基于霍爾三維模型的智能停車系統(tǒng)設計

何惠倩，張瑞秋*，孫煒，何惠婕

(1.華南理工大學設計學院, 廣東廣州510006； 2.華南師范大學文學院, 廣東廣州510006)

0 引言

隨著人們生活水平提高，家庭車輛擁有量迅速上漲，“停車難”已是許多城市的通病。本文利用霍爾三維模型的理論知識，著力解決“停車難”、“反向?qū)ぼ囯y”、“出口擁堵”、“費用無法實時查詢”等問題，為智能停車系統(tǒng)建設做一些規(guī)劃。智能停車系統(tǒng)是通過對停車場的車輛駛?cè)搿④囄徽加谩④囕v駛離等停車全過程進行信息采集及數(shù)據(jù)整合[1-2]，從而實現(xiàn)城市大型商場級別的空余車位信息發(fā)布[3-5]、預定車位、室內(nèi)導航、自動繳費等服務[6]。

1 霍爾三維結(jié)構(gòu)理論在智能停車系統(tǒng)中的應用

霍爾三維結(jié)構(gòu)模型又稱“霍爾的系統(tǒng)工程”，是美國系統(tǒng)工程專家霍爾于1969年提出的一種系統(tǒng)工程方法論。霍爾三維模型將系統(tǒng)工程分為前后緊密銜接的七個階段和七個步驟，同時還考慮了完成這些階段和步驟所需要的各種專業(yè)知識和技能[7]。筆者在霍爾三維結(jié)構(gòu)系統(tǒng)工程論的基礎上，將整個智能停車系統(tǒng)工程組成結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，用技術(shù)維、邏輯維、體驗維、時間維刻畫出來，并將各個維度的具體內(nèi)容嵌入至基本框架，構(gòu)建完整的智能停車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,具體見圖1。

圖1 智能停車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Intelligent parking system structure model

1.1 技術(shù)維分析

智能停車系統(tǒng)組件通過應用RFID射頻識別技術(shù)[8]、無線傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[9-10]等構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、傳感器、服務器，用戶通過GPS導航進入停車場，在停車場入口有車牌識別設備，通過RFID射頻識別技術(shù)自動識別車牌，并自動關(guān)聯(lián)用戶信息，同時開始計費；進入停車場，導航系統(tǒng)會自動切換成室內(nèi)導航模式，并自動規(guī)劃路線，節(jié)省用戶找停車位的時間；完成停車后，用戶進入商場消費可以通過HiHere APP進行停車券兌換等；消費結(jié)束后，服務器將根據(jù)用戶定位生成尋車路線；用戶找到車到達停車場出口時，智能閘機可以識別車牌并自動完成支付，系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

圖2 智能停車系統(tǒng)工作流程

1.2 邏輯維分析

智能停車系統(tǒng)的邏輯維度可大致分為明確問題、確定目標、制定方案、方案分析、方案綜合、方案實施、評價優(yōu)化等七個階段，如圖1所示。

按照系統(tǒng)工程的邏輯步驟進行邏輯維的設計主要包括七個階段：①明確問題，通過對智能停車系統(tǒng)的人力、物力、環(huán)境，進行建設性的可行性研究；②明確目標，對建設智能停車場功能、建設程度等問題與專業(yè)技術(shù)人員進行訪談，使設計方案具有一定的指向性；③制定方案，確定智能停車系統(tǒng)的核心功能，構(gòu)建智能停車系統(tǒng)的架構(gòu)并設計出對應的功能界面；④方案分析，包括可行性、準確性、易用性等進行全方位的分析；⑤方案綜合，對方案分析的資料進行整理綜合；⑥方案實施，將方案落實應用，并在應用過程中適當?shù)恼{(diào)整和改進，確保系統(tǒng)建設順利進行。⑦評價優(yōu)化，智能停車系統(tǒng)投入使用后的持續(xù)觀察、調(diào)控與完善，對出現(xiàn)的問題和功能的更新進行預估并準備新的方案，以推進智能停車系統(tǒng)的不斷完善。

1.3 體驗維分析

體驗維是指用戶從進入停車場前到支付離開的全過程的體驗，通過分析用戶停車全過程[11]，挖掘用戶需求如圖3所示。

圖3 用戶旅程&用戶需求Fig.3 User journey & user needs

1.4 時間維分析

霍爾三維模型的時間維度是指智能停車系統(tǒng)建設從開始到結(jié)束的全過程。該系統(tǒng)建設的生命周期包括調(diào)研分析階段、開發(fā)設計階段、分析評估階段、方案實施階段、運營管理階段、更新迭代階段，是一個多層次、持續(xù)改進、不斷更新的過程。

1.4.1 調(diào)研分析及市場定位階段

調(diào)研分析階段主要有用戶體驗調(diào)研、競品分析和需求分析。用戶體驗調(diào)研主要是通過線上調(diào)查和線下用戶訪談，詢問用戶在停車過程中的感受，用戶年齡、性別、駕齡對尋車和找車的影響(圖4)，調(diào)研得出年齡、性別、駕齡對用戶尋找停車位以及回程尋車的困難無明顯影響；分析車主在商場停車過程中的行為方式，并對消費者行為、心理特征進行調(diào)研，建立用戶角色模型;競品分析是分析市場上現(xiàn)有關(guān)于停車場APP的功能以及優(yōu)缺點，包括分析其運行模式、終端狀況、用戶粘性、易用性、準確性、實用性和用戶滿意度等，具體見表1。

