基于RFID技術(shù)的通用停車場管理系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)與通信工程等專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文.doc

內(nèi)部公開基于RFID技術(shù)的通用停車場管理系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，社會(huì)車輛數(shù)量在不斷地上升，道路擁堵越來越嚴(yán)重，車輛停泊越來越難，小區(qū)、機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、社會(huì)停車場車 滿為患。尤其各政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位為了保障內(nèi)部安全，對出入的各類車輛進(jìn)行規(guī)范管理顯得更加迫切，既要保證本單位車輛快速出入，同時(shí)，又能兼顧對外來車 輛管理。這些工作單靠人力是很難勝任的，必須使用現(xiàn)代技術(shù)手段對車輛進(jìn)行管理。本文以南京海關(guān)機(jī)關(guān)車輛管理系統(tǒng)為例，著重探討RFID技術(shù)如何應(yīng)用于停車 場管理的通用解決方案。 RFID技術(shù)應(yīng)用于停車場管理的案例很多，大部分是針對標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)停車場管理、車輛通行管理，相對規(guī)范而簡單，而政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、住宅小區(qū)等一般停車場所進(jìn)出口地形復(fù)雜，進(jìn)出車輛復(fù)雜，因而對車輛通行管理相對復(fù)雜些。 標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)停車場管理 標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)停車場的車輛進(jìn)出通道都是分開的，且有人管理，通道寬度一般在3.5米以內(nèi)。臨時(shí)車輛進(jìn)入停車場時(shí)，先停車取IC卡，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)車輛進(jìn)入時(shí)間，同 時(shí)抓拍一張車輛車牌圖片，擋桿抬起，車輛進(jìn)入場內(nèi)停放。車輛離開停車場，收費(fèi)員人工收回IC卡，系統(tǒng)根據(jù)停車時(shí)間確定停車費(fèi)，同時(shí)，調(diào)取進(jìn)場時(shí)拍攝的車牌 照片與當(dāng)前車輛車牌圖片進(jìn)行比對，確保車輛車牌一致，防止中途換車，最后收取停車費(fèi)用，擋桿抬起，車輛離開。 一般停車場所管理 政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、住宅小區(qū)等一般停車場所的進(jìn)出通道絕大部分是共用，由于停車位比較緊張，需要對固定車輛實(shí)行通行證管理，該通行證簡 稱“電子車牌”，電子車牌由遠(yuǎn)距離、非接觸、RFID標(biāo)簽構(gòu)成，一般采用陶瓷材料的標(biāo)簽，固定在車輛前擋風(fēng)玻璃上，或者采用金屬 電子標(biāo)簽固定在車輛前牌照邊沿，標(biāo)簽一般不可拆卸，保證一車對應(yīng)一卡，車輛進(jìn)出時(shí)不用停車，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)讀取電子車牌，拍攝車輛車牌圖像，后臺(tái)系統(tǒng)比對車 輛電子車牌注冊信息，若讀取信息與后臺(tái)注冊信息一致，且通行期限有效則自動(dòng)抬起擋桿，而無須人工操作。對于臨時(shí)進(jìn)出的車輛，則可通過IC卡進(jìn)行自動(dòng)、半自 動(dòng)或人工進(jìn)行管理。南京海關(guān)車輛停車管理 南京海關(guān)機(jī)關(guān)辦公區(qū)域，地處繁華的市 區(qū)，停車場地緊張，辦公車輛及私人車輛近400輛，并且依然在不斷增加，現(xiàn)有的停車場地已不堪重負(fù)，對車輛進(jìn)出機(jī)關(guān)的管理難度越來越大。