大中型停車場智能泊車導航系統研究

趙一州

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大中型停車場智能泊車導航系統研究

趙一州

（昆明理工大學，國土資源工程學院，云南 昆明 650000）

隨著城市加速發展，一些城市面臨著“車多位少”的困境，尋找到一個合適的停車位變得越來越難。為了解決這類問題，本文介紹了大中型智能泊車導航系統的研究方法與功能需求，對智能泊車導航系統的數據庫以及后臺管理模塊進行了開發。通過對布爾(Boolean)模型和迪杰斯特拉(Dijkstra)算法的研究，分析提出了一個集信息查詢、預定停車位、泊車導航、反向尋車等功能于一體的智能停車導航系統。從而到達提高車主在進行泊車及取車時的快速性與便捷性的目的。

智能泊車導航；反向尋車；地理信息系統

0 引言

隨著國內私人汽車保有量的迅速增加，車主越來越難在一些城市的商務中心尋找到一個合適的車位停車。與此同時，因為停車場的規模也在不斷擴大，給車主帶來的新的問題就是找車難。停車場作為人們出行的重要設施，其高水平的服務效率必將為車主提供幫助。所以建設智慧型停車場，實現停車場信息的實時數據共享，將會為人們的生活提供極大地方便。

本文在查閱相關研究資料的基礎上，結合國內外的研究方向，構建一個能夠實現查看停車場信息、預定停車位、智能泊車誘導、反向尋車管理等功能于一體的智能泊車導航系統。利用Microsoft Visual Studio軟件、Microsoft SQL Sever軟件和編程語言C#+AE語言完成系統軟件的部分設計。通過車輛的全球定位系統(GPS)定位點，在選擇車位后運用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法實現車輛在停車場內部的導航從而進行泊車導航，對于室內停車場通過室內定位的方法將車輛快速準確的導航到預定停車位[1]。當車主在返回尋找自己車輛時，通過移動端基于布爾(Boolean)模型開發的反向尋車查詢模塊進行查詢，確定車輛位置后，定位生成到達用戶車輛所在位置的路線圖，方便車主能準確找到自己的愛車。

1 智能停車導航系統的研究方法

1.1 電子地圖的應用

根據停車場所在的地理位置，停車場平面圖，用戶停車需求等，對電子地圖的二次開發，從而提供地理信息服務，基于C#等編程軟件通過現有的電子地圖的接口進行設計，將電子地圖通過接口引入到頁面中同時加載停車場內部的平面圖等相關信息。通過運用二次開發的源代碼庫，設計實現一個能夠顯示停車場信息、停車場地址、停車場收費情況等相關信息的窗口。

1.2 數據庫的應用

智能泊車導航系統中的數據庫信息主要是存儲停車場和停車位的相關數據，數據庫的內容主要包括停車場位置的空間數據信息、車位位置空間數據信息、停車場的基本信息、停車位基本信息，運營使用的實時使用情況及反饋數據信息等，這些數據主要運用于支撐停車場及車位信息查詢等工作[2]。

1.3 Android技術的應用

由Google公司研發的Android系統是針對智能手機等移動設備的操作系統，Android系統允許各個手機廠商參與到系統的開發，智能泊車導航系統將 GIS技術與 Android技術相結合，用戶可以通過使用移動客戶端對停車場信息進行實時了解[3]。

2 智能泊車導航系統的功能與模塊設計

2.1 系統的功能需求

本文設計了一個智能泊車導航系統，針對泊車最優路徑查詢，反向尋車查詢等問題提出相應的解決方案。通過了解分析國內外有關智能泊車導航以及反向尋車過程技術及應用現狀，確定智能泊車導航的方法，反向尋車查詢模型以及反向尋車方法。所以系統要實現的主要功能包括：

（1）用戶通過手機移動端進行登錄查詢自己所在的位置附近是否有停車場以及停車場的信息。

（2）用戶根據移動端顯示的停車場實時數據信息情況等信息，選擇停車場并且可以預約停車位。

（3）用戶選擇成功后，界面自動生成用戶當前所在位置到停車場的導航路線圖[4]。

（4）用戶進入停車場，通過停車場門口的圖像識別設備識別車牌號后，進入停車場內部，移動端界面轉入到停車場內部導航，根據停車場內部地圖將車輛引導到預約車位后開始計算停車時間。

