（计算机应用技术专业论文）基于linux的停车场管理系统软件的设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着经济的发展，人们的生活水平也越来越高，汽车正逐渐走进寻常百姓家。 近几年，我国停车场自动管理技术已逐渐走向成熟，在很大程度上减轻了停车问题 带来的压力。由于现在大多数公司制作的停车场管理系统都是面向大型公司或机构， 很多是与企业管理系统绑定在一起的，因此软件价格比较高，适合较大型企业。对 于一些中小型停车场来说，使用这种大型管理软件成本太高，且造成资源浪费，因 此对于价格低且可靠的停车场管理系统的需求也是比较迫切的。 本文设计了一种停车场管理系统的软件，包括应用软件设计以及数据库设计。 本停车车场管理系统采用m y s q l 数据库，处于稳定性和安全性的考虑，本系统选 用l i n u x 操作系统，以q t 为开发工具。本系统包括管理站系统设计、出入口管理系、 统设计。 论文着重论述了系统应用软件和数据库的设计。数据库用于信息资源共享，通 过双向主从备份保证数据库服务器的可靠性，系统应用软件包括管理站系统和出入 口管理系统。管理站系统功能包括卡片发行、挂失及恢复，历史查询，报表打印， 操作员权限管理和系统设置等功能；出入口管理系统的主要功能是对车辆出入场进 行管理；管理站系统、出入口管理系统通过局域网与数据库服务器连接。 另外本论文的工作还包括出入口终端与控制器通信协议的设计。 关键词：l i n u x ；停车场；m y s q l ；q t 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dl i v i n gs t a n d a r d s ，o r d i n a r yp e o p l ec a nh a v e t h e i ro w nc a r s i nr e c e n ty e a r s ，t h et e c h n i q u e so fa u t o m a t e dp a r k i n gm a n a g e m e n th a s g r a d u a l l ym a t u r e di nc h i n a ，a n da l l e v i a t e dt h ep r e s s u r eo fp a r k i n g n o wm o s tc a rp a r k m a n a g e m e n ts y s t e m sa r ed e s i g n e df o rl a r g ec o m p a n i e so ro r g a n i z a t i o n s ，m a n yo ft h e m a r eb o u n dt o g e t h e rw i t ht h ee n t e r p r i s em a n a g e m e n ts y s t e m s ，s ot h es o f t w a r ec o s t sa r e h i g h e rf o rm o s tp a r k i n gl o t f o rs o m es m a l la n dm e d i u mp a r k i n gl o t ，u s i n gs u c h l a r g e - s c a l em a n a g e m e n ts o f t w a r ei st o oc o s t l ya n daw a s t eo fr e s o u r c e s ，s ot h ep a r k i n g l o t sn e e dt h ec h e a pa n dr e l i a b l ep a r k i n gl o tm a n a g e m e n ts y s t e mu r g e n t l y t h i sp a p e rd e s i g n st h es o f t w a r eo fp a r k i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，i n c l u d i n gd e s i g n a n da p p l i c a t i o no fa p p l i c a t i o ns o f t w a r ea n dt h ed e s i g no fd a t a b a s e a p p l i c a t i o ns o f t w a r e i n c l u d i n gt h em a n a g e m e n ts y s t e m ，m o n i t o r i n gs y s t e md e s i g n ，w h i c hi sd e s i g n e db a s e do n q ti nl i n u xs y s t e m s t h ed a t a b a s ei sd e s i g n e db ym y s q l ，a n dt h er e l i a b i l i t yo ft h ed a t a b a s ei sg u a r a n t e e d b yb i l a t e r