基于物联网的城市交通路边停车系统关键技术研究及实现

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国内车辆数量逐年增长,城市交通的拥堵区域不再局限于中心城区,“停车难”问题日益严重。路边停车场充分利用了非主干道路的闲置路面资源,开辟路面停车位,可以在停车需求高峰时段以较低的成本解决部分城区临时性的停车难问题,避免了新修路外停车场造成的停车资源浪费。目前,在路边停车场的实施上,国内外都有基于物联网(Internet of things)技术的解决方案,其核心就是检测车辆的传感器节点。考虑成本及对路边环境的适应性,很多路边停车系统采用的传感器节点是地埋式的地磁车辆检测器,但是在实际应用中这类检测器仍有许多不足:1.无法识别车辆的其他信息(如车牌号、车主信息等),导致逃费、欠费的现象时有发生,且不能对违章车辆追加后续处罚。2.通信方面,地磁检测器需要在道路旁建立基站,单侧的路边停车场前后距离较为狭长,基站辐射面积有限,影响信号传输,同时基站需要定期维护,供电问题也较为严峻。本文针对路边停车系统中传感器节点的局限性,将物联网技术中的RFID(Radio Frequency Identification)技术与 NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)技术应用到路边传感器节点中。RFID技术中,RFID标签具有唯一性特点,可与车辆信息绑定,检测标签便可识别出车辆信息;NB-IoT技术有运营商(电信、移动、联通)为其提供基站支持,实现了传感器节点与云平台的直接通信,也能保障无线通信的实时性。主要研究工作如下:(1)提出了一种改进的动态帧时隙ALOHA标签防碰撞算法,以解决路边停车系统中多标签识别的碰撞问题,其吞吐率比DFSA算法高0.8%,设计了 RFID圆极化天线,以满足路边停车环境下对标签的有效识别。(2)提出了基于NB-IoT技术的车位信息传输方法,设计了符合路边停车系统的NB-IoT技术的网络附着方法,通过AT指令实验对比分析了 NB-loT模块的UDP协议及CoAP协议,并总结出在路边停车系统中CoAP协议的传输速率以及安全性更优于UDP协议。(3)完成了基于NB-loT和RFID的车位传感器节点设计和调试。硬件设计包括MCU选型、模块的电路分析、传感器节点的PCB设计:软件设计包括传感器节点的固件程序框架及流程;最后通过RFID标签检测实验、标签信息上报云平台实验论证了所设计的传感器节点的可行性。本文着重运用物联网技术解决路边停车系统中的信息识别、信息传输问题,所设计的传感器节点克服了标签碰撞以及金属干扰问题,并实时将信息上传至云平台,对进一步完善路边停车系统提供了应用基础。
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