车位检测与引导系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种功耗低、成本低、高检测精度的车位检测与引导系统及方法。其系统包括数据采集模块、车位检测模块、无线网络控制模块、数据中心和客户终端，数据采集模块内含呈多边形排布的传感器阵列，车位检测模块控制数据采集模块周期性地感知车位状态，并采集和处理车位状态信息，通过无线电向无线网络控制模块发送结果和自身编码，无线网络控制模块接收和处理车位检测模块发送的信息，并对无线电波信号进行二次检测与判断，结合车位检测模块的车位状态得到综合车位使用信息，主动将处理结果发送给数据中心，数据中心接收和处理无线网络控制模块发送的信息，得出整个停车场的车位情况信息，并主动将车位情况信息发送给用户的客户终端。
【专利说明】
车位检测与引导系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于停车场管理系统技术领域，尤其设及一种车位检测与引导系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展，私有车辆的保有量持续增大。传统停车场已经不能满足现代化 城市的停车需要，为提高停车场利用率和停车服务质量，市场上已经出现了具有车位检测 能力的停车场管理系统。停车场管理系统，主要提供车位检测与空闲车位查询，停车费用统 计等功能。
[0003] 从车位检测技术手段上来看，现有的方案主要有:基于地磁场检测的技术，此方法 在检测有无车辆时，通过停车位上的地磁变化来判断车位是否空闲，但是地磁场检测方式 容易被周边车位的车辆干扰，检测精度低;基于光强检测的大面积部署技术，运种方式通过 检测车位光强与环境光强的差异，W判断车位是否有车，但此种方式需要布设专口的参考 节点，增加了不必要的系统成本，并且单个光强检测器的布设方式，也容易造成检测错误； 基于声音检测的车位检测技术，但此种方式需要比较复杂的声音信号处理方法，且也易受 周边车位车辆干扰，检测结果可信度不高。光强和声音传感器，具有成本低功耗低等优点， 但是现有方案都是采用常规检测和控制方式，因此检测功耗较大，也不适合电池供电场合。 最后是基于距离检测和摄像头的车位检测技术，但是运两种技术方案，都需要采用成本较 高的传感器，而且此两种传感器电路复杂、功耗大，因此不适合大规模的停车场。
[0004] 在停车场管理系统的信息收集方式方面，主要由有线网络和无线网络方式两种可 选的方案，其中有线网络，由于其布线繁琐，且成本较高，因此此种方式已经不是优选方案。
[0005] 基于W上分析，现有的车位检测技术和停车场管理系统，主要存在车位检测精度 不足、检测节点功耗较大、系统复杂且成本过高等缺点。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种功耗低、成本低、高检测精度的车位检测 与引导系统及方法。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的车位检测与引导系统，包括数据采集模块、车位 检测模块、无线网络控制模块、数据中屯、和客户终端;所述数据采集模块用于感知车位状 态，包括多个传感器，且多个所述传感器W多边形阵列形式排布于车位内，多边形的每个顶 点都放置传感器，多边形的中屯、点为车位的中屯、点，多边形的中屯、点放置传感器或者不放 置;所述车位检测模块用于控制数据采集模块周期性地感知车位状态，并采集和处理数据 采集模块感知的车位状态信息，进行第一判断，得到第一车位使用信息，并主动向无线网络 控制模块发送所述第一车位使用信息和自身编码;所述无线网络控制模块用于接收和处 理车位检测模块发送的信息，同时对车位检测模块传送信息时产生的无线电波信号，进行 第二判断，得到第二车位使用信息，并结合所述第一车位使用信息和第二车位使用信息进 行综合性判断，得到最终的车位使用信息，并主动将处理结果发送给数据中屯、;所述数据中 屯、用于接收和处理无线网络控制模块发送的信息，得出车位情况信息，并主动将车位情况 信息发送给客户终端;所述客户终端用于接收和显示数据中屯、反馈的处理结果。