a lm a s t e r - s l a v eb a c k u p ；t h ef u n c t i o n so fb a c k - s t a g em a n a g e m e n ts y s t e mi n c l u d c a r dm a n a g e m e n t ，f i n a n c i a lm a n a g e m e n t ，d a t ai n q u i r y , s y s t e ms e t t i n g sa n ds oo n a c c e s s c o n t r o li st h em a i nf u n c t i o no fe n t r a n c e m a n a g e m e n ts y s t e m ；b a c k - s t a g e m a n a g e m e n ts y s t e ma n de n t r a n c em a n a g e m e n ts y s t e mc o n n e c tt od a t a b a s es e r v e rb y l a n p c b e s i d e st h i sp a p e rd i s c u s s e st h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c a l sb e t w e e nc o n t r o l l e ra n dt h e k e yw o r d s ：l i n u x ；p a r k i n gl o t ；m y s q l ；q t 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在 年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“扩) 学位论文作者签名：王影剧b 日期：m 7 妒 指导老师签名： 日期： 丽瓤根 卅1 1 0 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1 分析停车场的特点及需求，分析停车场管理系统的软件结构，并软件进行 模块划分； 2 设计后台数据库服务器，并对其可靠性和性能进行优化； 3 完成了管理站系统的设计； 4 完成了出入口管理系统的设计，模拟实现了视频监控，图像对比以及自动 收费等功能； 5 设计出入口终端与控制器之间的通信协议。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 又列伟 7 4 p 7 妒 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 i 论文研究背景和意义 随着经济的发展，人民生活水平的提高，目前我国民用车辆、家庭车辆的拥有 量不断增加，然而道路交通的发展远跟不上车辆增加的速度，因此交通堵塞问题日 趋严重，不仅在大城市，一些中小城市的交通堵塞问题也日益明显。根据国家统计 局发布的统计数据，从2 0 0 6 年到2 0 0 8 年，我国私家车的数量分别为2 3 3 0 万辆，2 8 7 6 万辆，3 5 0 1 万辆，增幅分别为2 3 4 和2 1 7 ，而2 0 0 6 到2 0 0 8 三年中民用车辆的 数目为3 6 9 7 万辆，4 3 5 8 万辆，5 1 0 0 万辆，增幅也达到了1 7 9 和1 7 1 ，而根据 一些专家统计2 0 0 9 年中国的汽车产销量与2 0 0 8 年相比增幅接近5 0 ，而据专家估 计未来几年中国车辆增幅将保持在1 5 左右。 由于车辆的不断增多，对停车场的需求也在不断增加，对停车场的管理也需要 进一步完善，从而刺激了对停车场管理系统的需求，各方面对停车场管理系统的关 注也进一步提高。目前国内大部分停车场管理系统售价最低为2 3 万，价格昂贵。 因此价格低廉且稳定的停车场管理系统有比较广阔的市场前景。 停车场作为物业的一部份，仍离不开人的管理，停车场收费管理系统基本是根 据车型和停车时间进行收费，人在车型的判断、车号与车主的比对上有着不可替代 的实际作用。在机械化程度高、公式计算等方面，技术应用将大大提高效率；停车 场管理系统中，如车辆到场、离场的鉴别、道闸开关、费率计算、缴费等工作，应 用到这些方面的技术条件己相对成熟，且成本低，具有较高的经济可行性。 在工程应用领域，技术应用的选择必须兼顾到技术的先进性、成熟度、经济性 等因素，本课题正在基于这些因素的综合考虑，定位于单入口单出口的停车场，为 业主提供一套高效益的停车场管理系统。 1 2 国内外研究现状 随着汽车数量的不断增加，世界各国已开始重视对停车场的建设以及管理，对 停车场管理系统的需求也就应运而生。国外对停车场管理系统的研究已经比较成熟， 并且相当一部分停车场己实现智能化；而国内研究重点也在智能化停车场上，智能 停车场的特点包括车型自动识别，道闸自动开关，车牌自动识别，实时监控，自动 计时扣费以及车位自动引导等。国内一批企业投入到停车场管理系统的开发中，比 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 喜鼍i= 曼| n o _ _ - - -n _ i 皇皇 较知名的有顺捷、富士等。 