基于移动近场通信的智能停车系统

摘要

本发明涉及基于移动近场通信的智能停车系统，其特征在于，包括停车场控制系统、停车场管理子系统、停车场导航子系统、停车场通信子系统、停车场数据存储子系统、NFC车位收费子系统、车位执行子系统和待停车辆；待停车辆上具有能够连接第二银行系统的NFC支付终端及能够连接NFC车位收费子系统发送的GPS定位终端。该智能停车系统可规划出当前车辆行驶至剩余车位的最近路径，并推送停车场驶入导航数据包和停车场驶出导航数据包给该车辆进行自动导航，智能停车系统的车位执行子系统根据停车场控制系统的指令，利用车位阻挡装置阻止未缴停车费的车辆驶入，并且还可显示出剩余车位的长宽情况及车位指示，以供车辆驾驶人员寻找匹配自己车辆长宽的剩余车位。

主权项

基于移动近场通信的智能停车系统，其特征在于，包括停车场控制系统、停车场管理子系统、停车场导航子系统、停车场通信子系统、停车场数据存储子系统、NFC车位收费子系统、车位执行子系统和待停车辆；其中：所述停车场控制系统包括第一控制模块以及分别连接第一控制模块的第一存储模块、GIS路径规划模块、定位数据处理模块、车流量分析模块、车位剩余分析模块、巡查提示模块和第一Zigbee通信模块；所述第一存储模块连接GIS路径规划模块、定位数据处理模块、车流量分析模块、车位剩余分析模块和第一Zigbee通信模块，所述GIS路径规划模块连接定位数据处理模块和车位剩余分析模块；其中：所述GIS路径规划模块，用以根据定位数据处理模块处理过的待停车辆的定位数据以及车位剩余分析模块的剩余车位分析结果，规划形成待停车辆行驶至剩余车位位置的最佳路径，并经第一Zigbee通信模块和停车场管理子系统中的第二Zigbee通信模块发送给停车场管理子系统；所述定位数据处理模块，根据停车场管理子系统发送来的待停车辆位置数据进行处理，生成待停车辆在停车场中移动时的实时位置数据；所述车流量分析模块，根据车位执行子系统发送来的停车场出入道闸开关次数，计算停车场中各时间段内的车流量情况，并发送给第一存储模块存储；所述车位剩余分析模块，根据停车场执行子系统所发送来的车位图像，处理、分析出图像中的剩余车位个数，并发送剩余车位个数给第一控制模块；所述第一控制模块，用以控制停车场控制系统中其他各模块的启动，并同时根据车流量分析模块给出的车流量分析结果，在车流量大的时间段命令巡查提示模块启动巡查提醒，以提醒停车场的管理人员前往停车场进行巡查，疏导车辆；所述第一Zigbee通信模块，负责停车场控制系统与外界的数据传输；所述停车场管理子系统包括第二控制模块以及分别连接第二控制模块的第二存储模块、导航信息生成模块、导航信息推送模块、多个监控摄像模块和第二Zigbee通信模块；其中：所述导航信息生成模块，用以根据停车场控制系统中车位剩余分析模块所分析出来的剩余车位情况，生成自NFC车位收费子系统的停车场驶入道闸至各剩余车位位置的停车场驶入导航数据包以及自各剩余车位位置至停车场驶出道闸处的停车场驶出导航数据包，并发送停车场驶入导航数据包和停车场驶出导航数据包给导航信息推送模块；所述导航信息推送模块，用以将导航信息生成模块所生成的停车场驶入导航数据包和停车场驶出导航数据包发送至NFC车位收费子系统的第四存储模块处；所述监控摄像模块，用以拍摄停车场处的视频情况，并在保存视频至第二存储模块后，由第二Zigbee通信模块发送给停车场控制系统中的第一存储模块存储；所述停车场通信子系统包括第三控制模块以及分别连接第三控制模块的Zigbee中继通信模块、WIFI中继通信模块、LTE通信模块和频谱感知模块；其中，所述频谱感知模块，用以在监测停车场所处位置周围的空闲通信频段后，发送监测到的空闲通信频段给第三控制模块，以由第三控制模块控制LTE通信模块在各通信频段上的切换；所述NFC车位收费子系统包括第四控制模块以及分别连接第四控制模块的第四存储模块、连接第一银行系统和认证机构的NFC收费模块、车牌识别模块、红外传感器、纸质发票打印模块、电子收据生成模块和第四Zigbee通信模块；所述车牌识别模块、纸质发票打印模块和电子收据生成模块分别连接第四存储模块；所述第四存储模块连接第四Zigbee通信模块；其中：所述车牌识别模块，用以拍摄当前位置的车辆牌照号，并分别发送给第四控制模块和第四存储模块；所述红外传感器，用以在探测到有红外数据时，发送红外检测结果给第四控制模块，并由第四控制模块命令车牌识别模块启动车牌识别工作；所述纸质发票打印模块，用以根据第四控制模块的命令，打印