武汉市城投停车场投资建设管理有限公司 湖北武汉 430015
摘要：随着物联网、云计算等信息化手段的发展，窄带物联网技术日益成熟。本文主要探讨基于NB-IoT技术，采用NB-IoT模组+地磁传感器采集泊位状态信息，并将信息实时发送到云端服务器，实现对城市泊位信息的统一发布和管理的智慧停车系统解决方案，以缓解大城市因泊位信息不透明引起的停车难问题。
关键词：NB-IoT；智慧停车；物联网
物联网即物与物相连的网络。物联网主要分为网络层、应用层和感知层。感知层用于采集原始信息和起到对物体进行认知的作用。网络层负责对收集的信息进行传递和加工。应用层为用户和物联网之间搭建桥梁，为用户提供智能化的应用。智慧城市是以网络科技为基石打造的高度现代化的城市状态。它将万物互联的思想理念通过现代信息技术在城市建设中予以实现，以期达到对城市的智能化管理，便利人们的日常生活。
物联网技术是推进城市信息化、智能化的必要工具和手段，而智慧城市是物联网应用的重要目标之一。二者可有机结合，相互促进。
一、无线物联网组网技术分类
物联网组网技术包含有线及无线两种方式。物联网无线通信技术从传输距离上区分，分为短距离及远距离两类：一是短距离无线通信技术，如Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave 等，传输距离在数十米至数百米。二是远距离（广域网）无线通信技术，定义为LPWAN（Low Power Wide Area Network低功耗广域网）。NB-IoT（Narrow Band - Internet of Things）属于3GPP 定义的新的窄带蜂窝通信LPWAN 技术。
二、NB-IoT 技术特点
NB-IoT是基于蜂窝的窄带物联网，可由通讯运营商直接部署在传统LTE 网络上，只占用大约180 kHz 的频带。除了带宽较窄，还具有以下特点：容量大、覆盖广、低速率、低功耗、低成本。
（1）容量大：根据TR45.820 中典型业务模型下的仿真测试数据，单小区可支持5 万个NB-IoT 终端接入。NB-IoT 技术使得网络容量比现有的蜂窝网络容量理论上增加了50 ～100 倍，近十万个设备可以在NB-IoT 的一个基站覆盖下使用。
（2）覆盖广：独立部署模式的情况下，能达到约160 dB 的覆盖强度。在180 kHz 传输带宽下，比传统网络增强了100 倍的覆盖能力。
（3）低速率：上行速率峰值 5.6-204.8kb/s，下行速率峰值 176 -234.7kb/s。
（4）低功耗：借助PSM 和eDRX 可实现更长待机。由于网络的覆盖能力强，上行链路又加入了单频模式，其极限发送功率比GPRS 极限发送功率降低了约90%。通过简化无线协议，缩短发射/ 接收时间、单芯片SOC（Single-On-Chip）解决方案等措施，大大降低了功耗。典型应用情况下，单节AA 电池可工作15 年。
（5）低成本：NB-IoT芯片成本最低约1 美元，模块的成本预估可控制在约5 美元，甚至更低。
三、智慧系统体系架构设计
本方案以NB-IoT 终端进行泊位数据采集，通过通讯运营商（本文以中国电信为例）物联网平台将城市的泊位资源连接一起，将泊位状态信息实时发送至云端，形成城市智慧停车管理系统。系统主要由感知层、通信层、IoT平台层、应用服务层及用户层等部分组成。总体架构如图1 所示。
①感知层，负责采集泊位状态数据。地磁传感器与泊位感知节点相连，将所有泊位状态信息连接到通信层的NB-IoT 基站。
②通信层，负责承担感知层NB-IoT 设备接入处理等功能，通过S1-lite 接口与IoT 核心网络进行连接。
③IoT 平台层，负责汇聚接入网获取的IoT 相关数据，并转发给对应行业应用开展具体处理。
④应用服务层，向用户提供泊位查询、停车付费、发票申请等服务API 接口。
⑤用户层，车主使用手机App、桌面浏览器及微信公众号等方式查看、预定泊位及进行在线支付。
该方案主要优点：
1）拓扑简单，建设成本低。NB-IoT网络由运营商提供，无需业主（投资方）部署网关和集中器，大幅降低了设备采购、安装等成本。
2）地磁传感器不受天气影响；超低功耗和超长待机可满足地磁传感器长期在线运行需要，降低运营维护费用。
3）泊 位信息接入云端且能实时发布，具有实时、准确、可靠的优点。
4）系统中不同的业务相分离并独立部署，并对数据进行分库处理。这样可以减少数据库压力，一定程度上缓解高并发问题。
四、系统功能设计
智慧停车系统核心功能主要包括泊位查询服务、泊位导航、地理信息服务、泊位预订、泊位智能推荐、在线支付等。
泊位查询服务可查询获取距离指定地理位置1-2公里范围内的空闲泊位列表数据，并在手机地图上显示距离及空闲泊位状态信息；地理信息服务主要用于展示停车场及道路泊位状态数据，并提供地理位置选择、泊位导航等功能；用户通过在电子地图可查看该停车场剩余泊位数量及其分布，并可进行停泊位导航及在线泊位预订；泊位智能推荐服务是根据用户当前位置，结合实时路况信息向用户荐最合适的泊位信息。智能停车系统用户接口设计基于RestFul（Representational State Transfer）模式进行接口设计，具有接口简单、易于集成等优势，其接口设计如图2 所示。
五、泊位感知节点的设计
泊位感知节点由微控制器MCU、NB-IoT 模块、传感器模块及电源模块四部分组成。
● 微控制器：负责地磁传感器数据的预处理及分析，结合地磁数学模型进行泊位状态精确识别、控制NB-IOT 模组进行数据传输等。
● NB-IoT 模块：负责状态数据的发送和云端系统参数的接收。
●地磁传感器：当车辆在其附近（泊位）出现时，地磁传感器模块检测停泊位地磁场变化并进行数据采样。
● 电源模块：负责提供稳定电源。
泊位感知节点利用地磁传感器采集停泊位区域地磁场变化数据，通过地磁数学模型对数据进行建模及校正，从而准确感知停车区域是否有车辆停放，泊位检测流程如图3 所示。
六、结语
充分利用物联网技术整合城市停车资源，采用NB-IoT模组及地磁传感器实时采集停泊位状态信息，通过NB-IoT通信技术将城市泊位状态信息实时发送到云端服务器，实现全城泊位信息的统一发布和管理，促进停车资源的高效配置。对于一些大中型城市，通过云端最优匹配，实时发布泊位资源，给城区车主提供便捷的停车服务，可以有效缓解城市交通管理压力，具有较高的经济效益和社会效益。NB-IoT技术的应用方兴未艾，其用于城市智慧停车系统具有较强的技术可行性和经济性。
参考文献
[1]佟鑫，物联网的定义和应用[J].RFID 射频世界，2010-5（4）：20-20
[2]魏国华、余俊华，NB-Io T 的产生背景、标准发展以及特性和业务研究[J].移动通信，2016（7）.
[3]奚加荣，NB-Io T应用展望及生态协同[J].通信世界，2016（25）.
论文作者:袁华辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/26
标签：泊位论文; 地磁论文; 城市论文; 传感器论文; 信息论文; 状态论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;