馬 健,盛 魁

(亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系,安徽 亳州 236800)

0 引言

隨著人們生活水平的提高,家庭擁有車輛越來(lái)越多。為進(jìn)一步加強(qiáng)亳州城區(qū)內(nèi)部的停車管理,將現(xiàn)有的公共資源進(jìn)行整合,加強(qiáng)道路交通安全,能夠更好地營(yíng)造城市美好環(huán)境,打造文明城市。構(gòu)建基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的城市智慧停車系統(tǒng),可以協(xié)助政府對(duì)停車服務(wù)以及亂停亂放等行為的管理,實(shí)現(xiàn)了城市綜合靜態(tài)交通效益的最大化,與動(dòng)態(tài)交通更好地協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 城市智慧停車現(xiàn)狀

目前,亳州隨著人口的增加和城市的發(fā)展,城市在不斷變大的同時(shí)人均生活水平不斷提升,購(gòu)買汽車的家庭越來(lái)越多,尤其是節(jié)假日期間,原有的城區(qū)道路和停車場(chǎng)地沒(méi)有拓展,從而造成了城市道路擁擠和停車難現(xiàn)象。

2 智慧停車位供給分析

由于老城區(qū)存在車位少、改造難的特點(diǎn),停車資源和車輛增長(zhǎng)不匹配,無(wú)法滿足目前停車位的供給。為了能夠最大化地利用停車資源,本文構(gòu)建了城市智慧停車管理系統(tǒng),并融入交通管理體系,成了智慧城市管理的重要組成部分。

2.1 停車數(shù)據(jù)采集

在每個(gè)停車位都要安裝車輛進(jìn)出的數(shù)據(jù)采集器,通過(guò)車輛數(shù)據(jù)采集器可以采集車位是否被使用,同時(shí)需要采集車位編號(hào)、車位位置編號(hào)、車輛的車牌號(hào)等,每個(gè)停車場(chǎng)設(shè)置一個(gè)無(wú)線中繼服務(wù)器,數(shù)據(jù)采集器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸將數(shù)據(jù)傳送到無(wú)線中繼服務(wù)器,再由無(wú)線中繼服務(wù)器將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到智慧停車管理系統(tǒng)的后臺(tái),利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理[1]。

2.2 停車綜合管理

停車綜合管理主要負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)停車和查詢進(jìn)行管理,要實(shí)時(shí)采集停車信息、停車空位信息、車輛信息,同時(shí)要對(duì)數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)備進(jìn)行管理。通過(guò)車位數(shù)據(jù)采集器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到停車綜合管理系統(tǒng),系統(tǒng)利用平臺(tái)可以將分析處理的數(shù)據(jù)通過(guò)手機(jī)客戶端發(fā)送給客戶,尤其是在老城區(qū)和繁華地段,需要精準(zhǔn)預(yù)報(bào)車位的空閑數(shù)量,并能夠及時(shí)被用戶查詢。

2.3 管理員手持終端系統(tǒng)

停車場(chǎng)需要配置管理人員和流動(dòng)巡查人員,負(fù)責(zé)停車業(yè)務(wù)的檢查和管理工作,尤其是在大型停車場(chǎng),車輛進(jìn)出較多,容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不及時(shí)、數(shù)據(jù)混亂、數(shù)據(jù)分析錯(cuò)誤等問(wèn)題,管理員和巡查員可以通過(guò)手持終端系統(tǒng)對(duì)相關(guān)車輛進(jìn)行監(jiān)控取證,解決車輛進(jìn)出以及繳費(fèi)打印中存在的問(wèn)題。同時(shí),管理員的手持終端可以對(duì)違規(guī)車輛進(jìn)行拍照,相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到綜合管理系統(tǒng)平臺(tái),方便后期對(duì)相關(guān)車輛進(jìn)行跟蹤和取證。

2.4 智能停車場(chǎng)管理

智慧城市的發(fā)展主要體現(xiàn)在一個(gè)城市的信息化發(fā)展程度上。5G的到來(lái),加快了城市的信息化建設(shè)步伐。智能停車場(chǎng)利用綜合管理平臺(tái)對(duì)所有停車位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理,方便交通管理部門(mén)對(duì)車輛和道路的管控,提高了車輛停放效率,降低了管理成本,同時(shí)也方便了市民的出行[2]。智能停車管理系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)模塊組成。

