智能停車場自動引導系統的啟發式引導算法設計

張欣悅 熊衛衛 祝圓智 趙瑩

摘要：智能停車場自動引導系統的開發與設計是在進出口以及車場內適當間隔位置安裝指示引導信號燈，中央控制系統檢測到車輛進入停車場，并通過準確控制每一個LED指引燈來引導車輛到達系統自動分配的固定停車位，保證車輛正確行使，減少車主在停車場內做無用繞圈行使。提高進出停車場通道通行的效率，以便于更好地保證停車場內交通安全、順暢。

Abstract： The development and design of automatic guidance system for intelligent parking lot is to install indicator guide lights at the entrance and exit and at appropriate intervals in the parking lot. The central control system detects that the vehicle enters the parking lot and guides the vehicle to the fixed parking space automatically assigned by the system by accurately controlling each led indicator light， to ensure that the vehicle runs correctly and reduce the numbers of car owners making useless circles in the parking lot， improve the efficiency of access to and from the parking lot， so as to better ensure the safety and smoothness of traffic in the parking lot.

關鍵詞：智能停車場;算法設計;啟發式引導

Key words： intelligent parking lot;algorithm;heuristic guide

中圖分類號：U491.71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）31-0187-02

0? 引言

經濟發展迅速，人們生活水平也逐漸提高，汽車作為代步工具方便人們出行的同時也給人們帶來了交通擁堵、停車問題等困擾。

同時計算機網絡的迅速發展，移動互聯網技術也被應用到生活的方方面面。電子計算機和地下停車場系統的完美結合，極大的改善了原有停車場存在的諸多不便，在此方面，國內外都已有研究并在現實中得到良好應用，國外對智能停車場的研究相對較早[1]，所以停車引導信息系統方面所具備的功能更加完善，技術更加成熟，如今在日本，立體停車場的使用已經非常普遍[2]。目前，國外停車場管理系統經過多年的發展，已基本進入無需人力管理，高度智能化的較高技術水平，具有完備的停車場車位引導、停車車位查詢等功能。

相比之下，國內的研究還有優化的空間，國內最早停車場管理系統是在引進國外系統與產品的基礎上實現應用成功的，但總歸由于基礎薄弱、經驗欠缺、資金不足、國家制度和管理體系不相符導致國內停車場引導等技術發展緩慢。近年來，隨著私家車保有量的迅速升高，我國國內停車場管理系統各方面技術也飛速走向成熟，在北京、上海、廣州、深圳等經濟發達的城市已經成功實現對一些國際先進的停車場管理技術和理念的應用，北京王府井地區首先實現將人工收費停車場轉變為由計算機管控的智能化停車場。

計算機技術的飛速發展，應用到中大型停車場對停車場進行智能化管控會成為未來發展的主要趨勢，但現今的大多數停車場管理系統只注重于出入口處控制，缺乏對停車場空間的管理和車輛的引導。盡管最新管理系統采用了FRID不停車收費系統管理機制來提高效率，但仍達不到司機對于快速安全停車的要求。司機可以不停車進入停車場，但卻需要花費大量時間來尋找空車位。

經過研究，提出了一種新型的引導系統算法，其內容如下：

1? 算法結構與設計

1.1 數據結構? 本文為了討論起見，將一個智能停車場對車場車輛的引導分為三種情況。第一種是對進入停車場的車輛的引導;第二種是當有車輛想要離開時，對離開車輛的引導;第三種是既有車輛駛入，同時又有車輛想要離場的情況下，對車輛的引導。假設停車場的情況如圖1所示。

1.2 對進入停車場車輛引導算法實現? 當一輛車從停車場入口駛入停車場時，入口處的攝像頭拍攝車牌及其他車輛信息，閘機自動啟桿放行，計算機控制中心接收到信息，并立即依據系統內部停車位分配原則自動提供空位信息和最佳行駛路線，啟動對應最佳行駛路線上的相應節點上的LED指示燈，指示燈是四面環繞型，在每個節點的指示燈都有相對應前進、后退、左轉和右轉的指引，在計算機的系統內會把每個方位的指示燈進行編號，如表1（指引燈信息存儲例表）所示，編號的最后一位為目標停車位所在的區域，為了方便管理與查詢車位信息，所以把停車場劃分為4個區域，按照編號從小到大的順序依次對應著西南、東南、東北和西北，依據此，下面表格即為區域1西南方位的停車位信息統計。編號的前三位數字代表著節點編號，在整個停車場內對每一個節點進行編號，包括著主過道上的節點和每一個停車位前的節點，編好號碼記錄入計算機算法系統內，當每次指引服務啟動引導信號燈的時候，計算機通過輸出需要啟動的引導信號燈的編號來控制LED燈的亮滅。其中倒數第2位代表著每一個節點的四個方位上的信號燈編號，按照逆時針的順序，西南、東南、東北、西北依次對應著1、2、3、4號信號燈。指示燈引導車主到達指定停車位，系統給分配完成的目標停車位標注了紅色，系統分配停車位時是按照編號分區域來搜尋空車位，假設1號區有空余停車位，便不再搜尋其他區域，接著按照先左后右的順序在1區域內尋找空車位，車位信息在計算機內的存儲請參見表2（智能停車場1號區域車位信息存儲表），用0和1來記錄停車位是否已經被占用，1代表已經被占用，0則代表是空車位，表內還對車輛的停車數和本區域的車位占用率進行了統計記錄，可以設計算法為檢測車位利用率達到50%，便自動優先檢測下一區域空余車位，并分配到需要停車的車輛，如果四個區域車位占用率全部超過50%，便自動將車位占用率最少的作為優先級，這樣可以避免車輛全部分布在整個停車場的一個角落的情況，避免出現停車場過道擁堵，車輛離場不方便等問題，為顧客提供更好的停車體驗。

