NB-IoT地磁車位檢測器技術(shù)方案
2018-10-30
一、 需求背景
現(xiàn)代城市，伴隨汽車保有量越來越高，城市停車位資源未進(jìn)行高效管理，使得許多城市不僅停車難，而且很多車輛到達(dá)目的后無法停車占據(jù)車行路面而導(dǎo)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(xiàn)代城市嚴(yán)峻課題。經(jīng)過調(diào)研和摸排不難發(fā)現(xiàn)，其實停車難的主要問題主要?dú)w結(jié)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(tǒng)缺乏，不是工程實施復(fù)雜需要綜合布線，就是車位傳感器系統(tǒng)造價過高，或者取電困難；
3、組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，目前車位檢測器組網(wǎng)系統(tǒng)里，有RS485總線、LORA、ZIGBEE、GPRS和光纖以太網(wǎng)等多種組網(wǎng)模式，分立分散，難以多數(shù)據(jù)源融合。
二、 總體設(shè)計目標(biāo)
根據(jù)以上需求和問題，本方案提供一種完整的解決辦法，主要設(shè)計思路和內(nèi)容是：首先以大容量干電池技術(shù)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(tài)，無車時如此，有車存在時也不用實時檢測，所以設(shè)備大部分時間處于休眠模式，耗電量少，可持續(xù)工作5年，5年換一次電池成本相對低廉；其次用窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）解決組網(wǎng)問題，不僅通信標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，而且因為數(shù)據(jù)走公網(wǎng)到統(tǒng)一服務(wù)器，所以容易大數(shù)據(jù)融合，便于提供后續(xù)服務(wù)和是設(shè)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(shù)方案的總體設(shè)計目標(biāo)如下：
1、基于大容量干電池技術(shù)的無線地磁車位檢測器應(yīng)用，解決取電和成本問題，目標(biāo)控制在600元/只以下，電池5年一換；
2、基于NB-IOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的組網(wǎng)通信技術(shù)，解決通信標(biāo)準(zhǔn)化問題，由NB-IOT模塊采集車位信息，然后傳到公網(wǎng)獨(dú)立IP服務(wù)器；
3、在NB無線地磁車位檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大數(shù)據(jù)融合，提供共享停車APP服務(wù)，解決現(xiàn)代城市停車難問題，便于綠色出行和城市管理。
三、方案構(gòu)成
根據(jù)總體設(shè)計目標(biāo)確定的無線地磁系統(tǒng)圖如下：
四、 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)
表格4-1電氣性能
|
參數(shù) |
測試條件 |
最小 |
典型 |
最大 |
單位 |
|
工作功耗 |
射頻關(guān)閉，傳感器采樣，配置接口工作 |
6 |
20 |
30 |
mA |
|
休眠功耗 |
射頻關(guān)閉，傳感器關(guān)閉，MCU休眠 |
50 |
60 |
100 |
uA |
|
發(fā)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(shù) |
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(lián)通、2.4G藍(lán)牙 |
800 |
900 |
1800、 |
MHZ |
|
發(fā)射功率 |
|
|
|
17 |
dBm |
|
傳輸速率 |
|
|
9600 |
|
bps |
|
字節(jié)長度 |
|
10 |
20 |
100 |
byte |
表格4-3心跳信號
|
參數(shù) |
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(shù) |
測試條件 |
最小 |
典型 |
最大 |
單位 |
|
檢測精度[1] |
串行車位，車位規(guī)格為5-6米長，2.5-2.7米寬 |
97% |
98% |
99% |
PCU |
|
并行車位，車位規(guī)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(tài)為空，車輛緩緩駛?cè)?，并做?/span>3次移庫動作[2]，移庫時間為15-20秒之間，車輛停穩(wěn)之后，檢測器發(fā)送一條車位占用的狀態(tài)信息，誤差指車位占用的起始時間與實際車輛停穩(wěn)[3]之后的時間差值。 |
|
|
15 |
s |
|
離場時間誤差 |
車位初始狀態(tài)為占用，當(dāng)占用該車位的車輛完全駛離車位后，8秒后另一輛車駛?cè)朐撥囄唬`差指后一輛車進(jìn)入車位且停穩(wěn)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(tài)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(jìn)入到泊位內(nèi)，定義為無車；
中間狀態(tài)：車輛部分進(jìn)入車位但是沒有任何部位位于檢測器時，定義為中間狀態(tài)，中間狀態(tài)更傾向于能夠被判決為有車；
[2]移庫動作是指車輛部分駛?cè)胲囄唬瑫r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(shè)備成本，依據(jù)目前選擇的硬件成本和批量生產(chǎn)，估算成本在700元每套；
2、通信服務(wù)費(fèi)成本，因為選用NB-IOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)，運(yùn)營商收取費(fèi)用，每套5年服務(wù)費(fèi)大概在100元，量大還享受運(yùn)營商優(yōu)惠套餐；
3、服務(wù)器及運(yùn)營成本，這塊根據(jù)商業(yè)運(yùn)作確定，由投資商和用戶去均攤；
4、工程安裝費(fèi)，一般估算每套50-100元左右；
六、對比性分析
與傳統(tǒng)地磁車位檢測和超聲波檢測，對比性分析表如下：
|
|
功耗 |
組網(wǎng) |
通信速率 |
工程安裝 |
中繼主機(jī) |
電源供應(yīng) |
成本 |
|
NB地磁 |
低 |
NB |
高 |
簡單 |
無 |
干電池 |
低廉 |
|
傳統(tǒng)地磁 |
低 |
射頻二傳+GPRS |
中 |
地磁簡單，但中繼和主機(jī)復(fù)雜 |
有 |
干電池+新能源 |
高，中繼和主機(jī)成本高昂 |
|
超聲波 |
中 |
RS485+光纖 |
低 |
復(fù)雜 |
有 |
交流電源 |
中等，費(fèi)用集中在布線 |
|
紅外探測 |
高 |
RS485+光纖 |
低 |
復(fù)雜 |
有 |
交流電源 |
中等，費(fèi)用集中在布線 |
七、效益結(jié)論
經(jīng)過本方案論證和分析，可以得出以下幾點結(jié)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(wǎng)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(shè)基礎(chǔ)上，有利于進(jìn)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(fèi)；
3、由于無線地磁車位檢測技術(shù)采用大容量干電池技術(shù)，5年才更換一次電池，設(shè)備狀況聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，該系統(tǒng)成熟可靠，維護(hù)也方便；
4、基于NB-無線地磁停車位系統(tǒng)的建立，后續(xù)運(yùn)營服務(wù)會創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會，增加GDP創(chuàng)收，同時也是一項利國利民的民生工程，值得大面積推廣。
