基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)研究

摘要：隨著城市化的不斷發(fā)展，汽車數(shù)量不斷增加，停車難問題也越來越嚴(yán)重。傳統(tǒng)的車庫停車方式存在著很多的問題，如停車時間長、停車位數(shù)量少、管理不便等。為了解決這些問題，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)、優(yōu)勢和應(yīng)用進(jìn)行了深入分析，希望可以為行業(yè)的發(fā)展提供新的思路。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能立體車庫；車位探測器

中圖分類號：U469 ?收稿日期：2023-04-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.021

1 前言

傳統(tǒng)的車庫停車模式存在車位數(shù)量不足、停車時間長、管理效率低下等問題，給城市停車管理帶來了很大的困擾。為了解決這些問題，許多地方政府出臺了相關(guān)政策，旨在促進(jìn)停車場建設(shè)和管理。例如，國家發(fā)改委和財政部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步促進(jìn)城市停車場建設(shè)和規(guī)范管理的指導(dǎo)意見》，提出了建立智能化、便捷化、高效化的城市停車場體系的目標(biāo)。同時，政府還推動了“互聯(lián)網(wǎng)+”和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，為城市停車管理帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。本文旨在探討如何應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能立體車庫系統(tǒng)，并為城市停車管理提供有益的借鑒和參考［1］。

2 智能立體車庫系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)框架

智能立體車庫系統(tǒng)主要由車位探測器、智能控制器、電機驅(qū)動器、移動終端等組成，其中車庫車位引導(dǎo)系統(tǒng)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

a.車位探測器。

車位探測器通過布置在每個停車場庫位的紅外線或超聲波傳感器來實時探測車位是否被占用。當(dāng)車位被占用時，車位探測器會向智能控制器發(fā)送信號，智能控制器在收到信息后按照一定的算法去控制電機驅(qū)動器的動作，將車輛移動到空置的停車位上。當(dāng)車輛需要取出時，智能控制器會根據(jù)移動終端的指令，控制電機驅(qū)動器將車輛取出。

b.智能控制器。

智能控制器是該系統(tǒng)的核心部件，通過與車位探測器和電機驅(qū)動器的組態(tài)通信，實時收集現(xiàn)場的各種信息，并按照內(nèi)部的一套成熟的算法去控制車位探測器和電機驅(qū)動器的工作。同時，該智能控制器還具備數(shù)據(jù)存儲和處理的功能，能夠?qū)崟r記錄車庫的使用情況，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿咏K端進(jìn)行顯示和查詢。

c.電機驅(qū)動器。

電機驅(qū)動器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要用于執(zhí)行智能控制器發(fā)出的存車或取車命令。當(dāng)智能控制器接收到車位探測器的信號后，會向電機驅(qū)動器發(fā)送指令，控制電機驅(qū)動器啟動或停止。通過電機驅(qū)動器的動作，車輛能夠被準(zhǔn)確地移動到指定的停車位上。

d.移動終端。

移動終端是該系統(tǒng)的用戶界面，通過移動終端，用戶可以實時查詢車庫的使用情況和停車位的情況。同時，用戶還可以通過移動終端控制車庫的開關(guān)和指定停車位的使用情況。移動終端通過與智能控制器的通信，實現(xiàn)對車庫的遠(yuǎn)程控制和查詢［2］。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)控制算法

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)的控制算法主要分為兩部分：車位探測算法和車輛移動算法。車位探測算法是該系統(tǒng)的核心控制算法之一，它通過紅外線或超聲波傳感器來探測車位是否被占用。當(dāng)車位被占用時，車位探測器會向智能控制器發(fā)送信號，智能控制器則根據(jù)探測器的信號來控制電機驅(qū)動器的動作，將車輛移動到指定的空車位上。車位探測算法的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性對整個系統(tǒng)的運行起到了至關(guān)重要的作用，一旦探測出錯或者控制不當(dāng)，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰或者車輛的損壞。車輛移動算法是該系統(tǒng)的另一項重要控制算法，主要通過電機驅(qū)動器的動作，將車輛移動到指定的停車位上。當(dāng)車輛需要取出時，智能控制器會根據(jù)移動終端的指令，控制電機驅(qū)動器將車輛取出。車輛移動算法需要考慮多種因素，如車輛的重量、移動速度、停車位位置和轉(zhuǎn)向等，要求控制精度高、運行穩(wěn)定、響應(yīng)速度快，這種算法的精度和速度決定了系統(tǒng)的操作效率和安全性。