為此，南京海關(guān)領(lǐng) 導(dǎo)非常重視，決定引進(jìn)RFID技術(shù)對進(jìn)出機(jī)關(guān)的公車和私車車輛進(jìn)行自動(dòng)化管理。 南京海關(guān)機(jī)關(guān)辦公區(qū)域是一個(gè)最常見的、混合的、復(fù)雜的停車區(qū)域，其地下車庫是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的停車場，進(jìn)出口分開，不會(huì)互相干擾，只能進(jìn)出小型車輛?？墒窃撏＼噲龅?個(gè)進(jìn)出大門設(shè)置卻非常復(fù)雜：大門寬度可達(dá)68m，由于經(jīng)常有10多米長的大巴進(jìn)出，而不能對進(jìn)出通道進(jìn)行物理隔離，導(dǎo)致車輛可能同時(shí)進(jìn)出，且車輛進(jìn)出時(shí)的位置任意性很大； 2個(gè)進(jìn)出大門與門外道路呈丁字形，電動(dòng)道閘與門外社會(huì)道路僅有2到3米之隔，大門內(nèi)側(cè)道路同樣呈丁字形分布，車輛既可以直行，也可以立即進(jìn)行90右拐，從地下停車場進(jìn)口旁邊經(jīng)過； 由于內(nèi)外道路的復(fù)雜性，車輛很容易長時(shí)間堵在RFID天線的范圍內(nèi)。 參見圖1 針對以上路況的復(fù)雜性，南京三寶科技股份有限公司開發(fā)了一套通用的停車場車輛管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特點(diǎn)為： 具有通用性、實(shí)用性，適用于社會(huì)標(biāo)準(zhǔn)停車場、小區(qū)、企事業(yè)單位的車輛管理； 對于不同車輛，采用不同形式的RFID標(biāo)簽； 遠(yuǎn)距離RFID與IC技術(shù)兼容； LED誘導(dǎo)屏與短信方式結(jié)合，動(dòng)態(tài)引導(dǎo)車輛。 圖1：南京海關(guān)辦公大樓的平面布置示意圖 南京海關(guān)車輛停車管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2：南京海關(guān)車輛停車管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)服務(wù)器，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫的管理，安裝有Windows2000Server中文版和 MSSQLServer2000中文版；發(fā)卡計(jì)算機(jī)，安裝有發(fā)卡管理軟件，用于系統(tǒng)發(fā)卡管理；查詢管理計(jì)算機(jī)，安裝 有查詢統(tǒng)計(jì)軟件，用于查詢統(tǒng)計(jì)；地下車庫管理計(jì)算機(jī)，安裝通行控制軟件，控制進(jìn)入地下車庫的車輛的通行；北大門控制系統(tǒng)，安裝通行控制軟件，控制通過北大 門的車輛管理；東大門控制系統(tǒng)，安裝通行控制軟件，控制通過東大門的車輛管理。參見圖2. 軟件系統(tǒng) 南京海關(guān)車輛停車管理系統(tǒng)包括：發(fā)卡管理子系統(tǒng)、查詢統(tǒng)計(jì)管理子系統(tǒng)、地下停車場管理子系統(tǒng)、地面停車場管理子系統(tǒng)。參見圖3. 圖3：停車場系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 發(fā)卡管理子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)電子車牌的制發(fā)卡、消卡、年審等管理。 查詢統(tǒng)計(jì)管理子系統(tǒng)：查詢車輛出入地下車庫、地面北大門和東門的通行記錄，統(tǒng)計(jì)車輛通行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)查詢車輛所在位置（在停車場內(nèi)還是在外面）。 地下停車場管理子系統(tǒng)：控制進(jìn)出地下車庫車輛的通行。 當(dāng)授權(quán)車輛進(jìn)入地下車庫大門時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)讀取電子車牌、抓取車輛牌照圖片，并控制擋桿自動(dòng)抬桿；控制人員也能手工控制進(jìn)口和出口擋桿的起落；LED屏可以實(shí)時(shí)顯示出地面及地下停車場內(nèi)空車位信息。 