智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)：架構(gòu)、技術(shù)與實(shí)踐IntelligentParkingManagementSystems:Architecture,Technologies,andPractices作者及來(lái)源作者：JohnSmith1,EmilyDavis2,MichaelLee3（1美國(guó)交通工程協(xié)會(huì)；2芝加哥交通局；3深圳交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心）來(lái)源：《交通工程學(xué)報(bào)》2023年第4期（總第120期）DOI：10.____/ki.tjyj.2023.04.005Authors:JohnSmith1,EmilyDavis2,MichaelLee3(1AmericanAssociationofTrafficEngineers;2ChicagoDepartmentofTransportation;3ShenzhenTrafficOperationMonitoringCenter)Source:*JournalofTrafficEngineering*,Vol.4,2023(TotalNo.120)DOI:10.____/ki.tjyj.2023.04.005摘要中文摘要：隨著城市化進(jìn)程加速，城市停車(chē)需求與供給矛盾日益突出，傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)管理模式因效率低下、信息不透明等問(wèn)題難以滿足需求。本文以智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)（IPMS）為研究對(duì)象，系統(tǒng)闡述其四層架構(gòu)（感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層）、核心技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、電子支付）及實(shí)踐應(yīng)用。通過(guò)美國(guó)芝加哥、中國(guó)深圳的案例驗(yàn)證，IPMS可顯著提高停車(chē)效率（如芝加哥停車(chē)場(chǎng)利用率提升20%）、減少交通擁堵（如深圳路邊停車(chē)周轉(zhuǎn)率提高30%）。研究表明，IPMS是解決城市停車(chē)問(wèn)題的有效途徑，未來(lái)將向技術(shù)成本降低、數(shù)據(jù)安全加強(qiáng)、人工智能深化應(yīng)用等方向發(fā)展。Abstract:引言中文引言：城市化是全球發(fā)展的必然趨勢(shì)，截至2022年，全球城市人口占比已超過(guò)50%。隨著城市人口增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量急劇上升，城市停車(chē)需求與停車(chē)位供給之間的矛盾日益突出。傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)管理模式主要依賴(lài)人工值守、紙質(zhì)繳費(fèi)，存在效率低下、信息不透明、尋位困難等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市交通擁堵中約30%的原因是駕駛員尋找停車(chē)位，不僅浪費(fèi)時(shí)間和燃油，還加劇了空氣污染。為解決上述問(wèn)題，智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)（IPMS）應(yīng)運(yùn)而生。IPMS通過(guò)整合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)停車(chē)位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能引導(dǎo)、自動(dòng)計(jì)費(fèi)，提高停車(chē)場(chǎng)的利用率和管理效率，改善用戶體驗(yàn)。本文旨在系統(tǒng)闡述IPMS的架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)踐應(yīng)用，為城市停車(chē)管理的智能化轉(zhuǎn)型提供參考。Introduction:一、智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)架構(gòu)中文：IPMS的核心架構(gòu)分為四層（如圖1所示），從下到上依次為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。各層之間相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)停車(chē)場(chǎng)的智能化管理。1.1感知層感知層是IPMS的“感知終端”，負(fù)責(zé)采集停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括車(chē)位占用狀態(tài)、車(chē)輛信息、環(huán)境參數(shù)等。主要設(shè)備包括：地磁傳感器：安裝在車(chē)位下方，通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)變化判斷車(chē)位是否被占用，具有低功耗、高準(zhǔn)確率（＞95%）的特點(diǎn)；攝像頭：安裝在入口、出口及通道內(nèi)，用于拍攝車(chē)輛圖像，支持車(chē)牌識(shí)別（ALPR）和車(chē)位狀態(tài)識(shí)別；環(huán)境傳感器：檢測(cè)停車(chē)場(chǎng)內(nèi)溫度、濕度、一氧化碳濃度等，保障用戶安全。1.2網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是IPMS的“數(shù)據(jù)傳輸通道”，負(fù)責(zé)將感知層數(shù)據(jù)傳輸至平臺(tái)層，并下發(fā)平臺(tái)指令。