本发明属于智能停车场技术领域，具体涉及一种基于云的无人停车场自动泊车管理系统。
背景技术：
随着经济的不断发展，国内的汽车保有量逐年提高，私家车越来越多。截止2015年年底，全国汽车保有量已经达到1.72亿辆，其中私家车总量已经超过1.24亿辆；面对这样大规模的车辆数，“车多位少”、“一位难求”的困境将进一步加剧。根据公开报道，公安部交管局发布的数据：截止2014年底，北京市共有机动车559.1万辆，机动车保有量与停车位缺口量达250万；深圳、上海、广州、南京等城市停车位缺口均超过150万个。再以杭州为例，杭州市主城区汽车保有量约120万，但官方统计泊位数在45～50万，泊位硬缺口就有70万左右。
《中国城市停车调查报告(2015年上半年)》显示约有80％的车主因停车问题而困扰，同时有近八成的车主曾有过因某地停车难而放弃自驾前往的经历。许多时候，车主为了寻找一个车位需要长时间“巡泊”；一方面，这些在街上迂回的车辆挤占了道路空间，特别是在人流量大、车流量大的闹市区，停车难问题必然导致严重的交通拥堵；另一方面，寻找停车位浪费了大量的时间。
为了解决停车难问题，一方面是要增加停车位数，另一方面则需要完善停车场的基础设施、提高停车场管理系统的智能化、高效地利用有限的停车场资源。智能停车场及其管理系统便在此契机下得到发展。
国内智能停车系统中etcp占有较大份额，etcp智能停车系统通过在停车场入口和出口设摄像头识别车辆车牌，计算停车场内空闲停车位数目，并通过智能停车应用客户端向用户提供停车场空闲停车位信息、价格信息及停车场位置信息做到停车场引导；但该智能停车系统有着以下不足：
(1)无法做到停车位诱导；车辆驶入停车场后，仍需用户自己寻找停车位，花费时间仍旧较多。
(2)无法做到自动泊车，智能化程度不够；用户仍需自行泊车，仍需花费较多时间。
无法增加停车场容量，停车场效益提高有限。另外还有日本的立体停车场，它们主要是使用了一套机械式自动升降的停车设备；司机把车辆停放在钢板上，机器自动将车辆升至适当的层面，再将车辆和钢板移到层面处。取车时，车主将卡交给工作人员，工作人员在设备上按车的卡位，再按启动，车就自动降到地面；这种停车方式扩大了停车场容量，实现了自动泊车，然而立体停车场也有着以下不足：
(1)造价昂贵，难以市场化；立体停车场需要对停车场进行彻底的物理改造，机械式自动升降的停车设备造价昂贵，投资巨大，难以推广。
(2)单层停车场容量并未增加，未充分利用每一层停车场。
技术实现要素：
鉴于上述，本发明提供了一种基于云的无人停车场自动泊车管理系统，该系统中车辆利用可拆卸雷达实现低成本车辆定位，利用云端系统控制智能汽车行驶实现自动泊车，利用停车应用服务器进行车辆和停车位规划实现密集停车，增加停车场容量；同时该系统中的停车应用提供停车位预定、租赁、出租等相关服务，解决停车位不确定性和停车位空闲浪费问题，停车应用的客户端提供对智能停车场和停车位的便捷管理。
一种基于云的无人停车场自动泊车管理系统，包括停车应用服务器、车端云服务器、环境感知设备、停车客户端以及停车场管理与监控客户端，其中：
所述停车应用服务器用于从车端云服务器获取车辆的车型和大小信息，从环境感知设备获取车辆的位置信息，并依据这些信息为车辆分配合适的停车位，同时为车辆规划出一条到达该停车位合适的行车路径；
所述车端云服务器根据停车应用服务器提供的行车路径以及车辆实时定位坐标进行匹配，生成车辆纠偏指令并发送给车辆，使其按照规划路径行驶；
所述环境感知设备设置于车身上，其利用雷达和超声波产生环境感知信息，为车辆定位以及自主避障提供信息基础；
所述停车客户端通过与停车应用服务器进行交互，以向用户提供关于停车场和停车位情况的可视化查看界面，同时将用户的自动停车、自动取车、车位交易的请求发送至停车应用服务器，并向用户反馈停车应用服务器的请求响应结果；
