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1学号：XXXXXXXX智能停车场系统的设计与分析智能停车场系统的设计与分析学院名称：化学与环境科学学院专业名称：XXXX年级班别：XXXX 级 XXXXX姓名：XXX指导教师：XXXXXXX 年 XX 月河南师范大学本科毕业论文河南师范大学本科毕业设计1智能停车场系统的设计与分析摘要本论文以郑州市质量管理中心停车场综合管理系统的智能化设计为工程背景，通过实际的现场调研，在针对停车场的日常管理流程进行梳理整合的基础上，确定了以智能车牌识别系统和智能泊车引导系统为停车场智能改造目标，并以此为基础完成了智能化停车场综合管理系统的功能性需求、非功能性需求以及系统可行性分析。论文探讨了系统实现的关键技术和相应算法，完成了智能化停车场综合管理系统的整体框架设计和主要功能模块划分，系统具体采用 B/S 架构、动态追踪技术、基于启发式 A*算法的最短路径算法和后台数据库，结合具体流程时序图完成了包括有停车场出入口控制、智能车牌识别、智能计费、智能泊车引导、系统信息管理以及车位预约等系统功能模块的详细设计和实现。关键词停车场管理；车牌识别；B/S 架构；泊车引导Design andAnalysis of Intelligent Parking SystemDoped TiO2/ACAbstractBased on the engineering background of intelligent design of parking lotintegrated management system of Zhengzhou Quality Management Center,this paper combs andintegrates the daily management process of the parking lot through actual field investigation,determines that the intelligent transformation goal of the parking lot is the intelligent licenseplate recognition system and the intelligent parking guidance system,and completes theintelligent parking lot synthesis on this basis.Functional requirements,non-functionalrequirements and system feasibility analysis of JMS.This paper discusses the key technologiesand corresponding algorithms of the system implementation,completes the overall frameworkdesign and the main functional modules division of the intelligent parking integratedmanagement system.The system uses B/S architecture,dynamic tracking technology,theshortest path algorithm based on heuristic A*algorithm and background database,and completesthe control and intelligence of parking entrance and exit with the specific flow sequence diagram.Detailed design and implementation of system functional modules such as license platerecognition,intelligent