基于人工智能的全自動共享挪車機器人

楊子奕 付洪亮 竇文韜 徐穎 李曙萌

摘?要：城市停車車位日趨緊張，高效利用空間的全自動停車場成為解決車位緊張的有效手段之一，并且越來越受歡迎。但受限于停車場布局規劃的固定性，其靈活性不高，不適用普通車位緊張的小空間。大型停車場的全自動挪車器依托場地基礎設施，實現車輛的自動挪移，對基礎設施的依賴性大，其在停車場的推廣和應用中受到很大限制。基于此，本文提出一種應用在任何停車空間中的共享式自動識別挪車機器人，采用簡便可移動的挪車裝置設計和獨立的運行系統，網絡共享實現挪車任務。全自動共享挪車機器人使用方便，有效實現行車道或停車場車輛的挪移，提升停車空間利用效率。

關鍵詞：道路及鐵道工程；自動挪車；交通管理；感應控制

Abstract：The?city?parking?space?is?becoming?increasingly?tight.The?fully?automatic?parking?lot?with?efficient?use?of?space?has?become?one?of?the?effective?means?to?solve?the?shortage?of?parking?space，and?is?becoming?more?and?more?popular.But?limited?by?the?fixed?layout?planning?of?the?parking?lot，its?flexibility?is?not?high，not?suitable?for?ordinary?parking?space?tight?small?space.The?fully?automatic?car?scooters?in?large?parking?lots?rely?on?the?site?infrastructure?to?realize?the?automatic?movement?of?vehicles，which?is?highly?dependent?on?the?infrastructure，so?their?promotion?and?application?in?parking?lots?are?greatly?restricted.Based?on?this，this?paper?proposes?a?shared?automatic?recognition?of?car?moving?robot?applied?in?any?parking?space，which?adopts?simple?and?portable?car?moving?device?design?and?independent?operation?system，and?realizes?the?task?of?car?moving?through?network?sharing.The?automatic?carsharing?robot?is?easy?to?use，effectively?realizing?the?moving?of?vehicles?in?the?lane?or?parking?lot，and?improving?the?utilization?efficiency?of?parking?space.

Keywords：Road?and?railway?engineering；Automatic?moving?car；Traffic?management；Induction?control

在我國，隨著機動車的保有量持續增加，在方便了人們交通出行的同時，我們的交通環境也出現了一定的問題，車輛事故的發生率逐年增加，機動車停放面積逐年減少。起初，社會上采用增加交通供給的方式來緩解這一現象，這種做法在早期頗有成效，但是隨著我國機動車保有量的增長，此方法逐漸變得捉襟見肘。

早些年間，國外學者Anthony?Downs就以提出著名的當斯定律來解釋這一方法所可能產生的問題。根據當斯定律我們可以得知“在政府對城市交通不進行有效管制和控制的情況下，新建的道路設施會誘發新的交通量，而交通需求總是傾向于超過交通供給”，因此在目前，修建交通設施方面已經基本處于飽和狀態，進行交通管理和采取有效的交通手段緩解交通事故對于交通運行的影響就顯得尤為重要。

1?研究背景

目前，在城市道路的各項交通管理中，基本重點都在于城市相關交通的動態規劃、城市交通的控制，以及城市道路的疏導等方面，往往會疏于對靜態交通的規劃與管理。根據現有數據統計顯示，在大多數城市中，每輛汽車的平均年行駛時間不足500個小時，剩余的時間通常都是處于一個靜止狀態，在我國“停車難”基本已經成為大多數大中城市的通病，也成為城市發展的一個制約因素。首先，隨著經濟發展，機動車保有量的大幅增長，遠遠超過了城市在建設初期所規劃的停車位數量。其次，停車場的空間利用率低也是一個非常嚴重的問題，由于駕駛員自身存在差異，駕駛技術上下不一。如何提升停車質量的和提高停車位的使用面積是目前城市停車問題面臨的一大難題。由于城市用地面積有限，建設停車場不能無休止地進行，因此，改善停車質量，充分利用有限的停車空間，成為解決城市停車問題的關鍵瓶頸。

2?研究意義

交通的發展與現在的智能網聯是密不可分的，通過交通各類因素與物聯網結合，可以將以往交通的人、車、路、環境等分散的交通要素結合成一個有機整體，形成一個個物聯網中的智能節點，將交通活動中的各類信息要素按照需求進行快速、準確的傳遞。