（5）用戶再次進入停車場，通過使用反向尋車功能生成反向尋車最優路徑，從而能夠快速的找到自己車輛所在位置。

（6）通過車牌識別技術確認車輛駛出停車場后將信息返回移動終端停止計時并計算價格。

通過明確大型停車場智能泊車導航的方法，反向尋車查詢模型以及反向尋車方法以及功能需求，設計系統方案，根據設計方案利用Microsoft Visual Studio軟件、Microsoft SQL Sever軟件和編程語言C#+AE語言來實現系統設計方案各項功能。

2.2 系統軟件設計方案

大中型智能停車場智能泊車導航系統軟件的用戶使用手機移動端上的GPS或北斗進行當前位置的定位，用戶使用移動端進行登錄查詢自己所要前往的目的地附近的停車場信息，選擇合適的停車場并進行停車位預約，確保在車輛到達停車場后有停車位使用。用戶可以運用電子地圖進行到達停車場前的導航，讓用戶能夠更加方便快捷地到達自己所預約的停車場[5]。其主要流程如圖1所示。

圖1 智能泊車系統流程圖

2.3 系統軟件數據庫設計

對于智能泊車導航系統軟件的數據庫結構設計要根據其結構設計為基礎，智能泊車系統的數據庫設計中主要分為后臺管理模塊和用戶使用模塊。其系統數據庫架構圖如圖2所示。

圖2 系統數據庫架構圖

停車場運營的實時數據信息都會及時更新并且傳輸到停車場的后臺管理模塊，通過后臺管理模塊對數據的處理，后臺管理模塊在接收到來自移動端所發送的數據請求后將信息傳送到對應的移動端，確保用戶在查詢和預約停車位時的準確性和及時性，用戶在進行查詢和預約時所涉及到了該系統中各個模塊之間的職能和相互間的聯系[6-7]。

在確定數據表所需表的數量及功能時，數據庫中的表格需要根據上述數據庫架構圖轉換成相應的數據結構關系，從而確定需要涉及到的數據庫表[8]。在該系統中數據庫表主要包括：用戶基本信息表、系統管理員信息表、停車場內停放車輛信息表、停車位基本信息表、交費充值記錄表、停車場系統信息表等。在完成數據庫的建庫工作后，通過使用C#語言對管理員管理平臺進行搭建得到的管理員管理界面。

3 停車場內智能泊車及反向尋車方案實現

該系統將采用基于布爾(Boolean)模型[9]的反向尋車查詢和迪杰斯特拉（Dijkstra）算法[10]進行設計。

3.1 布爾（Boolean）模型

布爾模型是最經典的查詢模型，布爾模型的基本原理是布爾邏輯，在創建相關查詢語句時各個關鍵詞之間通過運用AND、OR、NOT及相關的運算符進行連接，使用布爾模型進行查詢時結果類似于二進制，所以查詢結果只有兩類分別是1、0，即索引中數據與查詢條件一致時結果是True(1)，數據與查詢條件不匹配時結果是False(0)，由此布爾模型查詢結果具有二值性的特點[11]。運算模式如圖3所示。

圖3 布爾邏輯運算

布爾模型是一種嚴格匹配的簡單的查詢模型，標準布爾模型表達式（1）如下：

Di=（Wi1, Wi2, Wi3,…, Wi1） （1）

公式中，D表示查詢內容，n是特征項的個數，Wik則為1或0，用來表示特征項k（1≤k≤n）在數據庫i中出現或者不出現[12]。

用戶在需要離開停車場時，只需要使用移動端的反向尋車功能即可獲得反向尋車的提示信息。用戶在使用移動端對自己車輛位置進行查詢時，是為了能夠快速且精確的尋找到自己停在停車場的車輛，因為在進行查詢時需要限制其查詢條件，所以在進行反向尋車時的查詢條件滿足布爾模型使用的條件。另外該系統中主要的查詢方式是利用Microsoft SQL Sever數據庫中的查詢語句進行，因為在SQL數據庫中主要應用的就是布爾邏輯，所以本文選擇了布爾模型作為智能泊車導航系統的查詢模型。

3.2 迪杰斯特拉（Dijkstra）算法

迪杰斯特拉算法是一種用于計算一個節點到其他所有節點的最優路徑路由算法，主要特點是 以起始點為中心向外層層擴展，直到擴展到終點為止[13-14]。

通常我們在解決最優規劃問題時，我們提出了最優子結構性質，即如果所研究的問題得到的最優解中所包含的子問題的解也是最優的。所以最優路徑的最優子結構的性質一般可以描述為：如果P(i,j)={Xi……Xk…Xs…Xj}是從點i到j的最優路徑，點k和s是該最優路徑上的中間頂點，那么P(k，s)就是從點k到s的最優路徑[15]。