billing,intelligent parking guidance,system information managementand parking reservation.KeywordsParking lot management；License plate recognition；B/S architecture；Parkingguidance河南师范大学本科毕业设计2前言由于国内科学技术的飞速发展，很多的停车场已经具备高安全性以及高可靠性的停车场管理系统，能够做到智能化以及自动化的管理停车场，这既可以保证停车场停靠车辆的安全性，也可以减少不必要的停车场管理岗位的设立，进而降低停车场管理的资金支出，减少不必要资金的消耗1-3。因此很多的停车场已经具备较高程度的经济性，能够为车辆提供一个安全保障的停车环境。但是很多停车场智能化管理应用技术发展存在不成熟的方面，因此停车场发展的自动化程度不能够满足人们的需求，这启示要尽可能发展科学技术，及早实现停车场管理的高自动化。在停车场无管理人员参与的条件下，人们可以借助停车场的管理系统，高效率的寻找到车位，快速停车即为自动化。停车场管理模式智能化以及自动化的实现，不仅仅可以有效降低人为因素造成停车困难问题出现的概率，也可以为停车场管理部门减少一定的资金支出，有效减少管理的成本。由此可见，高效率、低成本的停车场智能管理系统的建立已成为国内社会发展的一个不可避免的趋势1系统相关技术1.1B/S 架构B/S 架构是该系统当中重要的组成部分。通过这一架构不但能够简化整个系统运行的流程，而且还能够有效的减少各项成本的投入。在此基础上，B/S 架构当中根据系统需求的不同而分为三个层次4-5。其中，从部署的角度出发，将其分为基础数层；从维护的角度出发，将其分为服务层；从管理的角度出发，将其分为表现层。每一个层次都对应着各自的信息，彼此紧密联系，共同来促进系统的有效运行。1.2车牌识别技术LPR 是市场当中最为常见的车牌识别系统，在对其结构进行划分时，主要包括三个部分。其中，第一个是图像采集、第二个是识别软件，第三个则是中央处理器。在实际运用的过程中，还需要利用数据库来实现各自的特性6-9。系统运行时，一旦检测到车辆，便会通过图像采集来给出对应的信号，然后识别软件便能够接收到信号便能够对其进行处理，在这一过程中获取车牌信息，将其与数据库对应。能够直观的了解到该系统当中的各个组成部分。1.3智能泊车引导停车场自动泊车引导系统采用的是路径规划算法来实现对车辆进行智能化引导，首先河南师范大学本科毕业设计3需要指导停车场内的车位空余情况，然后根据实际情况来通过相关算法来得到最短停车路径，并在手机系统上进行路线提示用户将车位停放发到最佳位置10。本文采用的是 Dijkstra最短路径算法，采用的单源最短路径问题是借助 Dijkstra 算法来通过最优的方法寻找到最短的路径。2系统需求分析2.1功能需求分析2.1.1系统用户1.管理员用户在系统用户当中，管理员的主要工作是对系统中的用户信息进行管理，同时进行收费以及其他事物的管理。如图 2.1。图 2.1 系统管理员用例图2.客户系统平台给客户提供的服务内容主要是让客户可以从系统中随时查看个人的停车时长、费用、车位等信息，了解停车场中的车位情况与停车缴费情况，甚至还可以通过系统平台来进行反向寻车，引导客户在场内进行泊车。如图 2.2 所示。图 2.2 客户用例图河南师范大学本科毕业设计42.1.2系统业务流程在系统框架中，主要分为五个功能模块分别处理不同的业务需要，其中包括对汽车号牌进行识别，处理相关车辆的基础信息，将节点信息添加到网络当中，对智能化停车的软件进行设计，对车辆在停车场中的路径进行规划等，详细的框架流畅参见下图 2.3 中所示。图 2.3 系统总体软件流程框图在下图中，是智能化停车系统的整体结构流程图 2.4 系统的运作流程河南师范大学本科毕业设计52.1.3系统数据流从功能上来看，控制中心主要由四个部分共同构成，分别是车牌识别、泊车引导、系统管理、出入口控制等模块。土如图 2.5 所示。