基于Dupline®总线的智能停车管理系统的设计与应用
【摘 要】本文结合工程实际，介绍了Dupline®总线的主要特点以及智能停车管理系统的组成，详细阐述了车位引导和反向寻车系统在大、中型地下停车场中的功能及应用。
【关键词】停车引导 反向寻车 智能管理 设计应用
1 引言
随着国民经济的快速发展，各停车场车流量日渐增多，日常保安与管理工作日渐繁重，用户对停车场管理的要求也越来越高；而目前大多数停车场都存在着找车位难、费时费力，停车场内空气污浊，车主取车时找不到自己的车等问题，严重影响了用户的情绪及办事效率，同时也间接影响到交通的畅通。我国交通能耗已占全社会总能耗的20%，如不加以控制，将超过工业能耗，达到总能耗的30%。应用智能停车管理引导系统可提高停车场的运转效率，同时降低通风需求并达到节能的目的；因此在上述背景下，开展对智能停车管理引导系统的研究与应用显得尤为重要。
2 Dupline®总线
Dupline®总线是一种现场及安装总线，能够为建筑设备自动化系统、能源管理系统、智能停车管理系统及其他领域的智能化系统提供良好的解决方案。应用Dupline®总线的智能化系统可采用模块化设计将各种Dupline模块产品，包括数模I/O模块、可编程逻辑控制器（PLC）和个人计算机接口、人机界面和调制解调器等连接至同一条双芯线缆，从而在模块间以及中央控制器和模块间实现数据交换——该系统通过普通双芯线缆传输数字和模拟信号的距离可达数千米。Dupline®总线技术的主要特点如下：
◆ 可远距离传输，传输距离达10km，不需要中继器；
◆ 操作简便，高度抗噪；
◆ 可自由拓扑，灵活组网；
◆ 对线缆无特殊要求，可利用原有线缆；
◆ 可与PLC和个人计算机接口灵活连接；
◆ 通过GSM调制调节器、无线电调制调解器或光缆传输。
由于大中型停车场面积大，通信传输线路长，而Dpline®总线具有传输距离远、抗噪能力强等特点，故Dpline®总线非常适用于智能停车管理引导系统。Dupline®总线系统在停车引导系统的应用中使用3芯线缆，这使得通过其为系统提供电源成为可能。
3 智能停车管理系统组成
智能停车管理系统主要由停车收费管理系统、车位引导系统和反向寻车系统组成。
3.1 停车收费管理系统
收费管理系统由发卡中心、收费计算机和现场设备组成。现场设备有入口票箱、出口票箱、道闸、车辆感应器（地圈）和摄像头。收费计算机由收费电脑、小票扫描枪和停车场收费及车位引导管理软件等部分组成。发卡中心由办公计算机、停车场财务管理软件、接触式IC卡读写器，非接触式IC卡读写器等构成。整个系统可联网，也可脱机运行，运行成本较低，性能稳定，外形美观且具备良好的可扩展性。
系统入口设备主要包括智能停车系统票箱、自动出票机、智能停车系统闸机、地感线圈和车辆感应器、摄像机、图像采集卡、车辆诱导屏及LED信息发布屏等。出口设备主要包括智能停车系统票箱、智能停车系统闸机、地感线圈和车辆感应器、摄像机、收费电脑、图像采集卡、条码扫描枪等。后台发卡中心设备主要包括停车场管理软件、接触式读卡器或非接触式读卡器等。
3.1.1 设备主要功能
（1）智能票箱
票箱是出入口管理的核心工具，带有射频卡读卡头和LED汉字显示屏。入口票箱可识别不同的用户卡并相应地自动控制道闸的开启；出口票箱则可根据不同的卡相应的计算停车费用并自动放行，或者收卡并由管理员按“确认”键放行。出口票箱有两种收费模式，在脱网模式下，收费清单会自动保存在收费员卡中。
（2）自动出票机
自动出票机用于临时停车。停车者到取卡箱前按键取票（凭车取票、一车一票）。票箱自动打印出一张小票，同时控制道闸开闸；离场时此票交给收费人员，扫描枪读取其数据，票箱自动计算费用，收费人员收费、确认后放行。收费电脑发生故障时，可依据入场小票进行手工收费。