就目前我国国情来讲，除了个别的大城市之外，其他中小城市的停车场大都是 分散的，未形成统一管理。道闸自动开关，实时监控，自动计时手口费等方面的技术 条件已经比较成熟，实现比较容易，且成本不高，具有较高的经济可行性。 本课题从经济可行性，技术成熟度以及先进性这些方面来设计一套经济适用的 停车场管理系统软件。 1 3 论文主要研究内容 本课题实现了一套停车管理系统的软件方面的设计，包括数据库管理模块设计 及前台操作界面和实时监控图像对比模块设计，该系统除了实现了大部分停车场管 理系统的自动计费收费功能，完善的卡片管理功能之外，还具有以下特点： ( 1 ) 支持嵌套停车场收费功能。如一些学校内部停车场，除了进学校刷卡之 外，进入停车场还需刷卡单独计费收费，从而使管理功能更加完善。两层的嵌套停 车场示意图如图1 1 所示。该功能具体实现将在数据库管理模块中涉及到。 出入 图l 一1 两层停车场示意图 ( 2 ) 软件是采用l i n u x 操作系统+ q t 开发工具+ m y s q l 数据库来实现的。与 w i n d o w s 系统相比，l i n u x 具有可靠的系统安全；q t 是一个跨平台的c + + 图形用户 界面应用程序框架，它提供给应用程序开发者图形用户界面所需的所用功能；与其 他数据库比较，m y s q l 虽然不如o r a c l e 等大型商业数据库的功能强大，但是其功 能完全可以满足中小型数据库服务器的需求，运行速度快，安全性高。另外，l i n u x 、 q t 和m y s q l 都是免费的，都可从通过网上免费下载得到最新版本及补丁，进一步 降低了成本。 ( 3 ) 控制器与控制器之间通信采用c a n 总线通信。与传统的r s 4 8 5 通信方 式相比，c a n 总线通信具有可靠的错误处理和检错机制，多节点共享总线、成本低， 数据传输速率高等特点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 本论文所设计的停车场管理系统软件为停车场系统提供了一个可靠性高，可维 护性好的系统，它可大大减轻前台工作人员的劳动强度，加快车辆的出入速度。 本论文主要完成以下工作： ( 1 ) 搭建软件开发环境，制定了软件整体构架； ( 2 ) 建立了数据库服务器，并利用双向主从备份提高了服务器的可靠性； ( 3 ) 完成了对系统软件的设计与实现。 1 4 论文的组织结构 本文主要研究了停车场管理系统软件的各个模块的设计，重点在于数据库的设 计与管理以及控制器软件的设计。各章内容安排如下： 第一章提出了课题研究背景，简要介绍了停车场管理系统的背景、国内外研究 现状以及我国现阶段停车场特点，接着概述了本论文所做的工作。 第二章对系统进行需求分析，并在需求分析的基础上对系统的整体构架以及模 块划分进行分析与介绍。 第三章主要介绍了系统各模块的详细设计，首先对系统的设计细节问题进行分 析并给出设计方案，接下来介绍了各模块的设计。 第四章是关于数据库设计的介绍停车场管理系统数据库的设计，首先分析系统 数据，然后在数据分析的基础上，介绍了几个重要数据表的结构，并对一些字段进 行说明；接下来对数据库的优化方法进行了简单介绍；最后，介绍了双向主从备份 的配置，并对服务器出现故障时的恢复处理过程进行说明。 第五章介绍了停车场管理系统的实现。本章首先对系统开发工具q t 进行介绍， 接下来介绍了各个模块的实现，第五章的重点是出入管理模块的实现，包括视频监 控与收费管理，重点介绍了视频监控的设计，包括以下方面： ( 1 ) 用v 4 l 2 实现视频信号采集； ( 2 ) 视频图像显示； ( 3 ) 抓图与图像对比； 最后是本论文的结论部分。本章主要总结本论文的工作和不足，以及今后的目 标。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章系统分析与总体设计 本章首先对停车场的需求进行分析，在此基础上对停车场系统的软硬件框架及 工作流程进行了描述，然后提出了系统软件各模块的设计方案，包括数据库设计和 管理，实时监控图像对比系统设计。 2 1 系统需求分析 2 1 1 停车场的特点分析 停车场是依据有关规定设置的供车辆停放场所，关于停车场的分类，目前国内 尚无统一标准，这给停车场的调查和研究带来很多不便。根据停车场的结构划分为 露天式停车场和位于建筑物内的停车库两大类；根据停车场服务对象分为公共停车 场和私用停车场。此外，停车场还有收费停车场和不收费停车场之分。 经过分析，本系统按停车场内车辆与外界的隔离程度将停车场进行如下划分： ( 1 ) 开放式停车场。开放式停车场不设有出入口，由专门工作人员对车辆进 行看护以及收取停车费用，开放式停车场一般是临时性停车场所，并且与道路结合 紧密。其优点是，设置方便灵活，设备简单，其弊端是占用大量的道路，容易造成 交通秩序混乱，交通安全受到威胁。 ( 2 ) 隔离式停车场。隔离式停车场设有专门的停车场出入口，车辆只能通过 停车场入口才能由外界进入停车场，场内的停车场只有通过停车场出口才可出场。 与开放式停车场相比，隔离式停车场管理规范，安全性高，但同时建设和维护费用 高，对工作人员的技术水平要求也相对要高一些。 本设计是基于隔离式停车场的管理系统，根据隔离式停车场的特点，停车场管 理系统需要在出入口具有车辆出入对比功能来保障已入场车辆的安全性，并需要制 定可靠的准出准入规则。 