图 2.5 系统的数据流程图2.1.4系统数据流根据上面的需求描述对其深入分析后，考虑本系统的实验室研究环境，对于停车场的功能需求分析本系统将构建以下四个子系统：出入口控制系统、智能车牌识别系统、智能泊车引导系统、系统管理。第一，出入口控制系统。当车辆开始进入停车场时，能够自动抓拍车辆照片，并将采集到的图像保存起。第二，智能车牌识别系统。采集到车辆图片后自动进行车牌识别，并和数据库里的记录作对比，登记用户自动放行，新用户的车牌信息自动添加入库，记录出入库时间。第三，智能泊车引导系统。快速引导车辆进入最佳停车位。车辆入场后，通过地灯快速引导车辆进入最佳停车位，节省用户时间；车辆进入分配车位后喇叭响一声提示正确进入，若进到的车位不对则进行报警提示。第四，系统管理。完成后台数据查询，统计，用户管理等操作。2.2非功能需求分析2.2.1安全性对于整个管理系统来说，所有功能的实现均是基于数据信息而进行的，这也是整个系统的重要内容，数据安全性是否完整关系着整个系统的稳定性能11-12。因此，处于安全考虑，在系统结构架构上如果采用 B/S 架构的话，其在数据的保密安全方面要远远不如 C/S架构，而要提升整个系统的安全性能。2.2.2可靠性系统运行的主要地点是在服务中心，这就要求整个系统必须要能够确保稳定，在用户访问或操作中不会有系统崩溃的情况发生，因而系统中的每一个模块响应时间要能够达到河南师范大学本科毕业设计6及时有效，不能出现操作点击之后，模块的运行要经过很长时间。2.2.3稳定性对于智能化停车场管理系统来说，其数据信息十分庞大，在高负载的情况下要能够确保服务器正常工作，因此在进行系统设计的时候就需要考虑整个系统的稳定性，即便是同时在线访问的人数超出了预期，也不能让系统负载运行，最终出现某些功能模块不能正常工作13-15。3系统设计3.1系统框架与功能模块设计3.1.1系统框架由图 3.1 可知智能化停车场综合管理系统包括四个模块：出入口控制模块、智能车牌识别模块、智能泊车引导模块、管理模块。图 3.1 系统总体设计框架图3.1.2出入口控制模块如图 3.2 所示为智能化停车场综合管理系统出入口控制模块。包括出口控制、入口控制和车辆检测。图 3.2 出入口控制模块将车辆检测控制装置安装在停车场的出入口处，一旦有车辆经过检测装置便会自动识别车辆的号牌，同时地感线圈自动对车辆进行识别与信息的采集，控制场地内的监控实施河南师范大学本科毕业设计7传送车辆在停车场中的路径图像并进行录像。具体控制流程详见以下图中的模块时序。图 3.3 出入口控制模块时序图3.1.3智能车牌识别模块如图 3.4 所示为智能化停车场综合管理系统智能车牌识别模块，包括车辆识别，图像采集。图 3.4 智能车牌识别模块在停车场中，如果有车辆经过入口，在此前便会对该车辆信息进行记录，同时一并采集车辆的颜色、车牌等信息，同时将采集到信息传回数据中心。当车辆从出口处驶出的时候，系统会再次对该车辆进行图像的采集，同时将采集到的信息与数据库中信息进行比对，如果核实无误的时候便可对该车辆进行放行，而一旦车辆信息不存在，系统会自动传入管理界面并将相关的信息数据上报给公安机关，并发出报警警报。河南师范大学本科毕业设计8图 3.5 智能车牌识别时序图3.1.4智能泊车引导模块如图 3.6 所示为智能化停车场综合管理系统智能泊车引导模块，包括车位检测和信息提示。图 3.6 智能泊车引导模块泊车引导：在该模块当中主要对车辆在场地内的泊车情况进行反馈，同时引导其停放到车位上。在场内的泊车引导主要通过微信小程序、显示屏、车辆检测信息以及车牌管理系统来共同完成。图 3.7 智能泊车引导时序图3.1.5管理模块河南师范大学本科毕业设计9如图 3.8 所示为所示为智能化停车场综合管理系统的管理模块，包括管理员登录、客户管理、收费管理、其他管理。图 3.8 管理模块其主要的功能作用就是将系统中的各类控制指令与相关数据发送给中终端，并将收集到的信息进行分析处理。同时在功能管理模块中，车辆的停车信息会被实时记录；对整个停车系统中车辆停放的费用等进行计算，固定或临时用户进入停车场后，自动查询车辆的相关信息和记录；通过场地中的信息输出设备将空车位的信息传递给用户；在系统后台能够对相关数据进行处理并最终形成报表呈报给财务管理部门进行打印。