2.4.1 智能停車場(chǎng)管理

現(xiàn)有停車場(chǎng)的每個(gè)停車位安裝數(shù)據(jù)采集器,將采集到的數(shù)據(jù)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到無(wú)線中繼器,并將數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到綜合管理系統(tǒng)平臺(tái),對(duì)所有停車場(chǎng)及停車位進(jìn)行統(tǒng)一管理。智能停車管理員可以利用這些基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)出口的道閘系統(tǒng)、停車場(chǎng)內(nèi)的道路、停車場(chǎng)內(nèi)的車位、停車場(chǎng)內(nèi)的車輛跟蹤、停車場(chǎng)內(nèi)車位識(shí)別、停車場(chǎng)車位的數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)連接等進(jìn)行管理。

2.4.2 停車場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

停車場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是停車系統(tǒng)的主要組成部分,是停車場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。停車場(chǎng)管理員需要對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分,對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)的停車位進(jìn)行編號(hào),規(guī)劃停車場(chǎng)內(nèi)的進(jìn)出路線和道路規(guī)劃,對(duì)停車場(chǎng)合理安裝監(jiān)控設(shè)備,并將停車位及停車場(chǎng)監(jiān)控進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)接入智慧停車管理平臺(tái)。

2.4.3 停車位占用狀態(tài)監(jiān)控

采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)停車位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,車輛進(jìn)入停車位,停車場(chǎng)內(nèi)顯示該車位已經(jīng)被占用,車輛離開(kāi)顯示該車位空閑,同時(shí)數(shù)據(jù)要實(shí)時(shí)傳送到智慧停車管理系統(tǒng),系統(tǒng)對(duì)該車位進(jìn)行管理[3]。停車位狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以形成地圖形式,利用智慧停車管理系統(tǒng)和綜合管理系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶,以便客戶可以精準(zhǔn)地找到停車位。同時(shí),停車位監(jiān)控也可以在車輛之間發(fā)生碰撞產(chǎn)生矛盾時(shí)提供數(shù)據(jù)支持。

2.5 智慧停車數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

數(shù)據(jù)是整個(gè)系統(tǒng)的核心,也是最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。智慧停車系統(tǒng)將亳州市所有停車場(chǎng)和路邊停車位的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合,建立完整的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)勢(shì)在必行。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求,將路邊停車、路邊單位停車場(chǎng)和開(kāi)放停車場(chǎng)資源進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì),并對(duì)智慧停車管理系統(tǒng)、綜合管理系統(tǒng)平臺(tái)、管理員手持終端、停車服務(wù)等多個(gè)平臺(tái)進(jìn)行訪問(wèn)和對(duì)接。多個(gè)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)接口,要保證能夠相互訪問(wèn),打造一個(gè)綜合的智慧停車數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

2.6 公共服務(wù)

在城市的主干道和停車場(chǎng)附近要設(shè)置能夠?qū)崟r(shí)指示停車場(chǎng)和空余停車位狀態(tài)的指示牌,能夠引導(dǎo)車輛自主停車。同時(shí),車主也可以通過(guò)下載的App查詢附近停車場(chǎng)和空余停車位,提醒相關(guān)的停車服務(wù)及停車費(fèi)用說(shuō)明等[4]。車主通過(guò)掃描微信,關(guān)注城市停車服務(wù),及時(shí)獲取政府和智慧停車管理公司發(fā)布的信息,可以獲得更好的服務(wù)。

3 Rolling-horizon算法分析及解決供給問(wèn)題

3.1 算法分析

Rolling-horizon算法可以對(duì)平臺(tái)內(nèi)數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)周期內(nèi)數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化,保證了數(shù)據(jù)在隨機(jī)出現(xiàn)過(guò)程中的正確性,預(yù)測(cè)控制有了預(yù)見(jiàn)性,滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正能夠更好地適應(yīng)車位供給系統(tǒng)。

