基于智能地鎖解決燃油車占位和充電預(yù)約的技術(shù)研究與設(shè)計(jì)

武圣 易正 孫玉昆 茹振

摘 要：本文分析了智能地鎖在目前充電樁使用中的重要性，總結(jié)了當(dāng)前電動(dòng)車充電遇到的燃油車占位情況，并設(shè)計(jì)了基于智能地鎖管控充電車位的系統(tǒng)架構(gòu)。對(duì)該系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和充電完整業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了研究，最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)。該智能地鎖已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某電動(dòng)汽車充電運(yùn)營(yíng)商的試點(diǎn)城市中，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁；預(yù)約充電；智能地鎖

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）03-0167-03

Technical Research and Design Based on Smart Ground Lock to Solve Fuel Truck Occupancy and Charge Reservation

WU Sheng1，YI Zheng1，SUN Yukun1，RU Zhen2

（1.Potevio New Energy Co.，Ltd.，Beijing 100080，China；2.China Potevio Information Industry Inc，Beijing 100080，China）

Abstract：This paper analyzes the importance of intelligent lock in the use of current charging piles，sums up the position of the fuel vehicle in the current electric vehicle charging，and designs a system architecture based on the intelligent lock tube and control charging station. The key technologies and the complete business process of the charging system are studied，and the system is finally designed and implemented. The intelligent lock has been successfully applied to a pilot city of an electric vehicle charging operator in China，and achieved good results.

Keywords：electric vehicle；charging pile；reservation charging；intelligent lock

0 引 言

能源枯竭是世界范圍的重大問題。基于此我國(guó)大力推動(dòng)電動(dòng)車的發(fā)展，使用可再生的清潔能源使我國(guó)遇到的能源枯竭和環(huán)境問題得到很大程度的解決。電動(dòng)汽車是集機(jī)械、電子、電機(jī)、智能控制、化學(xué)能源、計(jì)算機(jī)、新材料等科學(xué)領(lǐng)域和工程技術(shù)最新成果于一體的成果。

電動(dòng)汽車作為全球正在培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，是未來(lái)汽車工業(yè)發(fā)展的方向，也是第三次工業(yè)革命的五大支柱產(chǎn)業(yè)之一。

為了推進(jìn)電動(dòng)汽車發(fā)展，電力企業(yè)和社會(huì)資本投資建設(shè)了大量的充電設(shè)施，并建設(shè)了充電設(shè)施一體化智能管理平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”），為電動(dòng)汽車充電提供服務(wù)支撐。平臺(tái)面向電動(dòng)汽車用戶提供充電預(yù)約等一系列智能化服務(wù)，很大程度上實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車用戶在充電方面要求的方便、快捷和高效。

在我們大力發(fā)展充電樁的基礎(chǔ)充電設(shè)施時(shí)，本該服務(wù)于充電車的停車位，經(jīng)常會(huì)被燃油車占用，導(dǎo)致充電樁大部分時(shí)間閑置，造成資源的浪費(fèi)。基于此我們研究并開發(fā)了停車位的智能升降地鎖控制系統(tǒng)，全方位監(jiān)控停車位，以便該車位用于真正需要的電動(dòng)汽車用戶。

本文以平臺(tái)為依托，以手機(jī)APP為媒介，結(jié)合充電樁硬件設(shè)施，融合GIS技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對(duì)用戶的充電服務(wù)需求，研究智能地鎖在電動(dòng)汽車用戶充電預(yù)約服務(wù)流程中的智能應(yīng)用。本設(shè)計(jì)保證了電動(dòng)汽車可以快速預(yù)約到可以使用的充電樁，縮短了用戶充電等待時(shí)間，同時(shí)提高充電設(shè)施的利用效率，滿足了更多電動(dòng)汽車用戶充電服務(wù)需求。

1 電動(dòng)汽車充電預(yù)約服務(wù)現(xiàn)狀研究

目前，電動(dòng)汽車用戶可通過訪問充電樁運(yùn)營(yíng)平臺(tái)網(wǎng)站或手機(jī)APP來(lái)查詢空閑充電樁，進(jìn)行預(yù)約充電，但這種預(yù)約方式存在太多不確定的因素。最主要的是用戶預(yù)約成功之后，充電停車位被燃油車或者其他社會(huì)車輛占用導(dǎo)致不能充電，導(dǎo)致充電樁的使用率降低，用戶的充電體驗(yàn)較差。