图 3.9 系统管理时序图3.2数据库设计3.2.1系统 E-R 图下图 3.10 中的结构关系。河南师范大学本科毕业设计10图 3.10 系统管理时序图3.2.2物理设计由于数据库表较多，本节只显示主要数据库表。表 Ad min 用来保存管理员的基本信息，其中字段 Admid 是该表的主键，关于表中字段及其说明如表 4.1 所示。表 4.1 管理员表 Ad_min序号名称类型是否为空说明1Ad_idvarchar(25)N管理员编号2Ad_namevarchar(25)N管理员名称3Ad_passvarchar(30)N管理员登录密码4Ad_roleintN管理员权限表 Che_Detail_lot 用来保存停车场停车位详细信息，其中字段 Chewei_ID 是该表的主键，关于表中字段及其说明如表 4.2 所示。表 4.2 车位详细信息表 Che_Detail_lot序号名称类型是否为空说明1Chewei_idvarchar(30)N停车位编号2Chewei_statevarchar(30)N使用状态3Chewei_sizevarchar(30)N车位大小表 Yonghu 用来用户的基本信息，其中字段 chepaiID 是该表的主键，关于表中字段及其说明如表 4.3 所示。表 4.3 用户信息表 Yonghu序号名称类型是否为空说明1Yonghu_namevarchar(30)N用户的姓名2Yonghu_passvarchar(30)N用户的密码3Yonghu_phonevarchar(30)N用户手机号4ChepaiIDvarchar(30)N用户车牌号河南师范大学本科毕业设计115Yonghu_IDvarchar(30)Y用户证件号码表 Feiyong 用来停车费用的基本信息，其中字段 ChepaiID 是该表的主键，关于表中字段及其说明如表 4.4 所示。表 4.4 停车费用表 Feiyong序号名称类型是否为空说明1Chepai_idvarchar(30)N用户车牌号2Che_rutimedatetimeN车辆进入车库时间3Che_chutimedatetimeN车辆出车库时间4FeiyongsumfloatN费用求和5JiageintN单次费用表 Quanxian 用来存储管理员权限的数据表，其中字段是该表的主键，关于表中字段及其说明如表 4.5 所示。表 4.5 管理员权限表 Quanxian序号名称类型是否为空说明1Qx_idintN管理员权限编号2Qx_namevarchar(30)N权限名称表 Yonghu_chewei 用来存储用户信息、停车场详细、停车场详细信息之间关系的数据表，其中字段 Chepai_id，Chewei_id 是该表的主键，关于表中字段及其说明如表 4.6 所示。表 4.6 用户车位信息表 Yonghu_chewei序号名称类型是否为空说明1IdintN2Chepai_idvarchar(30)N用户车牌号3Chewei_idvarchar(30)N停车位编号4系统详细实现4.1出入口控制4.1.1入口控制车辆出入停车场是智能化停车场综合管理系统的重要环节。入口处有摄像头专门拍摄车牌，并录入到系统中进行对比，当判断系统库中有该车牌，则正常提示车牌信息，并抬杆放行。当判断系统库中没有该车牌，则提示临时车辆，并提示人工操作。入口控制示意图如图 4.1 所示。河南师范大学本科毕业设计12图 4.1 入口控制示意图车辆入场流程图如下图 4.2 所示。图 4.2 入口控制流程图4.1.2出口控制在车辆出场的整个过程中，也是通过车牌识别判断车辆信息，判断车辆是否需要缴纳停车费以及金额大小。当通过现金，微信，支付宝等缴纳停车费用成功后，即可抬杆放行，如图 4.3 所示。河南师范大学本科毕业设计13图 4.3 出口控制示意图在系统设计当中，用户可以直接通过手机来完成缴费后再将车辆驶出，所以在停车场的出口处需要用户对缴费情况进行确认，当费用缴纳成功完成之后，系统会自动对用户进行放行，而没有缴费的用户则需要在离场的时候完成缴费才能被放行。车辆出场流程图如图 4.4 所示。图 4.4 入口控制流程图河南师范大学本科毕业设计14在停车场管理系统当中，主要的工作流程也即是用户的停车与取车的过程。