记载有停车收费明细的发票；所述电子收据生成模块，根据第四控制模块的命令，生成记载有停车收费明细的电子收据，并经NFC收费模块发送给车辆上的NFC支付终端；所述车位执行子系统包括第五控制器以及分别连接第五控制模块的车位指示屏、车位指示灯、停车场驶入道闸、停车场驶出道闸、车位阻挡装置、车位示廓灯、车位图像采集器、第五存储模块、压电陶瓷板和蓄电器；所述车位指示灯和车位示廓灯分别连接蓄电器；其中：所述车位指示屏，用以显示停车场当前的车位剩余情况以及指示剩余车位的位置方向；所述车位指示灯，设置在剩余车位处，用以提醒当前指示灯所处位置为可停放车辆的剩余车位处；所述停车场驶入道闸，根据第五控制模块的命令进行升降，以允许或禁止外来车辆进入停车场内；所述停车场驶出道闸，根据第五控制模块的命令进行升降，以允许或禁止停车场内的车辆驶出停车场；所述车位阻挡装置，在当前车辆未付停车费用时，根据第五控制模块的命令，对欲驶出的车辆进行阻拦，以防止车辆在停车场内停车后不支付停车费用；所述车位示廓灯，根据第五控制模块的示廓命令，在有车辆驶入停车场后启动照明，以示廓出当前车位的边界情况，方便车辆有序停放以及避免车辆刮擦；所述车位图像采集器，拍摄各剩余车位处的车位图像，并发送给第五控制模块，以由第五控制模块计算该当前剩余车位的长宽度情况，并命令车位指示屏显示各剩余车位的长宽情况，方便驾驶人员根据自己车辆的长宽选择合适的停车位；所述压电陶瓷板，铺设在各停车位的下方，将车辆驶过时施加在压电陶瓷板上的压力转换为电能，并存储到蓄电器中，以供应各车位指示灯以及各车位示廓灯的照明；所述待停车辆上具有能够连接第二银行系统的NFC支付终端以及能够连接NFC车位收费子系统发送的GPS定位终端，NFC支付终端内嵌设有SIM卡；其中：所述NFC支付终端与NFC车位收费子系统中的NFC收费模块进行支付的过程必须包括如下步骤：步骤1，NFC支付终端采集、存储其合法拥有者的身份证信息，然后在预设时间段内实时采集其合法拥有者的人体磁场数据，构建其合法拥有者在各预设时间段内的人体磁场数据库，并以构建的人体磁场数据库作为其合法拥有者的身份识别信息；其中，预设的时间段包括第一预设时间段和第二预设时间段，第一预设时间段为06:00至18:00；第二预设时间段为18:00至次日06:00；步骤2，NFC支付终端采集其合法拥有者的体味数据、接收其合法拥有者的各手指所对应的指纹信息和静脉信息，构建NFC支付终端合法拥有者体味数据库以及各手指所对应的指纹信息数据库和静脉信息数据库；NFC支付终端分别赋予其合法拥有者的人体磁场具有身份识别的第一优先级、体味数据具有身份识别的第二优先级；在识别操作者是否具有合法身份过程中，第一优先级具有比第二优先级更高的识别可信度；步骤3，NFC支付终端在其触摸显示屏上显示预设个数的支付密码输入框给其合法拥有者，各支付密码输入框均分别对应着七种供任意选择的基础颜色列表；其中，基础颜色列表中的七种基础颜色分别为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色，每个支付密码输入框对应着一组支付允许色；各组支付允许色为七种基础颜色的任意组合；步骤4，根据触摸显示屏上各支付密码输入框对应的基础颜色列表，NFC支付终端的合法拥有者依次选取自定义种类数的基础颜色组合分别作为各支付密码输入框的支付允许色，并由NFC支付终端分别对应地存储各支付密码输入框所对应的支付允许色；NFC支付终端的合法拥有者在每个支付密码输入框中对应输入的各组支付允许色的整体组合即形成该NFC支付终端关于支付的二次确认支付密码；步骤5，NFC支付终端根据其合法拥有者的身份证信息以及关于支付的二次确认支付密码，生成表征NFC支付终端合法拥有者对该NFC支付终端合法拥有认证信息的身份认证秘钥；其中，身份认证秘钥标记为K，身份认证秘钥K的获取过程包括步骤5‑1至步骤5‑5：步骤5‑1，NFC支付终端提取其合法拥有者的身份证信息，并分别获取其身份证信息中所有数字的身份证信息的累计和值、身份证信息的平均值以及身份证信息特征值；其中：$X=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{x}_i,Y=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{x}_i,Z=\frac{X}{Y};$X为身份证信息的累计和值，Y为身份证信息的平均值，Z为身份证信息特征值；x