[0008] 进一步的是，所述多个传感器为光敏传感器和/或声音传感器和/或地磁传感器。
[0009] 进一步的是，所述多边形阵列形式优选为矩形，且中屯、点不放置传感器
[0010] 进一步的是，所述车位检测模块包括微控制器、无线传输模块和辅助电路，所述微 控制器与数据采集模块中的低功耗传感器的连接方式为低功耗连接方式。
[0011] 进一步的是，所述低功耗连接方式为低功耗传感器与微控制器的数字端口和模数 转换端口相连。
[0012] 进一步的是，所述车位使用信息包括车位空、车位有车、车位有车时的停车时间中 的一个或者多个;所述车位情况信息包括空余车位数信息、空余车位位置信息、车辆停车时 间信息、车辆停车费用信息中的一个或者多个。
[0013] 进一步的是，所述无线网络控制模块包括蓝牙模块、Zigbee模块、WiFi模块和4G无 线模块，其内部包括蓝牙无线电波形特性提取器和车位状态判别器。
[0014] 进一步的是，所述无线网络控制模块的数目为多个，每个所述无线网络控制模块 至少可W与两个W上的车位检测模块进行信息交互。
[0015] 本发明解决其技术问题所采用的车位检测与引导方法，包括W下步骤
[0016] A.在每个车位上布置数据采集模块和车位检测模块，通过车位检测模块控制数据 采集模块周期性地感知每个车位的信息;数据采集模块包括多个呈多边形排列的传感器， 多边形的中屯、点为车位的中屯、点；
[0017] B.车位检测模块采集数据采集模块感知的车位信息，并对车位信息进行处理，进 行第一判断，得出第一车位使用信息；车位检测模块主动向无线网络控制模块发送第一车 位使用信息和自身编码；
[0018] C.无线网络控制模块接收车位检测模块传送的信息，并对信息进行分析和处理， 结合车位检测模块传送信息时产生的无线电波信号，进行第二判断，得到第二车位使用信 息，并综合判断得出最终的车位使用信息;无线网络控制模块主动向数据中屯、发送处理后 的信息；
[0019] D.数据中屯、接收无线网络控制模块发出的信息，并对信息进行处理，得出车位情 况信息，并主动将车位情况信息发送给客户终端；
[0020] E.客户终端接收并显示数据中屯、反馈的处理结果。
[0021] 进一步的是，步骤B中，车位使用信息包括车位空、车位有车、车位有车时的停车时 间中的一个或者多个;步骤D中，车位情况信息包括空余车位数信息、空余车位位置信息、车 辆停车时间信息、车辆停车费用信息中的一个或者多个;步骤E中，客户根据客户终端获得 的车位情况信息，选择停车位置、查看停车时间或费用、取车或者支付停车费用;客户终端 为手机和/或车载电脑和/或平板电脑和/或笔记本电脑。
[0022] 本发明的有益效果是功耗低、成本较低、高检测精度，具体为：（1)通过车位检测模 块控制数据采集模块周期性地感知车位状态，可W有效降低传感器和车位检测模块的平均 功耗，有利于供电及大规模停车场；（2)通过两种方式提高检测精度，一是采用合适的多边 形传感器阵列，避免对某一单一传感器的不正常遮挡;二是在无线网络控制模块对车位检 测模块发送信息的过程中，对发出的无线电波形进行二次检测，利用车辆对无线电波信号 的遮挡，再次判断车位是否被占用，结合车位检测模块提供的信息获得综合的车位使用信 息，可W进一步提高车位检测的精度；（3)由于大大提高了车位检测的精度，从而避免了使 用成本高、结构复杂、功耗高的高精度传感器，选择低成本、低功耗传感器，优选为光敏传感 器，从而在保证了高检测精度的同时降低了成本。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的一个实施例的结构示意图；
[0024] 图2为本发明的一个实施例的结构框图；
[0025] 图3为本发明设及的数据采集模块1的一个实施例的连接结构示意图；
