Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Platforma NI WSN (Wireless Sensor Network), která byla popsána ve vydání Automa č. 3/2011 na str. 64, byla použita k vybudování nenákladného systému monitorování parkovacích míst. Systém se snadno instaluje a poskytuje integrovanou on-line databázi informací o parkovacím prostoru. Informace lze poskytovat lokálně i vzdáleně. Systém nevyžaduje propojení kabely a lze jej snadno zavést do již postavených parkovacích garáží. Snímány jsou příjezdy a odjezdy vozidel a příslušné údaje jsou bezdrátově přenášeny do stanice NI CompactRIO ke zpracování a zaslání do databáze přístupné z webu.
K monitorování parkovišť se používá mnoho různých systémů instalovaných během výstavby parkovacího zařízení. Systémy zaváděné na parkoviště dodatečně obvykle vyžadují složitou instalaci a jimi zaznamenávané informace lze využívat pouze lokálně. Systém založený na NI WSN má schopnost archivovat zjištěná požadovaná data bez potřeby centrálního nebo jednotného protokolu určeného pro přístup k datům. Řidičům přijíždějících vozů je poskytována informace o možnosti parkovat a tyto informace jsou dostupné on-line prostřednictvím počítačů a mobilních telefonů.
Technické řešení
Systém byl vytvářen s cílem pomoci řidičům zvolit efektivní strategii parkování a dát správcům parkovišť k dispozici takové údaje, aby se mohli efektivně starat o parkovací prostory. Poprvé byl systém použit v jednom patře parkovací garáže lékařského domu UCLA (University of California, Los Angeles). Zde bylo použití systému zvláště vhodné, protože parkoviště je rozděleno na dvě zóny, jedna pro pacienty a druhá pro personál a pacienty.
Aby bylo možné poskytovat zájemcům o parkování užitečné informace, eviduje systém celkový počet míst i počty míst v jednotlivých zónách. Proto byly umístěny senzory u všech vjezdů, výjezdů i na místa přejezdu mezi jednotlivými zónami. Senzory u vjezdu a výjezdu bezdrátově přenášejí data o přijíždějících a odjíždějících vozidlech do centrální stanice v kiosku na výjezdu. Senzory sledující místa přejezdu mezi jednotlivými zónami detekují provoz a jeho směr, aby byl monitorován přesun vozidel mezi zónami. Takto získané údaje jsou přenášeny do centrální stanice, která veškerá příchozí data analyzuje a v reálném čase informuje, kolik je v jednotlivých zónách volných parkovacích míst.
Návrh hardwaru
Senzory
Pro primární detekci vozidel byly použity pasivní infračervené (PIR) senzory firmy Parallax Technologies. Senzory detekují změny v infračerveném záření černého tělesa vydávaném objekty. Pro svůj provoz potřebují jen málo energie, protože detekce probíhá bez jakéhokoliv buzení. Poskytují také digitální výstup, který může být konfigurován buď na výstupní pulzy během souvislé detekce pohybu, nebo nabývat hodnot logické jedničky při detekci souvislého pohybu a logické nuly, není-li pohyb detekován.
Bezdrátové měřicí uzly
Při vývoji systému byly použity tři analogové vstupní uzly NI WSN-3202, z nichž každý je vybaven čtyřmi analogovými vstupy a čtyřmi digitálními vstupy a výstupy. Výstupy ze senzoru PIR byly připojeny k digitálnímu vstupu a akumulátor senzoru k analogovému vstupu, aby bylo možné sledovat stav baterie. K napájení uzlů WSN byly použity baterie typu AA. Měřicí uzel dokáže sám zpracovat události příjezdů a odjezdů vozidel. Díky tomu nejsou veškerá data přenášena přímo do centrální stanice, a tím se omezí četnost rádiového přenosu. Uzel tedy nepřenáší data neustále, ale pouze při zjištění přítomnosti projíždějícího automobilu, díky čemuž se životnost baterií maximálně prodlouží.
Centrální stanici v jednom ze dvou kiosků parkovacího zařízení tvoří vestavná řídicí jednotka NI cRIO-9014, jež je napájena ze sítě. Tato stanice je prostřednictvím Ethernetu připojena k dopravní síti UCLA. Z důvodu bezpečnostní strategie UCLA nejsou data přístupná mimo tuto síť; pro ukládání dat lze přistupovat k záložnímu databázovému serveru.
