基于双天线差分与车位锁的智能停车管理装置的制作方法

本实用新型涉及一种智能停车管理装置，尤其是一种基于双天线差分与车位锁的智能停车管理装置，属于智能交通技术领域。

背景技术：

随着机动车数量的迅猛增加，停车难已经成为城市，特别是大型城市面临的严重问题，同时长时间、无目标的寻找停车位也导致了大量的无效交通需求，进一步加重了城市交通的拥堵程度。提高停车场的信息化与精细化管理水平成为解决停车难、减少无效交通需求、提升车位利用效率的有效手段。

目前，基于出入口道闸车牌识别进行车辆识别、自动计费和进出统计的停车场管理系统成为封闭式停车场有效的管理方法，但是对于开放式路边停车场，由于缺乏明确的出入口，而且停车位多呈平行分布，在欧美广泛使用的传统咪表自助缴费等管理方式面临逃费严重等问题，而在日本广泛应用的基于车位锁的开放式停车场管理收费系统有效解决了恶意逃费问题，则面临成本高、工程实施复杂等问题（单个车位锁的成本高达5000元，需要开挖地面，施工成本1500元）。

与此同时，为了解决停车难的问题，近期建设或规划的配建公共停车场规模大，但由于指示标志、诱导牌分布不合理，离开时寻找车辆停放位置即反向寻车又成了车主的一个痛点，很多车主甚至要花上半个小时找车。针对反向寻车需求，先后出现了专门的反向寻车查询终端和基于蓝牙Beacon的反向寻车解决方案，但反向寻车查询终端需要停车场安装能够识别每个车位停放车辆车牌号码的摄像头，建设成本过高，基于蓝牙Beacon的反向寻车解决方案则存在定位延迟大、精度低、漂移严重等问题。

此外，车位预约作为一种增值服务，能够进一步便利车主出行，优化停车体验，但是传统的停车场管理系统由于缺乏有效防止预约车位被占用的措施，难以提供有效的车位预约服务，同时在大型停车场如何快速寻找预约车位也需要对车辆进行精准的车位级定位。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，针对现有停车场的车位预约、停车诱导与反向寻车等多种停车场智能化功能需求，采用低成本的车位锁避免预约车位被占用，引入基于双天线差分信号处理的高可靠性精准定位技术，实现低延时的移动车辆与人员的车位级精准定位，通过路径规划与导航界面帮助车主快速找到（预约）车位，提升车主停车体验。

为实现以上技术目的，本实用新型的技术方案是：基于双天线差分与车位锁的智能停车管理装置，包括双天线定位信标、车位锁、集中控制器、车主智能手机和后台服务器，其特征在于，所述双天线定位信标通过WiFi或BLE无线链路与车主智能手机连接，并向车主智能手机广播定位信息，所述车主智能手机通过3G/4G无线链路与后台服务器信号通讯，获取停车场及车位相关信息进行停车诱导，同时获取停车时长和收费信息，所述后台服务器通过集中控制器与若干个车位锁信号通讯，用于控制车位锁的锁止或解锁。

进一步地，所述双天线定位信标由内置MCU微控制器的WiFi单元、BLE单元、天线单元与供电单元组成，天线单元包括射频开关、第一天线和第二天线，两个天线工作频段为2.4GHz，具有相同方向角和增益，且放置方向相反，射频开关可分别与第一天线、第二天线连接，所述MCU微控制器与BLE单元连接，所述BLE单元和WiFi单元均与天线单元的射频开关连接，MCU微控制器控制射频开关实现WiFi单元与BLE单元之间信号通道的切换以及第一天线、第二天线的切换。双天线定位信标通过天线单元的第一天线和第二天线交替向外广播携带自身标识ID、电池剩余电量与天线ID的WiFi Beacon帧或BLE通告消息，供电单元为蓄电池或220V市电供电，若采用220V市电供电，则WiFi Beacon帧或BLE通告消息中电池剩余电量设为100%。

进一步地，所述车位锁由433M无线传输模块、锁体和蓄电池组成，车位锁日常处于锁止的升起状态，当车辆准备停车入位时，车位锁通过433M无线传输模块接收后台服务器的远程控制指令执行锁体的解锁落下动作；车辆离开后，车位锁接收后台服务器的远程控制指令执行锁体的锁止升起动作，并通过433M无线传输模块向后台服务器上报车位锁蓄电池剩余电量状态参数。

进一步地，所述集中控制器为停车场现场设备的网关，由433M无线通信协议控制器与3G/4G无线传输模块组成，通过433M无线链路接入多个车位锁，经3G/4G无线传输模块实现接入的车位锁与后台服务器之间的协议转换与双向通信。

