本发明属于智能化网络技术和资源经济共享服务技术领域，涉及空车位检测、信号量冲突消解、多服务器划分、大数据车位查询等技术，以实现共享停车位系统。支持线上和线下停车的共享停车系统及共享停车管理方法。
背景技术
随着我国汽车保有量的逐年增加，私家车和停车位之间的矛盾日益突出。在2008-2015年这8年时间里，我国私人汽车数量增长了3.8倍，而停车位的增幅远远落后于汽车数量的增长。当下，建设地下停车场和地面多层停车场成为缓解城市交通压力的主要手段，但城市土地越来越昂贵，很多城市都已经是寸土寸金，用大量的土地资源来满足停车位的需求是极不现实的。“停车难、行路难”引起的噪音、废气污染、能源消耗、时间损失等一系列问题已严重危害了公共安全，成为困扰城市交通的重大难题。目前国内大部分的停车场还处于原始的人工管理阶段，停车位使用效率低下，停车场收益低，“停车难”的问题日益恶化。无论是对需要停车的车主还是停车场的运营商都造成了极大地困扰。
随着智能交通系统的不断发展，“互联网+交通”模式的出现为解决上述问题提供了有效手段。建立更加完善的智能交通系统，实现共享停车，在现有车位保有量的基础上增加车位的利用率。由于目前的系统只是针对线上服务，增加线下服务必然导致线上和线下的冲突，目前存在的共享停车系统都没有解决线上线下的数据冲突问题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供支持线上和线下停车的共享停车系统及共享停车管理方法，提供线上和线下相结合的双停车模式，且可以避免出现线上不同用户间的冲突及线上停车和线下停车的冲突。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种支持线上和线下停车的共享停车管理方法，线上停车步骤包括：
(1)线上查询：停车用户通过客户端请求空车位查询，服务器进行空车位查询并将查询到的信息返回至客户端；
(2)线上预约：停车用户通过客户端发送预约空车位的请求信息至服务器，服务器通过信号量锁定数据库，将车位状态置为已预约，服务器给停车场车位管理模块发送上锁请求；停车场车位管理模块获取请求的车位编号，将相应的车位状态置为车位上锁状态，同时将车位上锁，停车场车位管理模块发送上锁完成信号至服务器；服务器接收到完成信号后，进行信号量解锁操作；
(3)线上预约后停放汽车
在用户完成车位预约后，用户将汽车开入停车场，用户发送汽车停放请求至服务器；服务器接收请求，通过信号量锁定数据库，将相应的车位状态置为已停放，服务器对停车场车位管理模块发送解锁请求；停车场车位管理模块获取请求的车位编号，将车位状态置为停车状态，同时打开车位锁，停车场车位管理模块发送停车完成信号至服务器；服务器接收到完成信号后，进行信号量解锁操作；
(4)驶出汽车
用户完成停放车辆，将汽车驶出停车位；停车场车位管理模块对空车位实时检测，当用户将汽车驶出空车位时传感器检测到该车位为空车位，将检测到的信号发送至服务器；服务器接收停车场车位管理模块发送的请求，通过信号量锁定数据库，将车位状态置为可预约，信号量解锁；
线下停车步骤包括：
(1)停放汽车
用户直接将汽车停入停车位，停车场车位管理模块检测到有车后，发送停车请求信息至服务器；
服务器接收停车场车位管理模块发送的信息，通过信号量锁定数据库，根据请求信息，将车位状态置为车位已停放，进行信号量解锁操作；
(2)驶出汽车
用户完成停放车辆，将汽车驶出停车位；停车场车位管理模块对空车位实时检测，当用户将汽车驶出空车位时传感器检测到该车位为空车位，将检测到的信号发送至服务器；服务器接收停车场车位管理模块发送的请求，通过信号量锁定数据库，将车位状态置为可预约，信号量解锁。
优选的，线上停车具体步骤包括：
(1)线上查询
step1.停车用户通过客户端请求空车位查询；
step2.总服务器处理客户端发来的请求，根据当前用户位置转接至区域服务器；
step3.区域服务器对数据库进行相应操作，将查询到的信息返回至客户端；
step4.客户端根据区域服务器传来的数据在app上显示相应的车位状态；
(2)线上预约
