An Intelligent Parking Management Systemfor Urban Areas
Abstract
In this article we describe a low-cost, minimally-intrusive system for the efficient management of parking spaces on both public roads and controlled zones. This system is based on wireless networks of photoelectric sensors that are deployed on the access roads into and out of these areas. The sensors detect the passage of vehicles on these roads and communicate this information to a data centre, thus making it possible to know the number of vehicles in the controlled zone and the occupancy levels in real-time. This information may be communicated to drivers to facilitate their search for a parking space and to authorities so that theymay take steps to control traffic when congestion is detected.
Keywords intelligent transport systems; parking; wireless sensor network ( WSN);
traffic; sensor; infiared
Chapter 1 Introduction
1.1 Introuction
In this article we describe a low-cost, minimally-intrusive system for the efficient management of parking spaces on both public roads and controlled zones. This system is based on wireless networks of photoelectric sensors thatare deployed on the access roads into andout ofthese areas, The sensors detect the passage of vehicles on these roads and communicate this information to a data centre, thus making it possible to know the number of vehicles in the controlled zone and the occupancy levels in real-time. This information may be communicated to drivers to facilitate their search for a parking space and to authorities so that they may take stepstocontrol traffic when congestion is detected.
The article is structured as follows: a selection of related studies is described in the second section, to provide context for our proposed system. The third section describes the system, explaining its general architecture, its mainconstituent elements,cdse method developed todetect the passage of vehicles. Tests to verify system operation are described in the fourth section andz finally, the main conclusions are presented in section five.
Chapter 2 Related Studies
Various authors have looked at developing sensor-based technological solutions to improve the use of parking spaces. According to Bagula intelligent vehicle parking space management systems may be classified according to the type of sensor detection. He distinguishes the systems that only monitor the entry or exit of vehicles from the parking area from the systems that are able to detect whether each parking space is occupied or free. Systems belonging to the first type are easier to deploy and less expensive, appropriate for monitoring the occupancy levels of large outdoor parking areas. Systems belonging to the second type provide more useful and more detailed information to users and may be combined with positioning and guidance services to help locate the available spaces. This type of system is used in indoor parking spaces and is more complex and expensive than the entry and exit monitoring systems, as it requires that each parking space is equipped with sensors and a more sophisticated communications infrastructure. Various parking space management system proposals are described below.