（3）自动挡车道闸
自动挡车道闸为控制车辆出入的关口。除了能极其频繁地工作外，车闸还应有发热保护、防砸车保护等功能。
（4）车辆检测器
车辆检测器是收费系统感知车辆进出停车场的“眼睛”，须可靠及灵敏，以保证系统能安全准确地运行。
（5）收费电脑
收费电脑位于出口岗亭内。停车者在出口刷卡时，计算机屏幕会自动显示相关车辆在出入口的图像，以便进行比对，并以语音和文字的形式提示停车费用。
（6）LED信息发布屏
LED信息发布屏用于停车场信息，包括车位信息、广播信息等的发布。
（7）摄像机
摄像机位于出入口，用于抓拍车辆图像。
（8）停车场财务管理软件
停车场财务管理软件是专为停车场开发的管理软件，可连接读卡器发放用户卡、内部管理卡，回读和管理各种本系统的卡，还可用于统计管理。
（9）读卡器
读卡器与计算机串口相连，主要分为接触式读卡器和非接触式读卡器两种。接触式读卡器可配合停车场管理软件进行管理员卡和收费员卡的发放，并可回读这两种卡；非接触式读卡器则可配合停车场管理软件进行用户卡的发放，并可回读用户卡，还可以给充值卡充值，为长期卡续费。
3.1.2 停车用户卡的种类
（1）贵宾卡：该卡发出后由用户持有，没有有效期限制；在出入口刷贵宾卡时，系统会显示卡名称、车牌号并自动抬起闸机。
（2）长期卡：该卡发出后同样由用户持有，但带有有效期限制。持卡人在其有效期内可以免费或部分时段免费停车；超出其有效期后，必须在后台管理软件上续费、增加有效期后才可以继续使用。刷长期卡时，系统也会显示卡名称、车牌号。长期卡具有反潜回功能。
（3）临时卡：该卡平时由入口的收费员持有；临时停放的车辆进入停车场时，由收费员刷卡计时后交给司机；系统自动抬起闸机，准许车辆进入。临时停放的车辆离开停车场时，在出口刷卡并按照停车时间交费后，出口收费员收回此卡以便循环使用，按“放行”按钮，闸机放行车辆。
（4）充值卡：该卡发出后由用户持有，卡内存有一定的金额。持卡人驱车进入停车场时刷卡后，闸机自动放行；离开停车场时，如卡内余额为零，系统将在持卡人刷卡后禁止通行，票箱将提示“余额不足”。此卡可循环充值使用。
（5）放行卡：该卡由入口和出口收费员持有，可多次刷卡，以便特殊车辆出入。
3.1.3 停车场内部管理员用卡
（1）管理员卡
系统脱网运行时，在使用前必须用管理员卡对每台票箱进行初始化。管理员卡中存有停车场的费率和系统编号等参数，停车场每更改一次费率，都需要用管理员卡对票箱进行设置修改。
此外，管理员卡还可以用于票箱的时间调整：将管理员卡插入票箱，同时按下放行键和非正常放行键，票箱显示屏会显示“校×”，年的高位默认为“20”；此时即可按非正常放行键进行年、月、日、时、分的切换，按正常放行键调整数值；调整完毕后票箱恢复正常显示，拔出管理员卡，将票箱关机后重新开机即可使用。
（2）收费员卡
收费员卡由收费员持有。在系统脱网运行时，每个收费员应使用自己的收费员卡记录自己工作期间的数据。发放收费员卡时，通过停车场财务管理软件的出入口管理菜单增加出入口的名称和对应的票箱编号（票箱的地址）；此后，此卡只能在指定的收费口使用。将该卡插入已完成初始化的出口票箱内，屏幕会显示收费员卡，该出口的每笔记录都会保存在卡内。收费员定期到后台管理软件回读此卡（回读出的交易清单可汇总结算），而后重新开始新的工作记录，完成停车场的日常管理工作。
3.2 停车引导系统
停车引导系统能够引导驾驶者通过最短的路径找到停车空位，帮助用户节省宝贵的时间，同时也能提高用户的舒适度，降低搜寻空车位及抢位给用户带来的压力与不满情绪。