step1.停车用户通过客户端发送预约空车位的请求信息至总服务器；
step2.总服务器处理客户端发来的请求，根据当前用户位置转接至区域服务器；
step3.区域服务器接收请求，通过信号量锁定数据库，将车位状态置为已预约，区域服务器给停车场车位管理模块发送上锁请求；
step4.停车场车位管理模块获取请求的车位编号，将相应的车位状态置为上锁状态，同时将车位上锁，停车场车位管理模块发送上锁完成信号至区域服务器；
step5.区域服务器接收到完成信号后，进行信号量解锁操作；
(3)线上预约后停放汽车
step1.在用户完成车位预约后，用户将汽车开入停车场，用户发送汽车停放请求至总服务器；
step2.总服务器处理客户端发来的请求，根据当前用户位置转接至区域服务器；
step3.区域服务器接收请求，通过信号量锁定数据库，根据停放请求内的信息，将相应的车位状态置为已停放，区域服务器对停车场车位管理模块发送解锁请求；
step4.停车场车位管理模块获取请求的车位编号，将车位状态置为解锁状态，同时打开车位锁，停车场车位管理模块发送停车完成信号至区域服务器；
step5.区域服务器接收到完成信号后，进行信号量解锁操作；
(4)驶出汽车
step1.用户完成停放车辆，将汽车驶出停车位；
step2.停车场车位管理模块对空车位实时检测，当用户将汽车驶出空车位时传感器检测到该车位为空车位，将检测到的信号发送至区域服务器；
step3.区域服务器接收停车场车位管理模块发送的请求，通过信号量锁定数据库，将车位状态置为可预约，信号量解锁；
线下停车具体步骤包括：
(1)停放汽车
step1.用户直接将汽车停入停车位，停车场车位管理模块检测到有车后，发送停车请求信息至区域服务器；
step2.区域服务器接收停车场车位管理模块发送的信息，通过信号量锁定数据库，根据请求信息，将车位状态置为车位已停放，进行信号量解锁操作；
(2)驶出汽车
step1.用户完成停放车辆，将汽车驶出停车位；
step2.停车场车位管理模块对空车位实时检测，当用户将汽车驶出空车位时传感器检测到该车位为空车位，将检测到的信号发送至区域服务器；
step3.区域服务器接收停车场车位管理模块发送的请求，通过信号量锁定数据库，将车位状态置为可预约，信号量解锁。
进一步的，总服务器转接至区域服务器时采用段页式索引方法进行数据检索，包括段页式分配阶段、服务器云端索引生成阶段、lucene精准搜索阶段：
step1.段页式分配阶段；将数据库分为多个段，每个段分别管理多张表，每张表中需要存储的数据结构形式为索引值和数据；
step2.服务器云端索引生成阶段；在每张表的页首存储每个段的索引值，机群中的各个计算机分别负责一个页或者一个页的一部分，实现段页式的嵌套；记录下每一步索引的段页式路径，以备后续的数据索引结果的返回过程；
step3.lucene精准搜索阶段，此阶段主要完成对页内数据的快速查找以及索引结果的返回工作。
一种支持线上和线下停车的共享停车系统，包括停车场车位管理模块、信号传输模块、停车管理服务器模块、客户端模块；
停车场车位管理模块用于采集车位状态信息并发送至停车管理服务器模块，并控制车位使用权，实现停车用户获取与释放车位使用权；
停车管理服务器模块利用云计算技术存储并处理停车场车位数据、处理预约请求，为停车场和停车用户提供停车管理和停车服务；
停车用户能够通过客户端模块从停车管理服务器模块实时获取系统内的停车位资源并进行预约停车服务；
信号传输模块用于停车场车位管理模块、停车管理服务器模块和客户端模块之间的信息交互；
停车场车位管理模块包括车位锁和空车位检测模块，空车位检测模块采集车位信息输送到停车管理服务器模块，车位锁用于控制车位使用权；停车管理服务器模块包含信号量冲突消解模块，用于解决线上停车及线上停车和线下停车的冲突。
优选的，空车位检测模块为激光传感器。
优选的，停车管理服务器模块包括总服务器模块和多个区域服务器模块，总服务器模块用于管理各区域服务器模块，区域服务器模块为相应区域内的停车场提供停车管理服务。
进一步的，总服务器模块采用段页式云端索引管理方式对多个区域服务器模块进行管理。