交通與物聯網的結合，現在的重點雖然在于各類動態交通流的規劃中，但靜態交通同樣可以與物聯網相結合，提升靜態交通的管理能力，優化靜態交通的服務水平。

3?系統框架

本產品基于智能制造技術，采用智能識別、定位、目標追蹤技術，走在2025中國“智”造前沿；5G的全面啟動，整個社會正在向“萬物互聯”的方向發展。物聯網技術也將迎來前所未有的歷史機遇，我們抓住這一新的發展趨勢，利用oneNet中國移動物聯網開放平臺，平臺能夠幫助開發者輕松實現設備接入與設備連接，快速完成產品開發部署，為智能硬件提供完善的物聯網解決方案，實現產品與互聯網溝通連接；現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，系統框架如圖1所示。

車輛接觸點感應模塊。車輛接觸點感應模塊主要分為車輛上的信號發生器和設備上的接收器。此系統主要應用感應限位開關等元件，在限位開關處于上方時信號燈亮為紅色，將信號發生器放置到車輛應有的位置上，設備上的接收器將所發出信號進行接收，當已經對準時，雙方結合一起，限位開關下限位開啟，接收器信號燈紅燈斷開，綠燈連通，反應已經完美接觸。

視頻檢測顯示模塊。視頻檢測顯示模塊主要反映車輛底部的損壞已經達到無法可視的隱患情況，防止出現因為車輛本身原因導致的受力點選擇錯誤，出現二次損壞。

信號感應控制模塊。信號感應控制模塊主要用于人工進行的信號發出、控制設備的移動、傳動裝置的升降和視頻檢測的方向等，對設備發出指令進行控制。

信號執行模塊。信號執行模塊位于設備本身，負責對信號控制模塊發出的信號指令進行分辨，執行信號控制模塊的指令。

電機啟動模塊。電機啟動模塊設置位于設備旁，負責對設備的升降模塊進行供電，保證設備的正常運轉。在傳動裝置的選擇上面，我們選用了螺紋電機，再鎖定螺紋電機的橫向轉動后，利用其螺紋完成高度的升降。

電機升降高度控制模塊。電機升降高度控制模塊用限位開關連接信號燈的方式來直觀展現出高度是否合適，用信號燈的多次轉變來完成高度的抬升。

4?數據采集系統

4.1?車輛結合點位置采集

我們采用相應形狀符合可以鑲嵌的契合裝置，一端可以位于車輛的受力點，一端位于傳動裝置的末端，可以在對車輛受力點進行搜索時完美契合，防止出現受力點斜出導致車輛不平衡情況。

4.2?車輛底部情況數據采集

我們采用視頻檢測器，將設想端置于設備的底部伸出端，將所拍攝的視頻傳輸到操作者的移動端，方便操作者清楚地觀察車輛底部的實際情況，做出適合的判斷。

5?信號控制機

采用stm32單片機作為控制系統；在產品研究后期會采用PLC、系統化單片機作為控制系統；OneNET中國移動物聯網開放平臺，即在物聯網應用和真實設備之間搭建高效、穩定、安全的應用平臺。平臺能夠幫助使用者輕松實現設備接入與設備連接，快速完成產品使用部署。

控制電路方面，我們利用紅外線進行信號的發送和接收，紅外遙控裝置是由一個發射裝置和一個接收裝置組成的，發射和接收裝置應用一套編碼原理，在信號的傳輸過程中傳輸的只是紅外光束信號的強弱變化。在發射端，根據發射原理，將信號轉換成不同強弱的紅外光束，然后通過發光二極管將不同強弱的紅外光束發射出去；而在接收端，同樣也是根據同一協議里面的解碼原理，對不同強弱的紅外光束進行相應的解碼。發射端是由一個51系列單片機、一個紅外發射管和四個物理按鍵組成。在接收端是由一個51系列單片機、一個紅外接收管和四個LED發光二極管組成。

6?電機啟動與升降控制模塊

電機啟動采取電池供電和電源線供電兩種方式，在對于升降裝置的選用上，采用了正反轉式螺紋電機，并且在螺紋電機內部防止上下兩個限位開關，使上限位開關與電機的正轉和綠燈相結合，下限位開關與電機的反轉和紅燈相結合，實現電機的升降可控與高度的可視化處理。