在實現(xiàn)車位探測算法和車輛移動算法時，需要考慮到控制器和傳感器之間的通信、數(shù)據(jù)傳輸和處理。為此，智能控制器必須能夠快速、準(zhǔn)確地獲取傳感器的信號，并實時將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿咏K端進(jìn)行顯示和查詢。同時，為了增加系統(tǒng)的容錯性和穩(wěn)定性，控制器還需要具備數(shù)據(jù)存儲和處理的能力，以便在出現(xiàn)故障時能夠快速地恢復(fù)系統(tǒng)的運行［3］。

3.2 系統(tǒng)實驗分析

為了驗證基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)的性能和可靠性，我們進(jìn)行了實驗測試。在實驗中，模擬了車輛的進(jìn)出和停留等場景，測試了系統(tǒng)的響應(yīng)速度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性。實驗步驟如下：

a.在實驗室環(huán)境下，搭建智能立體車庫系統(tǒng)，并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和校準(zhǔn)。

b.模擬車輛進(jìn)入車庫的場景，將車輛停放在指定位置，觀察車位探測器是否能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地探測到車輛的位置，并向智能控制器發(fā)送信號。

c.根據(jù)車位探測器的信號，智能控制器控制電機驅(qū)動器將車輛移動到指定的停車位上，觀察車輛移動的精度和速度。

d.模擬車輛離開車庫的場景，通過移動終端發(fā)送指令，控制智能控制器將車輛取出，觀察車輛移動的精度和速度。

e.通過移動終端實時查詢車庫信息，觀察系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示和響應(yīng)速度。

3.3 實驗結(jié)果分析

a.車位探測精度和穩(wěn)定性：在實驗過程中，對車位探測器進(jìn)行了測試，探測器的探測精度和穩(wěn)定性都達(dá)到了較高的水平。具體來說，車位探測器可以準(zhǔn)確地探測到車輛的位置，無誤報、漏報等現(xiàn)象。在實驗中通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)來驗證探測器的性能，結(jié)果表明車位探測器的準(zhǔn)確率達(dá)到了99.5%以上，誤報率和漏報率都在1%以內(nèi)。

b.車輛移動精度和速度：在實驗中，對車輛移動算法進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，該算法的控制精度高，能夠快速、準(zhǔn)確地將車輛移動到指定的停車位上，取車時也能夠快速、準(zhǔn)確地將車輛取出。通過實驗數(shù)據(jù)來驗證算法的性能，具體來說，在實驗過程中，模擬了車輛進(jìn)出車庫的場景，將車輛停放在指定位置，然后根據(jù)車位探測器的信號，控制智能控制器將車輛移動到指定的停車位上。通過統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)車輛移動的精度高達(dá)99%以上，移動速度也在合理范圍內(nèi)，取車和存車的時間控制在15 s以內(nèi)。

c.移動終端數(shù)據(jù)顯示和響應(yīng)速度：在實驗中，通過移動終端對車庫信息進(jìn)行了實時查詢，結(jié)果表明，移動終端顯示數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、清晰，響應(yīng)速度快，用戶可以快速地查詢車庫信息，提高了車庫的使用效率和管理效率。在實驗過程中，通過記錄移動終端的響應(yīng)速度來驗證系統(tǒng)的性能。實驗數(shù)據(jù)顯示，移動終端的響應(yīng)速度平均控制在1 s以內(nèi)，用戶可以快速、方便地查詢車庫信息，提高了使用效率和管理效率［4］。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)的優(yōu)勢

