مقاله سیستم بینایی ماشین و یادگیری عمیق در مدیریت پارکینگ

بخشی از مقاله

چكیده

با توجه به پیشرفت روزافزون و چشمگیر هوش مصنوعی و همچنین نظر به این که سیستمهای هوشمند در حوزهها و علوم مختلف کاربردهای متنوعی دارد، استفاده از هوش مصنوعی در خدمتدهی و آسانسازی زندگی بشر مورد بحث است. در این راستا یكی از مواردی که در شرایط جوامع امروزی کالن شهرها به علت افزایش استفاده از خودروهای شخصی و در نتیجه نیاز به پارکینگ از اهمیت زیادی برخوردار است، مدیریت پارکینگهای عمومی میباشد.

در حال حاضر مدیریت پارکینگها به کمک نیروی انسانی و سیستم ثبت پالک به صورت دستی و یا توسط دوربینهای پالک خوان انجام میگیرد که مشكالت و خطاهای زیادی را در بر دارد. از این رو با بهرهگیری از تكنیکهای مختلف از قبیل پردازش تصویر، بینایی ماشین، یادگیری عمیق، اینترنت اشیاء و سیستمهای نهفته، موفق به ساخت سیستمی جهت مدیریت بهرهبرداری از پارکینگهای عمومی شدهایم که با بهرهگیری از آن میتوان فعالیتهای نظارت و مدیریت پارکینگ را به صورت سیستمی و خودکار انجام داد. مقاله حاضر به معرفی این سیستم میپردازد که بر پایه هوش مصنوعی است و نیاز به حضور نیروی انسانی را تا حد زیادی کاهش میدهد یا حذف میکند. عالوه بر این خدمات و قابلیتهای بسیار زیادی در اختیار مدیر بهرهبردار پارکینگ و شهروندان قرار میدهد.

کلمات کلیدی مدیریت پارکینگ، اینترنت اشیاء، یادگیری عمیق، بینایی ماشین.

مقدمه

امروزه با توجه به افزایش جمعیت و ماشینی شدن جوامع، استفاده از خودرو شخ صی در ب سیاری از ک شورهای جهان امری عادی مح سوب میشود. به همین دلیل، تعداد خودروهای در حال تردد در سطح شهر به صورت روزانه درحال افزایش است. درحالی که، فضای پارک موجود در ب سیاری از شهرها و کالن شهرها محدود بوده و پا سخگوی حجم تقا ضا نمیبا شد. بنابراین مدیریت پارکینگها چالش بزرگی ا ست که مدیران بهرهبردار، حوزه حمل و نقل و ترافیک و همچنین شهرداریها با آن روبرو هستند.

مدیریت جایگاههای پارک پارکینگها همواره یک مع ضل مح سوب می شود زیرا در محیط پویا و متغیر پارکینگها،سیستم های جاری اطالعات کافی و مورد نیاز از آنها را مخابره نمیکنند و این مهم در مدیریت پارکینگهای مسقف، طبقاتی و سرپوشیده مشكالت و معضلا ت محسوس و بارز متعددی را برای مدیریت و بهرهبرداران از پارکینگ و شوه روندان به عنوان استفاده کنندگان نهایی در بردارد که در بخشهای بعدی به تفصیل مورد بررسی قرار داده شده است.

مقاله حاضر سیستمی را معرفی میکند که م شكالت سی ستمهای فعلی را رفع مینماید و فعالیتهای مربوط به مدیریت پارکینگ را به صورت خودکار و هوشمند بر اساس الگوریتمهای برگرفته از هوش مصنوعی شامل یادگیری عمیق، بینایی ماشین و مبتنبر سیستمهای نهفته و اینترنت اشیاء انجام میدهد. قابل توجه است که این سیستم به عنوان اختراع به ثبت رسیده است. جهت صحت سنجی عملكرد سیستم چند نمونه از این دستگاه ساخته شده و مورد بهرهبرداری قرار گرفته است. در بخش دوم ادبیات مو ضوع عنوان شده ا ست، بخش سوم متدلوژی بیان شده ا ست و در دو بخش آخر به بیان نتایح و بررسییی و تحلیل نتایا این سیستم پرداخته شده است.

ادبیات موضوع

در سیستمهای اولیه جهت مدیریت و بهرهبرداری از پارکینگ-های معموالً از قبوض کاغذی استفاده میشد که با ظهور فناوری، سیستمهای پیشرفتهتری مانند کارتها/ تگها بر پایه فناوریهای رادیویی مانند RFID و - NFC جایگزین قبوض کاغذی شدند. این سیستمها در حال حاضر نیز بصورت عملیاتی در سراسر دنیا مورد استفاده قرار میگیرند. اما با توجه به پیشرفتهایی که تا کنون در زمینه هوش مصنوعی وجود داشته، مدیریت پارکینگها میتواند از سیستمهای کامال هوشمند بهرهگیری کند.