所述停车场管理与监控客户端通过与停车应用服务器进行交互，以向停车场管理员提供停车场的运营数据，便于其对停车场进行管理。
进一步地，所述停车应用服务器包括管理模块、对外服务模块、数据库模块以及环境模块，其中：
所述管理模块用于负责停车位的管理，根据车辆信息进行统一调度以为车辆分配合适的停车位，提高停车场利用率；同时管理模块与对外服务模块连接，为用户提供车位预定、车位租赁、车位出租的服务，并负责停车场实时状态的监控及警报；此外管理模块与数据库模块连接，以负责管理停车场增、删、改、查的功能业务；
所述环境模块为一可插拔的模块，其用于获取环境感知设备产生的环境感知信息并对信息进行处理，为车辆规划出一条合适的行车路径以到达分配的停车位，同时对环境感知设备以及地图进行管理；
所述对外服务模块用于负责响应外部服务请求，其对内与管理模块、数据库模块和环境模块连接，收发相关信息；对外接收停车客户端、停车场管理与监控客户端以及车端云服务器的http请求并进行处理，响应停车客户端自动停车、自动取车、车位交易的请求，响应停车场管理与监控客户端的查看和管理请求，响应车端云服务器的服务和数据请求；
所述数据库模块与管理模块、环境模块和对外服务模块连接，其负责完成管理模块的数据管理操作，接受来自环境模块的信息存取操作，并为对外服务模块提供数据支持，使得停车应用服务器内部模块间通过其实现数据共享；数据库模块包含内存数据库和关系型数据库，内存数据库用于实现数据的高性能读写，并定期将其内部数据通过关系型数据库持久化至磁盘中。
进一步地，所述环境模块包括传感器管理模块、传感器通信模块、定位模块、地图管理模块以及路径规划模块；其中，定位模块通过传感器通信模块与环境感知设备进行通信以获取车辆位置感知信息并将其转换成车辆定位坐标后，存储至内存数据库中；传感器管理模块用于负责环境感知设备的管理，包括设备注册、修改、删除的功能；地图管理模块通过传感器通信模块与环境感知设备进行通信以获取环境地图信息，负责对停车场地图进行管理，包括地图增加、解析、查找、修改、删除的功能，并为路径规划模块提供地图信息支持；路径规划模块根据当前车辆定位坐标以及环境地图信息，负责为车辆规划出一条合适的行车路径以到达分配的停车位，并将行车路径通过对外服务模块提供给车端云服务器。
进一步地，所述车端云服务器包括对外服务模块、车辆通信模块以及车辆纠偏模块；其中，车辆纠偏模块通过对外服务模块与停车应用服务器进行交互，以获取到达停车位的行车路径以及车辆实时定位坐标并进行匹配，生成车辆纠偏指令，进而通过车辆通信模块将指令发送给车辆，使其按照规划路径行驶。
进一步地，所述车辆包括通信模块、指令翻译模块以及指令控制模块；其中，通信模块用于负责车辆与车端云服务器之间的通信，完成数据的收发；指令翻译模块用于将从车端云服务器接收到的统一控制指令翻译成车辆控制系统所能识别的具体控制指令；指令控制模块用于将翻译后的具体控制指令发送给车辆执行机构，实现车辆的自动驾驶控制。
进一步地，所述环境感知设备包括可拆卸雷达以及超声波传感器；其中，雷达用于定位，超声波传感器用于测距避障，两者将产生的环境感知信息统一发送至停车应用服务器；雷达与车辆并不绑定，用户在停车时将雷达贴至汽车车身，在取车后将雷达取下，雷达的通信模块与停车应用服务器采用tcp协议进行通信。
进一步地，所述停车客户端为用户提供停车场位置以及停车价格信息，用户使用停车客户端进行自动停车和自动取车请求，停车客户端则自动扣费，实现停车场无人管理；此外停车客户端通过停车应用服务器向用户提供车位预定、车位租赁、车位出租的相关服务及其他延伸服务。