优选的，系统组网布置：地下停车场中，在每排停车位中间设置一处zigbee路由器，路侧停车场根据预设距离划分为多个区域，每个区域设置一处zigbee路由器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明共享停车管理方法，同时支持线上停车和线下停车，当一个线上停车用户进行一个空车位的线上预约后，服务器通过信号量锁定数据库，将车位状态置为车位预约状态，从而避免同一时间另一个线上用户对同一个车位进行预约，即可以避免两个线上用户同时预约同一个车位；同时，停车场车位管理模块将相应的车位状态置为车位上锁状态，并利用连在云端的车位锁将车位上锁，可以避免在线上用户将车停进停车场之前，线下用户将车停进该停车位，即避免了线上停车和线下停车的冲突。
进一步的，由于需求量大，通过多服务器模式进行区域划分，实现区域的并行，在数据量较大的情况下，可以解决数据索引效率低下的问题，且极大地提高了系统的效率和准确性，实现了服务操作一体化。
进一步的，通过段页式云端索引的方式以增加单服务器运行效率，真正实现共享服务。
本发明共享停车系统提供线上和线下相结合的双停车模式，由于目前的系统只是针对线上服务，增加线下服务必然导致线上和线下的冲突，本系统通过空车位检测技术提供硬件支持，通过信号量机制提供软件支持，可以避免线上和线下的冲突。该系统结合信息技术、传感器技术、互联网技术、移动通信技术等，实现城市共享停车系统，用户通过移动设备登陆即可查询路况、空车位、以及到达停车地点所需时间和到达目的地具体规划路线等信息的一系列综合信息服务，从而帮助市民提前做好出行规划，减少等候时间。
进一步的，本系统为了支持线上和线下停车服务增加了空车位检测技术，本发明具体采用的激光传感器技术，具体通过单片机与激光传感器交互，服务器和单片的wifi模块进行交互。
进一步的，在本系统所使用的场景中，用户数据量大，对系统执行效率要求较高，故提出多服务器的方式，可有效增加系统的并发性。
附图说明
图1为系统整体架构图。
图2为线上停车流程图。
图3为线下停车流程图。
图4为地下停车场内系统组网布置图。
图5为路侧停车场系统组网布置图。
图6为段页式索引流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
1系统架构设计
本系统的构成采用“云-网-端”三层架构，具体有车位锁和传感器作为命令执行和信息采集单元，手持终端作为停车服务使用单元，各停车管理服务器为停车管理云平台提供服务支持，停车管理云平台对外提供停车管理服务。本系统架构如图1所示：
“端”指智能车位锁、空车位检测传感器与手持移动端。智能车位锁用于采集车位状态信息并控制车位使用权，与空车位检测传感器联动实现停车用户获取与释放车位使用权。手持移动终端通过安装本系统停车app，实时获取系统内停车位资源以及其它停车服务。
“网”包括停车场内局域网和停车场与云平台之间的广域网，是连接本系统“端”与“云”的数据通道。本系统中，停车场内局域网采用自组织、低功耗的zigbee网络，确保网络质量、降低布网成本；停车场与云平台间广域网采用wifi网络。
“云”即指停车管理云平台，利用云计算技术存储并处理各停车场车位数据、处理预定请求，为停车场和停车用户提供停车管理和停车服务。
停车场与停车用户是完全孤立的，彼此之间通过共同的停车管理云平台建立联系，再此过程中停车场提供停车位，而用户为所获得的停车服务支付费用，两者之间是消费与被消费的关系。
2建立数据库段页式索引
在车位锁的wifi模块向服务器端进行数据传输以及服务器端向app端进行数据传输这两个阶段时，都要对服务器端的数据库进行增、删、改、查四项基本操作。然而对于像本系统这样大数据型的服务器，要想进行相应的数据操作，效率、速度、存储空间显然是不能满足用户需求的。
为解决这个矛盾，本发明提出了如下解决方案：
一种基于段页式云端的大数据快速索引方法，包括段页式分配阶段、服务器云端索引生成阶段、lucene精准搜索阶段：
step1.段页式分配阶段，需完成如下配置：