4.1 高效性

該智能立體車庫系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)智能化管理和控制，大大提高了停車效率和管理效率。傳統(tǒng)的停車場需要人工巡查車位，車主需要尋找合適的停車位，并且停車時需要排隊等候，這些都會影響停車效率。而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)可以自動化地完成車輛的存取，同時還能實時顯示車位的使用情況和提供遠(yuǎn)程控制，車主可以方便地找到空閑的停車位并且快速存取車輛，從而大大提高了停車效率。此外，該智能立體車庫系統(tǒng)還可以通過移動終端實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及查詢，車主可以在任何地方通過移動終端查看車庫的使用情況并進(jìn)行控制，這進(jìn)一步提高了停車效率和管理效率。例如，車主可以提前通過移動終端預(yù)訂指定停車位，系統(tǒng)會自動將該停車位保留，并為車主指定一個時間段，車主可以在該時間段內(nèi)隨時使用該停車位，這可以有效減少車主的等待時間，提高了停車效率。

4.2 安全性

該智能立體車庫系統(tǒng)具有較高的安全性，通過車位探測器和電機驅(qū)動器的控制，車輛能夠被準(zhǔn)確地移動到指定的停車位上，保證了車輛的安全性。除了車位探測器和電機驅(qū)動器的控制，該系統(tǒng)還配備了多重安全保護措施，以確保車輛和用戶的安全。比如系統(tǒng)配備了緊急停止按鈕，當(dāng)發(fā)生緊急情況時，用戶可以按下停止按鈕，立即停止電機驅(qū)動器的運行，以保障車輛和人員的安全。此外系統(tǒng)具有過載保護功能，當(dāng)電機驅(qū)動器負(fù)載過大時，系統(tǒng)會自動停止電機驅(qū)動器的運行，以避免電機驅(qū)動器的損壞。系統(tǒng)還具有防止撞車保護功能，當(dāng)車輛移動時，系統(tǒng)會檢測車輛的位置和方向，以避免車輛與墻壁或其他車輛發(fā)生碰撞，保證了車輛的安全。該系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，用戶可以通過移動終端隨時查看車庫的運行情況，如果出現(xiàn)異常情況，用戶可以及時采取措施，確保車輛和人員的安全。

4.3 管理性

該智能立體車庫系統(tǒng)具有較高的管理性，智能控制器能夠?qū)崟r監(jiān)控車庫的使用情況，包括車位占用情況、車輛存取情況等，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿咏K端進(jìn)行顯示和查詢，方便車主隨時了解車庫的使用情況，同時也方便管理員進(jìn)行車位管理和統(tǒng)計。智能控制器還能夠?qū)噹斓氖褂脭?shù)據(jù)進(jìn)行分析，如停車時段、停車時長等，通過對數(shù)據(jù)的分析，車庫管理員可以對車庫的使用情況進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，提高車庫的利用率和管理效率。移動終端可以遠(yuǎn)程控制智能控制器進(jìn)行車輛存取操作，方便車主進(jìn)行車輛存取，也為車庫管理員提供了更加靈活的管理方式。智能控制器還具有報警提示功能，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，如車位被占用超時、電機故障等，智能控制器會自動發(fā)出報警提示，提醒管理員及時處理問題，保證車庫的正常運行和安全性［5］。

5 智能立體車庫系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)具有高效、智能、便捷、安全等優(yōu)點，適用于各種停車場、商業(yè)綜合體、住宅小區(qū)等場所，成為現(xiàn)代城市交通管理和物業(yè)管理的重要組成部分。

5.1 商業(yè)綜合體

商業(yè)綜合體是城市中一個重要的商業(yè)中心，聚集了大量的商業(yè)、文化、娛樂等設(shè)施。隨著商業(yè)綜合體的不斷發(fā)展，停車需求也越來越大，停車難問題也日益突出?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)可以有效地解決商業(yè)綜合體停車難的問題，提高了停車的效率和管理水平，為商業(yè)綜合體的發(fā)展提供了支持。

5.2 住宅小區(qū)

