基于Java的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究

摘 要：基于Java語言的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的研究和開發(fā)是在現(xiàn)代高速信息時(shí)代的背景下，為使人類交通出行更加便捷高效，利用以Java語言為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆棧、隊(duì)列作為主要內(nèi)容而開發(fā)。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中堆棧、隊(duì)列的特殊性質(zhì)，分別模擬該智能停車場(chǎng)系統(tǒng)中的停車場(chǎng)、臨時(shí)停車場(chǎng)和等候便道，以期實(shí)現(xiàn)車輛從進(jìn)入至離開停車場(chǎng)的整個(gè)過程的自動(dòng)導(dǎo)航、計(jì)時(shí)收費(fèi)、查詢歷史記錄等管理系統(tǒng)的多功能一體化。該系統(tǒng)的成功開發(fā)，不僅可以惠及百姓生活，同時(shí)在刑偵方面有顯著意義，是大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新興產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；Java語言；系統(tǒng)開發(fā)；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.41；TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）11-0069-03

Development and Research of Intelligent Parking Management System

Based on Java

CUI Xuran1，LIU Yadi2

（1.Department of Electrical Engineering and Information Technology，Shandong University of Science and Technology，Jinan 250000，China；2.Finance Department，Shandong University of Science and Technology，Jinan 250000，China）

Abstract：The research and development of intelligent parking management system based on Java language is under the background of modern high-speed information age. In order to make human travel more convenient and efficient，the stack and queue in the data structure based on Java language are used as the main content. Through the special characteristics of stack and queue in the data structure，the parking lot，temporary parking lot and waiting ramp in the intelligent parking system are simulated respectively，so as to realize the multi-functional integrated management system of automatic parking navigation，time-charging，querying history records and so on. The successful development of this system can not only benefit the people’s lives，but also have a significant significance in criminal investigation. It is a new product in the era of big data and internet of things.

Keywords：data structure；java language；system development；software design

1 問題提出

我國(guó)的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)行業(yè)起步較晚，最早追溯到上個(gè)世紀(jì)八十年代初期，并且其目前的整體實(shí)力還與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家存在著一定的差距，但不能因此就忽視其中國(guó)巨大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿1]。

從實(shí)際問題出發(fā)，假設(shè)有一個(gè)可以停放n輛汽車的狹長(zhǎng)停車場(chǎng)，且只有一個(gè)大門可供車輛進(jìn)出。車輛按到達(dá)該停車場(chǎng)時(shí)間的早晚依次從停車場(chǎng)最里面向大門口處停放（最先到達(dá)的第一輛車停放在停車場(chǎng)的最里面）如果停車場(chǎng)已停滿n輛車，則后面到來的車輛只能在停車場(chǎng)門外的便道上等待，一旦停車場(chǎng)內(nèi)有車輛開走，則安排等候便道上的第一輛車進(jìn)入停車場(chǎng)。每輛車在離開停車場(chǎng)時(shí)，都應(yīng)根據(jù)它在停車場(chǎng)內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)短繳納相應(yīng)費(fèi)用。如果停留在便道上的車輛未進(jìn)入停車場(chǎng)，則允許其離去，且不收取停車費(fèi)用，其余車輛仍然保持在便道上等待的車輛的次序。同時(shí)，自車輛進(jìn)入停車場(chǎng)開始，進(jìn)行歷史記錄的保存，方便對(duì)當(dāng)前或是已離去車輛的狀態(tài)進(jìn)行查詢[2]。

目前國(guó)內(nèi)一些規(guī)模較大的物業(yè)公司下屬有多個(gè)子公司，為保證能夠?qū)Ω鱾€(gè)子公司物業(yè)項(xiàng)目中的停車收費(fèi)進(jìn)行統(tǒng)一管理，故需要一個(gè)能夠聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化管理系統(tǒng)。在此應(yīng)用背景的趨勢(shì)下，開發(fā)停車場(chǎng)聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，使車輛智能統(tǒng)一管理成為可能[3]。