在此，系统中将用户进行了不同类别的划分，一种是固定用户，经常在场内进行停车；另一种是临时用户。经常在场内停车的用户通常离停车场不远，对车位的使用有着一定的规律性，且使用的频率较高，时间较长，对于这部分用户采用月卡或年卡的方式来进行管理，也就是让他们定期交付相应的停车费用来进行停车。而对于临时用户而言，只是短暂的使用车位进行停车，他们对停车场的使用率较低，而且有着很强的随机性。不论是哪一类型的用户在进出停车场的时候均需要系统对车牌进行识别。不论哪种车辆都需要经过出入口，通过车牌识别系统进出。如图 4.5 所示为出入口控制模块界面图。图 4.5 出入口控制模块界面图4.2智能车牌识别本次研究创新性的引入了先进的动态追踪技术，从而有效的避免了以往图像模糊、遮挡等一系列不足。在收集图像的过程中，以集每秒 30 帧为标准，首先对其进行识别操作，然后通过反复对比的途径来保证准确率最大化，最终将其输出处理。与此同时，本次研究还重点针对车牌识别算法系统来进行研究，并按照不同因素当中存在的识别问题来给出相应的方案。河南师范大学本科毕业设计15图 4.6 智能车牌识别模块界面图4.3智能泊车引导当用户第一次进入车库时，需要打开手机微信扫描门口的二维码进入小程序，然后按照步骤填写完整手机号，车牌号，姓名等信息将微信和车牌号绑定。点开泊车引导功能模块，用户可以看到当前车所在的位置，以及系统提示要走的路线和到达的车位的位置。当用户未选择系统提供的路线时，后台会自动重新优化当前最优的路线和停车位，用户可以清楚的在手机上看到最短路线优化图，如图 4.7 为手机泊车引导界面。图 4.7 手机微信泊车引导4.4 系统管理4.4.1管理员登陆管理该功能模块主要针对的是系统管理员的登录以及相应的权限进行管理。在系统管理员河南师范大学本科毕业设计16当中也有着不同权限的分配，根据分配权限的不同可以分为高级管理员和一般管理员两种。高级管理员有着对一般管理员的管理权限，能够对普通管理员账号进行添加与修改。一般管理员则主要管理的是车辆的信息，其中主要管理车辆的费用、车位、月卡、费用结算等情况。如图是系统管理模块登录界面图。图 4.7 系统管理员登录界面图4.4.2收费管理停车场的主要目的最终还是为了创造收益，这也是维持停车场常态化运行的关键。对停车场进行管理与维护的人员费用和硬件设备费用等都需要有着一定的收益才能得到保障，同时也是推动停车场实现智能化管理的重要动因。收费不仅是传统停车场的主要功能，在停车场的智能化管理当中收费依然是主要的因素。如图是收费管理界面图。图 4.8 收费管理界面图河南师范大学本科毕业设计174.4.3客户管理该模块当中所管理的用户主要是长期用户，对这部分用户和车辆的信息进行添加与维护。如图是客户管理界面图。图 4.9 客户管理界面图4.4.4其他管理1.用户管理图 4.10 用户管理界面图用户管理主要是针对使用系统的管理员而言，对这部分人进行相关信息的管理，而该功能主要的使用者是高级管理员，通过他们能够增加、删减、修改以及查询一般管理员的相关信息，同时还可以对密码等进行修改、找回等操作。用户管理模块中的信息与操作与系统管理员信息表中的信息一致，操作的方式也与用户操作的方式相同。河南师范大学本科毕业设计182.打印报表打印报表主要功能就是讲系统中的各类数据信息进行汇总统计，并最终以报表的形式进行呈现，报表时可以通过打印机设备来进行直接打印的。4.11 报表界面图5系统测试5.1功能测试在本系统架构当中，所涉及到的功能相对而言还是比较多的，因而在本章节当中对这些功能进行检测结果的描述，具体内容如下：对车辆号牌的智能化识别情况表 5.1 中所示。表 5.1 智能车牌识别序号测试内容单元测试结果集成测试结果1车牌拍照可以正常拍照通过2图像处理可以完成图像处理3车牌识别可以正常识别车牌4自动放行可以自动放行从表 5.1 可知，单元测试均通过，集成测试也通过。可以正常拍照，可以完成图像处理，可以正常识别车牌，可以自动放行。智能泊车引导如表 5.2 所示。