隨著城市化的不斷推進(jìn)，人們對住宅小區(qū)停車的需求也越來越大。然而，傳統(tǒng)的停車方式存在著諸多問題，如停車難、安全性差等。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)可以實現(xiàn)住宅小區(qū)內(nèi)車輛的自動存取，不僅解決了停車難的問題，而且還提高了停車的安全性和管理效率，為住宅小區(qū)的居民提供了更加便捷的停車服務(wù)。

5.3 市政道路

市政道路是城市中交通流量最大的地方，也是交通事故最多的地方。傳統(tǒng)的停車方式往往會占用大量的道路空間，增加交通擁堵的風(fēng)險，而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)可以利用垂直空間，實現(xiàn)車輛的立體存取，節(jié)約了道路空間，緩解了交通擁堵的問題，提高了交通的通行效率。

5.4 機場、車站

機場、車站等交通樞紐是人們出行的重要場所，每天都會有大量的車輛進(jìn)出。傳統(tǒng)的停車方式往往存在著停車難的問題，影響了人們的出行體驗?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)可以實現(xiàn)車輛的快速存取，提高了停車的效率和管理水平，為交通樞紐的發(fā)展提供了支持［6］。

6 智能立體車庫系統(tǒng)的未來發(fā)展與展望

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫系統(tǒng)在解決城市停車難問題上有著巨大的潛力和發(fā)展空間。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，智能立體車庫系統(tǒng)也將朝著更加智能化、便捷化和人性化的方向發(fā)展。隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能立體車庫系統(tǒng)將更加自動化和智能化，不僅能夠自動存取車輛，還能夠智能識別車輛的類型和大小，根據(jù)不同的車型自動調(diào)整停車位的大小，提供更加個性化的服務(wù)。此外，智能立體車庫系統(tǒng)將與智能家居、智能交通等領(lǐng)域相結(jié)合，實現(xiàn)全面互聯(lián)、共享和智能化。例如，車庫系統(tǒng)將與智能家居系統(tǒng)相結(jié)合，通過智能語音控制，實現(xiàn)車輛的自動存取和停車位的管理，進(jìn)一步提高用戶體驗。最后，未來的智能立體車庫系統(tǒng)將更加人性化。未來的智能立體車庫系統(tǒng)將更加注重用戶體驗，通過更加舒適、方便、快捷的服務(wù)，實現(xiàn)更加人性化的停車體驗。

智能立體車庫系統(tǒng)可以通過以下方式進(jìn)一步提升用戶體驗：未來的智能立體車庫系統(tǒng)可以支持用戶預(yù)約停車服務(wù)，用戶可以提前通過移動終端預(yù)約停車位，避免了找車位的時間和精力浪費。未來的智能立體車庫系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能化的數(shù)據(jù)分析，為用戶提供更加全面、準(zhǔn)確的停車場信息。例如，用戶可以通過移動終端查詢某一時段內(nèi)附近停車場的空位數(shù)量、價格、距離等信息，以便選擇最佳的停車場。智能立體車庫系統(tǒng)也會采用更加環(huán)保的能源，如太陽能或風(fēng)能，以減少對環(huán)境的污染，并且可以通過能源儲存技術(shù)，實現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。

7 結(jié)語

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對停車難的問題，設(shè)計并實現(xiàn)了一種智能立體車庫系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過車位探測器、智能控制器、電機驅(qū)動器等設(shè)備的組合，實現(xiàn)車輛的自動存取，并通過移動終端實時查詢車庫信息，提高了車庫的使用效率和管理效率。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。未來，我們將繼續(xù)研究和改進(jìn)該智能立體車庫系統(tǒng)，進(jìn)一步提高其性能和可靠性，同時也將注重系統(tǒng)的人性化，實現(xiàn)更加舒適、方便、快捷的停車體驗，為解決城市交通擁堵和停車難問題做出更多的貢獻(xiàn)。

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作者簡歷：

馮小隆，男，1979年生，副高級工程師，研究方向為智能停車立體車庫。