停車場車輛的調(diào)度管理方法及系統(tǒng)分析

孫靜林

北京市第五建筑工程集團有限公司 北京 100020

1 研究背景

隨著中國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展和人們生活水平的提高，小汽車進入家庭有夢想變?yōu)楝F(xiàn)實，機動車保有量不斷增加。截至2020年6月，全國機動車保有量達3.6億輛，其中汽車2.7億輛；機動車駕駛?cè)?.4億人，其中汽車駕駛?cè)?億人。“行車難、停車難”的交通問題已不再只是北上廣深等大城市的頑疾，并已逐步蔓延至二、三線城市。全國汽車保有量超100萬輛的城市69個，保有量超200萬輛城市31個，保有量超300萬輛城市12個。盡管多個城市出臺嚴格的限制車輛購買和使用的政策，仍難以有效遏制汽車保有量的迅猛增長。以北京為例，2020年汽車保有量已超過600萬輛，且在限購限行政策下，每年增長30萬輛左右。交通擁堵已經(jīng)成為制約北京市社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸之一。北京交通發(fā)展研究院2019年發(fā)布的《北京市居民公共交通出行特征分析》報告顯示，六環(huán)內(nèi)平均通勤時間56分鐘居全國之首。擁堵造成北京市年損失超過1000億。可以預見城市交通問題將更加嚴峻，特別是停車問題可能成為交通發(fā)展的“瓶頸”。車輛總是處在“動”與“靜”兩種狀態(tài)中，“動態(tài)交通”需要道路基礎(chǔ)設(shè)施來支撐，“靜態(tài)交通”則需要停車場設(shè)施來保障。“停車難”在我國各大城市也隨之出現(xiàn)，給人民帶來了諸多不便。無論是城市新區(qū)開發(fā)還是老區(qū)改造，都面臨著城市空間的合理利用問題，用更少的空間滿足更多的停車需求是城市發(fā)展的迫切需要。各種智能化管理系統(tǒng)的普及和推廣，在交通運輸行業(yè)中管理系統(tǒng)也在朝著智能化的方向應(yīng)用和發(fā)展。停車場的高效化、智能化建設(shè)是解決“靜態(tài)交通”問題的主要措施。

停車場作為交通管理系統(tǒng)的一個組成部分，其原有的人工管理方法已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)在社會車輛停泊的需要，智能化調(diào)度停車場的建立無疑給原本落后的人工管理停車場指出了一條光明大道。然后，從現(xiàn)今社會智能化停車場管理系統(tǒng)的應(yīng)用情況來看，其在全國范圍內(nèi)的普及還需要很長的一段時間。另外即使某些停車場已經(jīng)實現(xiàn)了智能化的應(yīng)用和管理，但是因為技術(shù)以及客觀情況的限制，也存在的很多的問題和缺陷。為滿足人們生活和工作環(huán)境更科學、更規(guī)范的要求，管理高效、安全合理、快捷方便的智能調(diào)度停車場管理系統(tǒng)已經(jīng)成為許多大型綜合性型建筑物和居民小區(qū)必備的配套設(shè)施。地處繁華地帶的許多高級公寓、大型賓館、娛樂場所、球場、辦公樓等停放汽車較多、車流量大，為保證停車場的安全、高效運轉(zhuǎn)和停車服務(wù)水平，迫切需要采用自動化程度高、方便快捷的智能停車場調(diào)度管理系統(tǒng)，提高停車場的管理服務(wù)水平。本研究提出的停車場優(yōu)化調(diào)度算法，配合運用移動互聯(lián)等先進技術(shù)，建立一個嶄新的智能化停車結(jié)構(gòu)體系，以滿足現(xiàn)代交通管理中的停車需要，實現(xiàn)車輛自動識別和信息化管理調(diào)度，提高車輛的通行效率和安全性，方便管理人員的調(diào)度管理，減輕管理人員的勞動強度，提高工作效率和服務(wù)水平。

Dantzig和Ramser[1]在1959年最早提出的車輛調(diào)度問題研究，是交通運輸管理、智能救災調(diào)度指揮系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)作業(yè)調(diào)度管理系統(tǒng)、現(xiàn)代物流系統(tǒng)、物流網(wǎng)等應(yīng)用、研究領(lǐng)域中的基本問題之一，也是最重要的調(diào)度問題之一。目前，傳統(tǒng)平面停車場調(diào)度領(lǐng)域研究較少。如：林小圍[2]等分析探討了在共享經(jīng)濟模式下停車場預約調(diào)度問題，并建立起0-1整數(shù)規(guī)劃模型，為預約的停車需求分配停車位，提高了停車場使用效率。劉森[3]等提出平面停車場密集停車方案，并利用動態(tài)規(guī)劃方法建立數(shù)學模型，求得平面停車場內(nèi)的任一車位上的車出庫調(diào)度的綜合最短路徑，提高密集停車場的使用效率和服務(wù)水平。隨著新能源車輛應(yīng)用的推廣和普及，部分研究聚焦在充電樁使用調(diào)度問題。如：Ahmed Yousuf Saber和Ganesh Kumar Venayagamoorthy[4]則通過改進粒子群算法研究在自動車到網(wǎng)格（V2G）技術(shù)下電動汽車停車場充電樁調(diào)度優(yōu)化問題。Masoud Honarmand[5]等則研究了在電動汽車停車 場微電網(wǎng)的充電背景下的調(diào)度方法問題。

