智慧交通

智慧交通 智慧商业 智慧安全

【设计方案】基于 Wi- Fi 和蓝牙技术的停车场智能

  针对目前停车场引导系统存在的诸多弊端,基于 Wi-Fi 和蓝牙技术的特点以及 Android 智能手机的功能,提出一种停车场智能引导系统的设计方案。

  针对目前停车场引导系统存在的诸多弊端,基于 Wi-Fi 和蓝牙技术的特点以及 Android 智能手机的功能,提出一种停车场智能引导系统的设计方案。系统采用 Android 智能手机为客户端,利用 Wi-Fi 和蓝牙技术完成手机客户端与服务器端的数据交互,实现停车场信息统一管理和汽车身份自动验证的功能;利用 Dijkstra 最短路径算法,实现室内停车场的路线引导功能。系统无需车载其他设备,且停车全过程无需人工操作。

  本系统主要由服务器端和手机客户端两部分组成。用户首先通过手机客户端搜索目的地附近的所有停车场和车位数量,选择合适的停车场和车位进行预定,然后手机地图会显示自起点到停车场入口的行车路径。到达停车场入口时,手机自动连接停车场Wi-Fi,Wi-Fi 信号强度到达阈值后,手机自动发送验证消息,停车场服务器对汽车信息和手机号进行验证,验证成功后停车场服务器给手机发送车位号和停车场内布局图,并在布局图上标明停车场入口到停车位的路径。到达车位时,手机蓝牙与停车位上的蓝牙进行自动匹配并通信,通信成功后,手机客户端通过Wi-Fi 与服务器通信,服务器端记录当前时间作为停车时间。用户取车时,手机客户端通过 Wi-Fi 与服务器通信,服务器端记录当前时间作为取车时间,并计算停车时长和停车费用,更新数据库。该系统的总体架构如图 1 所示。

  系统手机客户端采用具有 Wi-Fi、蓝牙和 GPS 定位功能的 Android 操作系统的智能手机,停车场服务器端以 PC 机作为 Socket 通信和数据存储的设备。车位用低成本蓝牙芯片( V2. 0) ,可以通过 JTAG 烧写Bluetooth 程序。网络由抗干扰能力强,传输速率高,室内的覆盖范围广的 Wi-Fi 路由器提供。

  本系统为了实现自动验证身份,减少用户行车时对手机的操作,采用后台 Service 监听的方式来实现手机 Wi-Fi 的自动连接和 Wi-Fi 信号强度检测。首先通过 get Wifi List方法得到当前 Wi-Fi 的列表,遂一判断是否与停车场 SSID 相匹配。若有相匹配的Wi-Fi,则自动连接。连接成功后通过 ScanResult. lev-el 获得 Wi-Fi 的信号强度,然后判断该 Wi-Fi 信号强度是否达到阈值。当信号强度达到阈值时,手机端自动发送用户信息到服务器。具体流程如图 2 所示。

  停车场系统中常用的路线引导算法主要有 Dijk-stra 算法、A*算法、Floyd 算法和蚁群算法。Dijkstra算法是目前解决最短路径问题的经典算法,通过有限步的迭代运算即可得到最短路径,但是效率不高,时间复杂度高,不适用于大型路网的实时计算。A*算法虽然效率优于 Dijkstra 算法,但是计算复杂,不能保证在动态路网中得到最短路径。Floyd 算法适用于动态规划,但是停车场内路线的引导只有从入口处到车位处,起点和终点的位置是固定的,所以不适用于停车场内路线规划。蚁群算法结合了贪婪算法、并行计算、分布式计算等算法,搜索最优解能力强,但是它收敛速度慢,也容易出现停滞现象,不能保证得到最优解。本系统对获得路线引导图的实时性要求不高,但需要得到最短路径。因此采用 Dijkstra 算法作为停车场内路线引导的算法。

  由 Dijkstra 算法得到从入口到车位的最短路径,记录下途经拐点的坐标值。最后使用 Java 自带的 Graph-ics2D 类在原有的停车场内布局图中画出最短路线 停车验证

  入口身份验证完成后,手机收到停车位号和停车场路线引导图的同时也会收到与车位号相应的蓝牙地址和密码,手机蓝牙会自动启动。

  蓝牙启动后,由Bluetooth Adapter 类初始化并设置广播接收器,然后注册 Intent Filter 过滤器,对收到的广播内容进行过滤,只取其中与蓝牙相关的广播消息,如是否找到、是否绑定( 匹配) 、蓝牙状态是否改变等。手机端蓝牙进行完上述操作后,等待车位的蓝牙启动与之匹配。停车场每个停车位均安装一个压力传感器和一个蓝牙节点,将蓝牙节点与车位号进行一对一绑定,并存储在数据库中。当用户的车到达车位时,压力传感器监测到压力信号,车位蓝牙模块开始工作。其工作过程分以下几个步骤:

  Step3 用 if_receive_a_frame判断是否有设备请求连接,如果有则用 decode_rec 解析协议,进行口令验证、匹配等操作。停车位上的蓝牙经过以上过程后,开始与手机端蓝牙进行自动配对。手机端将蓝牙配对的初始化、结束等一系列操作封装到 Cls Utils 类中,其中配对函数为 static public boolean pair ( String str Addr,Stringstr Psw) ,参数为接收到的蓝牙地址和密码。配对成功后,手机接收到匹配成功的消息,通过Wi-Fi 将确认消息发送给服务器端,服务器端记录当前时间作为停车时间。取车过程与停车过程类似。

  为了验证系统的实用性和可靠性,本文分别使用小米 4、小米 2 和三星 S3 这 3 款手机安装手机客户端进行测试。手机客户端首次使用需要注册才能登录使用,登录后进入系统功能界面。在主功能界面用户可选择进行查询车位、预订车位等操作。

  预订结束后用户开车到达停车场入口,在停车场入口处放置 Wi-Fi 路由器,使用多个装有该 App 的智能手机,第 1 个手机离入口 3 m( 第 1 辆车驾驶室与入口距离为 3 m) ,其余手机依次相隔 5 m( 小型车车长 + 间距) ,直线排开,表示正在进入停车场的车辆。经测试 3 款手机自动连接成功率达到 95% 以上。连接后,Wi-Fi 信号强度到达设定阈值时进行身份验证,其结果如表 2 所示。

  本文设计并实现了一种结合智能手机与无线通信技术的新型停车场智能引导系统。只需一部智能手机,即可实现车位查询和预定、身份自动验证和路线引导等功能,而且整个过程完全自动。本系统操作简单,测试效果良好,在一定程度上能够解决停车难的问题,可将其推广应用到智能住宅、医院、大型商业中心等地方的停车场,具有较广阔的应用前景。