Rolling-horizon算法利用滾動(dòng)優(yōu)化,可以根據(jù)決策期收集變化的數(shù)據(jù),當(dāng)決策期t=1,2,…,T時(shí),數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)就可以收集到某區(qū)域停車場(chǎng)的空余車位數(shù)量,同時(shí)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)該時(shí)刻的停車數(shù)量進(jìn)行均值判斷,對(duì)未來(lái)停車數(shù)量進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估,從而可以生成一組從決策期t到最后決策期T的車位評(píng)估方案,并對(duì)后期合理地使用車位的數(shù)量提供解決方案。Rolling-horizon是隨著決策期往前滾動(dòng)直到?jīng)Q策期結(jié)束[5]。采用Rolling-horizon方法,可以在線實(shí)時(shí)滾動(dòng)信息,并且對(duì)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化,數(shù)據(jù)采集之后,能夠快速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

首先建立動(dòng)態(tài)隨機(jī)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型:假設(shè)t為決策期,C為平臺(tái)管理的車位總數(shù)量;St為平臺(tái)決策期內(nèi)可使用車位的數(shù)量;dt,k表示為決策期t內(nèi)隨機(jī)需求k的數(shù)量;f(dt,k)為決策期t內(nèi)需求k的未知分布函數(shù);βt,k為決策期t內(nèi)為滿足需求k決策出的供給車位數(shù)量;車位實(shí)際供給數(shù)量xt,k(λt,k,βt,k)主要與隨機(jī)變量dt,k有關(guān)。由于隨機(jī)變量在車位的供需過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用,而且在規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型中隨機(jī)變量dt,k的分布函數(shù)f(dt,k)未知,為了解決隨機(jī)變量問(wèn)題,可以通過(guò)建立的平臺(tái)C獲取歷史訂單計(jì)算需求k的均值λt,k。在Rolling-horizon算法中,把需求k的均值λt,k近似為隨機(jī)變量dt,k的期望。

(1)

相應(yīng)的隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型建立如下:

(2)

xt,k=min{dt,k,βt,k},1≤t≤T,1≤k≤Kt

(3)

(4)

對(duì)于約束公式(3),可以改寫(xiě)為xt,k=min{λt,k,βt,k}。根據(jù)λt,k是已知的條件,可以將原有的約束條件優(yōu)化為公式(5)。

(5)

第t次滾動(dòng)時(shí),平臺(tái)整個(gè)決策期t,1≤t≤T的收益可以重新表示為:

(6)

同時(shí),在決策期t=1,2,…,T-1中可以判斷當(dāng)前停車位使用的情況,可以判斷出t+1時(shí)期的空余停車位數(shù)量為:

(7)

為了保證收益的最大化,在對(duì)應(yīng)的決策期t內(nèi),智慧停車平臺(tái)根據(jù)車位的空余與實(shí)際使用情況,可建立最大化剩余運(yùn)營(yíng)時(shí)段{t,t+1,…,T}總收益的近似最優(yōu)確定性模型如公式(8)所示。

(8)

t≤h≤T;

約束條件3:xh,k≤λh,k,t≤h≤T,1≤k≤Kh;

約束條件4:xh,k≤βh,k,t≤h≤T,1≤k≤Kh;

約束條件5:xh,k≥0,t≤h≤T,1≤k≤Kh。

3.2 實(shí)驗(yàn)仿真

為了對(duì)泊車系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證,本文通過(guò)調(diào)研收集了一些停車數(shù)據(jù),并對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理,去除了節(jié)假日停車的樣本數(shù)據(jù)和超長(zhǎng)時(shí)間占用車位的數(shù)據(jù)及20 min內(nèi)免費(fèi)停車的數(shù)據(jù),2021年10月12日前10條數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 停車運(yùn)營(yíng)部分?jǐn)?shù)據(jù)

按照數(shù)據(jù)分析和預(yù)處理方法,保留了30天的工作日(周一到周五)樣本,共計(jì)36 218條樣本數(shù)據(jù)。將樣本數(shù)據(jù)代入實(shí)驗(yàn)參數(shù),具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)亳州城市智慧停車動(dòng)態(tài)車位供給問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出了車位供給的設(shè)計(jì)模型,并采用Rolling-horizon算法對(duì)仿真數(shù)據(jù)在平臺(tái)模型中進(jìn)行預(yù)

測(cè),可以有效地控制數(shù)據(jù)在動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤,為車位供給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)反饋信息提供了技術(shù)支持。同時(shí),根據(jù)預(yù)約平臺(tái)價(jià)格的調(diào)整,可以有效地解決高峰期車位空余數(shù)量,滿足不同人群對(duì)車位的需求,從而解決了科學(xué)管理和解決停車難的問(wèn)題。