机仿真设计方法，跟据自动车库控制系统的具体要求，进行硬件系统设计，编制相应的系统控制软件，利用计算机电路仿真软件，对设计的硬件电路进行仿真调试。

1.4.2 课题的主要任务和要求

1 查阅相关资料，了解地下自动车库控制系统的工作原理。

2 确定地下自动车库控制系统的总体设计方案。

3 设计地下自动车库控制系统的硬件电路，给出原理电路图。

4 编制地下自动车库控制系统的控制程序。

5 用proteus仿真、调试，完成满足设计要求的自动车库控制系统。

6 完成论文报告。

课题要求用单片机及外围电路组成地下车库自动控制系统，车库共6个车位，分为两个区，每个区3车位。根据控制台的指令将车库外的车送到指定车位，或能从指定车位将车取出。

1.4.3 课题的研究思路、方法

整个停车管理系统主要分为入口系统，诱导系统，安全系统，车牌识别系统和出口控制系统。信息显示牌为LED显示屏，显示当前时间及车位信息。当有车进入时，司机进行刷卡，刷卡信号由控制器读入，控制闸杆机抬起，语音提示“欢迎光临”，当地感线圈检测到车辆进入时，更新车位信息，抓拍车辆图片，闸杆机下落；同样，当车辆驶出，司机刷卡，控制闸杆机抬起，语音提示“谢谢光临”，当地感线圈检测到车辆离开，抓拍车辆信息，闸杆机下落并更新车位信息。而车辆的图像信息、IC卡数据信息的处理都将由值班室的上位机完成。

1.5 研究方法及可行性分析

通过查阅各研究资料，对于智能停车场系统的设计理念和设计方法步骤都基本掌握，准备计划研究步骤：了解工作原理、提出问题、列出简单的方案论证、设计各模块的电路、整合电路、运用protues软件仿真电路并进行调试直到运行成功、得出结果的步骤来进行研究设计。

由于整个设计过程还没有具体开始实施，这中间可能会出现不确定的困难和因素，理论上的可行并不代表实际操作过程中的一帆风顺，因此，在真正实验过程中一旦出现问题，还是得继续收集相关的资料，翻阅文献，以及同同学老师的交流完成，直到整个电路的正确运行。

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

本设计是以AT89C51型单片机为主控芯片的智能停车场系统，主要是针对车辆诱导和车辆检测系统的设计。系统利用地感线圈对进出停车场的车辆进行检测，控制闸杆机的自动起落，并具备车位显示以及语音提示功能。系统配合IC卡和图像监测处理装置构成一套完整的智能停车系统，从而实现大型停车场的智能化管理。

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

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所在专业审查意见：

专业负责人：

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