基于動靜協同的智慧停車系統的設計與實現研究

摘要：采用數據分析法與文獻調研法，基于“動靜協同”理念，探索智慧停車系統的設計思路，從軟硬件集成及模塊架構層面深入分析其實現路徑。該設計能提升停車平臺系統穩定性和準確性，為解決停車難問題提供科學依據和技術方案，促進城市交通管理智能化發展。

關鍵詞：智慧停車；停車服務；動靜協同

一、前言

中國汽車報社在2024年5月份發布的我國汽車保有量調研顯示，到2023年底，國內的機動車保有量已經突破3.4億大關，此數據說明我國的用車人數正在爆發式增長，伴隨車流量增加而產生的“停車難，出行擠”問題也應當成為學界研究和重視的要點。隨著前端感知技術的發展，受該技術支持而形成的智慧化停車模式，被認為是解決停車難問題的重要方法，但是，該停車服務受限于車場的環境、硬件條件等因素，在實際應用中對于停車問題的解決效力有限。為了更進一步提高智慧化停車對停車難問題的處理效果，將基于動靜協同探究智慧停車系統的設計以及實現路徑，為智慧停車系統支持車場車輛正常出行予以技術支持。

二、智慧停車的發展現狀及面臨挑戰

（一）城市智慧停車建設的現狀

隨著科技的飛速發展，城市智慧停車系統借助物聯網、人工智能等先進感知技術，實現了對停車位的精準識別、高效管理以及便捷服務。這些技術的運用不僅提升了停車位的利用率，還極大地優化了用戶體驗。為了應對城市停車難題，“全市一盤棋”的管理模式逐漸成為行業共識[1]。該模式通過構建統一的城市級停車平臺，實現了對全市停車資源的統籌管理和調度。據中國停車網市場研究中心數據統計，截至2023年5月，全國333個地級以上城市中已有174個城市建成城市級停車平臺，占比超過50%。這一數據充分證明了我國城市智慧停車建設的廣泛性和深入性。

（二）城市智慧停車建設面臨的挑戰

盡管我國在城市智慧停車建設領域取得了顯著的進步，但面臨的挑戰亦不容忽視。當前，主要挑戰體現在數據接入的完整性與穩定性，以及停車大數據的深入應用上。

首先，數據接入問題是制約智慧停車系統高效運行的關鍵。由于各停車場智慧化水平參差不齊，道閘品牌和技術路線多樣，導致停車平臺在數據接入時面臨極大的挑戰。以長沙市為例，其公共停車場數量龐大，但接入平臺的比例極低，僅為10%左右。同樣的情況也出現在濟南市，接入平臺的泊位占比僅為24%。這種數據接入的不完整性和不穩定性，直接影響了城市智慧停車系統的運行效率和用戶體驗，阻礙了其智能化、精細化管理的實現。

其次，停車大數據的深入應用也是當前面臨的重要挑戰。城市停車系統的建設及運營多由政府平臺公司負責，而停車場的實際管理權則分散在各大物業公司手中。這種管理權的分散性導致全市停車場難以實現統一運營，從而限制了停車大數據在出行服務方面的應用。特別是在出行誘導服務方面，由于多方管理、權屬不清等問題，導致協調誘導難以實現，無法為用戶提供高效、便捷的停車服務[2]。

因此，我國城市智慧停車建設在數據接入和大數據應用方面仍面臨嚴峻挑戰，對于如何設計和應用智慧停車系統，仍需要做進一步的完善和發展。

三、基于動靜協同的智慧停車系統設計思路

（一）動態信息實時監測與引導

動態智慧停車設計上，實時數據采集、智能引導和交通流量預測作為智慧停車系統的核心技術，它們的整合與應用不僅能夠有效解決停車難問題，還能顯著提升城市交通的運行效率。實時數據采集、智能引導和交通流量預測在智慧停車系統中并不是孤立的，而是相互依存、相互作用的。實時數據采集為智能引導和交通流量預測提供了必要的數據支持。智能引導則基于實時數據和預測結果，為駕駛員提供最優的停車方案。交通流量預測則根據歷史數據和實時數據，預測未來時段的交通流量和停車需求，為停車場管理和城市規劃提供數據支持。三者之間的緊密整合使得智慧停車系統能夠形成一個閉環的、自適應的、智能化的管理體系，從而實現對停車資源的高效利用和交通擁堵的有效緩解[3]。