2 研究?jī)?nèi)容

本系統(tǒng)的開發(fā)需運(yùn)用Java語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)開發(fā)的主要問題在于如何模擬車輛排隊(duì)等候、進(jìn)入、駛出停車場(chǎng)的過程，同時(shí)要求系統(tǒng)具有查詢每輛車到達(dá)后的具體停車位置（停車場(chǎng)或便道上）以及某輛車離開停車場(chǎng)應(yīng)繳納的費(fèi)用和其在停車場(chǎng)內(nèi)停留的時(shí)間的功能。

該系統(tǒng)成功開發(fā)的標(biāo)志是通過用戶輸入車輛信息或指示詞實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)使用。汽車的模擬輸入信息格式可以是汽車牌照號(hào)碼，通過選擇不同功能，得到不同的提示與反饋信息。例如，停入停車場(chǎng)為“H1停放在停車場(chǎng)第一個(gè)位置”；離開停車場(chǎng)為“H1停放1.0小時(shí)，費(fèi)用為5.00元”；歷史查詢功能顯示當(dāng)前車輛狀態(tài)及進(jìn)入或駛出時(shí)刻。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思想

運(yùn)用信息管理與信息系統(tǒng)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，結(jié)合基于Java語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)兩個(gè)堆棧，其中一個(gè)用來模擬停車場(chǎng)，另一個(gè)模擬臨時(shí)停車場(chǎng)，該臨時(shí)停車場(chǎng)用來存放當(dāng)有車輛離開時(shí)，原來停車場(chǎng)內(nèi)為其讓路的車輛。當(dāng)停車場(chǎng)無空閑位置時(shí)，臨時(shí)停放車輛的便道可以用一個(gè)鏈隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)車輛不進(jìn)入停車場(chǎng)而直接選擇從便道離開時(shí)，設(shè)計(jì)第二個(gè)鏈隊(duì)列作為臨時(shí)便道暫時(shí)存放原便道車輛，最后直接使臨時(shí)便道替換成為新的便道，而減少臨時(shí)便道車輛再次進(jìn)入便道的重復(fù)工作[4]。

3.2 實(shí)現(xiàn)方法

具體實(shí)現(xiàn)方法為當(dāng)停車場(chǎng)內(nèi)開走一輛車時(shí)，便道上便有一輛車進(jìn)入停車場(chǎng)，此時(shí)只需要改變便道上各車輛結(jié)點(diǎn)的連接方式，使便道上等候的第一輛車進(jìn)入模擬停車場(chǎng)的堆棧，并使便道上原來的第二輛車成為現(xiàn)在便道上的第一輛車，同時(shí)只需將便道的鏈隊(duì)列的頭結(jié)點(diǎn)連接到原來的第二輛車上即可。對(duì)于停車場(chǎng)內(nèi)車輛根據(jù)其停放時(shí)間收取相應(yīng)停車費(fèi)用的問題，可以通過記錄車輛進(jìn)入以及離開停車場(chǎng)的時(shí)間，再用時(shí)間差乘以相應(yīng)的單價(jià)得出，最后打印相應(yīng)的費(fèi)用即可實(shí)現(xiàn)。歷史查詢功能則是將進(jìn)入停車場(chǎng)的車輛信息保存到動(dòng)態(tài)數(shù)組里，并在調(diào)用該方法時(shí)返回相應(yīng)的時(shí)刻。

3.3 主要模塊設(shè)計(jì)

該智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)模塊如圖1所示。

3.3.1 主函數(shù)設(shè)計(jì)

首先在自定義PLMS類以及其內(nèi)部類內(nèi)定義全局變量包括定義的模擬停車場(chǎng)S1、模擬臨時(shí)停車場(chǎng)S2、便道Q1、臨時(shí)便道Q2，以及存儲(chǔ)車輛信息的license變量和車輛狀態(tài)的state變量等[5]。編寫主函數(shù)，在主函數(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)下述各個(gè)模塊的調(diào)用。主函數(shù)中包括與用戶交互的功能界面，在停車場(chǎng)管理人員完成對(duì)停車場(chǎng)大小的初始化設(shè)置后，通過輸入簡(jiǎn)單指示數(shù)字實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的使用。例如，輸入“1”調(diào)用進(jìn)車方法，輸入“2”調(diào)用出車方法，輸入“3”調(diào)用歷史記錄查詢方法等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。