表 5.2 智能泊车引导序号测试内容单元测试结果集成测试结果1车位检测可以检测到车位状态通过2信息提示可以显示相关信息3路线引导可以显示引导路线从表 5.2 可知，单元测试均通过，集成测试也通过。可以检测到车位状态，可以显示相关信息，可以显示引导路线。河南师范大学本科毕业设计195.2性能测试首先，对服务器端的性能进行测试。本系统所选用的服务器，主要的硬件设备包括 IntelXeon E7540 2.GHz(8 处理器)，系统硬件内存 8G，搭载 Windows2008 操作系统，IIS7.0 浏览器，DB 为 SQL Server 2008。通过使用 windows2008 性能监视器和可靠性对硬件系统进行一个小时的计数测试。最终得出的数据信息参见下表 5.3。表 5.3 服务器端测试序号项目性能1每秒 HTTP 请求数平均约 29 次2系统 W3WP 进程占用内存平均约 243.88M3系统 W3WP 进程占用 CPU平均约 2%4缓存 URI 数平均 51 个5文件缓存内容使用情况平均 82520 字节其次，对系统客户端口进行测试。在测试当中，客户端的配置型号为戴尔 Optiplex 980计算机，其硬件配置为 I5（Intel Core i5 3.33GHz）处理器，内存容量 4G（其中可用内存3.49G），系统搭载 windows7 旗舰版操作系统。在客户端计算机上通过 http 的请求条件对最具代表性的功能页面进行抽样测试，最终测试的结果参见下表 5.4。表 5.4 客户端测试序号项目性能1出入口控制模块约 0.3 秒2智能车牌识别模块约 0.5 秒3智能泊车引导模块约 0.7 秒4系统管理模块约 0.3 秒经过上述方法对系统的性能以及相应的功能进行测试后，根据测得的结果可以看出系统设计能够满足整个项目设计的需求，在测试中系统运行比较稳定，所有的工作均正常，系统界面、页面的反映速度都在可接受的范围之内。参考文献1 罗莹,吕俊峰,杨庆.停车场车位引导系统的应用研究J.科技创新与应用,2018(8):30-31.2 杨志强.智能车牌识别系统在校园车辆进出管理上的应用J.自动化应用,2017(3):9-10.3 吕跟来.停车场智能停车引导系统J.电脑知识与技术,2017,13(25):167-169.4 胡玥.基于 RTMS 数据的区域机动车积累量分析和可视化D.浙江大学,2017.5 饶卫振.大规模动态车辆路径问题优化方法研究D.大连理工大学,2012.6 彭奕华.停车场视频监控管理系统J.自动化与仪器仪表,2017(9):134-137.7 赵豪,蔡延光,谢湘平.基于车牌识别技术的在智能停车管理系统研究J.电子世界,2016(1):150-151.8 韩越.基于智能车牌监控识别系统实现进出校园车辆管理J.电子世界,2016(2):73-75.9 李宗正,张民,张炜,等.基于停车时间最短的车位引导系统设计J.工业控制计算机,2017,30(1):102-103.河南师范大学本科毕业设计2010 安旭,许凌云,刘松.基于 RFID 的智能立体停车场管理系统的设计与实现J.电子设计工程,2017,25(7):119-122.11 高璐.智能交通车牌识别系统设计J.电脑知识与技术,2017(16):168-169.12 梁宏,刘琦.车牌识别系统开发与实现J.数码世界,2017(8):83-84.13 付华明.基于人工神经网络的嵌入式车牌识别系统设计D.湖南科技大学,2017.14 赵军,李佳,刘泽俊,等.智能停车场管理系统设计J.软件工程,2017,20(2):44-46.15 郑立玲,谢锡锋.基于ZigBee技术的智能停车场管理系统设计J.电脑知识与技术,2014(8):1790-1792.致谢本次论文的写作除了我自身的辛勤努力外，最应该感谢的就是指导老师。在论文的撰写过程中，老师的做人做事风格和对待学术的观念是最值得我学习的。从前期的批改到最后的定稿，指导老师更了我很大的帮助，任何问题都会耐心地帮助我去研究和探索。在学习的过程中，老师的严谨让我佩服之至，充分展示了一个学者应该具有的治学态度。在此，由衷地感谢老师们在论文的撰写过程中给我的诸多帮助。最后，我要再次向百忙之中抽时间对本文进行审阅的老师表示感谢！XXXXXXX 年 XX 月于河南师范大学新联学院