趙一州

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大中型停車場智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)研究

趙一州

（昆明理工大學(xué)，國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650000）

隨著城市加速發(fā)展，一些城市面臨著“車多位少”的困境，尋找到一個合適的停車位變得越來越難。為了解決這類問題，本文介紹了大中型智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)的研究方法與功能需求，對智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫以及后臺管理模塊進(jìn)行了開發(fā)。通過對布爾(Boolean)模型和迪杰斯特拉(Dijkstra)算法的研究，分析提出了一個集信息查詢、預(yù)定停車位、泊車導(dǎo)航、反向?qū)ぼ嚨裙δ苡谝惑w的智能停車導(dǎo)航系統(tǒng)。從而到達(dá)提高車主在進(jìn)行泊車及取車時的快速性與便捷性的目的。

智能泊車導(dǎo)航；反向?qū)ぼ嚕坏乩硇畔⑾到y(tǒng)

0 引言

隨著國內(nèi)私人汽車保有量的迅速增加，車主越來越難在一些城市的商務(wù)中心尋找到一個合適的車位停車。與此同時，因為停車場的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，給車主帶來的新的問題就是找車難。停車場作為人們出行的重要設(shè)施，其高水平的服務(wù)效率必將為車主提供幫助。所以建設(shè)智慧型停車場，實現(xiàn)停車場信息的實時數(shù)據(jù)共享，將會為人們的生活提供極大地方便。

本文在查閱相關(guān)研究資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外的研究方向，構(gòu)建一個能夠?qū)崿F(xiàn)查看停車場信息、預(yù)定停車位、智能泊車誘導(dǎo)、反向?qū)ぼ嚬芾淼裙δ苡谝惑w的智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)。利用Microsoft Visual Studio軟件、Microsoft SQL Sever軟件和編程語言C#+AE語言完成系統(tǒng)軟件的部分設(shè)計。通過車輛的全球定位系統(tǒng)(GPS)定位點(diǎn)，在選擇車位后運(yùn)用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法實現(xiàn)車輛在停車場內(nèi)部的導(dǎo)航從而進(jìn)行泊車導(dǎo)航，對于室內(nèi)停車場通過室內(nèi)定位的方法將車輛快速準(zhǔn)確的導(dǎo)航到預(yù)定停車位[1]。當(dāng)車主在返回尋找自己車輛時，通過移動端基于布爾(Boolean)模型開發(fā)的反向?qū)ぼ嚥樵兡K進(jìn)行查詢，確定車輛位置后，定位生成到達(dá)用戶車輛所在位置的路線圖，方便車主能準(zhǔn)確找到自己的愛車。

1 智能停車導(dǎo)航系統(tǒng)的研究方法

1.1 電子地圖的應(yīng)用

根據(jù)停車場所在的地理位置，停車場平面圖，用戶停車需求等，對電子地圖的二次開發(fā)，從而提供地理信息服務(wù)，基于C#等編程軟件通過現(xiàn)有的電子地圖的接口進(jìn)行設(shè)計，將電子地圖通過接口引入到頁面中同時加載停車場內(nèi)部的平面圖等相關(guān)信息。通過運(yùn)用二次開發(fā)的源代碼庫，設(shè)計實現(xiàn)一個能夠顯示停車場信息、停車場地址、停車場收費(fèi)情況等相關(guān)信息的窗口。

1.2 數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用

智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫信息主要是存儲停車場和停車位的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容主要包括停車場位置的空間數(shù)據(jù)信息、車位位置空間數(shù)據(jù)信息、停車場的基本信息、停車位基本信息，運(yùn)營使用的實時使用情況及反饋數(shù)據(jù)信息等，這些數(shù)據(jù)主要運(yùn)用于支撐停車場及車位信息查詢等工作[2]。

1.3 Android技術(shù)的應(yīng)用

由Google公司研發(fā)的Android系統(tǒng)是針對智能手機(jī)等移動設(shè)備的操作系統(tǒng)，Android系統(tǒng)允許各個手機(jī)廠商參與到系統(tǒng)的開發(fā)，智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)將 GIS技術(shù)與 Android技術(shù)相結(jié)合，用戶可以通過使用移動客戶端對停車場信息進(jìn)行實時了解[3]。

2 智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)的功能與模塊設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的功能需求