_i为身份证中的第i个数字，m为身份证信息中所有数字的个数；步骤5‑2，根据得到的身份证信息的累计和值、平均值以及身份证信息特征值，得到在预设时间段内有效的第一认证秘钥值；第一认证秘钥值标记为k，第一认证秘钥值k由如下公式得到：k³＝Xt²+Yt+Z；其中，t为NFC支付终端的合法拥有者输入完毕二次确认支付密码的时刻，T₁为身份认证秘钥的预设时间段的起始时刻，T₂为身份认证秘钥的预设时间段的终止时刻；步骤5‑3，NFC支付终端提取各支付密码输入框中对应的每组支付允许色，并计算得到各支付密码输入框中对应每组支付允许色的灰度平均值；其中，各支付密码输入框对应的一组支付允许色的灰度平均值I(n)由如下公式得到：$I\left(n\right)=\frac{1}{J_n}\underset{j=1}{\overset{J_n}{\Sigma }}I(n,j);$其中，I(n)为第n个支付密码输入框所对应组的支付允许色的灰度平均值，J_n为第n个支付密码输入框中支付允许色所对应基础颜色的个数，I(n,j)为第n个支付密码输入框中第j个基础颜色的灰度值，1≤j≤J_n；步骤5‑4，根据各支付密码输入框对应的一组支付允许色的灰度平均值，计算所有的支付密码输入框中支付允许色的灰度平均值I；其中：$I=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}I\left(n\right);$N为所有支付密码输入框的个数，I(n)为第n个支付密码输入框所对应的一组支付允许色的灰度平均值；步骤5‑5，根据得到的第一认证秘钥值k以及支付允许色灰度平均值I，得到在预设时间段内有效的身份认证秘钥，并将该身份认证秘钥存储到NFC支付终端中；身份认证秘钥标记为K，身份认证秘钥K由如下公式得到：K³＝Xt²+Yt+I，t∈[T₁,T₂]；t为NFC支付终端的合法拥有者输入完毕二次确认支付密码的时刻，T₁为身份认证秘钥的预设时间段的起始时刻，T₂为身份认证秘钥的预设时间段的终止时刻；步骤6，NFC支付终端发送其真实身份标识号给认证机构，由认证机构生成NFC支付终端交易用的匿名身份标识号；NFC收费模块发送其真实身份标识号给认证机构，由认证机构生成NFC收费模块交易用的匿名身份标识号；其中，NFC支付终端的真实身份标识号记为Mobile_id，认证机构标记为TSM，NFC支付终端的匿名身份标识号记为Mobile_aid，NFC收费模块的真实身份标识号记为PoS_id，NFC收费模块的匿名身份标识号记为PoS_aid；Mobile_aid＝sH(Mobile_id)，PoS_aid＝sH(PoS_id)；sH(·)为哈希匿名函数；步骤7，驾驶人员预先利用NFC支付终端在第一银行系统注册其付款账户，停车场管理人员预先利用NFC收费模块在第二银行系统注册停车场收款账户；其中，NFC支付终端的付款账户记为Mobile_acct，NFC收费模块的收款账户记为PoS_acct；步骤8，NFC支付终端靠近NFC收费模块时，NFC收费模块发送包括待支付金额、电子收据单号、NFC收费模块匿名身份标识号、当前位置空气湿度、电子收据单号生成时间以及其与认证机构共享秘钥的交易信息给NFC支付终端；其中，该交易信息标记为E_PoS，E_PoS＝E(Receipt_Num,Price,PoS_aid,RH_PoS,T,K_PoS‑TSM)；其中，Receipt_Num为NFC收费模块生成的收据单号；Price为NFC支付终端需要支付的金额，PoS_aid为NFC收费模块的虚拟身份标识号，RH_PoS为NFC收费模块当前位置空气湿度，T为电子收据单号生成时间，K_PoS‑TSM为NFC收费模块与认证机构的共享秘钥；步骤9，NFC收费模块发送包括步骤7中交易信息、NFC收费模块收款账户以及其与认证机构间的共享秘钥的认证信息给认证机构，NFC支付终端发送支付认证信息给认证机构；其中，NFC支付终端发送的支付认证信息包括其临时识别码TMSI、其与认证机构间的共享秘钥K_Mobile‑TSM、其位置区识别码LAI、其当前位置空气湿度RH_Mobile、NFC支付终端付款账户Mobile_acct及NFC收费模块发送的交易信息；NFC支付终端发送的支付认证信息记为E_Mobile；E_Mobile＝E(Receipt_Num,Price,PoS_aid,Mobile_aid,RH_PoS,RH_Mobile,T,TMSI,LAI,K_Mobile‑TSM