本文通過分析研究用戶充電預(yù)約服務(wù)的各種場(chǎng)景，如圖1所示為基于智能地鎖APP充電流程設(shè)計(jì)的一套基于智能地鎖與平臺(tái)關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證了用戶進(jìn)行充電預(yù)約服務(wù)同時(shí)可以快速地找到空閑充電樁和空閑車位。并制定易于操作、易于推廣的充電預(yù)約服務(wù)業(yè)務(wù)管理辦法。

2 智能地鎖在預(yù)約充電中的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

使用智能地鎖的過程需要與充電樁的狀態(tài)保持一致，使用戶選擇充電樁時(shí)的同時(shí)也選擇地鎖。保證了充電樁和停車位的狀態(tài)一致，才可以針對(duì)充電預(yù)約服務(wù)進(jìn)行大力推廣。

如圖2所示為基于智能地鎖APP充電系統(tǒng)架構(gòu)圖，本架構(gòu)提供對(duì)地鎖與充電機(jī)一對(duì)一關(guān)聯(lián)關(guān)系的管理，地鎖的狀態(tài)通過實(shí)時(shí)指令傳送至平臺(tái)，平臺(tái)根據(jù)地鎖實(shí)時(shí)狀態(tài)與充電機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)停車位資源和充電機(jī)資源的同步管理。

用戶可以通過手機(jī)APP對(duì)地鎖進(jìn)行控制，通過智能地鎖和充電樁的充電訂單可以推算出充電樁和停車位的實(shí)際利用率，企業(yè)可以根據(jù)真實(shí)情況進(jìn)行資源的調(diào)配，實(shí)現(xiàn)資源的合理和高效利用。

3 智能地鎖控制的關(guān)鍵技術(shù)

在云服務(wù)中部署智能地鎖服務(wù)器，與所有的地鎖進(jìn)行通信，由業(yè)務(wù)控制層調(diào)用地鎖服務(wù)來(lái)控制地鎖的升降。因?yàn)橹悄艿劓i和充電樁對(duì)用戶來(lái)說是共享的資源，所以會(huì)存在資源競(jìng)爭(zhēng)的問題。按照一般的思路，用戶預(yù)約的偽代碼如下，

定義充電樁類：

publicabstractclass Equipment {

public String id；// 充電樁編碼

publicInteger status；// 充電樁狀態(tài)

// 獲取充電樁狀態(tài)

publicabstract Integer getStatus（）；

// 設(shè)置充電樁狀態(tài)

publicabstractvoid setStatus（Integer status）；

// 預(yù)約充電樁

publicabstractboolean reserve（）；

}

定義地鎖類為：

publicabstractclass Elock {

public String id；// 地鎖編碼

publicInteger status；// 地鎖狀態(tài)

// 獲取地鎖狀態(tài)

publicabstract Integer getStatus（）；

// 鎖定地鎖

publicabstractboolean lock（）；

}

預(yù)約時(shí)的代碼邏輯大概如下：

//同時(shí)判定充電樁當(dāng)前狀態(tài)和地鎖當(dāng)前狀態(tài)都可以被預(yù)約時(shí)，才能預(yù)約

if （equipment.getStatus ！= 1

&&elock.getStatus ！= 1）

{

equipment.reserve（）；

equipment.setStatus（1）；

elock.lock（）；

}

在實(shí)際生活中，往往會(huì)出現(xiàn)用戶A申請(qǐng)預(yù)約的同時(shí)，用戶B也在申請(qǐng)預(yù)約，而且兩個(gè)預(yù)約申請(qǐng)是在兩個(gè)線程中同時(shí)執(zhí)行的，也就是說，兩個(gè)用戶很有可能會(huì)同時(shí)在if的判定中發(fā)現(xiàn)充電樁沒有預(yù)約而通過判定，在綁定信息的時(shí)候就發(fā)生了異常。借助于同步鎖可以保證這段代碼一次只有一個(gè)線程在執(zhí)行，這樣就解決了兩個(gè)用戶一起預(yù)約而發(fā)生異常問題。

但隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)不僅僅在預(yù)約的過程中會(huì)發(fā)生沖突，預(yù)約充電和控制地鎖也會(huì)發(fā)生沖突。比如用戶A在進(jìn)行預(yù)約申請(qǐng)，用戶B在進(jìn)行降下地鎖操作。就很可能出現(xiàn)用戶A通過了預(yù)約的條件判定后，地鎖被用戶B操作下降，變成了不可預(yù)約的狀態(tài)，從而造成代碼邏輯上的錯(cuò)誤。如果將地鎖控制和預(yù)約申請(qǐng)整合到一個(gè)同步模塊中會(huì)極大地影響其性能，這種做法也是不可取的。本文針對(duì)這個(gè)場(chǎng)景，基于樂觀鎖思想和原子操作的特性設(shè)計(jì)了充電預(yù)約和地鎖控制的執(zhí)行方案，具體如下：