地面停車場管理子系統(tǒng)：分為北門控制系統(tǒng)和東門控制系統(tǒng)，分別控制進(jìn)出地面北大門和東門車輛的通行?？梢愿鶕?jù)地面線圈觸發(fā)信息，確定車輛的通行方向；由 系統(tǒng)授權(quán)能進(jìn)入地面北大門和東門車輛通過大門時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)讀取電子車牌，并控制擋桿自動(dòng)抬桿，自動(dòng)抓拍通過大門車輛牌照圖片；控制人員可以手工控制北大 門和東門道閘擋桿的起落；LED屏實(shí)時(shí)顯示出地面及地下停車場內(nèi)空車位信息；將當(dāng)前地面車位狀態(tài)實(shí)時(shí)地通過LED顯示屏顯示出來。 設(shè)備選擇 用于停車場管理系統(tǒng)的讀寫器設(shè)備采用兩種方案，一種是將天線與讀寫器集成在一體的一體化讀寫器，天線增益為7.5dB，安裝在通道門頂部或通道側(cè)面位 置，這種一體化讀寫器適用于讀取標(biāo)簽距離較近，天線與標(biāo)簽相距小于6米，一般通道寬度不超過3米，安裝在地下停車場入口出。 另一種是讀寫器與天線是分開的，通過饋線連接，一臺(tái)讀寫器可以同時(shí)連接多個(gè)天線進(jìn)行工作，可使用增益大的天線，天線增益為12dB，讀取標(biāo)簽距離可以超過10米，應(yīng)用于通道較寬的場合。問題的解決 南京海關(guān)機(jī)關(guān)車輛管理系統(tǒng)除了應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)停車場所具備的功能之外，更因其環(huán)境復(fù)雜的特殊性，在進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)施的過程中必須注意解決下列難題：1、貼卡 難；2、大門太寬保證讀卡成功率；3、進(jìn)出通行不明確區(qū)分通道，電子車牌與車輛關(guān)聯(lián)，空車位與顯示數(shù)同步；4、擋桿自動(dòng)落桿。貼卡難問題 機(jī)關(guān)停車場系統(tǒng)管理的車輛90以上是內(nèi)部的公車和員工上下班駕駛的私家車，這些車輛都是長期使用的，應(yīng)貼固定電子車牌標(biāo)簽，保證一車一卡對應(yīng)，參見圖4。 圖4：電子車牌 由于目前大部分車的前擋風(fēng)玻璃上貼有防紫外線膜，這些防紫外線膜內(nèi)都含金屬介質(zhì)成份，對于讀取貼在前擋風(fēng)玻璃上電子標(biāo)簽的性能會(huì)有很大的影響。還有一部分車輛雖然沒有貼防紫外線膜，但前擋風(fēng)玻璃本身具有防紫外線功能，這部分車輛如貼上陶瓷電子標(biāo)簽，系統(tǒng)讀取性能會(huì)受到很大的影響。 為了解決金屬材料對陶瓷電子標(biāo)簽使用時(shí)影響，就需要采用金屬電子標(biāo)簽。車輛表面除玻璃材料外就是金屬外殼，從不影響車輛外觀出發(fā)，又能被讀卡器天線讀 到，最合適的安裝位置應(yīng)該是車輛的前車牌照邊沿位置，這就要求金屬介質(zhì)標(biāo)簽必須設(shè)計(jì)成細(xì)而長的外形，根據(jù)在集裝箱物流管理中使用集裝箱電子標(biāo)簽的經(jīng)驗(yàn)，對 集裝箱電子標(biāo)簽進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)以適用于車輛管理需要，專門開發(fā)了應(yīng)用于汽車上的金屬電子標(biāo)簽，外形設(shè)計(jì)參見圖5。 圖5：汽車專用金屬電子標(biāo)簽 可安裝在車輛前車牌邊框上，參見圖6。 圖6：金屬電子標(biāo)簽安裝示意圖金屬電子車牌利用螺絲固定車牌照邊框上，這樣，解決了貼防紫外線膜的影響的問題，保證了讀取成功率。大門太寬保證讀卡成功率問題 現(xiàn)場地面停車場通行大門最大寬度可達(dá)8m，不允許使用頂裝天線，天線只能安裝在大門兩側(cè)，車輛從多個(gè)方向通過大門，參見圖7。 圖7：車輛流通方向示意圖硬件安裝時(shí)要保證在同一通行方向（進(jìn)或出）安裝兩個(gè)大功率天線（天線增益12dB），分別對準(zhǔn)車輛行駛的車頭位置，確保對每一個(gè)行駛方向車輛電子標(biāo)簽的讀取。 