本文設(shè)計了一個智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)，針對泊車最優(yōu)路徑查詢，反向?qū)ぼ嚥樵兊葐栴}提出相應(yīng)的解決方案。通過了解分析國內(nèi)外有關(guān)智能泊車導(dǎo)航以及反向?qū)ぼ囘^程技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀，確定智能泊車導(dǎo)航的方法，反向?qū)ぼ嚥樵兡Ｐ鸵约胺聪驅(qū)ぼ嚪椒āＫ韵到y(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能包括：

（1）用戶通過手機(jī)移動端進(jìn)行登錄查詢自己所在的位置附近是否有停車場以及停車場的信息。

（2）用戶根據(jù)移動端顯示的停車場實時數(shù)據(jù)信息情況等信息，選擇停車場并且可以預(yù)約停車位。

（3）用戶選擇成功后，界面自動生成用戶當(dāng)前所在位置到停車場的導(dǎo)航路線圖[4]。

（4）用戶進(jìn)入停車場，通過停車場門口的圖像識別設(shè)備識別車牌號后，進(jìn)入停車場內(nèi)部，移動端界面轉(zhuǎn)入到停車場內(nèi)部導(dǎo)航，根據(jù)停車場內(nèi)部地圖將車輛引導(dǎo)到預(yù)約車位后開始計算停車時間。

（5）用戶再次進(jìn)入停車場，通過使用反向?qū)ぼ嚬δ苌煞聪驅(qū)ぼ囎顑?yōu)路徑，從而能夠快速的找到自己車輛所在位置。

（6）通過車牌識別技術(shù)確認(rèn)車輛駛出停車場后將信息返回移動終端停止計時并計算價格。

通過明確大型停車場智能泊車導(dǎo)航的方法，反向?qū)ぼ嚥樵兡Ｐ鸵约胺聪驅(qū)ぼ嚪椒ㄒ约肮δ苄枨?，設(shè)計系統(tǒng)方案，根據(jù)設(shè)計方案利用Microsoft Visual Studio軟件、Microsoft SQL Sever軟件和編程語言C#+AE語言來實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計方案各項功能。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

大中型智能停車場智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)軟件的用戶使用手機(jī)移動端上的GPS或北斗進(jìn)行當(dāng)前位置的定位，用戶使用移動端進(jìn)行登錄查詢自己所要前往的目的地附近的停車場信息，選擇合適的停車場并進(jìn)行停車位預(yù)約，確保在車輛到達(dá)停車場后有停車位使用。用戶可以運(yùn)用電子地圖進(jìn)行到達(dá)停車場前的導(dǎo)航，讓用戶能夠更加方便快捷地到達(dá)自己所預(yù)約的停車場[5]。其主要流程如圖1所示。

圖1 智能泊車系統(tǒng)流程圖

2.3 系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)庫設(shè)計

對于智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計要根據(jù)其結(jié)構(gòu)設(shè)計為基礎(chǔ)，智能泊車系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計中主要分為后臺管理模塊和用戶使用模塊。其系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)圖

停車場運(yùn)營的實時數(shù)據(jù)信息都會及時更新并且傳輸?shù)酵＼噲龅暮笈_管理模塊，通過后臺管理模塊對數(shù)據(jù)的處理，后臺管理模塊在接收到來自移動端所發(fā)送的數(shù)據(jù)請求后將信息傳送到對應(yīng)的移動端，確保用戶在查詢和預(yù)約停車位時的準(zhǔn)確性和及時性，用戶在進(jìn)行查詢和預(yù)約時所涉及到了該系統(tǒng)中各個模塊之間的職能和相互間的聯(lián)系[6-7]。

在確定數(shù)據(jù)表所需表的數(shù)量及功能時，數(shù)據(jù)庫中的表格需要根據(jù)上述數(shù)據(jù)庫架構(gòu)圖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系，從而確定需要涉及到的數(shù)據(jù)庫表[8]。在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫表主要包括：用戶基本信息表、系統(tǒng)管理員信息表、停車場內(nèi)停放車輛信息表、停車位基本信息表、交費(fèi)充值記錄表、停車場系統(tǒng)信息表等。在完成數(shù)據(jù)庫的建庫工作后，通過使用C#語言對管理員管理平臺進(jìn)行搭建得到的管理員管理界面。

3 停車場內(nèi)智能泊車及反向?qū)ぼ嚪桨笇崿F(xiàn)