3.3.2 各子功能模塊設(shè)計(jì)

通過定義initStop（）的方法，實(shí)現(xiàn)管理人員對(duì)停車場(chǎng)大小的設(shè)置，從而使該系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域更加智能廣泛[6]。進(jìn)入停車場(chǎng)模塊流程如圖2所示。

用戶通過輸入“1”執(zhí)行進(jìn)車方法的調(diào)用，首先創(chuàng)建Car類的info對(duì)象并實(shí)例化，獲取當(dāng)前車輛的license屬性即車牌號(hào)。此時(shí)判斷停車場(chǎng)狀態(tài)，若停車場(chǎng)不滿，則壓入模擬停車場(chǎng)堆棧S1，并初始化車輛進(jìn)入時(shí)間及狀態(tài)，將記錄保存在historyList的歷史記錄存儲(chǔ)數(shù)組里；如若停車場(chǎng)已滿，給出提示，并將其存入便道隊(duì)列Q1中。最終返回車輛在停車場(chǎng)或便道的當(dāng)前位置。離開停車場(chǎng)模塊流程圖如圖3所示。

首先將Car類的info對(duì)象和記錄車輛位置location變量置空[7]，即離開停車場(chǎng)的車輛為之前進(jìn)入停車場(chǎng)的車輛而非新車。創(chuàng)建新的堆棧S2表示臨時(shí)停車場(chǎng)，由于堆棧具有先進(jìn)后出的特性，倒序遍歷停車場(chǎng)的當(dāng)前車輛。此時(shí)可能出現(xiàn)兩種情況：當(dāng)前車輛即為要離開的車輛、當(dāng)前車輛不是要離開的車輛而需要繼續(xù)遍歷。

出棧對(duì)象的license屬性與用戶輸入相同，則初始化離開時(shí)間，將車輛狀態(tài)記為離開，車輛位置不為0，退出循環(huán)；出棧對(duì)象license屬性與用戶輸入不相同，則將不匹配的出棧對(duì)象暫時(shí)壓入臨時(shí)停車場(chǎng)S2堆棧，一直循環(huán)到屬性匹配，其他對(duì)象再重新進(jìn)入停車場(chǎng)，并依次補(bǔ)入已離開的車輛位置。記錄車輛位置的location變量不為0，則進(jìn)入計(jì)算費(fèi)用的循環(huán)，用車輛離開時(shí)刻減去到達(dá)時(shí)刻，得到車輛在停車場(chǎng)內(nèi)的總時(shí)間，乘以每單位收費(fèi)，即為所需繳納的總費(fèi)用，并保存歷史記錄。此方法考慮了便道出車的特殊情況，即未進(jìn)入停車場(chǎng)便離開的情況。若停車場(chǎng)為滿，則說明是便道出車的情況，創(chuàng)建臨時(shí)隊(duì)列保存暫時(shí)出便道的車輛，在license屬性匹配后，仍將其他車輛出隊(duì)列進(jìn)臨時(shí)隊(duì)列，將Q2賦值給Q1即臨時(shí)隊(duì)列成為當(dāng)前便道，并將當(dāng)前車輛信息打印反饋給用戶。

記錄歷史信息模塊包括設(shè)置保存汽車離開時(shí)間和查找車輛信息的兩個(gè)方法。方法一通過動(dòng)態(tài)數(shù)組保存車輛離開的時(shí)間記錄，通過變量i在方法二中查找是否有需要查找的信息。license屬性匹配后，運(yùn)用條件表達(dá)式判斷當(dāng)前車輛狀態(tài)。若狀態(tài)為“到達(dá)”，則顯示到達(dá)時(shí)間；若車輛已離開，則同時(shí)顯示到達(dá)和離開時(shí)間，并運(yùn)用離開停車場(chǎng)模塊的時(shí)間處理，得到繳納的費(fèi)用。若查詢信息錯(cuò)誤，則給出提示。