停车引导系统可不依赖PC而自成一个独立系统，并且能处理多达60000个的传感器信号（用PC检测车位状态的停车引导软件仍然可以作为一种选择）。该系统由L1和L2两级总线连接。传感器总是连接在L1级总线上，一个完整的系统由若干个L1级总线组成，每个L1级总线最多可连接123个传感器。系统应用被设置为Slave模式的监测器（即从站监测器）GP3482 9091 724来监视与其连接的传感器的状态，并控制显示屏的显示。系统可安装多达480个的Slave模式监测器，它们中的任意一个都能由配置单元设置监测一定数量的传感器。停车引导系统接线原理如图1所示。
图1 停车引导系统接线原理图
L2级总线在系统中仅有一根，主要用来连接其他的Slave模式下的车位监测器，使一些连在L2总线上的，被设置为“summarizers”模式（即需要统计的master模式和master indicator 模式）的车位监测器可以通过合计其他Slave模式车位监测器检测到的空车位的数量得到总空车数量，并将空车位数量发送到所连接的引导屏上进行显示。
停车引导系统主要由主通道发生器、车位监测器、LED引导显示屏、车位传感器、被动LED指示灯、编码和测试单元以及可选择使用的中继器和电源耦合器等组成。
3.2.1 停车引导系统主要设备
（1）主通道发生器
系统通过Dupline®主通道发生器（GP3496 0005 700）控制三线制总线。三线制总线包括信号线、DC电源线、公共地线，系统只需要这三根线就可以完成供电和Dupline®总线通信。为了使Dupline®和DC电源能共用地线，二者的同步是必须的。标准的DC电源在为传感器供电之前，须先连接到主控模块，与Dupline®载波信号同步。主通道发生器与传感器的接线如图2所示。
图2 主通道发生器与传感器的接线图
停车主通道发生器GP3496 0005 700 主要有以下四个功能：
◆ 充当Dupline®通道发生器，为3线系统供电；
◆ 提供RS232/RS422/RS485接口；
◆ 利用四个专用的Dupline®地址产生停车场引导系统的同步信号；
◆ 为L1总线上的传感器供电。
（2）车位监测器
车位监测器连接于两级独立的总线，即L1和L2上。系统以L1级总线连接传感器，L2级总线连接其他的“Master indicator”车位监测器或“Master”车位监测器；也可以通过RS485总线连接一个或几个显示屏。
该监测器共有四种模式：
◆ Slave模式，从L1总线上的123个传感器中采集数据；
◆ Roof模式，依靠停车场入口和出口的传感器来统计停车场中空车位数；
◆ Master模式，连接到L2级总线并统计整个停车场的空车位数量（Master车位监测器产生系统同步信号，每个系统只能有一个Master监测器）；
◆ Master indicator模式，连接到L2级总线并计算特定区域的空车位数。
（3）LED引导显示屏
LED引导显示屏用于显示车位监测器送来的数据。LED显示屏是一个多功能且能显示多种图形的屏幕，比如可以采用不同的颜色清楚地显示动态文本、箭头、残疾人标志等。
（4）车位传感器
在每个车位上方安装一个超声波车位传感器，用来检测车位是否被占用。该车位传感器采用超声波测距原理，能可靠地检测车位上是否停放有车辆，不存在红外、微波等检测方式容易受外在环境变化或干扰的影响出现误报的问题。车位传感器由上而下发出超声波，分析汽车或地面的反射波，精确测量出反射面到探测器的距离，由此判断出准确的车位停车情况。
（5）LED车位状态指示灯
LED车位状态指示灯安装于每个车位前，配合车位监测器使用，用于显示该车位是否被占用：车位空闲时绿灯亮，车位占用时红灯亮。驾驶员通过查看车位指示灯，从远处即可知道停车位的状态。
（6）编码和测试单元
编码和测试单元是停车引导系统的编码和测试设备，用于对传感器和监测器进行编码，以及在测试和维修环境中模拟、校准传感器。
（7）中继器和电源耦合器
在安装过程中，当电缆很长或需连接的传感器过多时可选用中继器和电源耦合器。
