第一章 緒 論

1.1 研究的目的和意義
近年來，國民消費新熱點之一為汽車消費，這是我國經(jīng)濟快速發(fā)展、居民收入持續(xù)增長，生活水平顯著提高，生活質(zhì)量明顯改善的具體表現(xiàn)。汽車不再是有錢人的標志也不再是普通百姓的夢想。2012 年底，國家統(tǒng)計局統(tǒng)計公報顯示，我國私人汽車保有量同比增長 18.3%已達到 9 309 萬輛；民用轎車保有量增長 20.7%已達到 5 989 萬輛，其中私人轎車增長 22.8%達到 5 308 萬輛。然而停車場的配套并不足夠，私家車的擁有量的急劇增加與停車位的嚴重不足之間的矛盾十分突出。以北京、上海為例，截止到 2011 年 5 月，北京機動車保有量491 萬，而機動車停車位僅 248 萬，缺口達 50%；上海緊隨其后缺口達到 40%，據(jù)相關部門統(tǒng)計，上海中心小區(qū)配備車位數(shù)量約為 44.6 萬而夜間停放的車輛總量是 74.3 萬輛，只能滿足 60%左右的車輛停車需求�！败嚩辔簧佟钡睦Ь称仁乖S多車主直接把車停在道路上，許多私家車主“見縫就鉆”，甚至在馬路上玩起“搶車位”。對于社會來說這種現(xiàn)象造成了交通阻塞，讓行人產(chǎn)生焦慮心情，容易造成交通事故。對于車主來說車輛隨意擺放缺少統(tǒng)一管理很容易被刮蹭，甚至有可能被不法分子破壞或偷盜，給其精神和財產(chǎn)都帶來損失[1]。除此之外，落后的停車場技術及相應管理系統(tǒng)使得原本不足的停車資源更加緊缺，停車難的問題更加突出。在這個背景下，80 年代末 90 年代初，將車輛監(jiān)控、車位檢測、顯示屏誘導等技術有機結(jié)合起來的車輛智能化管理系統(tǒng)應運而生。
停車場的智能化研究至少具有以下意義：
(1)隨著經(jīng)濟發(fā)展，私家車數(shù)量與日俱增，然而由于大多數(shù)城市土地資源的稀缺，停車位大大不足，所以在可利用資源有限的前提下建立完整的智能化停車場具有巨大的市場效益。
(2)智能化停車場可以提高提車場的運營效率，增加車位和停車場設施的實際使用率；增強停車場的安全性和可靠性最大程度的降低車輛損壞甚至丟失的可能性。吸引更多的用戶從而具有很大的經(jīng)濟效益。

(3)智能化的管理使城市交通效率提高，提高減少車主尋車時間，避免因停車造成的交通擁堵，降低交通污染增強城市的生命力，也使它具有良好的社會效應。

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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 我國停車場發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題
除了上述理論研究，我國還有很多實踐成果。自 2001 年，停車誘導系統(tǒng)先后出現(xiàn)在北京的王府井、北京站以及西單等地區(qū)，其中北京西單的停車誘導系統(tǒng)，可以通過顯示屏發(fā)布采集到的 10 個地下停車場約 15 000 個車位的誘導信息，從而給駕駛員提供快速，準確的交通信息。上海黃浦中心區(qū)域的 “停車誘導系統(tǒng)示范”工程對解決停車難的問題起到了一定的輔助作用，該工程起始于2002 年，包括 39 個停車場 5 900 多個停車位，使用了 64 塊停車誘導信息牌。隨后幾年，停車誘導系統(tǒng)出現(xiàn)在青島、太原、沈陽、廣州等一些城市并對發(fā)展智能交通和建設智能停車場起到了一定促進作用。然而由于我國起步較晚，智能停車系統(tǒng)還存在許多問題，總體來說仍處于發(fā)展階段，要想和國外技術同步還有許多方面需要發(fā)展和完善。智能停車管理系統(tǒng)主要包括車輛檢測系統(tǒng)、車輛進出控制及繳費管理系統(tǒng)、車位檢測及最佳車位誘導系統(tǒng)、車牌識別系統(tǒng)等。我國主要存在以下問題：
(1)由于土地資源稀缺，車位與車輛不成比例，缺乏大量停車位。
(2)信息化程度不足，還不能實現(xiàn)隨時隨地對車位進行預約。
(3)管理者對停車場內(nèi)有多少空位一無所知，只能人工勘察從而無法及時統(tǒng)計不同時期的車流量，不能實時優(yōu)化車位資源配置，最終降低了停車場的利用率。
(4)停車誘導系統(tǒng)不夠完善，引導標志不清晰，無法及時告訴車主最近車位，加快車流疏散。
(5)無法實現(xiàn)自主繳費，車倆不能快速進出停車場。
(6)車輛不能自動定位，方便車主尋找愛車，快速駛離停車場。
(7)基于線方式組建的停車場系統(tǒng)成本較高且開放性、拓展性較差。
1.2.2 國外停車場發(fā)展現(xiàn)狀與最新技術