該系統(tǒng)將采用基于布爾(Boolean)模型[9]的反向?qū)ぼ嚥樵兒偷辖芩固乩―ijkstra）算法[10]進(jìn)行設(shè)計。

3.1 布爾（Boolean）模型

布爾模型是最經(jīng)典的查詢模型，布爾模型的基本原理是布爾邏輯，在創(chuàng)建相關(guān)查詢語句時各個關(guān)鍵詞之間通過運(yùn)用AND、OR、NOT及相關(guān)的運(yùn)算符進(jìn)行連接，使用布爾模型進(jìn)行查詢時結(jié)果類似于二進(jìn)制，所以查詢結(jié)果只有兩類分別是1、0，即索引中數(shù)據(jù)與查詢條件一致時結(jié)果是True(1)，數(shù)據(jù)與查詢條件不匹配時結(jié)果是False(0)，由此布爾模型查詢結(jié)果具有二值性的特點(diǎn)[11]。運(yùn)算模式如圖3所示。

圖3 布爾邏輯運(yùn)算

布爾模型是一種嚴(yán)格匹配的簡單的查詢模型，標(biāo)準(zhǔn)布爾模型表達(dá)式（1）如下：

Di=（Wi1, Wi2, Wi3,…, Wi1） （1）

公式中，D表示查詢內(nèi)容，n是特征項的個數(shù)，Wik則為1或0，用來表示特征項k（1≤k≤n）在數(shù)據(jù)庫i中出現(xiàn)或者不出現(xiàn)[12]。

用戶在需要離開停車場時，只需要使用移動端的反向?qū)ぼ嚬δ芗纯色@得反向?qū)ぼ嚨奶崾拘畔ⅰＳ脩粼谑褂靡苿佣藢ψ约很囕v位置進(jìn)行查詢時，是為了能夠快速且精確的尋找到自己停在停車場的車輛，因為在進(jìn)行查詢時需要限制其查詢條件，所以在進(jìn)行反向?qū)ぼ嚂r的查詢條件滿足布爾模型使用的條件。另外該系統(tǒng)中主要的查詢方式是利用Microsoft SQL Sever數(shù)據(jù)庫中的查詢語句進(jìn)行，因為在SQL數(shù)據(jù)庫中主要應(yīng)用的就是布爾邏輯，所以本文選擇了布爾模型作為智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)的查詢模型。

3.2 迪杰斯特拉（Dijkstra）算法

迪杰斯特拉算法是一種用于計算一個節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑路由算法，主要特點(diǎn)是 以起始點(diǎn)為中心向外層層擴(kuò)展，直到擴(kuò)展到終點(diǎn)為止[13-14]。

通常我們在解決最優(yōu)規(guī)劃問題時，我們提出了最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，即如果所研究的問題得到的最優(yōu)解中所包含的子問題的解也是最優(yōu)的。所以最優(yōu)路徑的最優(yōu)子結(jié)構(gòu)的性質(zhì)一般可以描述為：如果P(i,j)={Xi……Xk…Xs…Xj}是從點(diǎn)i到j(luò)的最優(yōu)路徑，點(diǎn)k和s是該最優(yōu)路徑上的中間頂點(diǎn)，那么P(k，s)就是從點(diǎn)k到s的最優(yōu)路徑[15]。

由該性質(zhì)可知，為了得到最優(yōu)路徑，Dijkstra提出了根據(jù)最優(yōu)路徑的距離逐次遞增，從而生成最優(yōu)路徑的算法，例如對于起始的頂點(diǎn)X0，首先選擇與頂點(diǎn)X0直接相鄰的所有頂點(diǎn)中距離最短的頂點(diǎn)Xi，根據(jù)該方法依次尋找符合要求的頂點(diǎn)，所以如若要的到P(0,j)的最優(yōu)路徑，從頂點(diǎn)X0到達(dá)Xj的最短距離可以表示為dist[j]=min{dist[j],dist[i]+matrix[i][j]}[16]。

本文將某一停車場作為演示示例，該停車場有一進(jìn)口一出口，該停車場所有停車位都長為5 m，寬為2.5 m，停車場的內(nèi)部道路的寬度為5 m。將停車場內(nèi)部的交叉口由上到下設(shè)置為M1、M2，入口為x1，出口為x2，假設(shè)該停車場內(nèi)部P1、P2、P3、P4、P5、P6為空余車位。得到如圖4所示的停車場空余車位示意圖。根據(jù)停車場的空余車位示意圖，將其路網(wǎng)抽象形成如圖5所示的帶權(quán)有向圖。