2 1 2 出入车辆分类 对于出入停车场的车辆，有的需要长期停放，有的只是临时停放，有的则需要 快速出入，因此对出入车辆可进行如下划分： ( 1 ) 长期停放车辆。这类车辆需要频繁出入停车场，属于固定用户。 ( 2 ) 临时停放车辆。临时停放车辆很少进入停车场，并且停车时间一般不会 太长。 ( 3 ) 特殊车辆j 出现紧急情况时，如发生火灾或犯罪事件，消防车或警车需 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 要进入停车场范围内，需要快速出入，并在场内可免费停放。 经过上面分析可以看出，停车场管理系统的车辆应该分为长期车辆、临时车辆 和特殊车辆三类，对于每一类车辆应采取不同的方式进行处理。 2 。1 3 收费方式和收费策略分类 考虑到在一些小区的内部停车场，主要是面向小区内居民服务的，若按停放时 间对其进行计时收费，将增加居民的停车费用，造成不必要的开销。针对这一情况， 可将收费方式分为月租和计时两种： ( 1 ) 月租方式：主要面向内部人员，用户每月只需交纳固定费用，便可随时 进行车辆停放； ( 2 ) 计时方式：主要用于外来人员，该方式下，根据停车时间长短进行收费。 对于计时收费方式，考虑以下情况，根据以下情况制定收费策略： ( 1 ) 在一天不同的时段中，停车场的车位占用率差别较大，因此应对不同的 时段进行收费设置； ( 2 ) 对于一些跨越时间段停车车辆，并且车辆在下一个时间段刚到来时出场， 若对其按两个时间段收费，必然引起用户不满，因此应在每个时间段设置免费停车 时间，超过免费时间的车辆才收取车辆在该时间段的停车费用。 2 1 。4 车辆出入管理方式分析 车辆出入管理对于停车场系统来说非常重要，因为车辆出入管理直接关系到场 内车辆安全以及停车场投资者的经济利益。就目前来说，仍然存在两种停车场出入 管理方式，分别是人工管理方式和软件管理方式。 1 人工管理方式。 该方式通过进出停车场时进行人工登记，并对入场车辆发放入场凭证( 一般是 纸质凭证) ，在入场凭证上记录车辆基本信息、车主信息以及入场时间；车辆出场时， 操作员再根据入场凭证上的内容核对出场车辆信息，并根据入场时间计算出车辆停 车费用，最后对收费进行记录。 2 软件管理方式。 在该方式下，人工管理方式下操作员的所有工作，通过软件实现，操作员只需 点击鼠标便可由软件对出入车辆进行管理。 人工管理方式的优点是不需要额外的电子设备，因此成本低，并且容易实现。 但是与软件管理方式相比，其缺点比较明显： 首先，所有操作通过人工完成，效率低；由于车辆入场时，需要操作员进行发 放入场凭证，并填写操作日志；在车辆出场时，操作员核对入场凭证信息，并填写 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 操作日志；这些工作都是由操作员手工进行的，若在车辆出入频繁的停车场，操作 员的劳动强度非常大，因此效率很低。 第二，由于各种凭证以及操作记录都是由操作员手工完成，不能对操作员的操 作进行有效的监督，因此容易发生操作员舞弊现象。 第三，在财务上，由人工进行管理，会产生及其大的隐患，从而损害了投资者 的合法权益。 第四，由于入场凭证是纸质的，其内容可通过手工进行涂改，因此并不能保证 入场车辆的安全性。 经过以上分析不难看出，人工管理方式无论是在效率、财务安全以及入场车辆 安全等方面都存在比较大的漏洞，因此通过软件方式进行管理势在必行。 2 1 5 系统组织结构分析 经过以上分析，可归纳出停车场管理系统的参与者包括系统使用者与用户。在 前面已分析过，该系统车辆包括临时车辆与固定车辆，固定车辆按收费方式不同又 可划分为计时车辆与月租车辆，相应地用户也可如此进行划分，需要注意的是，对 于特殊用户由于不需要凭证可直接出入场，因此对这类用户应单独列出；下面主要 对系统使用者进行分析。 停车场管理系统软件直接由停车场工作人员操作，因此其使用者仅限在内部工 作人员，对于停车场管理系统来说，系统的操作者可分为四类： ( 1 ) 系统管理员。负责系统日常维护，以及对系统进行设置，系统管理员拥 有系统的所有权限。 ( 2 ) 出入口操作员。出入口操作员负责对出入车辆进行信息比对，控制车辆 进出场并对临时车辆进行人工收费。 ( 3 ) 车辆凭证管理员。卡片管理员负责车辆凭证的管理工作，包括发放固定 凭证，凭证延期( 月租车辆) 或续费( 计时车辆) ，凭证的挂失与恢复以及注销凭证。 ( 4 ) 财务人员。财务人员负责对停车场的收入状况以及操作员操作记录进行 查询并打印报表，保证财务的安全规范。 系统的组织结构如图2 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 鲁曼毫曼皇詈鼍鼍鼍鼍 n l m r i。,q 鼍蔓 2 1 6 系统业务流程分析 图2 1 系统组织结构图 1 系统业务概述 停车场管理系统应包含以下基本业务： ( 1 ) 车辆入场：信息记录、开闸和入场，该业务涉及到的参与者包括用户与 出入口操作员； ( 2 ) 车辆出场：包括信息记录、信息比对、收费、开闸以及出场等动作，与 入场业务一样，车辆出场的参与者也是用户与出入口操作员； ( 3 ) 凭证办理：包括新开与注销凭证，凭证的挂失与解挂以及凭证的延期( 月 租车辆凭证) 或充值( 计时车辆凭证) ； ( 4 ) 收费查询与报表打印：包括停车收费查询、用户缴费查询以及入场车辆 查询等，参与者为财务人员； ( 5 ) 系统维护：由系统管理员对系统进行维护，包括工作人员权限设置、增 加或删除工作人员、收费设置等。 