Tang [6] proposed a wireless sensor network deployed in indoor car parks that shows the occupancy status of each parking space. Motes (sensor nodes) equipped with acoustic and light sensors are located in each space, and periodically notify whether the space is occupied or available. Benson [7] also proposed a network-based wireless sensor system. A communication link is established by ZigBee and the electromagnetic sensors were developed specifically for this system. Lin [8] proposed a vision-based parking management system to manage an outdoor car park using cameras set up around the parking space, sending information/ including real-time display, to the ITS centre database. A scientific solution based on a GPS-based vehicle navigation system and the past and current status of the car park was proposed by Pullola [9]z who modelled the availability of a car park using the Poisson process. The author also proposed an intelligent algorithm which helps the driver choose the parking space with the highest probability of being vacant. Lee [10] proposed a combination of magnetic and ultrasonic sensors to control car parks. This system is based on a modified version of the min-max algorithm for detection of vehicles using magnetometers and an algorithm for ultrasonic sensors. Srikanth [11] proposed an intelligent parking management system, consisting of a wireless network that uses different types of sensors to detect the presence of a vehicle in every one of the parking spaces; moreover, the system informs users and guides them to the location of the available space. The networks sensor nodes communicate by radio frequency. Yoo [12] described a system, called S3, which is deployed in school zones, which is designed to detect and register vehicles driving at excessive speeds or parked in prohibited zones. This system consists of a wireless sensor network that is divided into two subnetworks: one to detect vehicles parked in prohibited zones and the other to detect vehicles travelling at excessive speeds. The sensors used are Anisotropic Magneto-Resistive (AMR) magnetic sensors, and the wireless communication link is established by ZigBee. Magrini [13] proposed a vision sensors network to monitor available spaces in public car parks, using distributed network nodes to perform the required processing and analysis of images. Chen [14] proposed a system for locating available spaces in indoor car parks and a guidance system to