3.3 反向寻车系统
在用户返回停车场取车时，由于停车场楼层多，空间大，方向不易辨别，场景和标志物类似，用户容易找不到车。智能寻车系统可以帮助用户尽快找到车辆停放的区域，提高用户的满意度，同时加快停车场的车辆周转，提高和增加停车场的使用率和营业收入。
目前的反向寻车有以下三种模式：
◆ 通过在停车场内不同区域涂抹不同的图案（水果、动物、人名等）、颜色、字母、数字，在每个车位上编码，帮助用户识记车辆所在位置；这种方式简单易行，不需要推广，效果显而易见且费用低廉，目前国内外多使用此方法；
◆ 车牌识别模式，即基于计算机视觉技术，利用前端摄像机实时回传视频图像，获得车辆的车牌号码信息，并不断更新数据库系统，据此实现车辆定位——车辆最后出现于哪个分区，即可判断其在该分区里；
◆ 刷卡定位模式，即利用停车场内分布于各个区域的刷卡定位终端进行刷卡定位；该模式定位精度更高，可靠性高，但是顾客在停好车后，必须按照提示在附近的刷卡定位终端上刷卡，否则无法定位。
3.3.1 车牌识别模式
车牌识别模式的智能寻车的流程是：在每个停车位前方安装摄像机，实时抓拍停车位的图像信息，并将抓拍到的车位图像信息通过视频线路传输给视频切换处理器进行车牌识别，再通过网络把识别后的车牌号码传输到服务器数据库中进行统一管理；当车主在安装于停车场入口处的触摸屏上输入自己汽车的车牌号码时，触摸屏会调取服务器的数据，并在屏幕上显示车主当前所在区域的地图，地图上会标明车主所处位置和其车辆所停放的位置。
3.3.2 刷卡定位模式
刷卡定位模式的智能寻车基于区域定位模式，利用分布于停车场内各个区域的定位终端进行定位，利用安装在电梯或楼道口的查询终端提供车辆所在位置查询的服务，使用简单、精度高、可靠、没有误差。
在该模式下，用户停车入位后，车位引导系统即可感知到有车辆入位并启动旁边相应的智能寻车系统的刷卡定位终端进行声光提示。用户必须按照提示在附近的刷卡定位终端上刷卡，从而为车辆定位。激活终端采用声光报警提示，防止用户遗忘刷卡或刷错位置；其余终端处于休眠状态，以节约电能。
在该模式下，查询车辆位置的操作十分简单：车主只须就近找一个刷卡定位终端，直接刷卡查询，显示屏上就会显示相应的车辆位置信息，包括车辆所在位置和从查询地点到车辆所在位置的最近路线。也可以在电梯口处设置一个液晶触摸屏以供查询使用。
刷卡定位简单易行，具有以下特点：
◆ 同时使用声、光报警的方式提醒顾客及时刷卡，可有效地克服传统刷卡定位系统的，顾客容易遗忘刷卡的缺点；
◆ 系统定位精度高，可以做到每几根柱子一个查询终端，覆盖旁边多个车位；
◆ 查询点位多，每个终端都可以查询，查询方便；
◆ 系统结构简单，联网结构好，通信速率高，可以保证和车辆引导系统、收费系统、安防监控系统的数据交换共享，实现系统集成；
◆ 支持“一卡通”功能（使用IC卡），所用的卡可以是停车场发的临时卡，也可以是商业中心发放的VIP客户卡、积分卡、长期用户的停车卡等等，灵活方便；
◆ 系统可靠性高，技术简单成熟，错误率极低，方便实用；
◆ 系统联网简单，使用成熟的串行通信方式，布线少，施工方便；
◆ 当终端附近的车位没有车辆停放时，终端处于休眠状态，只开启一个轮廓灯表明其位置，当有车辆停入旁边的车位或有顾客刷卡查询时才激活，以达到节能的目的 ；
4 结束语
综上所述，对大中型停车场实施智能停车引导管理是非常必要的——不但可以改善停车场管理水平，提升服务质量，增加收入；还能节约大量的社会能耗成本，响应国家节能号召，增进社会和谐。
参考文献
［1］ GB/T 50314-2006智能建筑设计标准[S]．北京：中国计划出版社，2007．
［2］ JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2008．