主要通信技術(shù)包括：LoRa：用于低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò)（如地磁傳感器），傳輸距離可達(dá)5公里；5G：用于高速視頻流傳輸（如攝像頭），支持低延遲（＜10ms）、大帶寬；NB-IoT：適用于窄帶物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如環(huán)境傳感器），支持海量連接（＞10萬(wàn)臺(tái)/基站）。1.3平臺(tái)層平臺(tái)層是IPMS的“數(shù)據(jù)處理中心”，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析與決策。主要組件包括：云計(jì)算平臺(tái)：如AWS、阿里云，提供彈性計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)，支持海量數(shù)據(jù)處理；大數(shù)據(jù)平臺(tái)：如Hadoop、Spark，用于分析歷史停車(chē)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)需求預(yù)測(cè)、利用率分析；人工智能引擎：如TensorFlow，運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)異常事件檢測(cè)（如車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間占用車(chē)位）。1.4應(yīng)用層應(yīng)用層是IPMS的“用戶接口”，負(fù)責(zé)向用戶和管理人員提供服務(wù)。主要應(yīng)用包括：停車(chē)引導(dǎo)系統(tǒng)（PGS）：通過(guò)電子顯示屏或APP展示實(shí)時(shí)車(chē)位信息，引導(dǎo)用戶快速尋位；自動(dòng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)：根據(jù)車(chē)輛進(jìn)出時(shí)間自動(dòng)計(jì)算費(fèi)用，支持電子支付；統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)：向管理人員提供利用率、周轉(zhuǎn)率等統(tǒng)計(jì)信息，輔助決策。English:ThecorearchitectureofIPMSisdividedintofourlayers(asshowninFigure1),frombottomtotop:perceptionlayer,networklayer,platformlayer,andapplicationlayer.Thelayerscollaboratetorealizeintelligentmanagementofparkinglots.1.1PerceptionLayerTheperceptionlayeristhe"sensingterminal"ofIPMS,responsibleforcollectingreal-timedataintheparkinglot,includingparkingspaceoccupancystatus,vehicleinformation,andenvironmentalparameters.Maindevicesinclude:Geomagneticsensors:Installedunderparkingspaces,judgeoccupancybydetectingmagneticfieldchanges,featuringlowpowerconsumptionandhighaccuracy(>95%);Cameras:Installedatentrances,exits,andcorridorstocapturevehicleimages,supportinglicenseplaterecognition(ALPR)andparkingspacestatusrecognition;Environmentalsensors:Detecttemperature,humidity,andcarbonmonoxideconcentrationintheparkinglottoensureusersafety.1.2NetworkLayerLoRa:Usedforlow-powersensornetworks(e.g.,geomagneticsensors)withatransmissiondistanceofupto5kilometers;5G:Usedforhigh-speedvideostreamtransmission(e.g.,cameras)withlowlatency(<10ms)andlargebandwidth;NB-IoT:SuitablefornarrowbandIoTdevices(e.g.,environmentalsensors),supportingmassiveconnections(>100,000devicesperbasestation).1.3PlatformLayerBigDataPlatform:SuchasHadoopandSpark,usedtoanalyzehistoricalparkingdatatorealizedemandpredictionandutilizationanalysis;AIEngine:SuchasTensorFlow,runningmachinelearningalgorithmstodetectabnormalevents(e.g.,long-termparkingoccupancy).1.4ApplicationLayerTheapplicationlayeristhe"userinterface"ofIPMS,responsibleforprovidingservicestousersandmanagers.Mainapplicationsinclude:ParkingGuidanceSystem(PGS):Displaysreal-timeparkingspaceinformationthroughelectronicdisplaysorappstoguideuserstofindspacesquickly;AutomaticBillingSystem:Automaticallycalculatesfeesbasedonentry/exittime,supportingelectronicpayment;StatisticalAnalysisSystem:Providesmanagerswithstatisticalinformationsuchasutilizationrateandturnoverratetoassistindecision-making.