进一步地，所述停车场管理与监控客户端通过停车应用服务器获取并显示停车场的实时状态，在紧急情况下发出警报，并为停车场管理员提供对停车场增、删、改、查的可视界面，便于其对停车场有效管理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
(1)本发明提出了基于可拆卸雷达的低成本车辆定位方法，雷达模块和车辆完全解绑，雷达数据直接上传到停车应用服务器的传感器通信模块；车辆进入停车场入口后将雷达贴到车身，车辆离开停车场出口前将雷达拆下，实现雷达的复用，一个雷达可以服务于多台车，提高了雷达的利用率，降低了车辆室内定位成本。
(2)本发明提出了利用云端系统控制自动驾驶汽车行驶实现自动泊车，停车场内所有车辆由云端统一调控，而非单一的车辆自动泊车，有利于对停车场的停车位和行车进行统一规划，提高停车场停车效率和空间利用率。
(3)本发明提出了基于云的低成本无人停车场自动泊车和管理系统，该系统使停车场完全无人化，无需预留人的上下车空间，实现车辆间紧密停车，有效提高停车场的空间利用率。
(4)本发明提出的无人化停车场没有固定停车位，利用停车应用服务器进行车辆和停车位规划，停车应用服务器从车端云获取到车辆的车型和大小等信息，根据实时停车场状态为车辆规划合适并且最节省空间的停车位置，进一步实现密集停车，提高停车场利用率。同时因为无需在停车场画线也节约了停车场建造和改造成本。
(5)本发明中用户使用停车客户端下达自动泊车和自动取车指令，停车应用自动扣费，实现了停车场无人化管理，降低停车场管理成本。
(6)本发明提出的停车应用同时提供了停车位预定、租赁、出租等相关服务，解决停车位不确定性和停车位空闲浪费问题。
(7)本发明提出的停车应用通过对外服务模块轻易实现了和不同应用间的数据共享，应用仅需提供等价的数据和服务进行交换，同时数据符合停车应用的接口规范，网上审核通过便能接入停车应用，获取停车应用的服务和信息。
附图说明
图1为本发明无人停车场自动泊车管理系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明基于云的低成本无人停车场自动泊车和管理系统包括：停车应用服务器、车端云服务器、环境感知设备、自动驾驶汽车、停车客户端、停车场管理与监控客户端；其中，停车应用服务器包括环境模块、管理模块、对外服务模块以及数据库模块；车端云服务器包括对外服务模块、车辆通信模块以及车辆纠偏模块；自动驾驶汽车包括通信模块、指令翻译模块和指令控制模块；环境感知设备包括雷达和超声波传感器等，获取环境信息，计算实现定位、避障等功能；停车客户端主要通过停车应用服务器查看停车场和停车位情况，下达停车和取车指令，及获取其他停车相关服务和延伸服务；停车场管理与监控客户端主要为停车场管理员通过停车应用服务器获取停车场数据信息，对停车场进行管理。
停车应用服务器中环境模块是一个可插拔的模块，包括传感器管理模块、传感器通信模块、定位模块、地图管理模块以及路径规划模块；其中的传感器管理模块负责环境感知传感器的管理，主要包括传感器注册、修改、删除等功能；路径规划模块负责在车辆所处停车场入口和为车辆规划的停车位间规划一条合适的行车路径；定位模块负责将通过传感器通信模块获取到的车辆位置感知信息处理成车辆定位坐标，并将定位信息存储到内存数据库；地图管理模块负责对停车场地图进行管理，包括地图的增加、解析、查找、修改、删除等功能业务。
停车应用服务器通过对外服务模块从车端云服务器获得车辆的车型和大小等信息，车辆停车位置由停车应用服务器中的管理模块根据车辆车型和大小进行规划，为车辆分配合适又节省空间的停车位置，实现密集停车，提高停车场容量的同时降低停车场建设成本。