将数据库按照地区不同或者其他分表标准分为多个段，每个段的段结构相同。每个段分别管理多张表，各段管理的表结构相同，表数量不同。
每张表中需要存储的数据结构形式为：索引值+数据。其中索引值是服务器自动生成的。
step2.服务器云端索引生成阶段，主要过程如下：
由于各段以及各页之间的互不相关性，服务器很容易实现并行化数据处理。为了实现大数据快速索引，在每张表的页首存储每个段的索引值，这就表示这个页能够被相应的段查询到。
机群中的各个计算机分别负责一个页或者一个页的一部分，这就实现了段页式的嵌套，关键是要分清分段分页的标准。此标准可以另外建表专门记录，当服务器需要增删改查时，首先加载这个表以找到对应的分段分页标准。
每当有新的数据插入到某一页，或者说某一段新建了一个页，服务器数据库即可自动的生成段页式索引值。生成索引值的技术可以采用聚簇索引的方法。由于段页式的数据存储形式已经将大数据量分割为较小型数据库，因此机群中的每台计算机生成索引的过程已经较为简单，直接生成聚簇索引比较理想。
需要说明的是，如果没有嵌套，整个数据库进行索引需要加载3次。第一次是加载分段分页标准的表，找到各个标准；第二次加载是要从服务器云端加载不同的段，并通过段号找到相应的段索引值；第三次加载是利用lucene页索引进行查询，找到需要的数据。
更进一步，记录下每一步索引的段页式路径，以备后续的数据索引结果的返回过程。
step3.lucene精准搜索阶段，此阶段主要完成对页内数据的快速查找以及索引结果的返回工作。
lucene的api接口可以实现全文索引/检索功能。如果要在某一页中找到某一行数据，便可以直接查询第二步中生成的页索引值，因为索引值是按照某种顺序生成的，因此查询时会降低工作量，提高查询效率。利用lucene的api函数可以直接实现索引功能，效率很高。
在找到索引结果后，利用之前记录下的分段分页的路径，原路返回到服务器云端即可。此时外部的app移动客户端即可以找到云端所需要的数据。
段页式数据索引的流程图如图6所示。
3系统组网布置
停车场主要分为地下停车场与路侧停车场两类，本系统内部局域网采用zigbee组网，根据停车场物理布局特点，并结合zigbee网络覆盖范围与组网特点，分别针对两种停车场进行网络布置。
地下停车场内停车位多位多排并列布局，且各排车位间经常有支撑柱与墙壁遮挡。因此，地下停车场布置如图4所示，在每排中间设置一处zigbee路由器，有墙壁遮挡或某排车位长度超长时适当增加路由器提高网络信息。最终，各排车位的车位锁通过各排路由器接入停车管理服务器所链接的zigbee协调器，从而实现停车管理系统内部组网。
路侧停车场停车位一般沿道路方向顺向或斜向划线，在一条道路上路侧停车场可根据距离划分为多个区域，每个区域设置一处zigbee路由器。最终，各区域内车位锁通过zigbee路由器与停车管理服务器所链接的zigbee协调器连接，从而将所有车位信息汇总至停车管理服务器。路侧停车场布置如图5所示：
4系统部署。
新建或在原有停车场管理系统基础上增加智能车锁与zigbee局域网，并将停车场管理服务器接入停车管理云平台；在公网部署停车管理云平台；用户安装停车管理系统手机app。
5工作流程
线上停车总共分为四个步骤分别为线上查询、线上预约、停放汽车、驶出汽车，流程图如图2所示。线下停车分为两个步骤分别为停放汽车、驶出汽车，如图3所示，由于驶出汽车与线上停车一样，故不再赘述。
5.1线上查询
step1.用户登录停车管理使用端，进行车位查询。客户端请求空车位查询。手机app发送“parking:query|position”信息至总服务器。其中parking代表停车场信息，query为查询请求，position为当前用户位置。
step2.总服务器处理客户端发来的请求，根据position转接至区域服务器，由区域服务器处理用户请求。
step3.根据query请求，对数据库进行相应操作。将查询到的信息返回至客户端。
step4.客户端根据服务器传来的数据在app上显示相应的车位状态。
5.2线上预约