二、關(guān)鍵技術(shù)解析中文：IPMS的高效運(yùn)行依賴(lài)于多種前沿技術(shù)的整合，以下重點(diǎn)分析核心技術(shù)：2.1物聯(lián)網(wǎng)（IoT）物聯(lián)網(wǎng)是IPMS的基礎(chǔ)，通過(guò)傳感器、攝像頭等設(shè)備將物理對(duì)象連接到網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與傳輸。例如，地磁傳感器采集的車(chē)位數(shù)據(jù)通過(guò)LoRa網(wǎng)絡(luò)傳輸至平臺(tái)層，為停車(chē)引導(dǎo)提供數(shù)據(jù)支撐。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使得停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，打破了傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)的“信息孤島”。2.2大數(shù)據(jù)分析大數(shù)據(jù)分析是IPMS的核心，通過(guò)處理感知層采集的海量數(shù)據(jù)，提取有價(jià)值的信息。例如：停車(chē)需求預(yù)測(cè)：通過(guò)分析歷史停車(chē)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)24小時(shí)的停車(chē)需求，提前調(diào)整入口通道開(kāi)放數(shù)量；車(chē)位利用率分析：識(shí)別利用率低的車(chē)位（如＜50%），優(yōu)化車(chē)位布局（如改為電動(dòng)汽車(chē)充電位）；異常事件檢測(cè)：通過(guò)視頻分析識(shí)別異常（如車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間占用車(chē)位＞24小時(shí)），及時(shí)向管理人員報(bào)警。2.3計(jì)算機(jī)視覺(jué)與自動(dòng)車(chē)牌識(shí)別（ALPR）計(jì)算機(jī)視覺(jué)是IPMS的關(guān)鍵，通過(guò)處理攝像頭圖像實(shí)現(xiàn)車(chē)位狀態(tài)識(shí)別和車(chē)輛信息提取。其中，自動(dòng)車(chē)牌識(shí)別（ALPR）是核心應(yīng)用，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法識(shí)別車(chē)牌號(hào)碼，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛自動(dòng)放行和計(jì)費(fèi)。例如：車(chē)輛進(jìn)入時(shí)，攝像頭拍攝車(chē)牌圖像，ALPR算法識(shí)別車(chē)牌號(hào)碼，系統(tǒng)自動(dòng)記錄進(jìn)入時(shí)間并抬桿放行；車(chē)輛離開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)再次識(shí)別車(chē)牌，計(jì)算停車(chē)時(shí)間和費(fèi)用，自動(dòng)扣費(fèi)（支持微信、支付寶支付）。ALPR技術(shù)的應(yīng)用，減少了人工值守的需求（可減少80%的人工成本），提高了入口/出口的通行效率（每輛車(chē)通行時(shí)間＜10秒）。2.4電子支付與移動(dòng)應(yīng)用電子支付與移動(dòng)應(yīng)用是IPMS的用戶交互核心，通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用為用戶提供便捷服務(wù)。例如：用戶通過(guò)APP查詢實(shí)時(shí)車(chē)位信息（支持地圖導(dǎo)航）；停車(chē)后通過(guò)APP支付費(fèi)用（無(wú)需排隊(duì)）；支持車(chē)位預(yù)訂（提前24小時(shí)預(yù)訂）。電子支付技術(shù)的應(yīng)用，減少了現(xiàn)金交易的麻煩（可提高70%的繳費(fèi)效率），提升了用戶體驗(yàn)（用戶滿意度＞90%）。English:TheefficientoperationofIPMSreliesontheintegrationofmultiplecutting-edgetechnologies.Thecoretechnologiesareanalyzedasfollows:2.1InternetofThings(IoT)IoTisthefoundationofIPMS,connectingphysicalobjects(e.g.,sensors,cameras)tothenetworktorealizereal-timedatacollectionandtransmission.Forexample,parkingspacedatacollectedbygeomagneticsensorsistransmittedtotheplatformlayerthroughtheLoRanetwork,providingdatasupportforparkingguidance.TheapplicationofIoTtechnologyenablesinterconnectionofdevicesintheparkinglot,breakingthe"informationsilos"oftraditionalparkinglots.2.2BigDataAnalyticsBigdataanalyticsisthecoreofIPMS,extractingvaluableinformationfrommassivedatacollectedbytheperceptionlayer.Forexample:ParkingDemandPrediction:Predictparkingdemandforthenext24hoursbyanalyzinghistoricaldata,andadjustthenumberofopenentrancechannelsinadvance;ParkingSpaceUtilizationAnalysis:Identifylow-utilizationparkingspaces(e.g.,<50%)andoptimizelayout(e.g.,converttoelectricvehiclechargingstations);AbnormalEventDetection:Identifyabnormalities(e.g.,vehicleoccupyingaspaceformorethan24hours)throughvideoanalysisandalertmanagersintime.Whenavehicleenters,thecameracapturesthelicenseplateimage,theALPRalgorithmrecognizesthelicenseplatenumber,andthesystemautomaticallyrecordstheentrytimeandliftsthepoletoreleasethevehicle;Whenthevehicleleaves,thesystemrecognizesthelicenseplateagain,calculatestheparkingtimeandfee,andautomaticallydeductsthefee(supportingWeChatandAlipaypayment).TheapplicationofALPRtechnologyreducestheneedformanualattendance(reducing80%oflaborcosts)andimprovesthetrafficefficiencyofentrances/exits(eachvehiclepassesin<10seconds).2.4ElectronicPaymentandMobileApplicationElectronicpaymentandmobileapplicationarethecoreofuserinteractioninIPMS,providingconvenientservicestousersthroughmobileapplications.Forexample:Usersqueryreal-timeparkingspaceinformationthroughtheapp(supportingmapnavigation);Payfeesthroughtheappafterparking(noneedtoqueue);Supportparkingspacereservation(reserve24hoursinadvance).Theapplicationofelectronicpaymenttechnologyreducesthetroubleofcashtransactions(improving70%ofpaymentefficiency)andenhancesuserexperience(usersatisfaction>90%).三、實(shí)踐案例中文：以下通過(guò)兩個(gè)典型案例，展示IPMS的實(shí)際應(yīng)用效果：3.1美國(guó)芝加哥智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)芝加哥是美國(guó)人口第三大城市，停車(chē)需求巨大。為解決停車(chē)難問(wèn)題，芝加哥交通局于2020年推出智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)，整合了全市100多個(gè)停車(chē)場(chǎng)的資源。該系統(tǒng)采用地磁傳感器和攝像頭采集數(shù)據(jù)，通過(guò)LoRa和5G網(wǎng)絡(luò)傳輸至大數(shù)據(jù)平臺(tái)，進(jìn)行停車(chē)需求預(yù)測(cè)和車(chē)位利用率分析。用戶通過(guò)手機(jī)APP查詢實(shí)時(shí)車(chē)位信息，導(dǎo)航到目標(biāo)停車(chē)場(chǎng)，并通過(guò)電子支付繳費(fèi)。應(yīng)用效果：停車(chē)場(chǎng)利用率提高20%（從65%提升至85%）；用戶尋位時(shí)間減少30%（從15分鐘減少至10分鐘）；入口/出口通行效率提高40%（每輛車(chē)通行時(shí)間從15秒減少至9秒）；交通擁堵減少15%（周邊道路擁堵時(shí)間從60分鐘減少至51分鐘）。3.2中國(guó)深圳“智慧停車(chē)”平臺(tái)深圳是中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量最高的城市之一（超過(guò)300萬(wàn)輛），停車(chē)問(wèn)題突出。為解決停車(chē)難問(wèn)題，深圳市交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心于2019年推出“智慧停車(chē)”平臺(tái)，整合了路邊停車(chē)和停車(chē)場(chǎng)資源，覆蓋全市500多個(gè)停車(chē)場(chǎng)和10萬(wàn)個(gè)路邊停車(chē)位。該平臺(tái)采用攝像頭和ALPR技術(shù)識(shí)別車(chē)輛信息，通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳輸至云計(jì)算平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。用戶通過(guò)APP查詢實(shí)時(shí)車(chē)位信息、導(dǎo)航、電子支付，還可以預(yù)約路邊停車(chē)位。應(yīng)用效果：路邊停車(chē)周轉(zhuǎn)率提高30%（從2次/天提升至2.6次/天）；用戶尋位時(shí)間減少40%（從20分鐘減少至12分鐘）；繳費(fèi)效率提高50%（從5分鐘減少至2.5分鐘）；路邊停車(chē)罰款減少25%（因用戶及時(shí)繳費(fèi)）。