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[导读]摘要:针对传统停车场采用人工管理存在效率低、成本高及安全性差等缺点,分析了现有智能停车场系统的不足,综合运用射频技术、视频监控技术、传感技术、图像识别技术、网络技术和嵌入式技术,在SNMP协议的基础上建立了分布式多级体系结构,实现了停车场系统的智能化、自动化管理。


引言

物联网是信息产业发展的第三次浪潮,是信息化和工业化融合的重要途径和载体,也是占领国际国内产业发展高端的历史机遇。很显然,智能交通行业中无处不在利用物联网技术、网络和设备来实现交通运输的智能化,它们之间早已实现相互融合渗透。物联网产业化发展将大力促进中国ITS的大发展。智能停车场作为智能交通的一个分支,将作为物联网中的•个分支岀现在这张“网''中。本文以单个停车场系统的管理为例,介绍其设计和实现。

随着我国国民经济的迅速发展,城市规模的不断扩大,汽车正逐渐走进寻常百姓的家中。交通工具方便了人们的生活,但同时也带来了一些问题,如停车慢、停车难等。目前大多数停车场还是依靠人工管理的办法,不能适应社会发展的需要:一方面劳动强度大、效率低;另…方面可能会造成财务上的现金流失。即使是某些智能停车场,也存在判断条件单一等缺点。为了解决诸如此类问题,建立一种咼性能的智能化停车场管理系统成为一种必然趋势。它通过使用一些新技术,使人、车、道路之间的相互作用关系以新的方式呈现,从而实现停车场系统实时、准确、高效、安全的管理。

1系统组成及功能

1.1硬件组成和功能

随着以ARM为代表的嵌入式微处理器技术的飞速发展,无论在功耗、便携性还是硬件成本上,都有显著优势。为了提高系统的可靠性和安全性,在硬件上采用多CPU体系结构。各CPU之间通过以太网口进行通信,编写内部协议,完成多个CPU之间管理信息的传递。系统体系结构框图如图1所示。

1.1.1管理工作站

又称为信息综合管理系统,是整个智能停车场管理系统的核心。对其硬件设备的选择可以根据系统中数据量的动态变化而定。对于中小型停车场而言,进出系统的车流量比较小,需要记录的数据也相对较少,可以采用ARM微处理器充当服务器。与此相对,大型停车场,可以采用一台PC机来充当服务器。


1.1,2入口检测与管理

釆用ARM微处理器芯片控制入口设备的运转情况。该模块主要用于处理入口车辆的相关信息,直接影响停车效率,故对其实时性要求较高,在此釆用fiC/OSn嵌人式实时操作系统。该系统结构框图如图2所示。

图2入口检测与管理系统结构

在该系统中,长期用户使用RFID射频技术进行识別,而临时用户则使用非接触式IC卡技术来识别,这样便于向“城市一卡通”接轨。在系统正常运转时,RFID读卡器通过天线发送一定频率的射频信号,当电子标签进入该磁场区域时,读卡器对电子标签信息进行解码。如果有可识别的射频信号时,由入口控制器控制开启自动道闸车辆进入。否则启动1C卡票箱吐出一张临时卡,用户刷卡后车辆进入。

1.1.3出口检测与管理

与入口类似,长期用户在出场时由RFID读卡器读取卡片信息并交由出口控制器扣取停车费用,而临时用户则需要在岗亭处缴纳停车费用后出场。

1.1.4车位显示与管理

车位显示与管理:通过光传感器检测停车位的占用情况,将空余车位数显示在子显示屏上,并通过CAN总线发送给控制中心。它的系统结构如图3所示。

1.2软件功能

(1)系统管理功能:可设置出入口设备状态和多种收费费率;获取出入口信息,并以图形界面的形式显示出来;按权限分级管理用户,实现用户信息的增加、删除、修改;将整个停车场信息以图形界面的形式示给用户等;

(2)卡片管理:完成卡片信息的注册、充值、有效期设置、检索和注销等功能;

(3)出入口管理:采集出入车辆信息,控制出入口设备的工作状态,提取车牌信息等;

(4)资料管理:自动保存系统日志信息;

(5)应急功能:紧急情况下可直接控制终端设备,如自动道闸打开与关闭等;

(6)联网功能:在局域网或广域网范围内,仅需要一个客户端浏览器便可以查看停车场相关信息,

图3车位显示与管理系统结构

2管理工作站

管理工作站又称为信息综合管理系统,是整个智能停车场控制系统的核心管理和控制模块,包括信息分析和存储、命令发布等。同时它又是整个系统的核心调度部分和人机交互接口。一方面协调系统内各个模块完成相应的功能,另一方面以Web网页的形式为用户和管理员提供良好的人机交互界面。

该系统以计算机互联网络为基础,利用第三代无线通信技术.按照浏览器/服务器模式,把整个停车场内停车位信息统一到一个网络平台上。通过内嵌的管理对象信息库,把每个站点的状态信息连接到一个公用的服务器上,经过服务器处理之后发送到网络上。驾驶员可以通过停车场入口处的满位显示屏或一个户端浏览器,获得某个停车场中停车位占用情况。这样可以大大节省寻找车位的时间,从而提高停车效率,为用户提供方便。

管理工作站主要由两大功能模块组成:Web服务器和SNMPAgent代理。其中Web服务器模块将用户管理、日志管理、智能卡管理等以Web网页的形式展现给用户,为系统管理提供统一的人机交互界面。而SNMP代理模块则是将系统中被管设备信息存储到管理信息库MIB中,使得用户可以远程改变设备工作状态。