7?經濟可行性分析

目前，在大型基礎設施中，人車矛盾愈演愈烈，挪車需求進一步擴大，本產品能夠以現有的stm32單片機和OneNET中國移動物聯網開放平臺為基礎，利用現有的電機、千斤頂及紅外遙控裝置等設備，無須另外購置硬件設備，除去算法開發、軟件編程等開支，建設成本較低，可行性高。

8?技術可行性分析

本項目挪車器底部的輪子可以挪動特定車輛，該設計方式既有利于電機帶動千斤頂工作，而且能進行拖車，從挪車器的整體結構來看，其結構并不復雜。當出現挪車需求時挪車器的視頻檢測模板和接觸點感應模板先進行工作，然后電機運作，升降機構中間采用雙向絲桿設計，通過電機的正反轉來實現其升降，該裝置具有的創新優勢總結如下：

（1）升降機構設計有限位功能，當升起到指定高度時，觸發限位開關，電源斷電。當下降到一定位置時，同樣會觸發限位開關，電源斷電。這樣不會接觸升降機構的極限位而導致機構的損壞，起到保護的作用。

（2）升降機構全部采用電機驅動升降，不用消耗人力操作，使用起來更省力，更方便，在升降高度上更具有精確性，防止出現車輛傾斜等危險狀況。

（3）本項目挪車器實現了人工智能化挪車，將人工的挪車行為轉化為機械智能化的人工智能行為，為未來自動挪車器的發展提供了新思路。

（4）單個升降機構可以單獨連接控制器使用，使用方式更靈活，使用場合更多樣，更可適用于車輛應急更換輪子或臨時檢修等一系列緊急情況。

（5）小型汽車整體升降挪車裝置體積不大，且一個人便可以操作，對于居民外出較遠或是道路管理等場合使用較多，在一定程度上解決了挪車難的問題。

綜上所述，結合現代科技發展情況，本產品所需要的視頻檢測技術、信號感應技術均已成熟，將其運用到電動挪車領域均可行。

9?總結

本文設計的是一個可以被應用在小空間停車場、多種道路路段中，不需要基礎設施支撐，可以挪走無駕駛員或損壞的車輛讓出生命通道，也可以縮小停放車輛之間的間距，大大節省車位空間的挪車機器人。在現代社會用地資源日趨緊張的情況下，本挪車機器人可以更好地增加停車場地的使用空間，也可以更方便、快捷地移動受損、干擾路況的車輛，減少交通延誤，增加道路的通行能力，但目前研究仍存在幾個方面的問題。首先是受力點分析選擇和材料選擇方向的問題，如何選擇有承受能力的材料，并且選擇最適合材料的受力點，這個問題仍有待攻克，同時挪車器要保持自己先進行，在保持先進行的同時，還要適合國家的法律法規，遵從國家的交通規劃，相關方面仍需有待下一步的研究，并且要進行更多的實地試驗，進一步提高裝置的實用性和適用性。

10?展望

近年來，中國制造業整體的轉型升級，智能制造加速發展，不少細分領域都孕育著新機遇，如智能制造五大關鍵技術的識別技術和實時定位系統、信息物理融合系統、系統協同技術等。這些關鍵技術的發展成果都為本項目的后續研究奠定了堅實的基礎。因此，本項目的未來前景非常樂觀，并且已經初步擁有相關的技術基礎。放眼前景，一個好的、完善的智能交通服務系統應該不僅僅是注重于解決一個或幾個狹隘的問題，更應考慮交通4E的各個方面，為更多的道路問題和國家交通政策提供相應的解決方案，更好地提供個性化的服務，在未來的交通管理中發揮自己的獨特作用。

參考文獻：

［1］司亞軍.基于物聯網技術的智能停車管理系統探討［D］.內蒙古師范大學，2013.

［2］王強.智能停車管理系統的設計與實現［D］.北京交通大學，2016.

［3］高俊亞.基于Android的智能停車誘導系統設計與實現［D］.南京郵電大學，2017.

作者簡介：楊子奕（2000—?），男，山東青島人，學士，研究方向：交通工程。