為了保證進入停車場的車輛都能找到停車位，所以系統會分配一對一原則，即一車對一位原則，系統會給每一輛車分配指定的停車位，既便于對停車場內的信息監控管理，也可以更好的為車輛離場進行識別和引導。停車位入口處會設置阻礙，如果車主不按照指示引導到達指定停車位，其他停車位也不會打開阻礙，這樣做的原因在于阻止發生即使是系統分配的一對一原則，還是會發生停車位的擁擠狀況，即兩個或多個車主同時選定了同一停車位停車，以防給車主們帶來不好的停車體驗，所以在停車位設置阻礙，只有識別到相對應的車輛信息，阻礙才會自動打開，真正做到車位一對一分配，也便于計算機系統對空余停車位信息的管控和記錄。

1.3 對離開停車場車輛引導算法實現? 當車輛想要從停車場內駛離時，停車位入口處的阻礙也會自動檢測到需要離開停車場的車輛位置，并將信息傳遞給計算機控制中心，計算機控制中心查詢到車輛信息及記錄，為車輛提供最佳離場路徑，輸出路徑上相應節點的LED指示燈位置信息，依次控制指示燈的亮滅，有效指引車輛迅速離場，避免過長占用過道資源，引起交通堵塞。

1.4 對同時有車輛進入、離開停車場車輛引導算法實現? 這時情況相對比較復雜，可以通過靠右行駛原則，無論是停在左側還是停在右側的車輛都引導他們靠右側行駛，這樣避免入場和離場的車輛發生不和諧的交通擁堵現象，同時通過不同顏色的LED指示引導信號燈來為車輛提供路徑引導，為入場車輛提供指示引導的是綠色指示燈，而為離場的車輛提供指示引導的是紅色信號燈，并且在停車場入口處顯眼位置提示車輛入場指引為綠色信號燈，離場指引為紅色信號燈。這樣就可以極大地減少車主為找尋車輛而白白浪費時間，打消車主為尋找停車位而犯難的心理，保證入場即有車位，如果停車場內遇到無空余停車位的情況，便不會讓車輛入場，閘機不會起桿放行。

2? 算法依據原則

整個對停車位的引導系統涉及到了停車位分配原則、最佳路徑引導原則、通訊原則，還有空余停車位信息檢測技術等等。

停車位分配原則是把整個停車場內部分為4個區域，分別是：西南、東南、東北和西北也是按照這個順序，引導車輛先入停車場的西南區域的空余停車位，若西南區域已滿，無空余停車位，便自動引導車輛到達東南區域的空余停車位進行停車，這樣能夠使停車場更加規整，避免以往停車場空余停車位分布混亂的現象，也更加方便計算機系統統計記錄數據信息，無車輛停車的區域便不會記錄車輛信息，而且將停車場分為4個區域，也能更加方便、快捷地查詢到車輛信息及車位位置，便能更加迅速有效地為離場的車輛進行引導。

最佳路徑引導原則是根據車輛從某一入口到達指定停車位的最短路徑，自動舍棄繞圈復雜的行駛路徑，只提供到達目標停車位的最直接路徑，如果同樣是距離最近的路徑也有兩種行駛路線，那么依據直行原則，先直行后轉彎，因為目標停車位和車輛的駛入口方位是固定的，并不會遇到左轉或右轉的選擇，而是先直行后轉彎，還是先轉彎后直行的情況，遇到這種情況便依據直行原則，當距離目標停車位更近一些的時候再指引車輛減速行駛，并轉彎。行車過程要時刻注意安全，即使是在停車場內也要小心行駛。

智能停車場自動引導系統是將停車場管理系統和計算機網絡進行完美融合，能夠向不熟悉該地區情況的駕駛員進行更好的定位引導，并且減少因尋停車位引起的能源時間損耗、噪聲以及空氣污染，阻礙交通的通暢等等，為駕駛員節省停車的時間，提高服務質量。

3? 結論

停車場的智能化勢在必行，本文僅僅是分析論述了最基本的情況，在其他特殊或更復雜的情況方面探討不夠深入，還處于初步研究階段，實驗方案還不夠完善，希望未來能夠嘗試對實踐中可能遇到的各種突發情況進行深入的研究與應對，為能更好地提升停車場的服務水平。

參考文獻：

[1]陳賓書.基于視覺識別的智能停車場管理系統的設計[D].福州：福建師范大學，2015.

[2]張素紅.基于物聯網的智能停車場系統研究[D].秦皇島：燕山大學，2016.

[3]李坤.智能停車場車位檢測與泊位誘導系統研究與設計[D].北京：中國科學院大學工程管理與信息技術學院，2013.