现代智能停车场物联网系统-方案设计

北京邮电大学电子工程学院创新创业大赛方案设计设计报告参赛选题:现代智能停车场物联网系统设计学院：电子工程学院组长:组员:联系电话：邮箱：指导老师：2012年12月26日一、选题背景与意义1.现今的停车问题随着现代经济的日益发展，人们对于高效的出行与快速的交通网有了更高的要求，而私人汽车则是这种需求的直接体现，私人的汽车的数量在近几年呈现指数增长，但是交通的发展却滞后于汽车数量的增长，导致了堵车、停车位一位难求、交通事故频发等一系列问题，尤其是在北京、上海等一线城市，现在矛盾已经日益凸显，解决此类问题已成为当下最严峻的问题之一。对于当下有车一族，虽然有车之后出行方便，但是往往是一位难求，能开车，却停不了车，造成的不便已经怨声载道，在总结了各方面因素后，按照各个因数的重要性，分析排列如下：（1）停车位少这是首要原因，车多位少的矛盾已经日益严重。（2）找车位难这其实是停车位少照成的结果之一，但是在实际中，及时有停车位，但是却无法找到的例子也比比皆是。（3）停车耗时久在找到停车场或者停车位后，仍然要排队等候等车，或者在停车场这样狭窄密闭的空间中行车，倒车，转弯，停车，这不仅难度大，而且浪费了大量的时间。2.停车难问题的解决方案针对以上问题，我们认为，可以构想建造一个现代化的智能停车场物联网系统，针对以上问题设计停车场，可以达到很好的预期效果。（1）针对停车位少的问题这一主要矛盾与各方面原因都有关，比如本来城市里面的土地面积就少，尤其是在闹市区；地价贵，停车场入不敷出等，所以在分析了主要原因后，发现，如果要横向增加停车位，难度和代价将会是巨大的，所以我考虑纵向增加停车位：就是在生活中发现，停车场不仅占地面积大，而且每辆车都是并排放置，而车的上方还有很大的空间没有利用起来，做一个设想，如果停车场内，车辆可以像叠罗汉一样放置，这样，不仅没有占用更多的土地，反而使停车场的车位数成倍地增加，但是继而引来的一个问题是，车辆如何停在其他车辆上方，我设想的解决方案是运用机械控制，用一个吊板将车辆悬放在其他车辆上方，构成一个双层或者多层的立体停车场。其大致停放效果如图1所示。图1立体停车场示意图（2）针对找车位难的问题首先需要找到一个合适的停车场，这个问题的解决可以通过设立大的显示招牌，显示当前停车场的入口位置还有剩余停车位的数量来得以缓解，但是更好的解决方法应该是有一个智能的软件（比如百度地图，大众点评一类的软件）能够实时地搜索出周围停车场（或者其他可停车的地方）的位置和实时的车位剩余情况，然后通过导航的方式引导车主到停车位置。这个是这个项目的后期要实现的一种设想。找到停车场后，在偌大的停车场内找车位难，往往会遇到这样的情况，停车场内车辆众多，找不到被夹在密密麻麻车辆间的空位，导致在停车场里逗留过多时间，费油费力。如果在上一个提到的最主要问题的解决方案能够实现下，这个问题自然就迎刃而解了。如果第一个问题解决设想能够实现，那么可以预想的是：在我们找到停车场后，在某个地方停好车后，我们就可以自行离开，机械的吊臂和传送带会自动将我们的汽车按照计算机的控制和安排运送到各个车位，并不需要我们再花任何时间在停车场内寻找车位，全部都由计算机安排，机械操作实现，这样子，就省去了大量在停车场内逗留的时间，不仅给停车的人省去更多的时间，并且也加快了停车场接纳车流量的速度，提高停车场运作的效率，另外，由于机械操作的快速和精确，也保证了车辆的安全，免去车主在停车场内行车由于道路环境狭窄行车不便造成车辆刮擦等等类似的不必要的麻烦。（3）针对停车耗时久的问题其实从以上的分析就可以很容易看出，上一个问题的解决其实已经顺带把这个问题也给解决了，当停车过程全部由计算机和机械来完成的时候，这时候就不存在人为停车慢的因数了，因为机械的力量、稳定、速度和精度都远远高于人类。这样，我们所设想的现代化智能停车场物联网系统就是基于对这三个主要问题的解决而展开的设想。可以看到，这样的一个设想可以很好地解决目前停车的一系列问题，具有很高的实用价值和意义。二、停车场模型设计及操作流程1.停车场的搜寻如前所述，我们可以有一个智能的软件平台（比如百度地图，大众点评一类的软件）能够实时地搜索出周围停车场（或者其他可停车的地方）图2软件平台示意图的位置和实时的车位剩余情况，然后通过导航的方式引导车主到停车位置。这款平台可以供所有车主下载安装到手机上，就可以很方便的帮助车主找到合适的停车场。界面大致示意图如图2所示。2.进入停车场当某一车主欲将汽车停放在该智能停车场中，可将车辆开行至停车场的入口，在前台的服务终端提交存车的信息，系统会给出存车时间、所存放的车位号码等相应信息，并给车主一张射频卡，用于车主取车时的凭证。车主将车辆停放在一个机械车厢中即可离开，机械车厢会由机械手臂牵引，通过停车场内部的机械运转停放到相应的停车位置上，这样一辆车就停放完成了。