基于无线传感器网络来监测停车场的使用率

 

　　技术方案

　　许多停车场使用率监控系统需要在建造过程中安装。而在现有的停车场中实现这类系统通常安装过程非常复杂。同时，这类系统采集到的信息通常受到停车场本身结构的限制。我们能够采集数据，但是却没有统一而集中数据访问协议。我们实现了一个低成本、易于安装的停车场使用率监测系统，该系统集成了在线数据库提供了本地和远程的停车空间信息。并可利用计算机和手机在线访问的方式，为进入的车辆提供了可用的停车信息。

　　为了给停车场顾客提供有用的信息，该系统提供了停车场中的总车位占用数，以及更为具体的区域信息。我们在每个入口、出口和区域过渡处安放了传感器。入口和出口处的传感器，以无线方式将入口和出口的车辆数据传输到出口岗亭的中心基站。监测区域过渡点的传感器检测车流和方向，并确定车辆是否在区域间移动。传感器将数据发送到中心基站，基站将对所有的输入数据进行分析，实时提供停车场总共可用的停车位数量和每个区域的停车位数量。

　　硬件系统设计

　　传感器

　　传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之广泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

　　我们使用Parallax Technologies公司的被动式红外传感器（PIR）作为主要的车辆检测器。这些传感器可以检测出物体发出的红外黑体辐射的变化，由于检测无需激活所以只需要极少的能量。这些传感器还提供了数字输出，可以配置用于在连续运动检测过程中输出脉冲或是维持高电平，在达到平衡后下降到低电平。

　　无线传感器节点

　　我们使用了三个NI WSN-3202 模拟输入节点开发我们的系统，每个节点拥有四个模拟电压输入和四个数字输出。我们将PIR传感器模块的输出连接到一个数字输入上，将传感器电池连接到模拟输入上来检测电力的消耗。同时，我们使用4个AA电池为WSN节点供电。尽管我们可以持续向基站传递原始传感器数据，但我们还是使用节点的处理能力在本地计算进出事件，以减少对基站的无线传输。本地节点可以确定汽车是否通过，而不是将原始数据发送到服务器进行处理。利用这项功能，节点只需要在检测到车辆时传递信息，从而提高电池寿命。

　　基站

　　基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP化。

　　由交流电源供电的NI cRIO-9014实时嵌入式控制器，构成了停车场出口岗亭中的基站。我们将基站通过以太网连接到UCLA的交通网中。由于ULCA的交通安全隐私政策，这些数据在网络外是无法访问到的，但是可以连接到后端的数据库服务器用于数据存储。

　　无线网关

　　利用NI WSN-9791 以太网关，我们简化了CompactRIO基站和无线传感器节点间的通信。我们在出口岗亭中安装了该网关，而在靠近岗亭的方位安装了CompactRIO控制器。交流电网为基站供能，同时连接到与CompactRIO相同的网络上。

　　在线数据存储

　　我们将从CompactRIO获得的数据实时传输到sensorbase.org数据库，它提供了用户友好的网络界面用于、浏览、共享和组织数据。同时，这个数据库可以提供网络服务应用层，用于开发个性化的网页，为计算机和手机用户显示停车场信息。 软件构架

　　数据采集

　　数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包抱对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。

　　首先，无线传感器节点从PIR模块采集数据。在节点上运行由NI LabVIEW Wireless Sensor Network （WSN） Module Pioneer编写的个性化VI程序，以利用WSN节点的数字I/O通知特性。当PIR模块检测到运动时，该事件将被触发，WSN节点持续对数字输入进行采样直到该输入回到低电平状态。在检测到事件后，WSN节点将向CompactRIO基站发送射频信号，显示事件已发生以及持续的时间。利用数字I/O的通知系统，并以较低得速率进行采样，我们可以化WSN节点开启和发送数据的时间。

　　WSN节点的脉冲长度数据被发送到CompactRIO基站，并根据物体通过传感器的时间进行分类，以确定是否有一辆或是几辆车还是行人经过。CompactRIO将在内部记录停车场内总的车辆数。在进出事件发生时，时间数据和总的车辆数被记录到CompactRIO内部的flash存储器中，并上传到sensorbase.org的数据库中。

　　在线内容

　　现在，我们将系统数据发送到sensorbase.org数据库中，利用内建的网络接口进行浏览、和图形化显示。个性化的网络应用程序还可以利用网络服务层，对数据进行访问。我们利用这些网络服务创建了简单的网络接口，图形化地显示一段时间内的数据，并提供停车场中当前总的车辆数。

　　能量测量

　　除了车辆监测数据，我们还设定每个WSN节点每隔10分钟对模拟通道进行采样，以测量传感器电池的使用情况。然后，我们将电池和链接质量数据发送到基站进行记录，并将其上传到数据库中。我们还创建了简单的网络接口，为用户提供系统的健康信息。

　　未来的系统扩展

　　在初的安装后，我们希望对系统进行扩展，这样基站不仅可以上传信息，而且还可以从其它'连接'的停车场数据，在用户所处的停车场满载时，帮助他们选择其它的停车场。扩展部署的主要目标是医学楼中的停车场和临近的停车地点。所有的停车场信息都可以在线访问，而且现场的标识可以通知顾客附近停车场可用的停车信息。

　　我们还计划在停车场中安装LED显示设备。这些LED可以自动更新，向进入的车辆显示可用停车位的信息，而不需要管理员手工地放置标识。

　　同时，我们利用NI WSN平台对停车场的使用率进行监测，经济上是可行的，而且不需要使用有线系统。