进一步地，所述车主智能手机安装有停车服务APP，所述停车服务APP用于移动支付、停车诱导、停车预约和反向寻车，连接后台服务器获取停车场的位置、停车场局部地图、剩余车位数量、预约车位位置信息进行停车诱导；支持车主记录停车位置，并基于记录的停车位置和停车场地图进行寻车路径规划与可视化导航；连接后台服务器获取停车时长和收费信息，基于移动支付进行自助缴费。

进一步地，所述后台服务器负责停车场基础数据的存储、管理与分析，实现各个车位的状态管理与停车计费，远程控制车位锁的解锁与锁止，提供车位诱导、车位预约、自助缴费、报销票据生成服务功能，所述停车场基础数据包括停车场位置、车位总数量、剩余车位数量、停车场地图、车位锁状态参数、车位位置、车位编号与双天线定位信标映射关系。

进一步地，每个停车位部署一个双天线定位信标和一个车位锁，所述车位锁安装在停车位的中心区域，所述双天线定位信标设置在停车位的左前方。

为了进一步实现以上技术目的，本实用新型还提出了基于双天线差分与车位锁的智能停车管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、车位锁处于锁止状态，双天线定位信标通过天线单元的第一天线和第二天线交替广播携带自身标识ID、电池电量与天线ID的WiFi Beacon帧和BLE通告消息；

步骤二、当车辆进入停车场，车主智能手机的停车服务APP通过侦听双天线定位信标广播的WiFi Beacon帧或BLE通告消息，对车辆进行车位级定位；若车主提前预订了车位，则显示车位导航界面，引导车主快速到达预约车位；

步骤三、当车辆到达某个空车位时，若该车位没有被预约或预约车位为车主本人，车主点击停车服务APP的停车按钮，停车服务APP通过3G/4G无线链路向后台服务器发送包含停车位对应双天线定位信标ID、双天线定位信标电池剩余电量的车位锁解锁消息；否则，车主寻找下一个空车位；

步骤四、后台服务器收到车位锁解锁消息后，更新停车场剩余车位数量，并根据车位锁解锁消息中的电池剩余电量决定是否需要更换双天线定位信标的电池，并通过集中控制器向车位锁发送解锁指令，车位锁执行解锁动作，锁体落下，车辆驶入停车位，并启动停车计时；

步骤五、车主停完车后，点击停车服务APP的记录位置按钮，实现对车辆停放位置的自动记录；

步骤六、车主进入停车场准备离开时，打开智能手机的停车服务APP，基于当前位置进行反向寻车，利用导航界面，引导车主快速抵达车辆停放的车位；

步骤七、车主抵达停车位驾车离开时，停车服务APP向后台服务器发送停车缴费消息，后台服务器收到信息并计算出停车费用后发送给车主，车主确认停车费用后，通过移动支付方式实现自助缴费；

步骤八、当车辆驶离停车位时，车主智能手机的停车服务APP向后台服务器自动发送离开车位消息，后台服务器收到离开车位消息后，更新停车场剩余车位数量，并通过集中控制器向车位锁发送锁止指令；

步骤九、车位锁收到后台服务器的锁止指令后，执行车位锁锁体的锁止操作。

进一步地，所述步骤五和步骤六为可选步骤，主要用于支持反向寻车功能。

进一步地，所述双天线定位信标1对车主个人与车辆进行车位级定位的过程如下：

1）、车主智能手机侦听多个双天线定位信标周期广播的WiFi Beacon帧或BLE通告消息，获取WiFi Beacon帧或BLE通告消息的RSS值、定位信标ID与天线ID；

2）、车主智能手机对双天线定位信标ID相同、但天线ID不同的WiFi Beacon帧或BLE通告消息的RSS值进行差分处理，当差分结果的绝对值大于一个指定门限时，结合双天线定位信标对应的停车位、双天线定位信标的部署方位、差分结果符号，对车主智能手机进而对车主个人或车辆进行车位级定位。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1）通过引入低成本的车位锁（市场价格低于500元）避免预约车位被占用，成本远低于日本广泛应用的车位锁，实现了对停车预约服务的有效支撑；

2）采用双天线差分处理技术，较传统蓝牙Beacon技术，定位精度到达车位级，定位延时低，不受不同类型手机RSS测量偏差及人流密度与分布变化的影响，可靠性高，对反向寻车、车位级停车诱导提供了有力支撑。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型双天线定位信标的结构示意图。