接下来对各个业务分别进行分析。 2 入场业务流程分析 车辆入场的业务流程如下： ( 1 ) 查看凭证：如果是固定车辆的话直接出示凭证，临时车辆需办理临时凭 证，接下来对凭证的有效性进行判断； ( 2 ) 记录车辆入场信息：根据车辆入场规则，确定车辆是否允许入场，若不 符合入场规则，禁止入场，否则，记录入场信息，并进入下一步； ( 3 ) 放行：出入口操作员对车辆入场； 车辆入场的业务流程如图2 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 图2 - 2 车辆入场业务流程图 本业务中，除了开闸放行需要出入口操作员操作外，其他动作都可由系统执行， 另外，车辆出入场需要遵循一定的规则，车辆出入场规则将在系统详细设计里介绍。 3 出场业务流程分析 车辆出场业务流程如下： ( 1 ) 查看凭证：这一步也是对凭证的有效性进行判断，有效则进行下一步动 作，无效禁止出场； ( 2 ) 查看凭证是否符合出场规则：对于不符合出场规则的车辆凭证，禁止其 出场，否则，进入下一步； ( 3 ) 对车辆的出入场信息进行比较：在入场记录中查找该车辆的入场信息， 这一步的目的是保证入场车辆安全性，若车辆出入场信息相同则进入下一步，否则， 禁止出场； ( 4 ) 收费：出入口操作员按照收费标准对用户进行收费，若是月租用户的话， 不必收费； ( 5 ) 放行：允许车辆出场。 车辆出场业务流程如图2 3 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 是 是 人 符合入场规则? 读取车辆入场记录 信息比对 出入场信息相同? 是 r z 1 收费 【- - - - - - - - - - - - - - - 一 广l 开闸放行 禁止出场 i 竺兰 ) 图2 3 车辆出场业务流程 车辆出场业务对车辆出场进行控制，并对临时车辆或计时车辆进行收费，该业 务中，信息比对与开闸放行由人手工完成，其他动作都可由系统来完成。 4 凭证管理业务分析 凭证管理业务流程如下： ( 1 ) 根据用户请求，进行相应的操作，用户请求包括包括新开与注销凭证， 凭证的挂失与解挂以及凭证的延期( 月租车辆凭证) 或充值( 计时车辆凭证) 等； ( 2 ) 保存修改过的凭证信息。 该业务流程比较简单，第一步需要凭证管理员进行手工操作，第二部保存工作 可由系统执行。 4 收费查询与报表打印业务分析 停车场管理系统的收费问题，关系到停车场所有者的经济利益，因此收费查询 与报表打印业务也是比较重要的问题。一方面，该业务可避免财务上的漏洞；另一 方面，通过分析收费数据，可为系统管理员制定收费标准提供依据。收费查询与报 表打印业务的主要业务活动如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( 1 ) 收费查询：财务人员根据一定的条件查询收费信息，并打印财务报表； ( 2 ) 接下来，财务人员对财务报表进行分析，并向系统管理员提交分析结果， 接着系统管理员便可根据财务人员的分析结果，进行收费标准设置。 业务流程如图2 4 所示 i 查询收费信息 上 l 打印报表| l 1 ，、j i 分析报表 上 l 提交分析结果 j 图2 - 4 收费查询与报表打印业务流程图 该业务中，除了查询收费信息中需要用到系统，其他工作都需要手工完成，该 业务需要财务人员具有数据分析能力。 5 系统维护业务分析 系统维护时系统管理员根据实际情况，对系统的参数设置、以及对工作人员信 息进行管理。该业务包括以下子业务： ( 1 ) 收费标准设置：系统管理员从财务人员获得收费报表分析结果，并根据 分析结果，对系统收费标准进行调整，以达到利润最大化； ( 2 ) 组权限管理：由于对不同的分组分配不同的操作权限； ( 3 ) 添加或删除工作人员信息：工作人员信息包括姓名、家庭住址以及性别 等基本信息之外，还需要系统登录名与密码，以及所属组别等系统信息，该活动负 责添加或删除上述工作人员信息； ( 4 ) 设置出入口信息：记录每一个出入口的信息，出入口信息包括出入口编 号，出入口类型( 出口还是入口) ，位置以及所属层数等。 该业务每一个功能实现起来比较简单，只有两步：第一步是设置；下一步便是 ，保存。设置需要人工进行，系统只提供保存数据的功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 1 7 系统功能分析 根据停车库( 场) 行业标准g a t7 6 1 2 0 0 8 ，一个功能齐全的停车场管理系统， 按其功能划分，应包含以下部分 2 】： ( 1 ) 中央管理部分。中央管理部分是停车场系统的管理与控制中心，中央管 理，由中央管理单元、数据库、中央管理执行设备等组成，中央管理单元和数据库 可集成在一起；中央管理执行设备主要包含交换机、显示屏、打印机等。中央管理 部分应能实现车辆出入、操作权限管理以及数据管理；能实现对出入车辆的出入 行为进行鉴别及核准；对符合出入授权的出入行为予以放行；能实现信息比对。 ( 2 ) 出入口部分。出入口部分主要由识别、控制、执行三部分组成。识别部 分实现对车辆进行识别，包括刷卡机以及地感线圈；控制部分获取从识别部分发过 来的车辆信息，经核实后向执行部分发出指令；执行部分接收控制部分发过来的指 令，做出相应的动作；另外可根据实际需要扩充自动出卡设备、语音或文字指示装 置、对讲设备等外围设备。 ( 3 ) 停车场区部分。库区部分一般由车辆引导装置、视频安防监控系统、电 子巡查系统、紧急报警系统等组成，应根据安全防范管理的需要选用相应系统。 在以上条件基础上，再结合系统的业务分析，从安全性和可靠性方面考虑，本 系统应具备以下功能： ( 1 ) 对不同的车辆进行发放不同的凭证，向长期入场车辆发放固定凭证，对 临时用户发放临时凭证。 ( 2 ) 应具备完善的财务查询以及报表打印功能，从而有效地防止财务上的漏 洞，并使管理者及时了解财务状况。 ( 3 ) 可适应停车场、住宅小区以及学校等地方的车辆出入管理。 ( 4 ) 为了加快车辆的出入速度，应采用一进一出的出入口管理方式，系统可 同时管理一进一出两个出入口； ( 5 ) 固定凭证需要到管理中心进行办理，而临时凭证可直接在停车场入口出 办理，提高了效率； ( 6 ) 自动计费、收费：可以按次收费；也可以根据入场时间与出场时间自动 计算停车时间，根据停车时间与收费标准自动计算应收费用；临时车辆要人工以现 金形式收取停车费用，储值卡车辆可以在发卡或读卡时自动收取扣除停车费用； ( 7 ) 出入场车辆对比：在车辆出场时应与入场车辆信息进行比对； ( 8 ) 资金安全：系统需要对道闸非法打开事件进行记录( 如手动开闸) ，使得 任何一次、任何情况下的车辆进出都有据可查、可以监管，从而有效避免了因值班 人员的疏忽或有意作弊而造成的资金流失； 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 ( 9 ) 系统能够保存大量信息，需要一个快速、稳定的数据库系统； ( 1 0 ) 提供一个管理系统提供月租卡和储值卡的发行、挂失和恢复，收费情况 查询以及报表打印功能； ( 1 1 ) 入口处配备出卡机，并提供出卡机无卡报警功能：入口自动出卡机内缺 卡( 比如卡片少于1 0 张) 或者无卡时，设置在出口处的控制主机能自动以声音或闪 烁等形式报警以提示保安值班员及时续卡。 ( 1 2 ) 另外，还需要在出入口处增加一些外围硬件，包括车辆探测装置( 用于 探测是否有车辆到达) ，l e d 显示屏以及语音提示装置，用于显示欢迎信息和卡片 状态信息。 2 1 8 系统非功能需求 系统的开发需要考虑各方面的因素，包括：用户需求、技术支撑、可行性、系 统开发周期以及开发成本等。综合考虑以上各种因素，系统设计应遵循以下原则： 1 实用性 设计的系统需要符合客户的需求，并能在实际中发挥作用。设计的软件在保证 功能齐全，可靠性高的基础上，应该容易操作，具有良好的人机交互界面，并根据 需要配备详细的使用手册。 2 可靠性 首先，可靠性体现在出入场快速通畅上，这点由硬件保证；其次，要保证软件 的可靠性，这需要软件的编写要遵循规范化设计标准；再次，要保证出现意外事件 时，如服务器死机或出现硬件故障，整个系统也能正常运行，不会瘫痪，这就需要 对数据库里的数据进行定时备份，以及主从备份等手段，确保信息不会破坏或丢失， 保证数据完整性。 3 安全性 系统的安全性主要体现在系统数据安全性上，本系统通过对系统使用者的分级 管理、权限控制以及数据加密来实现。分级管理即使用者分为系统管理员、卡片管 理人员、财务人员和出入口操作员四组，每一组具有不同的数据库访问权限。系统 管理员具有对数据库的所有操作权限，只设定一个系统管理员账号，后两者由系统 管理员授权；权限控制由系统管理员对操作员和管理员的权限进行修改。 2 2 停车场管理系统的总体设计 在进行系统总体设计前，需要对车辆凭证进行选择，从安全性与成本等各方面 考虑，本系统使用i c 卡或i d 卡。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 i c 卡具有加密功能，完全能满足卡中数据安全性的需要，系统的密钥由用户方 提供，难以破解，提高了系统的保密性；刷卡机有专用的设备操作密码，任何其它 第三方设备都不能进入本系统；由于卡序列号是唯一的，制造厂家的产品出厂前已 将序列号固化了，不可更改；卡与读写器之间采用双向验证机制，数据传输安全可 j = 罪o 2 2 1 系统物理结构设计 通过2 1 节的系统功能分析，可将系统按物理位置划分为出入口部分、出入口 计算机部分与管理中心部分，各部分的结构要求如下： 1 出入口部分 ( 1 ) 出入口控制部分：包括出入口控制器、刷卡机、地感线圈、语音提示、 中文电子显示屏等； ( 2 ) 道闸部分包括：自动道闸、防砸地感线圈； ( 3 ) 图像捕捉系统包括：模拟摄像头、室外防护罩、支架立杆； ( 4 ) 自动出卡机( 入口部分必须配置，出口没有) 。 2 出入口计算机部分 停车场管理工作站，配备u p s ，安装停车场出入口管理软件，负责该出口的车 辆监控、图像对比、收费，停车场维护、管理。 3 管理中心部分 系统管理中心设置一台数据服务器，实现系统数据的集中管理与共享。