停车应用服务器的管理模块负责停车位管理，包括停车位规划、停车位预定、停车位租赁、停车位出租等功能；管理模块同时负责停车场的管理和停车场的监控，停车场管理包括停车场的增、删、改、查等功能业务，其中停车场的增、删、改的功能都是一种服务申请，需要经过审核和线下停车场改造后才能通过，停车场监控包括对停车场实时状态的监控和警报。
停车应用服务器的对外服务模块负责响应外部服务的请求，停车客户端、停车场管理与监控客户端以及其他服务器的http请求均由该模块接收并进行处理。在停车应用服务器中对外服务模块主要表现为响应停车客户端自动停车、自动取车、停车位下单指令，响应停车场管理与监控客户端的查看和管理指令，响应车端云服务器的服务和数据请求，同时对外服务模块通过开放数据接口扩展停车应用相关服务，实现停车应用业务可扩展性。
停车应用服务器的数据库模块负责完成数据的管理操作，停车应用服务器模块间通过数据库模块实现数据共享，如环境模块中的定位模块计算出车辆定位坐标后，将车辆定位坐标存储到内存数据库中，对外服务模块调用车辆定位数据时直接从内存数据库读出最新一条当前车辆id的定位记录，降低模块耦合度。数据库模块包含内存数据库和持久化关系数据库的接口与实现，内存数据库实现高性能读写，并定期将内存数据库内容利用关系型数据库持久化到磁盘。
车端云服务器的对外服务模块从停车应用服务器接收到为车辆规划的路径和车辆的实时定位坐标，车端云服务器的车辆纠偏模块将路径与车辆实时定位进行匹配，生成车辆纠偏指令，通过车辆通信模块将纠偏指令发往自动驾驶汽车的通信模块，控制车辆，实现车辆按照规划路径行驶。
自动驾驶汽车的通信模块实现车辆与车端云服务器的网络连接，完成数据的接发，指令翻译模块负责将车端云服务器发送的统一控制指令翻译成所对应车辆的具体控制指令，指令控制模块则将翻译后的统一控制指令发送给车辆执行机构。
环境感知设备中使用可拆卸的雷达进行定位，是一种低成本精准定位方案；雷达与车辆并不绑定，雷达通信模块与停车应用服务器中环境模块的传感器通信模块使用tcp协议进行通信，雷达数据直接上传到停车应用服务器。用户在停车时将雷达贴到汽车车身，在取车后将雷达取下，一个雷达可以服务于多辆汽车，实现了雷达复用，降低停车场室内定位成本。
环境感知设备中使用超声波进行测距避障，云端为车辆规划的路径将绕过已知的障碍物，超声波用于检测突然出现的障碍物，超声波在检测到突然出现的障碍物后车辆将停下以避障。
停车客户端负责用户操作的响应，用户通过停车客户端可以查看附近停车场距离、空闲停车位数目及停车位价格，同时停车应用服务器将为用户根据以上三个要素计算推荐一个合适的停车场，用户选择停车场后，停车应用服务器将用户车辆诱导到指定停车场入口。用户下车后使用停车客户端选择自动泊车，车辆将实现自动泊车，用户同样能够使用停车客户端实现自动取车；同时用户可以使用停车客户端进行停车位预定、租赁、出租及停车卡购买等服务。
停车场监控与管理客户端主要服务于停车场管理员，停车场管理员通过该客户端能够申请停车场改造，查看停车场运营情况。
具体地，采用上述系统的基本停车过程如下：
(1)车辆到达停车场入口后，用户下车，将定位雷达贴到车身。
(2)用户使用停车客户端下达自动停车指令，停车应用服务器获取指令后为车辆规划合适停车位置。
(3)停车应用服务器在车辆入口和停车位间计算一条合适的行车路径，将规划路径发送到车端云服务器。
(4)同时停车应用服务器获取雷达感知数据，将数据处理成定位坐标后存储于内存数据库并发送到车端云服务器。
(5)车端云服务器根据规划路径和实时车辆定位坐标为车辆生成纠偏指令并发送到自动驾驶汽车，自动驾驶汽车将指令翻译为车辆控制指令，车辆按照控制指令行驶。
(6)在取车场景下，用户使用停车客户端下达取车指令，车辆行驶到出口处，用户取下雷达后上车离开。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。