（二）靜態資源優化管理與配置

靜態智慧停車設計上可以對城市停車資源進行全面的普查，以及合理規劃停車設施。停車資源普查是對城市停車資源進行全面、系統的調查和登記，旨在摸清城市停車資源的底數，為后續的停車管理和規劃提供基礎數據。普查的內容應包括公共停車場、路邊停車位、私人停車場等所有停車資源，確保所有資源都能納入系統管理中。通過停車資源普查，可以掌握城市停車資源的分布狀況、規模大小、使用狀況等信息，為制定科學的停車管理政策提供依據。普查結果還可以為城市規劃、交通規劃等提供重要的參考數據，促進城市停車資源的合理利用和高效管理[4]。

停車設施規劃是結合城市規劃和交通規劃，對停車設施進行合理布局和規劃的過程。規劃的目標是實現停車設施與交通設施、公共設施等的協調發展，提高城市的整體運行效率。在停車設施規劃中，應充分考慮城市的交通狀況、用地條件、人口分布等因素，科學預測未來的停車需求。還應注重停車設施的便捷性、安全性、環保性等方面的要求，確保停車設施的建設符合城市發展的需求。在停車設施規劃中，還應注重與公共交通、慢行交通等交通方式的銜接和配合，鼓勵市民采用公共交通、騎行、步行等綠色出行方式，減少機動車的使用量，從而緩解城市停車問題。

四、基于動靜協同的智慧停車系統的實現方案

（一）采集設備的引入及路徑算法的應用

要實現動態化的智慧停車監管，讓設計思路提及的幾項功能得到實現，需要整合多個硬件設備和軟件系統，以確保實時數據采集、智能引導和交通流量預測等核心功能的高效運行。以下是對整個系統實現方案的詳細描述。

智慧停車系統的硬件設備主要依靠傳感器、攝像頭和車載導航設備/手機App。傳感器用于檢測車位的占用狀態，通常采用紅外線、超聲波或地磁傳感器，這些傳感器需要安裝在每個停車位上方或地面下方，確保準確檢測車位狀態。攝像頭則用于輔助驗證車位狀態以及監控停車場安全，它們應安裝在停車場的關鍵位置，如進出口和通道交匯處，支持高清視頻傳輸和智能識別功能，如車牌識別[5]。

軟件系統依靠數據采集與處理模塊、智能引導模塊、交通流量預測模塊。數據采集與處理模塊負責接收硬件設備發送的數據，進行預處理和存儲，同時提供數據查詢和共享功能。它采用數據庫技術來存儲數據，并使用數據預處理技術提高數據質量。智能引導模塊基于實時數據和用戶需求，為駕駛員提供最優的停車方案。它使用算法計算最優停車路徑，并結合GIS技術實現地圖展示和導航功能，一般為兩種算法組合，一種是最短路徑算法，即Dijkstra算法，這是一種用于帶權圖中單源最短路徑問題的貪心算法，是按路徑長度遞增的順序產生最短路徑，Dijkstra算法以節點間距離為例，假設dist[v]是從源節點到節點v的最短距離，visited[v]是一個布爾數組，表示節點v是否已被訪問。在智慧停車系統中，可以將停車場看作一個圖，節點為停車位，邊為停車位之間的可通行路徑，權重為路徑長度或所需時間，從而使用Dijkstra算法找到從入口到目標停車位的最短路徑。另一種是A算法，A算法屬于啟發式搜索算法，結合了最佳優先搜索的圖形遍歷算法和Dijkstra算法的特點，并使用了一個啟發函數來指導搜索方向，A算法中g（n）是從起點到當前節點n的實際代價，h（n）是從當前節點n到終點的估計代價。在智慧停車系統中，A算法可以用來尋找從入口到目標停車位的最佳路徑。啟發函數h（n）可以根據停車場的具體布局和交通規則來定義，比如可以基于直線距離或歷史平均時間等。交通流量預測模塊利用大數據和機器學習技術預測未來時段的交通流量和停車需求。它采用大數據處理框架處理歷史數據，并應用機器學習算法進行預測建模。系統管理與維護模塊依靠用戶管理、權限設置、系統監控等功能，使用用戶權限管理系統進行用戶管理和權限設置，負責系統的日常管理和維護，并集成系統監控工具對系統運行狀態進行實時監控。

（二）調查方案的構建及技術工具的配備

靜態化的停車管理實現方案見表1。

根據表1所示，在實現停車資源調查中，首先列出需要調查的停車資源相關信息，明確收集這些信息，如現場勘查、實地測量、實地計數和實時監測等方法，然后用GIS系統、測繪工具、計數工具和傳感器等進行數據采集。對于采集的數據要做全面分析，見表2。

根據表2所示，需要明確數據分析的主要目標，如掌握停車資源的分布狀況、規模大小和使用情況等，并使用地圖可視化、統計分析和數據挖掘等方法，將收集到的數據整理成結構化的數據庫表格，包括停車場編號、地理位置、規模大小、車位數量和使用情況等信息，并將分析結果用于后續的停車設施規劃，為決策者提供數據支持，這樣的技術路線和表格可以清晰地展示停車資源普查的調查方案、分析思路以及相應的技術路線，為實際實施提供參考[6]。