系统管 理中心另设置一台发行管理工作站，配置卡片发行器，对卡片进行发行及管理，也 可以直接利用系统数据服务器完成对卡片进行发行及管理。管理站功能由一个管理 软件实现。 经过以上分析可知，本系统是一个数据库应用系统，各工作点( 包括出入口和 管理工作站) 共享系统数据。因此系统的结构设计为：建立数据库服务器管理系统 数据，建立一个或多个管理工作站对数据库进行设置和管理，同时在每一个出入口 配置一台计算机并安装出入口管理软件，对车辆出入进行管理，各出入口计算机通 过局域网与数据库服务器相连，共享系统数据。系统的物理结构框图如图2 3 所示， 图2 3 以单通道为例画出了系统的基本构架图，语音提示作为辅助设备并未画出。 这里对些主要部件进行简要介绍，打印机负责报表打印，i c 卡发行机用于月租卡 和储值卡的发行，临时卡由临时卡出卡机发行，视频采集卡与对摄像头捕捉的模拟 信号进行转换并在出入口计算机显示。 里塑塞塞查耋至圭塞室兰兰竺丝圣曼：要 图2 - 3 停车场管理系统物理结构图 2 22 系统逻辑结构设计 在前面系统业务划分中，将系统业务划分为车辆出出入场、卡片办理、收费查 询与报表打印以及系统设置。车辆出场业务、入场业务可以由同一个模块实现，这 样可以同时控制车辆入场与出场，方便管理：卡片办理、收费查询与报表打印以及 系统设置属于数据管理范畴，可由一个模块实现，其下再根据业务不同划分不同的 子功能模块。 经过上面分析，停车场管理系统的软件按功能可划分为两个模块：出入口管理 模块和管理站模块。出入口管理模块的主要功能是对车辆的出入场进行管理，包括 对出入口状况实时监控，图像抓拍、比对，卡片的有效性鉴定对临时卡和储值卡 进行计时收费等；管理站模块可划分为系统管理、查询管理和卡片管理三个模块组 成，其中系统管理需要系统管理员的账号和密码才能操作，财务管理和卡片管理则 需要后台工作人员的账号和密码。系统管理主要功能是对一些系统参数进行设置， 如收费设置、权限设置及出入口设置等；查询管理主要是对数据库的查询，如对某 个时间段的车辆出入情况及收费情况进行查询，以及对工作人员操作进行查询等： 卡片管理功能包括：办理新卡，查询卡信息，卡充值，卡的挂失和恢复等。 如此进行划分之后，各模块独立工作，彼此之间并无直接联系，各模块连接到 数据库，由数据库提供的并发控制机制协调各模块之问的数据访问。具体的模块划 分如图2 - 4 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 图2 - 4 软件结构图 将系统划分为多个模块，各模块操作功能单一使得系统更加简单，从而减少了 操作员的失误。 2 2 3 系统体系结构的选取 停车场管理系统实际上是一个与硬件相结合的数据库应用系统，各出入口通过 局域网同数据库相连，需要考虑系统数据管理以及如何对数据进行处理，从而保证 数据的安全性，提高系统的可靠性。 数据库管理系统的体系结构与数据库系统的运行环境密切相关。随着计算机技 术的发展，数据库系统的应用也越来越广泛，数据库管理系统体系结构的研究和实 践也不断取得进展。客户机i j j l 务器( c i s ) 体系和浏览器服务器( b i s ) 体系是当 今数据库系统开发技术架构的两大主流技术，在本系统中选用c s 模式作为数据库 体系结构。首先分别对这两种技术进行介绍。 1 客户机j j l 务器结构 客户机l j j l 务器结构，即c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构。客户l j j l 务器系统将一个数 据库应用系统分解为前台的客户端应用程序和后台的服务器，客户端和服务器通过 网络连接。在这种结构下，客户端向服务器发送请求，服务器接收请求，服务器对 请求分析，再将结果发回客户端。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 客户n 务器系统将任务分配到客户端和服务器端来实现，降低了系统开销。一 般来说，发起对等通信的应用程序称为客户。多数客户软件与常规的应用程序实现 是一样的。客户应用程序每次执行时都要与服务器联系，发出请求并等待响应。客 户收到响应后再继续处理。与之相比，服务器是等待接收用户通信请求的一种程序， 服务器接收一个客户的请求，执行必要的计算，然后将结果返回给客户【4 】。 客户机服务器结构可设计成二层或三层模式。在这两种模式下，客户端由用户 界面和客户事务处理组成，服务器端则分为数据处理模块和数据库，因此客户端比 较复杂，不过同时减轻了服务器端的负荷。三层模式与二层模式的不同在于：服务 器端分成数据库服务器和应用服务器两部分，应用服务器负责接收客户端的请求、 对请求进行处理和将数据库服务器返回的数据发送到客户端，数据的存取则由数据 库服务器端来完成。 客户服务器结构如图2 5 所示。 图2 - 5 客户服务器结构图 客户服务器系统具有以下特点： ( 1 ) 并发处理：一个服务器为多个客户机提共享资源，这就要求并发处理的 能力； 、 ( 2 ) 位置透明：位置透明意味着用户不必知道服务器的具体位置，便可以向 服务器发送请求； ( 3 ) 自动识别服务：客户机和服务器之间是通过服务请求服务响应进行交互。 这要求服务器能自动识别请求类型，并调度客户端所需要的资源； ( 4 ) 可扩展性：c i s 系统的扩展性好，可以方便地增加客户机或服务器以扩大 系统的规模和服务质量。 