step1.用户完成线上查询后，在客户端只有空车位可以进行车位预约。在用户预约完成车位预约后，客户端发送预约请求“parking:order|position”信息至总服务器。其中parking代表停车场信息，order为预约请求，position为当前用户位置。
step2.总服务器处理客户端发来的请求，根据position转接至区域服务器，由区域服务器处理用户请求。
step3.服务器接收order请求，通过信号量锁定数据库，根据order请求内的信息，将车位状态置为“place:reserved”。place代表车位位置，reserved为已预约。服务器对停车场车位管理模块发送上锁请求。
step4.停车场车位管理模块获取请求的车位编号，将车位状态置为“number:lock”，同时将车位上锁。number为车位编号，lock为上锁状态。停车场车位管理模块发送上锁完成信号至区域服务器。
step5.区域服务器接收到完成信号后，进行信号量解锁操作。
5.3线上预约后停放汽车
step1.在用户完成车位预约后，用户将汽车开入停车场，用户在app上进行停放车位请求，客户端发送“parking:stop|position”请求至总服务器。其中parking代表停车场信息，stop为停车请求，position为当前用户位置。
step2.总服务器处理客户端发来的请求，根据position转接至区域服务器，由区域服务器处理用户请求。
step3.区域服务器接收stop请求，通过信号量锁定数据库，根据stop请求内的信息，将车位状态置为“place:parked”。place代表车位位置，parked代表已停放，区域服务器对停车场车位管理模块发送解锁请求。
step4.停车场车位管理模块获取请求的车位编号，将车位状态置为“number:unlock”，同时打开车位锁。number为车位编号，unlock为车位解锁状态。停车场车位管理模块发送停车完成信号至区域服务器。
step5.区域服务器接收到完成信号后，进行信号量解锁操作。
5.4驶出汽车
step1.用户完成停放车辆，将汽车驶出停车位。
step2.空车位控制模块对空车位实时检测，当用户将汽车驶出空车位时传感器检测到该车位为空车位，将检测到的信号发送至区域服务器。只有从客户端到服务器发送信息才需要进行区域服务器转接，由于区域服务器直接管理相应区域的车位，故直接发送至区域服务器。
step3.区域服务器接收车位管理模块发送的请求，通过信号量锁定数据库，将车位状态置为“place:empty”。place代表车位位置，empty代表车位空闲可预约，信号量解锁。
5.5线下直接停放汽车
停放汽车
step1.用户直接将汽车停入停车位，空车位管理模块检测到有车后，发送信息至区域服务器。
step2.区域服务器接收车位管理模块发送的信息，通过信号量锁定数据库，根据stop请求内的信息，将车位状态置为“place:parked”。place代表车位位置，parked代表车位已停放，进行信号量解锁操作。
驶出汽车
step1.用户完成停放车辆，将汽车驶出停车位。
step2.空车位控制模块对空车位实时检测，当用户将汽车驶出空车位时传感器检测到该车位为空车位，将检测到的信号发送至区域服务器。
step3.区域服务器接收车位管理模块发送的请求，通过信号量锁定数据库，将车位状态置为“place:empty”。place代表车位位置，empty代表车位空闲可预约，信号量解锁。
本发明共享停车管理方法，同时支持线上停车和线下停车，当一个线上停车用户进行一个空车位的线上预约后，服务器通过信号量锁定数据库，然后将车位状态置为车位预约状态，从而可以避免同一时间另一个线上用户对同一个车位进行预约，即可以避免两个线上用户同时预约同一个车位；同时，停车场车位管理模块将相应的车位状态置为车位上锁状态，并将车位上锁，可以避免在线上用户将车停进停车场之前，线下用户将车停进该停车位，即避免了线上停车和线下停车的冲突。由于需求量大，通过多服务器模式进行区域划分，实现区域的并行，通过段页式云端索引的方式以增加单服务器运行效率，在数据量较大的情况下，可以解决数据索引效率低下的问题，且极大地提高了系统的效率和准确性，实现了服务操作一体化，真正实现共享服务。