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市区智能停车管理系统
摘 要
在本文中，我们描述了一种用于高效管理Parki的低成本，最小侵入性的系统在公共道路和管制区均设有空间。这个系统m基于光电传感器的无线网络，该传感器部署在进出这些区域的道路上。传感器检测车辆在这些道路上的通过，并将此信息传送到数据中心，从而可以实时了解受控区域内的车辆数量和占用水平。可以将该信息传达给驾驶员以促进他们对停车位的搜索并传达给当局，以便他们可以在检测到拥堵时采取步骤来控制交通。
关键词 智能交通系统停车处;无线传感器网络(WSN)交通;传感器;红外线
第1章 绪论
1.1引言
在本文中，我们描述了一种低成本，最少侵入性的系统，可有效管理公共道路和受控区域上的停车位。该系统基于光电传感器的无线网络，该光电传感器部署在进出这些区域的出入道路上。这些传感器检测车辆在这些道路上的通过，并将此信息传达给数据中心，从而可以知道车辆的数量在受控区域中实时查看占用率。可以将该信息传达给驾驶员以促进他们对停车位的搜索，并传达给当局，以便他们可以在检测到拥堵时采取步骤来控制交通。
在本文中，我们描述了一种低成本，最少侵入性的系统，可有效管理公共道路和受控区域上的停车位。该系统基于光电传感器的无线网络，该光电传感器部署在进出这些区域的出入道路上。这些传感器检测车辆在这些道路上的通过，并将此信息传达给数据中心，从而可以知道车辆的数量在受控区域中实时查看占用率。可以将该信息传达给驾驶员以促进他们对停车位的搜索，并传达给当局，以便他们可以在检测到拥堵时采取步骤来控制交通。
本文的结构如下：第二部分介绍了一些相关研究，以为我们提出的系统提供背景。第三部分介绍了该系统，解释了其总体架构，主要组成要素，开发用于检测车辆通过的cdse方法。第四部分描述了验证系统运行测试，最后第五部分给出了主要结论。
第2章 相关研究
许多作者都在研究开发基于传感器的技术解决方案以改善停车位的使用。根据Bagula[5]，可以根据传感器检测的类型对智能车辆停车位管理系统进行分类。他将仅监视车辆从停车区进出的系统与能够检测每个停车位是否被占用的系统区分开来。属于第一类的系统易于部署且成本较低，适用于监视大型室外停车场的占用水平。属于第二种类型的系统向用户提供了更多有用和更详细的信息，并且可以与定位和引导服务结合以帮助定位可用空间。这种类型的系统用于室内停车位，并且比进出监控系统更为复杂和昂贵，因为它要求每个停车位都配备传感器和更复杂的通信基础设施。下面描述各种停车位管理系统建议。
Tang[6]提出了一个无线传感器网络，该网络部署在室内停车场中，以显示每个停车位的占用状态。装有声光传感器的微粒(传感器节点)位于每个空间中，并定期通知该空间是否已占用。Benson[7]还提出了一种基于网络的无线传感器系统。ZigBee建立了通信链接，并且专门为此系统开发了电磁传感器。Lin[8]提出了一种基于视觉的停车管理系统，该系统使用在停车位周围设置的摄像头管理室外停车场，并将信息/包括实时显示信息发送到ITS中心数据库。Pullola[9],提出了一种基于GPS的车辆导航系统以及停车场的过去和当前状态的科学解决方案，他使用泊松过程对停车场的可用性进行了建模。作者还提出了一种智能算法，该算法可以帮助驾驶员选择空置率最高的停车位。Lee[10]提出了磁传感器和超声波传感器的组合来控制停车场。该系统基于使用磁强计检测车辆的最小-最大算法的改进版本和用于超声波传感器的传感器算法。Srikanth[11]提出了一种智能停车管理系统，该系统由一个无线网络组成，该无线网络使用不同类型的传感器来检测每个停车位中是否存在车辆。此外，系统会通知用户并引导他们到可用空间的位置。网络的传感器节点通过射频进行通信。Yoo [12]描述了一种称为S3的系统，该系统部署在学校区域中，旨在检测和注册超速行驶或停在禁止区域内的车辆。该系统由一个无线传感器网络组成，该网络分为两个子网:一个用于检测停在禁区内的车辆，另一个用于检测超速行驶的车辆。所使用的传感器是各向异性磁阻(AMR)磁传感器，无线通信链接由ZigBee建立。Magrini[13]提出了一种视觉传感器网络来监视公共停车场的可用空间，并使用分布式网络节点来执行所需的图像处理和分析。Chen[14]提出了一种用于定位室内停车场可用空间的系统和一种用于定位可用空间的引导系统。该系统的体系结构基于超声波传感器的无线网络，该传感器检测每个停车位中是否存在车辆。每个空间的状态由传感器节点传输，该传感器节点通过RFID将此信息发送到特殊的路由节点，并与每个节点通信其他用于将传感器节点发送的数据包中继到控制中心。网络具有树形拓扑。通过指示停车位状态的LED提供对空间的定位帮助。在基于图像传感器的公共停车位管理中，萨尔瓦多[15]描述了使用阈值算法的图像处理技术，以监控停车位，实现对其占用状态的高性能检测。Alessanderli[16]提出了ScanTraffic架构，用于开发一个系统来监 控比萨国际机场的交通流量和停车位;该系统还基于无线图像传感器网络。Liu[17]描述了iParking系统，该系统旨在促进室内停车场中可用空间的定位。该系统从位于停车场内的传感器接收数据，这些数据指示空闲空间，并能够使用基于智能手机功能的室内空间定位系统将驾驶员引导至空闲空间。Gu[18]提出了一-种管理公共道路.上停车位的系统。该系统称为路边停车系统(SPS)，它使用三轴磁传感器检测车辆并采用ZigBee技术进行无线通信，在车辆检测中达到接近99%的可靠性，Reve[19]也提出了类似的系统，基于无线传感器网络和LED显示系统,该系统向停车场入口点的驾驶员指示可用空间。传感器是红外的，通信是通过射频(RF)建立的。在智慧城市范式的背景下，Giuffre[20]提出了-种IPA(智能停车助手)概念架构，旨在克服当前的停车管理问题。Yang[21]提出了一个基于无线传感器网络(WSN)的智能停车服务系统原型，用于寻找免费停车位。提议的方案由无线传感器网络，嵌入式Web服务器，中央Web服务器和移动电话应用程序组成。每个停车位都有一个光传感器节点，该节点检测停车位的状态，并通过无线传感器网络定期向嵌入式Web服务器报告。使用Wi-Fi网络，该信息被实时发送到中央Web服务器，显示驾驶员移动设备上停车位的状态。Geng[22]提出了一种用于城市地区的智能停车系统。该系统的功能包括停车检测，预订保证和车对基础设施(V2l)或基础设施对车辆(I2V)通信。考虑到用户的需求，系统分配并保留了最佳停车位，该停车位结合了到目的地的距离和停车成本，从而确保有效地利用了整个停车位。该系统在波士顿大学的车库中进行了测试。Tian[23]提出了一种基于车牌识别(LPR)的智能停车管理系统，该系统可以在停车场的入口点自动识别车牌并提供车辆信息。实验结果表明，该停车管理系统可以达到95%的准确率，可以应用于实时实施。Karunamcorthy[24]提出了一种智能停车系统，该系统使用图像处理技术来解决在商业停车场寻找停车位时不必要的时间消耗问题。该停车管理系统提供有关可用停车位的信息，以及注册用户的自动付款系统。Caballero-Gi[25]提出了一种低成本的服务来预测和管理室内停车位。该服务基于使用蜂窝自动机预测停车场可用空间的中央系统，以及使用多种技术帮助驾驶员找到免费停车位的智能手机应用程序。