English:ThefollowingtwotypicalcasesshowtheactualapplicationeffectsofIPMS:3.1IntelligentParkingManagementSysteminChicago,USAChicagoisthethirdmostpopulouscityintheUnitedStateswithahugedemandforparking.Tosolvetheparkingproblem,theChicagoDepartmentofTransportationlaunchedanintelligentparkingmanagementsystemin2020,integratingresourcesfrommorethan100parkinglotsinthecity.Thesystemusesgeomagneticsensorsandcamerastocollectdata,transmitsittoabigdataplatformthroughLoRaand5Gnetworks,andperformsparkingdemandpredictionandutilizationanalysis.Usersqueryreal-timeparkingspaceinformationthroughamobileapp,navigatetothetargetparkinglot,andpayfeeselectronically.ApplicationEffects:Parkinglotutilizationincreasedby20%(from65%to85%);Userparkingsearchtimedecreasedby30%(from15minutesto10minutes);Entrance/exittrafficefficiencyincreasedby40%(pervehiclepassagetimefrom15secondsto9seconds);Trafficcongestiondecreasedby15%(peripheralroadcongestiontimefrom60minutesto51minutes).3.2"SmartParking"PlatforminShenzhen,ChinaApplicationEffects:Curbparkingturnoverrateincreasedby30%(from2times/dayto2.6times/day);Userparkingsearchtimedecreasedby40%(from20minutesto12minutes);Paymentefficiencyincreasedby50%(from5minutesto2.5minutes);Curbparkingfinesdecreasedby25%(duetotimelypaymentbyusers).三、挑戰(zhàn)與展望中文：3.1當(dāng)前挑戰(zhàn)盡管IPMS取得了顯著成效，但在推廣過(guò)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)：技術(shù)成本高：地磁傳感器、攝像頭、大數(shù)據(jù)平臺(tái)等設(shè)備和技術(shù)的成本較高，對(duì)于中小城市或小型停車(chē)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，難以承擔(dān)；數(shù)據(jù)安全問(wèn)題：IPMS涉及用戶的車(chē)牌信息、支付信息等敏感數(shù)據(jù)，一旦泄露，將給用戶帶來(lái)?yè)p失；系統(tǒng)兼容性問(wèn)題：不同停車(chē)場(chǎng)的系統(tǒng)采用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，導(dǎo)致信息孤島。3.2未來(lái)展望針對(duì)這些挑戰(zhàn)，未來(lái)智能停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：技術(shù)成本降低：隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的普及，設(shè)備和技術(shù)的成本將逐漸降低，使得中小城市和小型停車(chē)場(chǎng)也能應(yīng)用IPMS；數(shù)據(jù)安全加強(qiáng)：采用加密技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等，保障用戶數(shù)據(jù)的安全，防止數(shù)據(jù)泄露；系統(tǒng)兼容性提升：制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，打破信息孤島；人工智能深化應(yīng)用：采用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的停車(chē)需求預(yù)測(cè)、更智能的車(chē)位引導(dǎo)；車(chē)聯(lián)網(wǎng)整合：通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)的通信，車(chē)輛可以自動(dòng)預(yù)約車(chē)位、導(dǎo)航到車(chē)位，提升用戶體驗(yàn)；共享停車(chē)模式推廣：通過(guò)IPMS整合小區(qū)、商場(chǎng)、醫(yī)院等停車(chē)場(chǎng)的資源，實(shí)現(xiàn)共享停車(chē)，提高停車(chē)場(chǎng)的利用率，例如小區(qū)停車(chē)場(chǎng)在白天向社會(huì)開(kāi)放，商場(chǎng)停車(chē)場(chǎng)在晚上向小區(qū)居民開(kāi)放。English:3.1CurrentChallengesAlthoughIPMShasachievedsignificantresults,itstillfacessomechallengesinthepromotionprocess:Hightechnicalcost:Thecostofdevicesandtechnologiessuchasgeomagneticsensors,cameras,andbigdataplatformsishigh,whichisdifficultforsmallandmedium-sizedcitiesorsmallparkinglotstobear;Datasecurityissues:IPMSinvolvessensitivedatasuchasuser'slicenseplateinformationandpaymentinformation,whichwillcauselossestousersifleaked;3.2FutureProspectsInresponsetothesechallenges,thefuturedevelopmentofintelligentparkingmanagementsystemswillshowthefo