圖4 年齡、性別、駕齡對用戶尋車位及回程找車的影響Fig.4 Influence of age, gender, driving age on the user’s search for a parking space and the return trip to find a car

表1 競品分析Tab.1 Competitive product analysis

市場定位階段：通過深入的市場調(diào)研和市場分析后，建立對運行體系、競爭對手的認識，對智能停車系統(tǒng)的宏觀環(huán)境、渠道終端設備狀況、競爭格局、用戶體驗的認知，準確把握消費需求動態(tài)，進行可行性分析。

1.4.2 概念設計及初步方案階段

依據(jù)前期的消費者需求和設計思想確定智能停車系統(tǒng)的功能，提出設計概念及符合消費者需求的初步方案，完善信息架構(gòu)，設計原型如圖5所示。

圖5 HiHere原型設計Fig.5 HiHere model design

1.4.3 方案評審及確認階段

用戶通過注冊登錄HiHere APP，可以查找預定附近商場的停車位，并進行篩選距離和價格的排序，選擇最優(yōu)停車位。根據(jù)導航進入停車場內(nèi)切換成室內(nèi)導航模式快速找到停車位。回來時，點擊返回首頁，選擇反向?qū)ぼ嚕榭磳Ш铰肪€并離開停車場，HiHere APP具備自動扣費功能，用戶可以實時查詢停車的消費情況。

2 評價指標及結(jié)果

2.1 用戶評價

用戶評價是一項全面性的工程，評價指標體系的建立是否科學將直接影響到評價結(jié)果的全面性和準確性。通過對HiHere模型的建立，根據(jù)層次分析法[12]的基本原理，本文將HiHere的評價體系分為目標層、中間層、最低層3個層次，如圖6所示。

2.2 層次分析確定評價指標權(quán)重

在用戶評價體系中，每層元素以相鄰的上一層元素為基準，構(gòu)建成對比較矩陣，采用1至9標度方法進行表示，形成判斷矩陣A=(aij)m×n(i、j=1，2，3，…n;m、n均取自數(shù))，其標度見表2。

圖6 HiHere界面設計評價指標體系Fig.6 HiHere interface design evaluation index system

表2 判斷矩陣標度定義Tab.2 Judgment matrix scale definition

2.3 計算權(quán)重

權(quán)重是指各元素相對于上一層元素的重要性，通過公式AW=λmaxW來計算，計算步驟如下：

計算Mi，判斷矩陣A各行元素的乘積：

(1)

計算Mi的n次方根：

(2)

(3)

計算判斷矩陣的最大特征根：

(4)

式中Bi為向量B的第一個元素，B由下式求得:

B=AW。

(5)

2.4 判斷矩陣一致性檢驗

為判斷構(gòu)造的矩陣在邏輯上是否合理，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，其步驟為：

CR=CI/RI,

(6)

式中的RI為平均隨機一致性指標，其取值如表3所示；CI為一致性指標，由式(7)可得：

CI=(λmax-n)/(n-1)。

(7)

通常當CR≤0.1時，可認為矩陣A達到一致性要求，認為層次單排序具有滿意的一致性，否則需要重新建立矩陣。各層指標因素判斷矩陣及一致性檢驗見表4～表8。

表3 平均隨機一致性指標Tab.3 Average random consistency indicator

表4 A～Ai判斷矩陣及一致性檢驗Tab.4 A～Ai judgment matrix and consistency test

表5 A1～A1i判斷矩陣及一致性檢驗Tab.5 A1～A1i judgment matrix and consistency test

表6 A2～A2i判斷矩陣及一致性檢驗Tab.6 A2～A2i judgment matrix and consistency test

表7 A3～A3i判斷矩陣及一致性檢驗Tab.7 A3～A3i judgment matrix and consistency test

表8 A4～A4i判斷矩陣及一致性檢驗Tab.8 A4～A4i judgment matrix and consistency test

2.5 層次總排序及一致性檢驗

在計算出各層元素的單排序后，采用式(8)中的加權(quán)綜合方法對評估模型進行層次總排序指標綜合權(quán)重計算，并將計算結(jié)果利用式(9)進行一致性檢驗：

Wk=WijWi，i,j屬于自然數(shù),

(8)

(9)

由表3～表7、式(8)、式(9)可得最低層各因素對支護方案優(yōu)選的指標權(quán)重W=(0.063，0.012，0.010，0.020，0.045，0.134，0.212，0.169，0.057，0.030，0.041，0.087，0.022，0.008，0.020，0.061,0.010)；層次總排序一致性檢驗:

CR=CI/RI=0.060<0.1。

(10)

由計算結(jié)果可知，預定車位和反向?qū)ぼ囉绕渲匾浯问巧蚀钆浜褪Ｓ嘬囄伙@示，然后是信息分類和自動繳費，基本符合HiHere APP的設計原型。

3 結(jié)語

通過智能停車系統(tǒng)的建設與霍爾三維結(jié)構(gòu)模型結(jié)合，構(gòu)建停車系統(tǒng)的工作流程和結(jié)構(gòu)模型，改善用戶在大型商場的停車體驗，整合商場、車商等各方商業(yè)信息資源，融合車輛出行的各項服務，建立車輛出行的生態(tài)圈。而后通過問卷調(diào)研和專家訪談分析停車過程中的影響因素和行為方式，建立HiHere設計模型。依據(jù)此模型用層次分析法評估各個指標的權(quán)重，計算出功能優(yōu)先級并進行評價。將霍爾三維模型運用于系統(tǒng)建設中，提高設計的效率，減少了設計中的反復與盲目，對于今后其他的智能系統(tǒng)帶來一定的參考和借鑒價值。