（三）實現動靜協同的綜合管理與調控

停車場名稱、位置、泊位數量、收費標準等靜態數據通常不會頻繁變動，因此接入時更注重數據的準確性和完整性。車場需要就數據格式、命名規范、數據項定義等制定一套統一的數據標準，確保各停車場提供的數據能夠被系統統一識別和處理。對于已經存在的停車場靜態數據，可以通過批量導入的方式一次性接入系統，通過提供數據模板、數據接口或數據管理工具來實現。在數據接入過程中，需要進行數據校驗，確保數據的準確性和完整性。對于不符合標準的數據，則要進行修正或退回[7]。

車輛進出記錄、泊位占用情況等動態數據則需要實時更新，以確保系統的實時性和準確性，故動態數據需要實時傳輸到停車平臺，以便系統能夠實時更新停車場的狀態。為了確保數據的實時性和一致性，需要通過定期輪詢、實時推送或訂閱發布等方式實現停車場本地系統與停車平臺之間的數據同步。對于動態數據的接入，還需要進行數據監控，一旦發現數據異常或傳輸中斷，需要及時處理。

基于動態數據和靜態數據的特點，以及實現接入平臺有效覆蓋的目的，在接口設計時，應選擇通用的協議和標準，如RESTful API、SOAP等，以確保不同停車場系統之間的兼容性。接口命名必須簡潔明了，以便于縣、區、市等管轄范圍內的車場都能實施統一的接口命名規范，確保所有接口都遵循相同的命名模式。例如，可以使用動詞+名詞的方式來命名接口，如getParkingInfo、updateSpotStatus等，這類命名方式直接反映了接口的功能和目的。get表示獲取操作，update表示更新操作。緊隨其后的部分（如ParkingInfo和SpotStatus）則明確指出了操作的對象或數據類型。接口命名的直觀性能讓開發人員可以快速地理解接口的用途，而無需查閱額外的文檔，并且這種命名方式符合常見的CRUD（Create，Read，Update，Delete）操作命名慣例。CRUD是數據庫操作的基本功能，在API設計中，一般采用類似的命名方式來表示資源的增、刪、改、查，一致性的命名也能方便開發人員更快地適應和理解新的API。在路徑設計上，最好采用/parking/info表示查詢停車場信息，/parking/spots/status表示查詢泊位占用情況等，此設計是使用HTTP動詞（如GET、POST、PUT、DELETE等）與URI組合來表示對資源的操作。在這種情況下，URI用于定位資源，而HTTP動詞則用于指定對資源的操作（如讀取、創建、更新、刪除）。使用不同的URI來表示不同的資源或資源集合，符合RESTful設計中對資源的細致劃分和管理的原則。當系統需要增加新的功能或資源時，只需在現有的URI結構下添加新的路徑即可。例如，如果需要增加查詢停車場空閑泊位數量的功能，可以很容易地添加一個新的URI，如/parking/spots/available。如此，當接入平臺需要更新時，就可以兼顧整個轄區的智慧停車系統，實現統一的版本升級[8]。

車場還要明確每個接口所需的輸入參數及其類型、長度等限制條件，以便在查詢停車場信息接口時傳入停車場 ID 或名稱作為參數，定義每個接口返回的數據結構及其字段含義。在定義接口時，只包含必要的功能，避免添加不必要的復雜性和冗余功能。每個接口應該只負責一個特定的任務或操作，同時盡量減少接口的參數數量，只包含必要的輸入和輸出參數。參數應該具有明確的意義和用途，避免冗余或混淆。

五、結語

對我國城市智慧停車系統的發展現狀及面臨的挑戰進行分析，提出了基于動靜協同的智慧停車系統的設計與實現方案。在動態信息實時監測與引導方面，強調了實時數據采集、智能引導和交通流量預測的重要性。在靜態資源優化管理與配置方面，提出了停車資源普查和停車設施規劃的必要性。在動靜協同的綜合管理與調控方面，強調了信息實時采集、處理、分析和應用的重要性。同時，還詳細介紹了智慧停車系統的硬件設備、軟件系統以及調查方案和技術工具的配備，為智慧停車系統的實現提供了具體的技術路線和實施方法。綜上，基于動靜協同的智慧停車系統是解決我國城市停車難問題的重要途徑，它能夠實現停車資源的高效利用，有效緩解交通擁堵，為城市交通管理和城市規劃提供更為全面、準確的數據支持，為公眾提供更加便捷、高效的停車服務。

參考文獻

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