)；步骤10，认证机构提取NFC收费模块所发送信息中的NFC收费模块匿名身份标识号，并基于认证机构中已存储的NFC收费模块真实身份标识号进行匹配判断：当认证机构利用NFC收费模块真实身份标识号以及哈希匿名函数所生成的NFC收费模块匿名身份标识号与提取的NFC收费模块匿名身份标识号匹配一致时，表明发送该认证信息的NFC收费模块可信，则认证机构执行步骤11；否则，认证机构切断与该认证信息所对应NFC收费模块之间的通信，并发送包含此NFC收费模块匿名身份标识号的警告信息给NFC支付终端；步骤11，认证机构提取NFC支付终端支付认证信息中的临时识别码和位置区识别码，并发送包括NFC支付终端临时识别码、位置区识别码以及其与移动运营商间的共享秘钥的反馈认证信息给移动运营商；其中，反馈认证信息记为E_MNO，E_MNO＝E(TMSI,LAI,K_TSM‑MNO)；K_TSM‑MNO表示认证机构与移动运营商之间的共享秘钥；步骤12，移动运营商利用其与认证机构间的共享秘钥提取反馈认证信息中的NFC支付终端临时识别码和位置区识别码，并根据NFC支付终端临时识别码检索得到对应该临时识别码的移动用户识别码后，发送包括NFC支付终端临时识别码、位置区识别码以及移动用户识别码的已认证信息给认证机构；步骤13，认证机构提取认证信息中所含有的NFC收费模块当前位置空气湿度以及支付认证信息中所含有的NFC支付终端当前位置空气湿度，并判断NFC收费模块当前位置空气湿度与NFC支付终端当前位置空气湿度之差低于预设的空气湿度差阈值时，则认证机构发送确认支付命令信息给第一银行系统；其中：所述确认支付命令信息包括需扣除金额、收据单号、收据单号生成时间、NFC支付终端支付账户、NFC收费模块收款账户以及认证机构与第一银行系统间的共享秘钥；确认支付命令信息记为E_Confirm，其中：Amt_dedt为NFC支付终端支付账户应扣除的金额，为认证机构与第一银行系统间的共享秘钥，第一银行系统标记为BANK₁；步骤14，第一银行系统根据认证机构所发送的确认支付命令信息以及对应的应扣除金额，在NFC支付终端的支付账户中，预扣除对应的金额，并将NFC支付终端支付账户中预扣除的金额预转移至NFC收费模块在第二银行系统的停车场收款账户中，并在完成操作后，第一银行系统发送包括扣款金额、扣款时间、银行授权扣款单号、扣款账户、收款账户以及共享秘钥的预扣款回执信息给NFC支付终端，并转至步骤14进行二次支付确认操作；步骤15，NFC支付终端采集握持该NFC支付终端人员的人体磁场强度、体味数据、手指静脉信息以及此时的时间值，并对该握持人员的身份进行鉴定判别：当NFC支付终端判断此时采集的人体磁场强度存在于NFC支付终端已存储的该时间所对应预设时间段内的人体磁场强度数据库，且此时采集的体味数据同样存储于NFC支付终端已存储的体味数据库中时，表明该握持人员为NFC支付终端的合法拥有者，则NFC支付终端执行步骤16；否则，NFC支付终端在预设时间段内拒绝该握持人员对NFC支付终端的任何操作；步骤16，NFC支付终端在其触摸显示屏显示各支付密码输入框以及对应各支付密码框的基础颜色列表，并在握持人员依次输入各组支付允许后，NFC支付终端根据该握持人员输入的各支付密码输入框中的支付允许色进行判断：当各支付密码输入框中的支付允许色与NFC支付终端在步骤4中已对应存储的支付允许色完全一致时，表明输入了正确的二次确认支付密码，则NFC支付终端执行步骤17；否则，表明输入了错误的二次确认支付密码，则NFC支付终端在预设时间段内拒绝该握持人员对NFC支付终端的任何操作；步骤17，NFC支付终端要求该握持人员输入其身份证信息，并基于该握持人员的身份证信息生成对应的身份认证秘钥K'，NFC支付终端判断此时生成的身份认证秘钥K'与其已存储的身份认证秘钥K一致时，则NFC支付终端发送确认转账命令给第一银行系统；否则，NFC支付终端在预设时间段内拒绝该握持人员对该NFC支付终端的任何操作；步骤18，第一银行系统在接收到NFC支付终端所发送的支付命令后，第一银行系统转移步骤14中对应的款项给NFC收费模块的收款账户，并在第二银行系统收到第一银行系统所转移的款项后，发送包括收款金额Amt_dedt、银行授权收款单号BANK_Trans、收款账户PoS_acct和收款时间T₁的收款回执信息给NFC收费模块；收款回执信息标记为E_Receipt，其中，E_Receipt＝E(Amt_dedt,BANK_Trans,PoS_acct,T₁)。