4 系統(tǒng)主要問題分析

4.1 停車場(chǎng)、臨時(shí)停車場(chǎng)、車輛便道、臨時(shí)便道模擬問題

棧是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一種僅允許在一端進(jìn)行插入和刪除運(yùn)算的線性表。棧中允許插入和刪除的一端，稱為棧頂。在一個(gè)棧中插入元素，即把新元素放到當(dāng)前棧頂元素的上面，使其成為新的棧頂元素，即進(jìn)棧。從一個(gè)棧中刪除一個(gè)元素，即把棧頂元素刪除，使其下面的元素成為新的棧頂元素，稱為出棧。棧遵循后進(jìn)先出的原則，即后進(jìn)棧的元素必先出棧。其中順序棧是利用一組地址連續(xù)的存儲(chǔ)單元依次存放從棧底到棧頂?shù)脑亍＿m用于本系統(tǒng)中解決模擬停車場(chǎng)和臨時(shí)停車場(chǎng)的問題。

隊(duì)列是一種限定在表的一端進(jìn)行插人，而另一端進(jìn)行刪除的線性表，與棧的性質(zhì)相反，隊(duì)列遵循先進(jìn)先出的原則。向隊(duì)列中插入新的元素稱為入隊(duì)，新元素進(jìn)隊(duì)后就成為新的隊(duì)尾元素；從隊(duì)列中刪除元素，稱為出隊(duì)，元素離隊(duì)后，其后繼元素就成為新的隊(duì)頭元素。其中鏈隊(duì)列就是用鏈表表示的隊(duì)列，需要兩個(gè)分別指示隊(duì)頭和隊(duì)尾的指針（分別稱為頭指針和尾指針）。為了操作方便，給鏈隊(duì)列添加一個(gè)頭結(jié)點(diǎn)，并令頭指針指向頭元素結(jié)點(diǎn)，尾指針指向隊(duì)尾元素結(jié)點(diǎn)，判斷隊(duì)列為空的條件是頭指針和尾指針均指向頭結(jié)點(diǎn)。適用于本系統(tǒng)中解決模擬車輛便道和臨時(shí)便道的問題。

4.2 模擬車輛各運(yùn)行過程及計(jì)算停留時(shí)間和繳納費(fèi)用多少問題

運(yùn)用堆棧及隊(duì)列的自定義方法，如pop、push、offer、poll等模擬過程，調(diào)用Java語言中[8]GregorianCalendar子類的getInstance（）等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入以及離開停車場(chǎng)時(shí)間的獲取，再通過與單位時(shí)間收取費(fèi)用相乘得到最后的結(jié)果。

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

本系統(tǒng)的開發(fā)與研究是基于Java語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成，在全面分析現(xiàn)代居民生活要求并結(jié)合相關(guān)知識(shí)后，合理添加人性化的系統(tǒng)功能，并設(shè)計(jì)合理化的模塊結(jié)構(gòu)。在開發(fā)該智能管理系統(tǒng)的過程中，要詳細(xì)掌握系統(tǒng)研發(fā)的整體思路與過程。本系統(tǒng)的巧妙設(shè)計(jì)在于利用堆棧的相關(guān)性質(zhì)解決車輛進(jìn)入停車場(chǎng)的問題，利用隊(duì)列的相關(guān)性質(zhì)完解決車輛在便道上停放的問題，通過棧和隊(duì)列的初始化，調(diào)用構(gòu)造的多種方法來模擬實(shí)際停車中可能出現(xiàn)的多種問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬利.停車場(chǎng)管理系統(tǒng)市場(chǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展 [J].中國(guó)安防，2013（8）：69-72.

[2] 朱戰(zhàn)立.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Java語言描述）（第2版） [M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[3] 茹凱，鄒蘭.國(guó)內(nèi)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)研究 [J].長(zhǎng)江叢刊，2016（33）：145.

[4] 吳剛.停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì) [J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2011（5）：61-63.

[5] 張海藩，牟永敏.軟件工程導(dǎo)論 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[6] 杜麗英.停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].科技風(fēng)，2014（23）：115.

[7] 吳萍，蒲鵬，朱麗娟.Java程序設(shè)計(jì) [M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[8] 楊晶晶.Java程序設(shè)計(jì)教程 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2018.

作者簡(jiǎn)介：崔旭冉（1998-），女，漢族，山東濟(jì)寧人，本科。研究方向：信息管理與信息系統(tǒng)。