总而言之，对相关研究的回顾表明，大多数拟议的系统都旨在部署在室内停车场并监视单个停车位，并且它们通常包括用于定位可用空间的指导服务。从所用传感器的类型来看，这些系统主要使用红外和电磁传感器。至于无线通信/它们使用射频，而ZigBee技术是最常用的。就网络拓扑而言，使用最广泛的是树形拓扑。
本文中提出的系统旨在监视车辆进出公共道路上的室外停车区的进出，而不是监视每个可用的车位，从而降低与技术部署相关的成本，该系统已经过测试在封闭的停车场。在公用道路上,该系统不会考虑每个插槽，但它旨在提供实时占用水平的估计。从技术角度来看，它使用光电传感器的无线网络，并使用基于IEEE 802.15的6L0WPAN4通讯。它可以使用IPv6堆栈在多个通信平台上使用，这对于启用loT非常重要。IPv6提供了一种基本的传输机制，可以生成复杂的控制系统并使用低功耗无线网络以经济高效的方式与其他设备进行通信。该系统采用的neMork拓扑是树形拓扑。由于大量生产，与其他传感器相比，用于该系统的传感器的成本非常低成本方面，这些传感器在检测应用中表现出色;实际上，红外传感器已被证明具有可靠性，已广泛用于工业自动化过程中。此外，它们的紧凑尺寸使得可以将整个节点封闭在一个小盒子中。除此优点外，传感器本身和控制板的功耗都非常低，因此，每个传感器节点都将由电池和太阳能的组合供电,从而最大程度地减少了部署工作和成本，因为无需布线这种方法相对于其他方法的另一个优点是它不依赖用户的参与来满足系统的目的。不需要为车辆配备智能定位系统，也不需要用户使用技术工具来访问或更新有关停车场可用性的信息。该系统也是非侵入式的:它根本不识别车辆或其驾驶员，也不必记录或拍照。最后，该解决方案不需要比主板进行更多的数据处理，从而进一步降低了基础架构和系统成本。尽管尚未开发，但该系统旨在与公共机构共享停车位数据，从而有助于减少交通量和碳足迹。总之，如本文所见，该系统的特点是易于部署，灵活且价格适中，当合并新节点以监视到停车场.的访问道路，甚至是新传感器子网来监视新停车场时。
第3章 系统说明
为了监控停车场中可用空间的数量，将采用低成本，低能耗的WSN。这意味着在部署建议的系统的区域中将不需要复杂的部署或新的布线基础架构。传感器将实时检测道路上车辆进出位于公共道路上的停车区的通道。因此，当局和驾驶员将始终了解停车场的占用水平。实时响应是必不可少的，因为如果在更新这些数据方面存在相当大的延迟，该系统将不可行。将伪实时信息传递给驾驶员，可以避免他们不得不在道路上花费更多时间寻找停车位，这会阻碍其他车辆的流通，并增加油耗，排放和噪音污染。因此，拟议的系统将使运输监管机构能够可持续地管理公共停车场。另外，为了促进在大城市区域中的可伸缩性和灵活部署，系统可以利用虚拟化和计算范例来获取系统体系结构所需的处理和存储资源。这样可以对控制中心中的传感器网络提供的数据进行全面，集中的处理。图3-1显示了该系统正在公共道路上和受控停车场中部署。该方案表示传感器及其在接入点上的方向，以及它们与将信号中继到数据中心的网关的通信。该网关系统还可以通过LED系统提供有关两个区域的占用水平的现场信息。
图3-1 封闭的停车场和公共道路上的系统架构
3.1系统架构
该提案包括一个无线传感器网络，该网络位于公共停车场内外的道路上。这些传感器检测车辆进出停车区，并通过网络传输此信息。传感器连接到网络节点，这些节点接收传感器提供的数据并通过网络传输它们。这种类型的节点称为传感器节点。在网络拓扑中，有一个节点可以在传感器节点和数据中心之间交换数据。该节点称为网关节点。从传感器网络获得的数据在数据中心进行存储和管理，数据中心也是控制每个传感器节点操作的地方。数据中心获得的数据可以提供服务，以报告公共道路上停车位的占用水平。
网络上的每个传感器节点都将在专有平台上开发，该平台将负责收集由与该节点关联的一个或多个传感器获得的数据，解释和打包信息并通过网络进行传输。传感器节点必须具有较低的消耗水平，尽管将其放置在室外停车场时，可以增加一个小的光伏面板。
网关节点链接传感器节点和数据中心。当车辆进入或离开受监控的停车区并接收到开发或维护工程师希望通过网关从数据中心传输到网络的命令时，传感器节点会通知数据中心。
数据中心控制传感器网络并管理其提供的数据。为了执行这些过程，体系结构的该组件具有两个子系统：传感器网络控制子系统，允许技术人员配置和监督传感器网络的操作；子系统用于记录由传感器提供的数据，该子系统存储和处理数据，以便向用户（主管部门和驾驶员）提供有关系统监视的停车区状态的信息服务。为了在数据中心计算和存储资源中实现可伸缩性和灵活性，我们建议在系统中使用云虚拟化和计算范例。
3.1.1传感器节点
传感器节点发送数据包，该数据包通知车辆进入或离开受监控停车区。这些分组包括网络和节点的标识号，以标识所讨论的停车区域。每个传感器节点都会解释从数据中心收到的消息。这些数据包包含与节点发送的那些字段相同的字段，但是在这种情况下，网络和节点的标识字段将与消息所定向到的一个或多个终端相对应，而数据字段将包含消息所发送的顺序。数据中心到传感器节点。
对于节点的硬件组件，使用了两个电路板：主板和传感器板。主板包括负责数据处理和节点之间通信的组件，而传感器板则连接到传感器。这两个电路板，电池和一块太阳能电池板都装在一个IP82防护等级为82 mm x 80 mm x 85 mm的盒子中。电池为1900 mAh锂聚合物，阳极电压为3.7 M，太阳能电池板的功率输出为0.4 W（5 V / 80 mA）。
主板的主要组件是Texas Instruments [26]的CC2530片上系统
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