可见整个过程中车主只需停放在停车场门口，而其他复杂的牵送工作都是系统自动完成的。停车过程和机械调整过程如图3和图4所示。图3车主停车示意图3.取车只需要在前台服务终端上点击取车按钮，交完费用并且刷卡识别后，系统会自动提示您去哪个车厢取车（当然此时车库内的机械臂也立即开始响应您的请求，为您取车并且放置到响应的取车车厢，此处存在一种算法优化的问题，如何安放车辆能够使用户取车最快最为方便（比如，后停的车安放在最内部，早先停的车放在最外部，这样先停的车在近段时间内很可能会取车，使机械臂能够以最快的速度和最短的距离取车，并且放置到图4停车场内部机械调动车辆相应的车厢）），进入车厢后，只需开车从出口出去就行，系统检测到您取车离开后，车厢门自动关闭。三、方案设计的其他细节1.总体设计思想在此停车场设计方案中，主要思想是采用了全机械化的控制流程来代替人的行为，大大简化了车主的停车行为，车主只需要按下停车按钮，因为在后续中考虑到一些优化问题，所以要添加用户手机号码输入和预约取车时间等功能，方便用户和停车场维护。添加用户手机号后，能够实时地把停车信息反馈给用户：比如停车场地址，停车时间等，用户还可以通过短信或者手机随时更改或者预约取车时间或者停车时间。2.预约取车时间这一细节方面的设想是为了方便停车场为车辆分配停放位置，用语优化算法，提高效率，比如，预约时间为3小时的车辆比预约时间为5小时的车辆，停车场更容易把车安放在停车场距离取车车厢近的位置，方便快速取车。3.立体结构将停车场多层管理，大大提高了停车场的车位容量，虽然加大了管理难度，但是由于使用了计算的控制，实际上反而减少了劳作量，提高了效率，使停车场吞吐效率得到很大的提高。4.高峰时期的考虑在大城市的上下班时间，用户在短时间内剧增，为了应付这样的情形，我们考虑了一种实时的调整方案，无需增加额外的复杂设备和技术来缓解改问题：比如在上班高峰期，车库内的一层作为缓冲区（可以将一层用传送带实现车辆的自动移动和安放，因为停放在一层的车辆无需用吊臂吊起，并且传送带由于没有夹取，抬升等动作，速度比吊臂快很多），这样，在车辆一旦停靠进车厢后，传送带立即把车辆运送到一层内部的一个位置先行安放，腾出车厢，方便下一辆车进入，然后吊臂此时的工作就是把一层增加的车辆根据计算机控制，吊起后再安放到其他层的停车位，就是说，一辆车在用户和停车场的服务端口看来，他体会到的停车时间只有约为用户把车开进车厢，然后离开的时间。这样能够很大地缓解这个问题。在下班时间：用户取车的需求在短时间内剧增，同样运用上述的手段，将用户预约取车（所以在先前增加预约功能的设计）的车辆提早安放到停车场1层的缓冲区，当用户进入停车场刷卡取车时，能够快速通过传送带将车辆送入取车车厢。四、具体实现方案和结构1.系统结构模块化设计为了实现上述智能停车场的设计，我们初步设想将该系统分成六大模块进行实现，分别是中心控制模块，车库管理模块，用户交互模块，网络交互模块，数据库，机械运行模块。他们之间的交互关系如图5所示。图5各个模块关联图在具体的设计过程中，我们首先需要针对各个模块分别进行设计实现，最后将各个部分进行整合，这样可以有清楚的思路去实现整体的设计。2.各个模块功能说明中心控制模块：该模块是整个系统的核心，管理整个系统的运作，从各个停车位处收集相关信息（例如：空余车位数，在库车辆信息，附近路况，特殊情况等），转存入数据库，并使用这些信息与用户和网络模块进行交互。车库管理模块：该模块用于管理整个车库，在最小系统的情况下，仅用该模块与机械模块就可以组成系统。主要功能为：空位信息收集，在库车辆信息收集，使用用户信息管理，出入库运行管理，车辆调配管理，紧急情况管理。机械运行模块：负责车辆在库内的运动，有收集信息的传感器，移动车辆的传送带和升降机，用户操作用的控制面板。用户交互模块：向用户提供信息，提供车位查询，预约服务。（附近公司的员工等常用客户）网络交互模块：负责网络应用。可供临时停放车辆的客户使用。五、模型设计的缺点该智能停车场物联网系统模型只是简单的粗略设计，其中很多因素都被简化忽略，比如吊臂的运行速度和效率到底有多快，吊臂的安全性等等。设计中对于资金和场地建设的费用等因素没有做太多考虑，只是单纯地觉得采用该模型能够成倍增加停车位数量，而系统维护等其他问题没有考虑。没有对车辆的大小做进一步考虑，因为车辆的宽度和高度差异较大，所以在中心控制模块用户交互模块车库管理模块网络交互模块数据库机械运行模块停车时候可能需要按不同的车辆安排不同的停车位，而在方案说明中没有考虑这一点，所有车辆都暂时按统一的型号处理。不过以上所有的设想和可预见的缺点都会在将来具体实现中去改变、改进，这些只是最初的设计方案，在具体时间的过程中可能会有新的发现和想法，会根据具体情况对这一最初方案做一步步地完善和修改。