图3为本实用新型的停车位平行部署示意图。

图4为本实用新型的停车位垂直部署示意图。

图5为本实用新型的工作流程图。

附图标记说明：1—双天线定位信标、11—WiFi单元、12—BLE单元、13—天线单元、131—射频开关、132—第一天线、133—第二天线、14—供电单元、2—车位锁、3—集中控制器、4—车主智能手机、5—后台服务器。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型不限于以下的实施方式，在以下的说明中所参照的各图是为了能够对本实用新型的内容进行理解而设置的，即本实用新型不限于附图所举例。

根据图1所示，基于双天线差分与车位锁的智能停车管理装置，包括双天线定位信标1、车位锁2、集中控制器3、车主智能手机4和后台服务器5，其特征在于，所述双天线定位信标1通过WiFi或BLE无线链路与车主智能手机4连接，并向车主智能手机4广播定位信息，所述车主智能手机4通过3G/4G无线链路与后台服务器5信号通讯，获取停车场及车位相关信息进行停车诱导，同时获取停车时长和收费信息，所述后台服务器5通过集中控制器3与若干个车位锁2信号通讯，用于控制车位锁2的锁止或解锁；其中一个停车位配有一个双天线定位信标1和一个车位锁2，双天线定位信标1和车位锁2的数量根据停车场的停车位的数量决定的。

根据图2所示，所述双天线定位信标1由内置MCU微控制器的WiFi单元11、BLE单元12、天线单元13与供电单元14组成，天线单元13包括射频开关131、第一天线132和第二天线133，两个天线工作频段为2.4GHz，具有相同方向角和增益，且放置方向相反，射频开关131可分别与第一天线132、第二天线133连接，所述MCU微控制器与BLE单元12连接，所述BLE单元12和WiFi单元11均与天线单元13的射频开关131连接，MCU微控制器控制射频开关131实现WiFi单元11与BLE单元12之间信号通道的切换以及第一天线132、第二天线133的切换；双天线定位信标1通过天线单元13的第一天线132和第二天线133交替向外广播携带自身标识ID、电池剩余电量与天线ID的WiFi Beacon帧或BLE通告消息，双天线定位信标WiFi Beacon帧或BLE通告消息的广播周期默认为100ms；供电单元14 分别与WiFi单元11和BLE单元12连接，可以为蓄电池或220V市电供电，若采用220V市电供电，则WiFi Beacon帧或BLE通告消息中电池剩余电量设为100%。

所述车位锁2由433M无线传输模块、锁体和蓄电池组成，车位锁2日常处于锁止的升起状态，当车辆准备停车入位时，车位锁2通过433M无线传输模块接收后台服务器5的远程控制指令执行锁体的解锁落下动作；车辆离开后，车位锁2接收后台服务器5的远程控制指令执行锁体的锁止升起动作，并通过433M无线传输模块向后台服务器5上报车位锁蓄电池剩余电量状态参数；

进一步地，车位锁2的锁体内置电机驱动电流检测能力，能够判断出车位锁2锁止过程中是否由于车辆未及时移出车位导致车辆底盘阻挡了车位锁升起；

进一步地，车位锁2处于锁止升起的状态下锁体垂直高度不小于50厘米，高于所有车辆的底盘高度，车位锁2处于解锁落下状态时，锁体垂直高度不大于6厘米，低于所有车辆的底盘高度，避免剐蹭车辆底盘，同时车位锁2的锁体选用市场价格低于500元的标准电动车位锁进行改装。

所述集中控制器3为停车场现场设备的网关，由433M无线通信协议控制器与3G/4G无线传输模块组成，通过433M无线链路接入多个车位锁2，经3G/4G无线传输模块实现接入的车位锁2与后台服务器5之间的协议转换与双向通信。

所述车主智能手机4安装有停车服务APP，所述停车服务APP用于移动支付、停车诱导、停车预约和反向寻车，连接后台服务器5获取停车场的位置、停车场局部地图、剩余车位数量、预约车位位置信息进行停车诱导；支持车主记录停车位置，并基于记录的停车位置和停车场地图进行寻车路径规划与可视化导航；连接后台服务器5获取停车时长和收费信息，基于移动支付进行自助缴费。

所述后台服务器5负责停车场基础数据的存储、管理与分析，实现各个车位的状态管理与停车计费，远程控制车位锁2的解锁与锁止，提供车位诱导、车位预约、自助缴费、报销票据生成服务功能，所述停车场基础数据包括停车场位置、车位总数量、剩余车位数量、停车场地图、车位锁状态参数、车位位置、车位编号与双天线定位信标映射关系。