當停車場供需矛盾高度突出時，急需通過車輛的智能調(diào)度算法提高車位使用效率和停車、取車和移車速度。本研究針對障礙車存在的停放場景，研究了實時獲取停車場的車位信息和停車信息的方法；根據(jù)車位信息和停車信息對車位進行標定拓撲得到標定信息和拓撲信息，其中，標定信息包括車位位置信息以及車位停車信息；根據(jù)標定信息和拓撲信息計算空余車位的障礙強度；并根據(jù)空余車位的障礙強度進行調(diào)度。本系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)的融合分析和調(diào)度系統(tǒng)對車庫車流量自適應(yīng)的目的，使現(xiàn)有的停車資源得到最大效率的使用，降低了停車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)預算；停車過程更智能便捷，提高出行的效率，提高城市的運行效率；易用性強，可大范圍推廣應(yīng)用，緩解人口建筑密集區(qū)域的停車難問題。

2 停車場車輛調(diào)度管理模型的基本分析

本研究中的停車場障礙車的調(diào)度管理方法，包括實時獲取停車場的車位信息和停車信息；根據(jù)車位信息將車位分為正常車位、障礙車位和待移動車位，其中，障礙車位和待移動車位相關(guān)聯(lián)；根據(jù)停車信息將停車的車輛分為正常車、障礙車和阻擋車，其中，停在正常車位的為正常車，停在障礙車位的為障礙車，停在待移動車位的為待移動車；根據(jù)車位信息和停車信息對車位進行標定拓撲得到標定信息和拓撲信息，其中，標定信息包括車位位置信息以及車位停車信息，拓撲信息包括障礙車位和待移動車位的拓撲關(guān)系；根據(jù)標定信息和拓撲信息計算空余車位的障礙強度；當需要移動障礙車時，根據(jù)空余車位的障礙強度對障礙車進行調(diào)度，具體步驟如圖1所示。

圖1 車輛調(diào)度流程圖

2.1 獲取停車場信息

實時獲取停車場的車位信息和停車信息，值得說明的是，本研究的停車場包括封閉式停車場，開放式停車場，平面停車場，立體停車場等所有存在障礙車位的停車環(huán)境。進一步地，根據(jù)車位信息將車位分為正常車位、障礙車位和待移動車位，其中，障礙車位和待移動車位相關(guān)聯(lián)；需要說明的是，正常車位可以隨意的停放和開走，不受其他車輛影響，也不影響其他車輛。障礙車位可以隨意的停放和開走，但是會影響其他車輛，有時需要臨時移車以給其他車輛讓出存取通道。待移動車位為不可以隨意的停放和開走，被與其關(guān)聯(lián)的障礙車位阻擋，如果關(guān)聯(lián)的障礙車位暢通，則可以停放或開走，否則需等待障礙車位上的車開走后，才能進行相關(guān)的停放操作。此外，根據(jù)停車信息將停車的車輛分為正常車、障礙車和阻擋車，停在正常車位的為正常車，停在障礙車位的為障礙車，停在待移動車位的為待移動車。

2.2 車位標定拓撲

對停車場車位拓撲關(guān)系進行標定，得到拓撲信息包括障礙車位和待移動車位的拓撲關(guān)系如圖2所示。

圖2 拓撲關(guān)系圖

根據(jù)停車場平面圖進行車輛流線組織分析，根據(jù)車輛流線組織及交通流量分析，劃分主通道及副通道，交通流量越高的通道障礙系數(shù)越低。標記出所有可能的停車位，包括正常車位（施畫停車線內(nèi)的停車位）和障礙車位（通道或阻擋其他車輛的車位），并確定車位阻擋拓撲關(guān)系：阻擋的車位集合為。

3 停車場車輛調(diào)度管理模型的構(gòu)建

當車輛需要取車時，服務(wù)器接收移動端發(fā)送的取車請求，服務(wù)器根據(jù)取車請求獲取將待取車輛的位置信息。若待取車輛未被任何車輛阻擋，則引導車輛由最短路徑駛離停車場。若待取車輛被障礙車輛阻擋，即關(guān)聯(lián)的障礙車位上停留有障礙車時，則通過遙控自動移車工具或人工等方式將障礙車輛移至障礙強度最小車位，并引導待取車輛由最短路徑駛離停車場，待移動車離開后，根據(jù)障礙強度將障礙車移至障礙強度最小的空余車位。