2.1 SNMPAgent代理

随着Internet的发展和普及,网络管理显得越来越重要。嵌入式网管系统是SNMP协议在ARM上的应用,有着极其广阔的市场价值。SNMP是一种基本的网络管理工具,该协议简单、易于实现且具有良好的可扩充性,是实际应用中网管协议标准,它使得管理员可以使用统一的操作接口管理位于不同物理空间的设备。

该网络管理系统在现有网络中添加软件和硬件组成,其中软件位于执行网络管理任务的主机或嵌入式设备中。它将整个网络看作…个统-结构来处理,每个节点都有系统所知的地址、标签和每个元素的具体属性。网络节点定期反馈统计信息到网络管理系统中。为了降低系统管理成本,在此釆用分布式多级网络管理系统,即一个网络中有多个网管系统,而它们又分别归属不同的网管系统来管理,对于其中的每一个网管系统而言,它又具有自己的管理范围。这样单个管理站故障并不会影响其他管理站工作,从而提高了系统的安全性和可靠性。

网络管理代理(SNMPAgent)在网管系统结构中相当于网管(Manager)和被管理设备之间的网关和协议转换器。管理站和代理都实现相应的MIB对象,使得双方可以识别对方的数据,实现通信。在系统正常运行时,管理站向代理申请M1B中定义的数据,代理识别后,将管理设备提供的相关状态或参数信息等转换成MIB定义的格式,应答给管理站。SNMP的这种结构和通信过程,使网络设备对SNMP的支持极为方便。已有设备只需要新加一个SNMP代理模块就可以实现网络管理,而旧的带扩展槽的设备只需要实现一个SNMP模块并将其插入到扩展槽中即可支持SNMP网络管理功能,管理站与代理通信如图4所示。

Net-snmp是一个使用广泛的开源SNMP实现,本系统在代理端开发的时候正式采用此源码包来实现的。在开发过程中主要包括2部分:MIB库的编写和Agent扩展程序的编写。

MIB库编写:管理信息库MIB是管理信息的集合,它定义了每一个管理信息的类型、名称、意义、权限等属性。管理站通过读/写操作,完成对管理对象的管理。经过对停车场系统中各种信息及应用环境的分析,对net-snmp软件包中原有MIB库进行扩展。

图4 管理站与代理通信

Agent扩展程序:SNMP代理程序运行于网管设备上,主要完成数据包格式定义、set/get操作、查询、配置对象及监听处理程序等。

另外,在SNMP协议中当代理收到不是发给本机的数据包时,将丢弃该数据包。但是这样可能会导致丢失某些重要的数据信息,在该模块实现时添加了Agent转发模块。当SNMP代理程序收到不是发送给本机的数据包时,向管理站发送一个伪响应包,并将该数据包转发到下一代理主机,从而提高系统的安全性和可靠性。

2.2Web服务器

基于命令行的操作在某些场合比较方便,但是它要求管理人员要具备一定的专业基础知识。例如在上面的SNMP代理模块中,如果要对某个管理对象进行get或set操作,那么用户需要知道snmpget或snmpset命令的使用方法。这无疑对系统的使用产生了屏障,而Web服务器的出现无疑为解决此类问题提供了方便。它将有效信息以网页的形式提供给用户,用户只需要一些简单的操作就可以完成系统的管理和维护。

整个停车场管理系统中的Web服务器充当着管理站的角色,管理员可以通过它管理系统设备,同时用户可以通过它查询个人信息及停车场相关信息介绍等。Web服务器与SNMP代理之间通过命名管道的方式通信,在开发过程中主要包括2部:前端用户界面及后端处理程序。在实现的过程中采用CG1技术,将多个页面的HTML代码嵌套在CGI程序中。

在Web服务器运行时,将用户输入的信息以HTML表单的形式提交给CGI程序。CGI程序通过设置相关环境变量,并将相关信息交给后端处理程序进行处理,并将处理结果交由CGI程序,以网页的形式显示给用户。

在实现的过程中,根据系统中信息的不同特点,可对其采用3种不同的方式进行存储:

M1B库存储Web服务器与SNMP代理程序之间的通信采用命名管道的方式,对于出入口设备状态信息及收费费率信息将统一采用管理信息库MIB进行存储。例如管理员要设置某个管理对象状态时,只需要输入状态代码,后台管理程序将该代码以SNMP命令格式发送到管道中。接着SNMP代理读取命令,完成相应的操作。

SQLite数据库系统中总有一些信息总是处于动态变化当中,SQLite数据库是一款小型的嵌入式数据库。在此釆用SQLite数据库来管理用户信息和卡片信息。例如管理员需要添加用户信息时,他只需要输入用户信息,由后台管理程序将这些信息组织成SQL语句并执行。

文件存储日志信息为管理员管理停车场提供参考,其不需要修改。鉴于此我们选择文件来存储系统日志信息。当管理工作站收到出口控制器发来的出口车辆信息时,以追加方式将此信息添加到日志文件中。Web服务器系统运行起来之后,页面如图5所示。

3结论

本文以停车场管理系统为背景,设计并实现了一个嵌入式智能停车场管理系统。该系统利用ARM微处理器接口丰富等特点,实现数据信息的采集和显示;利用SNMP协议能够灵活、方便地扩展管理信息库的特点,实现信息资源的管理和维护;同时利用Web服务器技术,可以与城市中其他停车场联网,实现停车场管理的网络化管理。同时,又釆用了浏览器/服务器模式,使客户端和服务器段运行平台相互独立,实现了真正意义上跨平台的远程车位管理系统。可以预见,该系统可以大大提髙停车场管理的自动化程度及管理效率。

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