根据图3所示，为停车位呈平行式布局的实施例，对于平行停车位，车位锁2部署在停车位的中心区域，避免增加停车难度；双天线定位信标1部署于标准停车方向的左前方，两个定向天线的中心轴与标准停车方向平行，且第一天线132部署在第二天线133的上部；

根据图4所示，为停车位呈垂直式布局的实施例，对于垂直停车位，车位锁2部署在停车位的中心区域；双天线定位信标1部署于标准停车方向的左前方，两个定向天线的中心轴垂直于停车方向，第一天线132部署在第二天线133的左边。

根据图5所示，本实用新型实施例中的基于双天线差分与车位锁的智能停车管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、车位锁2处于锁止状态，双天线定位信标1通过天线单元13的第一天线132和第二天线133交替广播携带自身标识ID、电池电量与天线ID的WiFi Beacon帧和BLE通告消息；

步骤二、当车辆进入停车场，车主智能手机4的停车服务APP通过侦听双天线定位信标1广播的WiFi Beacon帧或BLE通告消息，对车辆进行车位级定位；若车主提前预订了车位，则显示车位导航界面，引导车主快速到达预约车位；

步骤三、当车辆到达某个空车位时，若该车位没有被预约或预约车位为车主本人，车主点击停车服务APP的停车按钮，停车服务APP通过3G/4G无线链路向后台服务器5发送包含停车位对应双天线定位信标1 ID、双天线定位信标1电池剩余电量的车位锁2解锁消息；否则，车主寻找下一个空车位；

步骤四、后台服务器5收到车位锁2解锁消息后，更新停车场剩余车位数量，并根据车位锁2解锁消息中的电池剩余电量决定是否需要更换双天线定位信标1的电池，并通过集中控制器3向车位锁2发送解锁指令，车位锁2执行解锁动作，锁体落下，车辆驶入停车位，并启动停车计时；

步骤五、车主停完车后，点击停车服务APP的记录位置按钮，实现对车辆停放位置的自动记录；

步骤六、车主进入停车场准备离开时，打开智能手机的停车服务APP，基于当前位置进行反向寻车，利用导航界面，引导车主快速抵达车辆停放的车位；

步骤七、车主抵达停车位驾车离开时，停车服务APP向后台服务器5发送停车缴费消息，后台服务器5收到信息并计算出停车费用后发送给车主，车主确认停车费用后，通过移动支付方式实现自助缴费；

步骤八、当车辆驶离停车位时，车主智能手机4的停车服务APP向后台服务器5自动发送离开车位消息，后台服务器5收到离开车位消息后，更新停车场剩余车位数量，并通过集中控制器3向车位锁2发送锁止指令；

步骤九、车位锁2收到后台服务器5的锁止指令后，执行车位锁2锁体的锁止操作。

所述双天线定位信标1对车主个人与车辆进行车位级定位的过程如下：

1）、车主智能手机4侦听多个双天线定位信标1周期广播的WiFi Beacon帧或BLE通告消息获取WiFi Beacon帧或BLE通告消息中的定位信标ID、天线ID与电池剩余电量，以及WiFi Beacon帧或BLE通告消息的RSS值；Android智能手机侦听WiFi Beacon帧，iPhone智能手机侦听BLE通告消息；

2）、车主智能手机4对双天线定位信标1 ID相同、但天线ID不同的WiFi Beacon帧或BLE通告消息的RSS值进行差分处理，当差分结果的绝对值大于一个指定门限时，结合双天线定位信标1对应的停车位、双天线定位信标1的部署方位、差分结果符号，对车主智能手机4进而对车主个人或车辆进行车位级定位；

例如：如图3所示，以停车位呈平行式布局为例进行说明，当车主个人或车辆到达停车位1时，由于第一天线132和第二天线133均为定向天线，具有方向性，当第一天线132发出的WiFi Beacon帧或BLE通告消息的RSS值小于第二天线133发出的WiFi Beacon帧或BLE通告消息的RSS值，且RSS差值大于一个门限值（如10dB），则车主智能手机4判断出目前位置应在停车位1或停车位1的后方车位（停车位2）；当第一天线132发出的WiFi Beacon帧或BLE通告消息的RSS值大于第二天线133发出的WiFi Beacon帧或BLE通告消息的RSS值，且RSS差值大于一个门限值，则车主智能手机4判断出目前位置应在停车位1或停车位1的前方车位；

3）基于以上判断结果，可以确定车主智能手机4目前位于停车位1，实现了对车主或移动车辆的车位级定位。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。