NB-IoT地磁車位檢測器技術方案
2018-10-30
一、 需求背景
現代城市，伴隨汽車保有量越來越高，城市停車位資源未進行高效管理，使得許多城市不僅停車難，而且很多車輛到達目的后無法停車占據車行路面而導致交通擁堵和尾氣排放過高，因此智慧停車、開放停車、共享停車逐漸上升為現代城市嚴峻課題。經過調研和摸排不難發現，其實停車難的主要問題主要歸結于以下三點：
1、車位信息沒有全社會共享，無論路邊停車場還是地下停車場，都處于分散式管理階段，城市各角落車位信息難以獲得；
2、低成本的車位檢測系統缺乏，不是工程實施復雜需要綜合布線，就是車位傳感器系統造價過高，或者取電困難；
3、組網標準難以統一，目前車位檢測器組網系統里，有RS485總線、LORA、ZIGBEE、GPRS和光纖以太網等多種組網模式，分立分散，難以多數據源融合。
二、 總體設計目標
根據以上需求和問題，本方案提供一種完整的解決辦法，主要設計思路和內容是：首先以大容量干電池技術解決車位檢測器電源問題，不用再考慮取電困難，因為車位檢測器大部分時間是空閑狀態，無車時如此，有車存在時也不用實時檢測，所以設備大部分時間處于休眠模式，耗電量少，可持續工作5年，5年換一次電池成本相對低廉；其次用窄帶物聯網（NB-IOT）解決組網問題，不僅通信標準統一，而且因為數據走公網到統一服務器，所以容易大數據融合，便于提供后續服務和是設備管理；第三，利用地磁傳感器解決車位檢測器問題，目前三軸地磁傳感器芯片成本低廉，容易大批量推廣。
綜上所述，本套技術方案的總體設計目標如下：
1、基于大容量干電池技術的無線地磁車位檢測器應用，解決取電和成本問題，目標控制在600元/只以下，電池5年一換；
2、基于NB-IOT窄帶物聯網技術的組網通信技術，解決通信標準化問題，由NB-IOT模塊采集車位信息，然后傳到公網獨立IP服務器；
3、在NB無線地磁車位檢測系統的基礎上，進行大數據融合，提供共享停車APP服務，解決現代城市停車難問題，便于綠色出行和城市管理。
三、方案構成
根據總體設計目標確定的無線地磁系統圖如下：
四、 產品技術參數
表格4-1電氣性能
|
參數 |
測試條件 |
最小 |
典型 |
最大 |
單位 |
|
工作功耗 |
射頻關閉，傳感器采樣，配置接口工作 |
6 |
20 |
30 |
mA |
|
休眠功耗 |
射頻關閉，傳感器關閉，MCU休眠 |
50 |
60 |
100 |
uA |
|
發射功耗 |
射頻傳輸功率17dBm，傳感器采樣，配置接口工作 |
50 |
80 |
260 |
mA |
|
平均功耗 |
|
260 |
300 |
360 |
uA |
|
工作電壓 |
|
3.0 |
3.58 |
3.62 |
V |
|
電池容量 |
5mA放電，20℃，截止電壓2.0V |
18 |
38 |
57 |
Ah |
|
工作周期 |
|
5 |
6 |
7 |
Year |
表格4-2通信性能
|
參數 |
測試條件 |
最小 |
典型 |
最大 |
單位 |
|
通信頻段 |
電信 |
800 |
850 |
900 |
MHz |
|
可選頻段 |
移動、聯通、2.4G藍牙 |
800 |
900 |
1800、 |
MHZ |
|
發射功率 |
|
|
|
17 |
dBm |
|
傳輸速率 |
|
|
9600 |
|
bps |
|
字節長度 |
|
10 |
20 |
100 |
byte |
表格4-3心跳信號
|
參數 |
測試條件 |
最小 |
典型 |
最大 |
單位 |
|
心跳周期 |
|
1 |
12 |
24 |
h |
|
最大偏移 |
|
20 |
30 |
40 |
s |
表格4-4檢測性能
|
參數 |
測試條件 |
最小 |
典型 |
最大 |
單位 |
|
檢測精度[1] |
串行車位，車位規格為5-6米長，2.5-2.7米寬 |
97% |
98% |
99% |
PCU |
|
并行車位，車位規格為5-6米長，2.5-2.7米寬 |
93% |
95% |
97% |
PCU |
|
|
入場時間誤差 |
車位初始狀態為空，車輛緩緩駛入，并做出3次移庫動作[2]，移庫時間為15-20秒之間，車輛停穩之后，檢測器發送一條車位占用的狀態信息，誤差指車位占用的起始時間與實際車輛停穩[3]之后的時間差值。 |
|
|
15 |
s |
|
離場時間誤差 |
車位初始狀態為占用，當占用該車位的車輛完全駛離車位后，8秒后另一輛車駛入該車位，誤差指后一輛車進入車位且停穩的時間與實際上報時間的差值。 |
|
|
15 |
s |
|
啟動時間 |
|
|
|
60 |
S |
[1] 對于車輛檢測精度，包換了有車/無車的狀態檢測，其中
有車：車輛的任一部位在檢測器上方的時候，可定義為有車；
無車：車輛停在泊位外，沒有進入到泊位內，定義為無車；
中間狀態：車輛部分進入車位但是沒有任何部位位于檢測器時，定義為中間狀態，中間狀態更傾向于能夠被判決為有車；
[2]移庫動作是指車輛部分駛入車位，同時保持沒有整車整體移出車位的情況下的挪動。
五、 成本核算
成本主要分4塊：
1、無線地磁設備成本，依據目前選擇的硬件成本和批量生產，估算成本在700元每套；
2、通信服務費成本，因為選用NB-IOT窄帶物聯網，運營商收取費用，每套5年服務費大概在100元，量大還享受運營商優惠套餐；
3、服務器及運營成本，這塊根據商業運作確定，由投資商和用戶去均攤；
4、工程安裝費，一般估算每套50-100元左右；
六、對比性分析
與傳統地磁車位檢測和超聲波檢測，對比性分析表如下：
|
|
功耗 |
組網 |
通信速率 |
工程安裝 |
中繼主機 |
電源供應 |
成本 |
|
NB地磁 |
低 |
NB |
高 |
簡單 |
無 |
干電池 |
低廉 |
|
傳統地磁 |
低 |
射頻二傳+GPRS |
中 |
地磁簡單，但中繼和主機復雜 |
有 |
干電池+新能源 |
高，中繼和主機成本高昂 |
|
超聲波 |
中 |
RS485+光纖 |
低 |
復雜 |
有 |
交流電源 |
中等，費用集中在布線 |
|
紅外探測 |
高 |
RS485+光纖 |
低 |
復雜 |
有 |
交流電源 |
中等，費用集中在布線 |
七、效益結論
經過本方案論證和分析，可以得出以下幾點結論：
1、基于NB-IOT的無線地磁車位檢測器方案，功耗低、成本低、安裝簡單、組網方便，是性價比很高的推廣方案；
2、在城市NB-IOT車位檢測器大面積布設基礎上，有利于進行城市停車位管理，解決停車難、找車位難的問題，避免停車位資源浪費；
3、由于無線地磁車位檢測技術采用大容量干電池技術，5年才更換一次電池，設備狀況聯網監控，該系統成熟可靠，維護也方便；
4、基于NB-無線地磁停車位系統的建立，后續運營服務會創造更多的就業機會，增加GDP創收，同時也是一項利國利民的民生工程，值得大面積推廣。