[0026] 图4为本发明设及的传感器与车位检测模块的低功耗连接示意图；
[0027] 图中编号代表的含义:数据采集模块1、传感器11、车位检测模块2、微控制器21、微 控制器数字端口 211、无线传输模块22、辅助电路23、无线网络控制模块3、数据中屯、4、客户 终端5、微控制器模数转换端口 212、电阻器10、停车位6。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。在此需要说明的是，对于运些实施方式 的说明仅用于帮助理解本发明，并不构成对本发明的限定。
[0029] 如图1至图4所示，本发明的车位检测与引导系统，包括数据采集模块1、车位检测 模块2、无线网络控制模块3、数据中屯、4和客户终端5;所述数据采集模块1用于感知车位状 态；当有车辆进入或者离开停车位即寸，会发出声音或者对停车位6上的光线产生影响，因此 可W选择声音传感器或者光敏传感器或者声光传感器的混合来感知车位状态;优选的，采 用光敏传感器，并将光敏传感器设置在停车位6的地面上，当停车位6上没有车辆时，光敏 传感器能感知到光线，当车位上有车辆时，光敏传感器不能感知到光线，当有车辆在停车位 6上移动时，光敏传感器能感知到变化的光线;所述车位检测模块2用于控制数据采集模块1 周期性地感知车位状态，采集和处理数据采集模块1感知的车位状态信息，得出车位使用信 息，并主动向无线网络控制模块3发送经过处理的结果和自身编码；由于车位检测模块2控 制数据采集模块1周期性地感知车位状态，使数据采集模块1不用长时间地不间断工作，降 低了功耗;车位检测模块2包括微控制器21、无线传输模块22和辅助电路23,微控制器21用 于处理数据，无线传输模块22将数据传送给无线网络控制模块3;微控制器21与传感器11的 连接方式为低功耗电路连接和低功耗测控方式，运是一种有线连接方式，具体地是指传感 器与车位检测模块中微控制器的数字端口 211和模数转换端口 212相连，微控制器通过数字 端口控制传感器周期性地开启或者关闭，当传感器工作时，微控制器通过模数转换端口采 集传感器的信息，实现周期性的低功耗检测;所述无线网络控制模块3用于接收和处理车位 检测模块2发送的信息，并主动将处理结果发送给数据中屯、4,所述数据中屯、4用于接收和处 理无线网络控制模块3发送的信息，得出车位情况信息，并主动将车位情况信息发送给客户 终端5,所述客户终端5用于接收和显示数据中屯、4反馈的处理结果。由于通过车位检测模块 2控制数据采集模块1周期性地开启和关闭，可W有效降低数据采集模块1和车位检测模块2 的平均功耗。
[0030] 为了提高车位检测的精度，所述数据采集模块1包括多个传感器11，且多个所述传 感器11 W多边形阵列形式排布于车位内，多边形的每个顶点都放置传感器，多边形的中屯、 点放置传感器或者不放置。由于采用多边形阵列传感器，可W大大提供车位检测的精度。因 为车位中屯、点的检测效果最好，现有技术中多采用在车位的中屯、点放置单一传感器，但是 如果传感器被异物挡住，发生不正常遮挡，则容易出现检测错误。如果使用W车位中屯、点为 中屯、点的多边形传感器阵列，多个传感器的数据可W组成一个矩阵，会有不同的检测模式， 即使不正常遮挡了某一个传感器，也会大大降低检测错误的概率，而且由于多边形的每个 顶点上都放置了传感器，中屯、点则可W放置或者不放置，对检测的影响不大。其中一个具体 的多边形传感器阵列实施例如图3所示，在每个车位上布置4个传感器11，4个传感器形成矩 形排列状，中屯、点没有放置传感器。所述传感器11与所述车位检测模块2有线连接。而多边 形传感器阵列还可W为五角星型，六边形，不受此实施例限制。
[0031] 如图4所示，传感器多边形阵列中的传感器11与车位检测模块2中的微控制器的数 字端口和模数转换端口相连。传感器11可W为光敏传感器或声音传感器或二者的混合，优 选为光敏传感器，选择的传感器价格低廉，可W节约成本。作为举例，由光敏传感器组成的 多传感器阵列周期性的低功耗检测过程如下：