پارکینگها در سرتاسر دنیا به کمک سیستمهای معدودی مدیریت میشوند که قابلیتهای بسیار محدودی دارند. در این بخش به معرفی این سیستمها پرداخته و مزایا و معایب آنها جهت مقایسه بهتر با سیستم معرفی شده در مقاله حاضر بیان میشود. در سال 1998 میالدی سیستمی در امریكا توسط ثبت شد.که از یک جفت سنسور فرستنده و گیرنده نوری در باالی جایگاه پارک استفاده میکند تا حضور یا عدم حضور شئ در جایگاه پارک را تشخیص دهد. چنانچه یک شئ در محل پارک وجود داشته باشد سنسور دریافت کننده سیگنال دریافت نمی-کند در غیر اینصورت سینگال برگشتی از سنسور فرستنده، در سمت گیرنده دریافت میشود. در مدارات این سیستم از میكروپروسسور جهت پردازش استفاده گردیده است.

در سال 2004 سیستم دیگری ارائه شد.صرفاً جهت رزرو جایگاه پارک و تشخیص پر یا خالی فضای پارک توسط سنسورهای تشخیص دهنده از قبیل: سنسورهای مجاورتی، سنسورها بر اساس نور یا سنسورهای مافوق صوت است. در این سیستم، عملیات رزرو توسط متقاضی از طریق اینترنت یا تجهیزات بیسیم دیگر صورت میگیرد. سپس سیستم در صورت وجود فضای پارک خالی آن را برای شخص رزرو می کند. در این مقاله به نحوه چگونگی رزرو فضای پارک اشارهای نشده است.

در سال 2005 میالدی در امریكا سیستم جدیدتری به ثبت رسید که از طریق سیستم بیسیم، وجود یک شئ شناسایی و سنسورهای شناساگر بطور بیسیم به شبكه محلی مستقل در پارکینگ متصل میشوند و سپس دادهها از طریق شبكه اینترنت به کامپیوتر مرکزی جهت ذخیره ارسال میگردد.در سیستم ارائه شده در سال 2011 تشخیص وجود یک شئ توسط دوربین های نظارتی صورتی میگیرد سپس کامپیوترهای پردازشگر مستقر در محل دیگری بنام ارسال میشود. در این قسمت تصاویر در سرور پردازش و مشخص میشود که جایگاه پارک پر یا خالی است.

در سال 1390 سیستمی توسط محسن کرمی خشک آباد به ثبت رسیده  است که سیستم پارکینگهای باتكنولوژی RFID وتگ های UHF است که در این سیستم میبایست تگ به خودرو چسبانده شود و دستگاه خواننده تگ در محل ورودی خروجی پارکینگ نصب شود. به خودورهایی که دارای تگ مربوطه میباشند اجازه ورود خروج داده میشود و خودروهایی که فاقد تگ مربوطه میباشند اجازه ورود خروج داده نمیشود.

اصلیترین مشكل این روش هزینهبر بودن آن است. زیرا الزم است به ازای هر خودرو یک تگ تهیه شود و امكان خراب شدن تگ و نیاز به تعویض وجود دارد. عالوه بر این امكان کپی کردن سریال تگها وجود دارد، زیرا درون تگها اطالعات درج نمیشود و فقط بر اساس سریال تگ اقدام به شناسایی خودرو میکند؛ همچنین تگ را میتوان به راحتی به خودروی دیگری منتقل کرد که یكی دیگر از موارد کاهش ضریب اطمینان محسوب میشود.

همچنین سیستم دیگری در پایگاه در سال 2014 با نام به ثبت رسیده است که در آن متدی برای رزرو محل پارک معرفی شده است و راننده پس از ورود به پارکینگ، به محل پارک خالی راهنمایی میشود. در این سیستم نیز تشخیص شی اشغال کننده فضای پارک وجود ندارد. سیستم ارائه شده در مقاله که مربوط به سال 2016 میباشد صرفا بر اساس فناوریهای تشخیص رادیویی شامل RFID، NFC، شبكههای بیسیم سنسوری، و موبایل کار میکند که تشخیص بر اساس تگهای موجود بر خودرو و دستگاههای ریدر مستقر در محل پارکینگ عملیات کنترل تردد را مدیریت میکند.