由該性質可知，為了得到最優路徑，Dijkstra提出了根據最優路徑的距離逐次遞增，從而生成最優路徑的算法，例如對于起始的頂點X0，首先選擇與頂點X0直接相鄰的所有頂點中距離最短的頂點Xi，根據該方法依次尋找符合要求的頂點，所以如若要的到P(0,j)的最優路徑，從頂點X0到達Xj的最短距離可以表示為dist[j]=min{dist[j],dist[i]+matrix[i][j]}[16]。

本文將某一停車場作為演示示例，該停車場有一進口一出口，該停車場所有停車位都長為5 m，寬為2.5 m，停車場的內部道路的寬度為5 m。將停車場內部的交叉口由上到下設置為M1、M2，入口為x1，出口為x2，假設該停車場內部P1、P2、P3、P4、P5、P6為空余車位。得到如圖4所示的停車場空余車位示意圖。根據停車場的空余車位示意圖，將其路網抽象形成如圖5所示的帶權有向圖。

圖4 停車場空余車位示意圖

圖5 帶權有向圖

假定圖5中的P6是用戶所選擇的停車位，現在需要根據迪杰斯特拉算法原理得到用戶所在的入口處X1到停車位P6之間的最優路徑，其計算步驟說明如下[17]：

步驟一：在移動端選擇入口X1，其距離為0，其余除X1以外的點的路權為∞；

步驟二：將入口X1作為中間點，計算與其直接相鄰的所有節點的路權值，以及它們分別到達M1的距離最短的是 X1→M1=20，其余點路權為∞；

步驟三：將M1作為中間點，計算與其相連的M2，M1→M2=15，累積X1到M2的距離最優路徑為X1→M1→M2=35，其余點路權為∞；

步驟四：將M2作為中間點，計算與其到P6的路權，M2→P6=16.5，累積X1到P6的距離最優路徑為X1→M1→M2→P6=51.5，其余點路權為∞；

通過以上步驟，可以得到X1到P6 之間的最優路徑是X1→M1→M2→P6，最優路徑總距離為51.5。

根據迪杰斯特拉算法原理，通過使用C#語言完成計算機編程對上述實驗的計算過程進行仿真，運行結果如圖6所示。

將選擇的P1至P6這六個停車位的相關信息輸入到程序窗口中，從而得到如表1所示的入口X1到各停車位的最優路徑。

以上即為智能泊車導航最優路徑規劃選擇的整個過程，在進行反向尋車是當查詢到自己車輛所在位置后，其反向尋車導航的最優路徑規劃方法為智能泊車時類似。

4 結語

當前，隨著城市建設的不斷加速，為了適應城市發展的要求，停車場的發展趨勢也逐漸向大型化、規模化、多層化方向的轉變，這使得用戶在泊車和反向尋車時難度都大大增加，隨著智能終端、移動互聯網的發展，本文設計分析一個基于大中型停車場自主選擇停車位的智能泊車導航系統。通過設計分析，得到了一種最合適的停車導航最優路徑規劃算法，利用算法規劃出一條最優路徑作為參考路徑，實現靜態規劃。通過設計分析形成了智能泊車引導及反向尋車原型系統，實現了系統的動態規劃，滿足停車場信息實時更新的要求，同時減輕了停車場管理維護的工作量，提高了停車場車位利用率，實現了智能泊車導航系統的基本功能。

表1 最優路徑示意表格

Tab.1 Optimal path schematic table

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Research on Intelligent Parking Navigation System in Large and Medium-Sized Parking Lot

ZHAO Yi-zhou

(Land and Resources Engineering College, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650000, China)

Some cities are now faced with the dilemma of "car number exceeding that of parking space" with their accelerated development, and finding a suitable parking space is becoming more and more difficult. In order to solve these problems, this paper introduces the research methods and functional requirements of large and medium-sized intelligent parking navigation system, and develops the database of the intelligent parking navigation system and the backstage management module. Through studying Boolean model and Dijkstra algorithm, the analysis proposes an intelligent parking navigation system that integrates functions as information query, booking parking space, parking navigation, reversed car locating. Thus, it can improve the celerity and convenience of car owners’ parking and pick up.

Smart parking navigation; Reverse searching; GIS

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.10.023

趙一州(1994-)，男，昆明理工大學國土資源工程學院碩士研究生，研究方向為3S集成及應用與地理信息系統。

趙一州. 大中型停車場智能泊車導航系統研究[J]. 軟件，2018，39（10）：116-120