[0032] 传感器能够检测光强变化时间序列。由于传感器值存在器件噪声和环境噪声，采 用数字低通滤波器:xt+i = axt+(l-a)st+i，时刻的光强值，时刻的传感器值，是滤波系数。
[0033] 在不同环境条件下采集大量无车，车进和车走Ξ种状态下的数据。在实际检测中， 首先得到当前一段时间内的光强值序列，使用动态时间规整(dynamic time wa巧ing)算法 比较当前光强序列与光敏传感器采集到的无车，车进和车走Ξ种状态下的序列，得到当前 序列与每种状态的距离。动态时间规整算法是用来衡量比较两个长度不同的时间序列的相 似度。在车位检测中，当车进入和离开车位时，会导致车位中间的传感器值发生变化，但是 由于车速和尺寸的不同，传感器检测到的序列长度会不同。传统的欧式距离无法表征运类 信号。假设有两个信号：
[0034] A={ai}，j = l，2, . . .，η
[0035] B={bj}，j = l，2, . . .，m
[0036] 构建一个矩阵，其中是欧式距离。目标就是从矩阵的点到矩阵的点，寻找一条使经 过的点的值求和最小的路径。假设匹配方法中对应的序列中的，目标函数可写成：
[0037]
[0038] W上优化算法的求解采用递推算法如下：
[0039] D(i，j) = dis(ai，bj)+min{D(i-l，j)，D(i-l，j-1)，D(i，j-1)}
[0040] 最后根据运个距离信息，采用k-最近邻分类器（k-Nearest Neighbour Classifier)得到当前的车位状态即：无车，车进和车走。算法步骤为：
[0041] a:使用动态时间规整算法，计算出待测序列与样本空间各个序列的距离，选取距 离最小的k个点；
[0042] b:k个样本点中类别最多的那个类即为当前序列的类别。
[0043] 为了进一步提高车位检测的精度，所述车位检测模块2通过无线电波信号向无线 网络控制模块3发送经过第一判断的第一车位使用信息时，所述无线网络控制模块3接收车 位检测模块2发出的无线电波信号，同时检测是否有车辆对无线电波信号形成遮挡，具体地 根据提取的无线电波形幅值来进行第二次判断，得到第二车位使用信息。由于采用无线网 络控制模块3对车位检测模块2发出的无线电波信号进行检测，并提取特征信号，可判断出 有无车辆对无线电信号进行遮挡，再次检测车位是否被占用，所述无线网络控制模块3通过 无线电波信号和车位检测模块2发出的车位使用信息综合判断车位最终使用状态，得出最 终的车位使用信息，可W进一步提高车位的检测精度。综合判断的方法可W为:第一车位使 用信息与第二车位使用信息，有一者的状态信息为有车，即综合状态为有车。如图3所示，车 位检测模块2部署在车位中央，当车辆停于车位上时，必然会遮挡车位检测控制器发送的无 线电信号，无线网络控制模块3通过检测遮挡信号的变化，进一步确定车位是否有车。无线 电波不仅作为传输信息的载体，而且与此同时被利用进行第二次判断车位使用信息，可W 达到充分利用现有组成模块、不增加额外经济、人力成本又提高检测精度的技术效果。
[0044] 每个车位检测的流程如下：
[0045] 1.车位检测模块2中的微控制器中的计数器计时到一定时间后，微控制器控制车 位检测模块2从睡眠模式进入工作模式，并控制传感器11开启，传感器11感知车位及其周边 的信息；
[0046] 2.车位检测模块2的微控制器，通过模数转换端口连续采集传感器11感知的物理 数据，而后关闭传感器;并对采集的数据进行数字滤波，特征提取和数据分类，初步判断车 位使用状态，完成车位检测；
[0047] 3.车位检测模块2通过无线电发送当前车位使用信息和自身地址编码，而后车位 检测模块中的微控制器清空计时器重新计时，并控制车位检测模块进入睡眠模式；
[0048] 4.无线网络控制模块3接收来自车位检测模块2的无线电信息，并提取无线电波形 特征，通常为幅值，再次判断得到第二个车位使用信息；