سیستم ارائه شده در سال 2018 کامال بر اساس سنسورهای وزن و مادون قرمز کار میکند و این اطالعات از طریق ماژول  به سمت سرور جهت پردازش ارسال میگردد. این سیستم پارامترهایی نظیر حضور و عدم حضور اشیاء - بدون تشخیص نوع شیء - در محل پارک را بر اساس خصوصیات سنسوری را تشخیص میدهد. در سال 2019 سیستم دیگری ارائه شد که صرفا یک دوربین است و برای ردیابی اشیا از آن استفاده میشود.

همچنین عالوه بر دوربین به رادار نیز مجهز است که در ورودی، رمپ و محل پارک خودرو نصب و باعث میشود محل اشیا در پارکینگ را مشخص نماید. این سیستم فقط مشخص کننده شرایط فضای پارک - ظرفیت - است. همچنین هر دوبین به یک فضای پارک اختصاص داده میشود که هزینه بر میباشد. الزم به ذکر است تصاویر به مرکز پردازش جهت تشخیص ارسال میشود که عالوه بر نیاز به پهنای باند باال، سرورهای قدرتمندتری نیز باید محیا شود.

عمدهترین ایراد در سیستمهایی که تا کنون وجود داشتهاند عدم شناسایی نوع شئ یا اشیاء اشغال کننده فضای پارک است. به بیانی دیگر، این سیستمها حضور هر شئ در فضای پارک را به منزله وجود خودرو در نظر گرفته و فضای پارک را در حالت پر نشان میدهد، در حالی که ممكن است به جای خودرو یک انسان، حیوان، کیف و یا هر چیز دیگری در آن مكان وجود داشته باشد. از سایر مشكالت این سیستمها میتوان به عدم ایجاد تامین امنیت خودرو و شهروندان، مخابره اطالعات ناقص با ضریب اطمینان کم و خطای باال، عدم انعطافپذیری و توسعهپذیری و پیچیدگی ارتباط اشاره نمود.

به طور خالصه مطابق آنچه در ادبیات موضوع بیان شد، در سیستمهای پیشین جهت تشخیص اشغال یا عدم اشغال فضای پارک از سنسورها و یا از دوربینهای مستقر در پارکینگ استفاده شده است که در صورت استفاده از دوربین، اطالعات جهت پردازش به مرکز کنترل ارسال میگردد. عالوه بر این سیستمهای پیشین صرفا وجود اشیاء را در محل پارک تشخیص میدهند و توانایی تشخیص نوع شی را ندارند. این سیستمها برای تعامل با شهروندان تنها از دو رنگ سبز و قرمز جهت نشان دادن خالی یا پر بودن فضای پارک بهره میبرند.

از محدودیتهای دیگر این سیستمها میتوان به تک کاره بودن آنها اشاره نمود؛ به عبارتی دیگر این سیستمها فقط توانایی تشخیص خالی یا پر بودن فضای پارک را دارا هستند. اما سیستم ارائه شده در مقاله حاضر که به ثبت اختراع نیز رسیده است، به صورت بصری محل فضای پارک را میبیند و عالوه بر تشخیص وجود اشیاء، نوع آن را نیز مشخص میکند و آن را گزارش میدهد. همچنین برای تعامل با شهروندان از ledهای  و بازر تولید کننده صدای اخطار و اسپیكر جهت پخش پیامهای صوتی به زبانهای مختلف استفاده میکند.

امكان رزرو آنالین قطعی و اعالم شرایط اضطراری نیز از دیگر امكانات سیستم ارائه شده در این مقاله است. الزم به ذکر است تمامی پردازشها سمت کالینت انجام میشود و قابلیت ارتباط از طریق فناوری اینترنت اشیاء وجود دارد که سیستم بر اساس آن ارتباط برقرار میکند. این سیستم تک کاره نبوده و صرفا جهت مدیریت فضای پارک استفاده نمیشود بلكه وظیفه پایش آالیندههای محیطی موجود در پارکینگ و قابلیت تشخیص و اعالن دود و آتش را نیز بر عهده دارد. از دیگر کاربردهای این سیستم میتوان به مباحث مرتبط با پایش تصویری با هدف تامین امنیت و شناخت رخدادهای مشكوک و شناساییهای امنیتی اشاره نمود.

متدلوژی

به منظور حل مشكالت موجود در زمینه مدیریت جایگاه پارک در پارکینگها از فناوریهای مختلف نظیر پردازش تصویر و بینایی عمیق، یادگیری ماشین، اینترنت اشیاء و سیستمهای نهفته بهرهگیری شده است. در این سیستم پردازشهای اصلی در سختافزار سمت کالینت انجام و فقط نتایا به سیستمهای سمت سرور ارسال میشود که هر یک دارای ویژگی و عملكرد منحصر به فرد و به شرح زیر میباشند.