使用于c i s 模型的功能应具有以下特点： ( 1 ) 交互性强，对安全性的要求较高； ( 2 ) 有比较固定的使用者； ( 3 ) 要求处理大量的实时数据。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 2 浏览器服务器结构 浏览器i j j l 务器结构又称为b i s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构，在该结构下客户端是浏 览器，服务器端为标准的w e b 服务器和应用程序服务器来响应客户端的请求。 浏览器j j l 务器模式是一种三层结构的系统。第一层是客户机，客户机的应用 程序是一个通用的浏览器软件，如f i r e f o x 、i e 等，浏览器可将h t m l 代码转化成 网页，用户通过网页的界面上输入信息通过浏览器提交给后台，接着后台向第二层 的w e b 服务器提出处理请求。对于接收到的请求，w e b 服务器将启动相应的进程 来响应，并生成一串h t m l 代码，然后将处理的结果同代码返回给客户机。如果 客户机有关于数据存取的请求，就需要第三层数据库服务器参与完成，数据库服务 器的任务类似于c s 模式的服务器，负责处理不同的w e b 服务器发出的请求。浏 览器j l 务器结构如图2 - 6 所示。 图2 - 6 浏览器服务器结构 浏览器服务器结构具有以下特点： ( 1 ) b s 体系综合了浏览器、信息服务和w e b 等技术，通过一个浏览器可以 访问多个应用服务器； ( 2 ) 客户端只安装一个w e b 浏览器，因此，其客户端比较简单； ( 3 ) 系统安装和升级只需在服务器上进行。 使用浏览器j j l 务器结构的功能模块应具有以下特点： ( 1 ) 用户不确定，且地点不固定； ( 2 ) 安全性要求相对较低； ( 3 ) 功能复杂多变。 3 系统体系结构的选取 对于b s 的应用，由于其具有用户端结构简单、操作方便、便于维护、容易扩 展、共享度高等优点，适应了软件技术的发展潮流。随着i n t e r n e t 的不断发展，b s 模式优势越来越明显，但对于本系统来说，采用这种模式并不是最好的选择。原因 如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 ( 1 ) 客户端需要比较强大的处理能力。b s 虽然具有一定的交互能力，但与 c s 相比还是比较有限，本系统要求出入口客户端( 出入口计算机) 具有处理控制 器发送过来的信号能力，并同时具备视频采集等复杂功能，因此选取c s 模式。 ( 2 ) 本系统对数据安全性的要求比较高。c s 一般面向相对固定的用户群，对 信息安全的控制能力很强，适用于局域网，这样安全性可以得到较好的保证。而b s 采用开放的结构模式和t c p i p 等开放性i n t e r n e t 协议，安全性不容易保证。i n t e r n e t 技术中的安全问题尚未解决。 ( 3 ) c s 的响应速度更快。由于c s 的客户端直接与服务器交互，而b s 是三 层结构，用户端的请求需要经过两层传输才能到达数据库，从而需要更长时间，对 于需要频繁访问和修改数据库的操作，这点更加明显。 ( 4 ) 另外，采用c s 模式，所有数据由数据库库服务器统一管理，采用集中 式管理方式，从而更好地保证了数据的完整性。 ( 5 ) 由于在本系统中，需要连接一些硬件接口，如管理站需要连接刷卡机， 出入口管理系统需要连接控制器，因此必须使用c s 模式进行构架。 由于本系统是基于局域网的、分布式的管理系统，客户端数目有限、位置固定， 用户也仅限于工作人员，客户端需要事务处理能力，并且对数据实时性要求也比较 高，因此，选择c s 结构作为本系统的设计模型。 2 2 - 4 系统开发环境与d b m s 的选取 1 操作系统的选取 现在主流的操作系统有三种：w i n d o w s 、u n i x 以及l i n u x 。u n i x 作为一个商业 操作系统，具有高安全性、高稳定性和专门定制的服务，但是其价格昂贵，只用作 大型企业或部门的服务器；w i n d o w s 具有很好的图形界面，并且容易操作，但是其 安全性不高；l i n u x 是一个开源的操作系统，作为类u n i x 家族的一员，l i n u x 继承 了u n i x 的高安全性和稳定性，并且具有丰富的网络功能，具体表现如下： ( 1 ) 安全性：l i n u x 系统是一个具有先天病毒免疫能力的操作系统，很少受到 病毒攻击。对于一个开放式系统而言，在方便用户的同时，很可能存在安全隐患。 不过，利用l i n u x 自带防火墙、入侵检测和安全认证等工具，及时修补系统的漏洞， 就能大大提高l i n u x 系统的安全性，让黑客们无机可乘。 ( 2 ) 良好的稳定性：l i n u x 内核的源代码是以标准规范的3 2 位( 在6 4 位c p u 上是6 4 位) 的计算机来做的最佳化设计，可确保其系统的稳定性。正因为l i n u x 的 稳定，才使得一些安装l i n u x 的主机像u n i x 机一样常年不关而不曾宕机。 ( 3 ) 完善的网络功能：l i n u x 内置了很丰