[0049] 5.无线网络控制模块3完成对车位的二次检测后，综合车位检测模块的检测结果， 得出车位的最终使用信息，并通过无线的形式发送至数据中屯、4;
[0050] 6.数据中屯、4综合所有车位的多边形阵列传感器11信息，统计停车场所有车位信 息，并通过网络发送信息至客户终端5;
[0051] 7.客户终端5显示客户定制的信息，完成车位费支付等。
[0052] 为了使整个车位检测与引导系统结构简单，如图2所示，所述无线网络控制模块3 的数目为多个，每个所述无线网络控制模块3至少可W与两个W上的车位检测模块2进行信 息交互。一个无线网络控制模块3接收多个车位上的车位检测模块2传送的信息，可使无线 网络控制模块3的数量尽量少，接收信号的范围尽量大。
[0053] 最终，数据中屯、4汇集停车场所有车位信息，实时监控整个停车场的运行状态，并 将停车场状态推送至各个客户终端5(显示屏幕、手机等）。同时数据中屯、4,也处理来自各 个客户终端5的各种服务请求，如缴纳停车费、查询空余车位、车位导航等。
[0054] 具体地，所述车位使用信息包括车位空、车位有车、车位有车时的停车时间中的一 个或者多个。
[0055] 具体地，所述车位情况信息包括空余车位数信息、空余车位位置信息、车辆停车时 间信息、车辆停车费用信息中的一个或者多个。
[0056] 本发明的车位检测与引导方法，其特征在于:包括W下步骤
[0057] A.在每个车位上布置数据采集模块1和车位检测模块2,通过车位检测模块2控制 数据采集模块1周期性地感知每个车位的信息，数据采集模块包括多个呈多边形排列的传 感器，多边形的中屯、点为车位的中屯、点；
[005引B.车位检测模块2采集数据采集模块1感知的车位信息，并对车位信息进行处理， 初步判断车位使用状态，得出车位使用信息；车位检测模块2主动向无线网络控制模块3发 送车位使用信息和自身编码；
[0059] C.无线网络控制模块3接收车位检测模块2传送的信息，并对信息进行分析和处 理，结合车位检测模块2传送信息时产生的无线电波信号，再一次判断车位使用状态，得出 最终的车位使用信息;无线网络控制模块3主动向数据中屯、4发送处理后的信息；
[0060] D.数据中屯、4接收无线网络控制模块3发出的信息，并对信息进行处理，得出其中 车位情况信息，并主动将车位情况信息发送给客户终端5;
[0061] E.客户终端5接收并显示数据中屯、4反馈的处理结果。
[0062] 具体地，步骤B中，车位使用信息包括车位空、车位有车、车位有车时的停车时间中 的一个或者多个;步骤D中，车位情况信息包括空余车位数信息、空余车位位置信息、车辆停 车时间信息、车辆停车费用信息中的一个或者多个;步骤E中，客户根据客户终端5根据获得 的车位情况信息，选择停车位置、查看停车时间或费用、取车或者支付停车费用;客户终端5 为手机和/或车载电脑和/或平板电脑和/或笔记本电脑。
[0063] 最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并 非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可W做 出其它不同形式的变化或变动。运里无需也无法对所有的实施方式予W穷举。而由此所引 申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1. 车位检测与引导系统，其特征在于，包括数据采集模块（1)、车位检测模块(2)、无线 网络控制模块(3)、数据中心(4)和客户终端(5); 所述数据采集模块（1)用于感知车位状态，包括多个传感器（11)，且多个所述传感器 (11)以多边形阵列形式排布于车位内，多边形的中心点为车位的中心点，多边形的每个顶 点都放置传感器，多边形的中心点放置传感器或者不放置； 所述车位检测模块(2)用于控制数据采集模块（1)周期性地感知车位状态，并采集和处 理数据采集模块（1)感知的车位状态信息，进行第一判断，得到第一车位使用信息，并主动 向无线网络控制模块(3)发送所述第一车位使用信息和自身编码； 