Bezdrátová brána
Užitím ethernetové brány NI WSN-9791 byla usnadněna komunikace mezi základnou CompactRIO a bezdrátovými měřicími uzly. Tato brána byla instalována do kiosku společně s řídicí jednotkou CompactRIO, se kterou má společné napájení.
Úožiště dat on-line
Data ze stanice CompactRIO jsou posílána do úložiště dat sensorbase.org s uživatelsky přívětivým webovým rozhraním ke stahování, prohlížení, sdílení a organizování. Toto úložiště navíc poskytuje aplikační vrstvu s webovou službou, pomocí které lze vytvářet webové stránky určené k zobrazení informací o parkovacích místech pro uživatele počítačů a mobilních telefonů.
Architektura softwaru
Sběr dat
Nejprve jsou data ze snímacích modulů PIR předána do bezdrátového měřicího uzlu. Na uzlu běží zákaznické VI naprogramované pomocí NI LabVIEW Wireless Sensor Network (WSN) Module, který využívá funkci oznámení změny digitálních vstupů a výstupů uzlu WSN.
Jakmile modul PIR zjistí pohyb, je spuštěna tato událost a uzel WSN zpracovává data z digitálního vstupu, dokud signál neklesne zpět na nízkou úroveň.
Jakmile uzel detekuje událost, pošle do stanice CompactRIO zprávu oznamující, že nastala událost, a udává i délku jejího trvání. Užitím funkce oznámení změny digitálních vstupů a výstupů a analogového vzorkování s velmi nízkou rychlostí je minimalizován provoz měřicích uzlů WSN a maximálně prodloužena životnost baterií. Údaje o délce pulzu z uzlů WSN jsou zasílány do stanice CompactRIO a podle délky trvání je určeno, zda objekt, který se pohyboval okolo senzoru, bylo jedno auto, více aut, nebo prošel-li chodec. Jednotka CompactRIO udržuje informace o celkovém počtu automobilů v parkovacím domě. Informace o vjezdech a výjezdech a o celkovém počtu vozidel jsou interně zaznamenány do souboru v paměti typu flash a poté načteny do úložiště dat sensorbase.org.
Data přístupná na webu
V současnosti jsou data ze systému posílána do úložiště dat sensorbase.org k prohlížení, stahování a vynášení do grafů prostřednictvím vestavěného webového rozhraní. Data jsou také k dispozici pro zpracování pomocí zákaznických webových aplikací prostřednictvím vrstvy webových služeb. S použitím těchto webových služeb vytvořili návrháři systému jednoduché webové rozhraní pro záznam dat do grafu v určitých časových periodách. Graf udává aktuální počet vozidel v garáži.
Měření spotřeby
Vedle detekce vozidel byl každý uzel nastaven tak, aby každých deset minut změřil jeden analogový kanál a tak bylo možné monitorovat stav baterie senzoru. Data o baterii a kvalitě spojení jsou přenášena do stanice, kde jsou zaprotokolována a načtena do databáze. Bylo rovněž vytvořeno jednoduché webové rozhraní poskytující uživatelům informace o provozním stavu systému.
Vylepšení systému v budoucnosti
Po první instalaci je záměrem firmy vylepšit systém tak, aby stanice mohly vysílat a přijímat data z jiných „propojených“ parkovacích míst. To umožní uživatelům zvolit jiné parkoviště, když přijedou tam, kde je plno. Systém je možné rozšířit ve stejném patře parkoviště lékařského domu, ale i na sousedních parkovištích. Veškeré informace o parkovacích místech budou dostupné on-line a značky přímo na místě mohou informovat řidiče o možnosti parkovat v nedalekých lokalitách.
V plánu je také instalace značek v podobě displejů LED v parkovacích garážích. Displeje budou automaticky aktualizovány, aby poskytovaly přijíždějícím řidičům informace o volném parkovacím prostoru. Nahradí značky, které nyní ručně umísťuje obsluha parkoviště.
Yeung Iam, UCLA Center for Embedded Networked Sensing
Obr. 1. Měřicí uzel v parkovací garáži bezdrátově přenáší informace o pohybu vozidel
Obr. 2. Centrální stanice v kiosku na výjezdu shromažduje a analyzuje veškerá data o pohybu automobilů v parkovací garáži a informuje v reálném čas, kolik je v jednotlivých zónách volných míst