4 實例分析

本研究的停車場障礙車的調(diào)度管理系統(tǒng)，實現(xiàn)停車場障礙車的調(diào)度管理方法。具體地，本研究的系統(tǒng)包括采集模塊、移車模塊和調(diào)度模塊，采集模塊和移動模塊分別與調(diào)度模塊連接。本研究的采集模塊用于實時獲取停車場的車位信息和停車信息，本實施例中采集模塊通過攝像頭實時采集停車場的車位信息和停車信息，調(diào)度模塊接收采集模塊傳輸?shù)能囄恍畔⒑屯＼囆畔ⅲ覍邮盏男畔⑦M行標定拓撲并實時計算空余車位的障礙強度，移車模塊根據(jù)調(diào)度模塊傳輸?shù)男畔φ系K車進行移動。

當需要移動障礙車時，根據(jù)空余車位的障礙強度對障礙車進行調(diào)度，具體地，將障礙車移至障礙強度最小的空余車位。當車輛需要停車時，根據(jù)實時的車位信息和停車信息引導車輛停車，具體地，若車輛不選擇停至障礙車位，則引導車輛停至待移動車位或者正常車位。若車輛選擇停至障礙車位，引導車輛停至障礙車位。雖然暫時阻擋其他車輛的進出，但駕駛員也不用擔心后續(xù)挪車的困擾，因為系統(tǒng)算法給出的障礙車位是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)計算得出的停留t時間內(nèi)需要二次移車概率最小的車位。即使最不理想的可能性發(fā)生，停留t時間內(nèi)產(chǎn)生二次移車需求，系統(tǒng)在接到挪車需求后也會引導障礙車輛移至實時情況下障礙度最小車位。在此場景下，擴大了停車的停車容量，也提高了停車和取車效率，避免在停車場入口大排長龍，一位難求的尷尬。

如圖3所示，當車輛需要取車時，服務(wù)器接收移動端發(fā)送的取車請求，服務(wù)器根據(jù)取車請求獲取將待取車輛的位置信息，并將待取車輛的位置信息發(fā)至移動端，之后根據(jù)待取車輛的位置信息進行取車。需要說明的是，若待取車輛為待移動車，且待移動車所在的待移動車位關(guān)聯(lián)的障礙車位上停留有障礙車時，則先移開障礙車，待移動車離開后，根據(jù)障礙強度將障礙車移至空余車位，從而大大減少了取車時間，大大提高了取車的效率。

圖3 取車信息處理流程

本研究通過實時計算停車場空余車位的障礙強度，可以將障礙車移動至最小障礙強度的車位，從而實現(xiàn)了對障礙車的合理調(diào)度，提高了對停車場車位的利用效率，并且提高了車輛的取車效率。駕駛?cè)藛T通過移動端進行預約取車，可以減少取車等待時間，進一步提高了車輛的取車效率。

5 結(jié)束語

相比于現(xiàn)有研究，本研究的意義在于：通過實時計算停車場的空間特點，分析空間的停車可能性和相互的障礙關(guān)系，分析每一個空間的障礙強度，實現(xiàn)對停車空間在時空上的錯位利用。通過本研究，以最小的代價換來對更多空間的利用，將障礙車移動至最小障礙強度的車位，從而實現(xiàn)了對障礙車的最優(yōu)調(diào)度，提高了對停車場車位的利用效率。如果駕駛?cè)藛T進一步通過手機等移動端進行預約取車，可以減少取車等待時間，從而提高了車輛的取車效率。本研究通過調(diào)度模塊和移動模塊實現(xiàn)對停車場空間的時空錯位利用，實現(xiàn)停車場障礙空間的停車常態(tài)化，大大提高停車場的車位利用率。

靜態(tài)交通問題是在城市發(fā)展到一定階段才凸顯的，其核心問題是停車設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)置和方式的革新，需要從政策上、規(guī)劃上和技術(shù)水平上都達到了充分認識和落實，才能解決好城市靜態(tài)交通問題，做到“停車有法、停車有位、停車有序”。本研究中的停車場障礙車的調(diào)度管理系統(tǒng)基于先進的信息化手段，為解決好停車難問題提供了有力有效的技術(shù)支撐，促使機動車輛的“動態(tài)交通”和“靜態(tài)交通”步入一個良性循環(huán)的軌道，更好地發(fā)揮城市交通系統(tǒng)滿足人民出行需求、服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展、打造和諧宜居城市的功能。