所述无线网络控制模块(3)用于接收和处理车位检测模块(2)发送的信息，同时对车位 检测模块(2)传送信息时产生的无线电波信号，进行第二判断，得到第二车位使用信息，并 结合所述第一车位使用信息和第二车位使用信息进行综合性判断，得到最终的车位使用信 息，并主动将处理结果发送给数据中心(4); 所述数据中心(4)用于接收和处理无线网络控制模块(3)发送的信息，得出车位情况信 息，并主动将车位情况信息发送给客户终端(5); 所述客户终端(5)用于接收和显示数据中心(4)反馈的处理结果。2. 根据权利要求1所述的车位检测与引导系统，其特征在于:所述多个传感器（11)为光 敏传感器和/或声音传感器和/或地磁传感器。3. 根据权利要求1所述的车位检测与引导系统，其特征在于:所述多边形阵列形式优选 为矩形，且中心点不放置传感器。4. 根据权利要求1所述的车位检测与引导系统，其特征在于:所述车位检测模块(2)包 括微控制器(21)、无线传输模块(22)和辅助电路(23)，所述微控制器(21)与数据采集模块 (1)中的传感器(11)的连接方式为低功耗连接方式。5. 根据权利要求4所述的车位检测与引导系统，其特征在于:所述低功耗连接方式，具 体为传感器(11)与微控制器(21)的数字端口和模数转换端口相连。6. 根据权利要求1所述的车位检测与引导系统，其特征在于:所述车位使用信息包括车 位空、车位有车、车位有车时的停车时间中的一个或者多个;所述车位情况信息包括空余车 位数信息、空余车位位置信息、车辆停车时间信息、车辆停车费用信息中的一个或者多个。7. 根据权利要求1所述的车位检测与引导系统，其特征在于：所述无线网络控制模块 (3)包括蓝牙模块、Zigbee模块、WiFi模块和4G无线模块，其内部包括蓝牙无线电波形特性 提取器和车位状态判别器。8. 根据权利要求7所述的车位检测与引导系统，其特征在于：所述无线网络控制模块 (3)的数目为多个，每个所述无线网络控制模块至少可以与两个以上的车位检测模块(2)进 行信息交互。9. 车位检测与引导方法，其特征在于:包括以下步骤 A. 在每个车位上布置数据采集模块（1)和车位检测模块(2)，通过车位检测模块(2)控 制数据采集模块（1)周期性地感知每个车位的信息;数据采集模块(1)包括多个呈多边形排 列的传感器(11 )，多边形的中心点为车位的中心点； B. 车位检测模块(2)采集数据采集模块（1)感知的车位信息，并对车位信息进行处理， 进行第一判断，得出第一车位使用信息；车位检测模块(2)主动向无线网络控制模块(3)发 送第一车位使用信息和自身编码； C. 无线网络控制模块（3)接收车位检测模块（2)传送的信息，并对信息进行分析和处 理，结合车位检测模块(2)传送信息时产生的无线电波信号，进行第二判断，得到第二车位 使用信息，并综合判断得出最终的车位使用信息；无线网络控制模块(3)主动向数据中心 (4)发送处理后的信息； D. 数据中心（4)接收无线网络控制模块(3)发出的信息，并对信息进行处理，得出车位 情况信息，并主动将车位情况信息发送给客户终端(5); E. 客户终端(5)接收并显示数据中心(4)反馈的处理结果。10.根据权利要求8所述的车位检测与引导方法，其特征在于： 步骤B中，车位使用信息包括车位空、车位有车、车位有车时的停车时间中的一个或者 多个； 步骤D中，车位情况信息包括空余车位数信息、空余车位位置信息、车辆停车时间信息、 车辆停车费用信息中的一个或者多个。 步骤E中，客户根据客户终端(5)获得的车位情况信息，选择停车位置、查看停车时间或 费用、取车或者支付停车费用;客户终端(5)为手机和/或车载电脑和/或平板电脑和/或笔 记本电脑。
【文档编号】G08G1/14GK105825705SQ201610003944
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月4日
【发明人】杨彦兵, 陈正华, 江灏
【申请人】杨彦兵