由于對準(zhǔn)門內(nèi)或門外的兩對天線由兩個(gè)讀寫器各自控制，會(huì)出現(xiàn)當(dāng)車輛行進(jìn)出大門時(shí)，在同一時(shí)刻被兩個(gè)天線同時(shí)讀取，這樣也會(huì)影響標(biāo)簽讀取的成功率，因此， 在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)控制讀寫器天線輪流循環(huán)工作方式讀取標(biāo)簽，即讀寫器1的天線1讀寫器2的天線1讀寫器1的天線 2讀寫器2的天線2讀寫器1的天線1，這種輪流讀取標(biāo)簽工作方式，保證一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)天線在工作。進(jìn)出通行不分道，電子車牌與車輛關(guān)聯(lián)，空車位與顯示數(shù)的同步問題 由于南京海關(guān)停車場空間限制，進(jìn)出車輛都從一個(gè)門內(nèi)通過，且通行不分通道，導(dǎo)致讀取到車輛電子車牌標(biāo)簽很難與通行車輛一一對應(yīng)，且LED顯示屏主是顯示的空車位數(shù)量也很難與實(shí)際空車位數(shù)一致。這需要從硬件設(shè)備、軟件控制及管理規(guī)范這些方面進(jìn)行考慮。 硬件方面，大門埋設(shè)兩個(gè)線圈，分別位于擋桿的兩側(cè)，兩個(gè)線圈相距在一個(gè)車位長度內(nèi)（一般在2.5m以內(nèi)），必須確保每一輛通行的車輛通過時(shí)都能同時(shí)壓到 這兩個(gè)線圈，每個(gè)線圈寬度不超過0.5m，即小于兩輛車通行的間距。通過這兩個(gè)線圈狀態(tài)信號(hào)的先后變化情況，來判斷車輛的通行方向。在大門內(nèi)、外距離兩線 圏12m位置的地面安裝減速帶，限制車輛通過大門的速度，保證通行時(shí)車輛的間距。軟件方面，根據(jù)兩個(gè)地感線圈狀態(tài)信號(hào)的變化來判斷通行方向，車輛通過大門時(shí)地感線圈狀態(tài)變化，參見圖8. 圖8：線圈狀態(tài)變化示意圖 當(dāng)沒有車輛通過時(shí)，兩線線圈狀態(tài)信號(hào)為高電平（11），則為線圈初始狀態(tài)，如果發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)，先判斷是哪一個(gè)線圈發(fā)生變化，如果大門外線圈狀態(tài)先變化 （由10），則車輛由外向里通行車輛進(jìn)門，如果大門內(nèi)線圈狀態(tài)先變化（由10），則車輛由里向外通行車輛出門，其余狀態(tài)的變化， 則車輛在一個(gè)方向連續(xù)通行。為了保證讀取的車輛電子車牌標(biāo)簽與通行車輛對應(yīng)，在系統(tǒng)讀到電子車牌標(biāo)簽后，還需要根據(jù)線圈狀態(tài)的變化進(jìn)行明確的判斷，排除車 輛到大門附近掉頭或倒回去的車輛，這些車輛雖然電子車牌標(biāo)簽被系統(tǒng)識(shí)別到，但由于沒有經(jīng)過兩個(gè)線圈，系統(tǒng)應(yīng)將其排除掉，不會(huì)引起空車位的變化。管理上，規(guī)定車輛通行時(shí)保持最小間距0.5米，在大門擋桿兩邊沿通行方向畫出臨時(shí)等待車輛通行分界線，確保車輛有序通過。 擋桿自動(dòng)落桿的問題 正常情況下進(jìn)、出通道分開時(shí)，擋桿自動(dòng)落桿控制則由擋桿和地感線圈聯(lián)合完成的，一般不需要軟件系統(tǒng)介入。對于進(jìn)、出通道不分開的情況下，車輛通行情況比較復(fù)雜，不能簡單地由擋桿和地感線圈聯(lián)合控制完成，除硬件措施外還必須借助軟件控制才能實(shí)現(xiàn)。 硬件上采用雙線圈聯(lián)合感應(yīng)的工作方式，由軟件判斷是否有車輛正經(jīng)過其中一個(gè)線圈，若有則不能自動(dòng)落桿，否則，擋桿會(huì)砸到車輛。如果兩個(gè)線圈上都沒有車輛 通過時(shí)，則系統(tǒng)自動(dòng)倒計(jì)時(shí)(3秒、5秒，)，在一定時(shí)間內(nèi)沒有車輛通過線圈，則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出落桿命令，擋桿才會(huì)自動(dòng)落桿 另外，管理措施上在大門兩邊標(biāo)出非機(jī)動(dòng)車通行區(qū)域，將人行及自動(dòng)車通行與汽車通行分開，減少人行及自動(dòng)車對地感線圈的干擾，也避