在共享緩存數(shù)據(jù)庫(kù)redis中，為每一個(gè)充電樁和地鎖設(shè)置一個(gè)狀態(tài)值，通過compareAndSet這一個(gè)原子操作，對(duì)代碼執(zhí)行的狀態(tài)判定進(jìn)行設(shè)計(jì)。compareAndSet操作是基于cpu原子操作命令設(shè)計(jì)的，也就是說這個(gè)命令是不可打斷的，在cpu執(zhí)行的過程中，要么一次執(zhí)行完成，要么不執(zhí)行，在充電樁類中修改status屬性且增加方法：

publicabstractclass Equipment {

public String id；// 充電樁編碼

public AtomicInteger status；// 充電樁狀態(tài)

// 獲取充電樁狀態(tài)

publicabstract Integer getStatus（）；

// 設(shè)置充電樁狀態(tài)

publicabstractvoid setStatus（Integer status）；

// 判定充電樁當(dāng)前狀態(tài)為未預(yù)約，同時(shí)設(shè)置成已預(yù)約狀態(tài)

publicabstractboolean compareAndset（Integer before， Integer now）；

// 預(yù)約充電樁

publicabstractboolean reserve（）；

}

預(yù)約偽代碼為：

//同時(shí)判定充電樁當(dāng)前狀態(tài)和地鎖當(dāng)前狀態(tài)都可以被預(yù)約時(shí)，才能預(yù)約

if （equipment.compareAndset（0， 1）

&&elock.compareAndset（0，1）） {

equipment.reserve（）；

equipment.setStatus（1）；

elock.lock（）；

}

當(dāng)任意一個(gè)用戶申請(qǐng)預(yù)約或控制地鎖時(shí)，只要判定條件通過，就會(huì)把相應(yīng)狀態(tài)同時(shí)設(shè)置成不可用，這時(shí)如果有其他用戶線程執(zhí)行到相應(yīng)代碼時(shí)，判定條件就會(huì)失敗，從而保證了操作的安全性。

4 結(jié) 論

本文研究了目前電動(dòng)汽車的充電預(yù)約服務(wù)中增加智能地鎖的業(yè)務(wù)管理設(shè)計(jì)及技術(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯。通過對(duì)目前充電預(yù)約服務(wù)的現(xiàn)狀分析，在業(yè)務(wù)流程上對(duì)充電預(yù)約進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。同時(shí)在智能地鎖管理設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐中，解決了充電預(yù)約服務(wù)中遇到的關(guān)鍵問題，為電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)，給電動(dòng)汽車今后的智能服務(wù)運(yùn)營(yíng)提供了重要引擎。相信充電預(yù)約服務(wù)業(yè)務(wù)管理必將為電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用以及低碳經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展起推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭勇，樊桂枝.電力通信MIS移動(dòng)應(yīng)用和巡檢管理系統(tǒng) [J].電力系統(tǒng)通信，2007（10）：58-61.

[2] 蒲勇健.基于物聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)的電動(dòng)汽車有序快速充電的一種市場(chǎng)設(shè)計(jì)模式與預(yù)約充電的優(yōu)化算法 [C]//第八屆（2013）中國(guó)管理學(xué)年會(huì)——管理與決策科學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集，中國(guó)上海：出版社不詳，2013：41-53.

[3] 李瑾.基于Android的路線搜索移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].西安：西安電子科技大學(xué)，2012.

[4] 祝洪嬌.基于Android平臺(tái)的位置服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].北京：北京交通大學(xué)，2012.

[5] 謝博暉.基于Android操作系統(tǒng)的GIS軟件開發(fā)與研究 [D].湖北：華東師范大學(xué)，2012.

[6] 劉姣，葛召炎，謝靜，等.停車場(chǎng)泊車問題的研究與仿真 [J].計(jì)算機(jī)仿真，2011，28（7）：340-344.

[7] 蒲勇健.物聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)的電動(dòng)汽車快速充電最優(yōu)預(yù)約算法 [J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2014：37（2）：62-68.

作者簡(jiǎn)介：武圣（1986.02-），男，漢族，山西大同人，大學(xué)本科。