圖4 停車場空余車位示意圖

圖5 帶權(quán)有向圖

假定圖5中的P6是用戶所選擇的停車位，現(xiàn)在需要根據(jù)迪杰斯特拉算法原理得到用戶所在的入口處X1到停車位P6之間的最優(yōu)路徑，其計算步驟說明如下[17]：

步驟一：在移動端選擇入口X1，其距離為0，其余除X1以外的點(diǎn)的路權(quán)為∞；

步驟二：將入口X1作為中間點(diǎn)，計算與其直接相鄰的所有節(jié)點(diǎn)的路權(quán)值，以及它們分別到達(dá)M1的距離最短的是 X1→M1=20，其余點(diǎn)路權(quán)為∞；

步驟三：將M1作為中間點(diǎn)，計算與其相連的M2，M1→M2=15，累積X1到M2的距離最優(yōu)路徑為X1→M1→M2=35，其余點(diǎn)路權(quán)為∞；

步驟四：將M2作為中間點(diǎn)，計算與其到P6的路權(quán)，M2→P6=16.5，累積X1到P6的距離最優(yōu)路徑為X1→M1→M2→P6=51.5，其余點(diǎn)路權(quán)為∞；

通過以上步驟，可以得到X1到P6 之間的最優(yōu)路徑是X1→M1→M2→P6，最優(yōu)路徑總距離為51.5。

根據(jù)迪杰斯特拉算法原理，通過使用C#語言完成計算機(jī)編程對上述實驗的計算過程進(jìn)行仿真，運(yùn)行結(jié)果如圖6所示。

將選擇的P1至P6這六個停車位的相關(guān)信息輸入到程序窗口中，從而得到如表1所示的入口X1到各停車位的最優(yōu)路徑。

以上即為智能泊車導(dǎo)航最優(yōu)路徑規(guī)劃選擇的整個過程，在進(jìn)行反向?qū)ぼ囀钱?dāng)查詢到自己車輛所在位置后，其反向?qū)ぼ噷?dǎo)航的最優(yōu)路徑規(guī)劃方法為智能泊車時類似。

4 結(jié)語

當(dāng)前，隨著城市建設(shè)的不斷加速，為了適應(yīng)城市發(fā)展的要求，停車場的發(fā)展趨勢也逐漸向大型化、規(guī)?；⒍鄬踊较虻霓D(zhuǎn)變，這使得用戶在泊車和反向?qū)ぼ嚂r難度都大大增加，隨著智能終端、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，本文設(shè)計分析一個基于大中型停車場自主選擇停車位的智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)。通過設(shè)計分析，得到了一種最合適的停車導(dǎo)航最優(yōu)路徑規(guī)劃算法，利用算法規(guī)劃出一條最優(yōu)路徑作為參考路徑，實現(xiàn)靜態(tài)規(guī)劃。通過設(shè)計分析形成了智能泊車引導(dǎo)及反向?qū)ぼ囋拖到y(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃，滿足停車場信息實時更新的要求，同時減輕了停車場管理維護(hù)的工作量，提高了停車場車位利用率，實現(xiàn)了智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)的基本功能。

表1 最優(yōu)路徑示意表格

Tab.1 Optimal path schematic table

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Research on Intelligent Parking Navigation System in Large and Medium-Sized Parking Lot

ZHAO Yi-zhou

(Land and Resources Engineering College, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650000, China)

Some cities are now faced with the dilemma of "car number exceeding that of parking space" with their accelerated development, and finding a suitable parking space is becoming more and more difficult. In order to solve these problems, this paper introduces the research methods and functional requirements of large and medium-sized intelligent parking navigation system, and develops the database of the intelligent parking navigation system and the backstage management module. Through studying Boolean model and Dijkstra algorithm, the analysis proposes an intelligent parking navigation system that integrates functions as information query, booking parking space, parking navigation, reversed car locating. Thus, it can improve the celerity and convenience of car owners’ parking and pick up.

Smart parking navigation; Reverse searching; GIS

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.10.023

趙一州(1994-)，男，昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院碩士研究生，研究方向為3S集成及應(yīng)用與地理信息系統(tǒng)。

趙一州. 大中型停車場智能泊車導(dǎo)航系統(tǒng)研究[J]. 軟件，2018，39（10）：116-120