世界公認的最早的停車誘導系統(tǒng)于 1971 年在德國亞琛市建立。為了能對需要停車的車主進行有效誘導，停車場信息誘導牌出現(xiàn)在了該市中心的 12 個停車場附近的交叉路口，這一舉措大大節(jié)省了司機尋找停車場的時間。為了進一步減緩城市交通問題該市在 1980 年又新建了 28 個停車場同時為了充分利用現(xiàn)有停車場該市還對誘導信息進行了遠距離控制[6]。在亞洲最早進行停車場建設的國家為日本，該國最早的停車誘導系統(tǒng)出現(xiàn)在 1973 年的柏市。此系統(tǒng)提供的誘導信息包括停車場地理位置、停車場剩余車位信息等。在新加坡，1981 年啟用的樟宜機場配有三個停車場,共 3 300 個車位，完全自動化的智能停車系統(tǒng)使如此巨大的停車場內(nèi)幾乎沒有管理人員，遠程監(jiān)控系統(tǒng)僅需幾個值班者在辦公室實時監(jiān)控停車場的運行情況便可預防緊急情況的發(fā)生，大大減少了人力物力資源的浪費。1996 年，一個擁有 3 個停車場、7 個停車庫的先進車位誘導信息系統(tǒng)出現(xiàn)在了美國圣保羅商業(yè)區(qū)。該系統(tǒng)為了清晰的顯示出車位位置和車位空閑狀態(tài)共采用了 56 個顯示裝置。為了方便誘導信息的統(tǒng)一管理讓司機可以隨時隨地找到可用車位，日本警察廳成立了一個 UTMS(universal Traffic ManagementSystem)項目，該項目將誘導信息通過交通管理綜合集成系統(tǒng)發(fā)布在區(qū)域、主要路口和停車場內(nèi)的顯示屏上，信息主要包括司機當前所在區(qū)域中停車場的位置、方向以及是否滿位。這種三級引導方式避免了司機在不熟悉的環(huán)境中找不到停車場或者停車位的尷尬。大約同一時期法國、英國、瑞士等國也相繼出現(xiàn)了這種將信息集成管理的智能系統(tǒng)

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第二章 系統(tǒng)的總體方案設計

2.1 停車場的設計原則
智能化停車場以車位為中心，將進、出口自動控制系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡系統(tǒng)及服務、管理系統(tǒng)進行最優(yōu)組合，旨在向用戶提供一個安全、高效、便利、舒適的停車環(huán)境。所以本設計應遵循以下原則：
開放性和可擴展性。智能停車場的功能實現(xiàn)需要靠多個子系統(tǒng)集成完成，因此只有好的開放性才有利于系統(tǒng)的擴展和功能的擴大，才能降低停車場被淘汰的風險。當前科學技術日新月異，為了保證停車場的生命力，在進行設計時除了要有超前的系統(tǒng)規(guī)劃還要優(yōu)先采用創(chuàng)新技術。
人性化。系統(tǒng)設計最終的目的是服務于人，因此應將技術和人的關系協(xié)調(diào)。充分考慮到停車用戶生活習慣，操作習慣，既能滿足停車用戶的功能訴求，又能滿足消費者的心理需求。

整體性。停車場是由許多小系統(tǒng)組成的一個有機綜合管理系統(tǒng)，將任何一個小系統(tǒng)孤立開來都沒有意義，必須統(tǒng)籌考慮所有因素才能設計出符合需求的智能停車系統(tǒng)。

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2.2 功能需求分析
智能化停車場車位誘導系統(tǒng)主要需要滿足兩方面的要求：對于用戶來說，保障車輛安全出入停車場以及停車期間的安全，減少損失；提高找尋停車位的便利性，減輕交通污染；避免亂收費現(xiàn)象，提高停車收費的可信度。對于管理者來說，規(guī)范停車秩序，與動態(tài)交通和諧發(fā)展；高效實時監(jiān)控車輛，使系統(tǒng)的操作簡單維護方便，提高停車泊位利用率；用智能代替人工，改善工作環(huán)境從而減輕員工的勞動強度以提高其工作效率；本文以典型的一進一出式室內(nèi)地下停車場為研究對象，設計出具有以下主要功能的停車場智能管理系統(tǒng)：
(1)非接觸式 IC 卡控制車輛的進、出口
(2)車位 24 小時不間斷實時檢測。
(3)車位信息高效、可靠傳輸及記錄。
(4)LED 實時顯示車位信息并引導用戶以最佳路線駛?cè)氘斍白罴衍囄换蝰傠x停車場。
(5)管理人員對停車場總況及每個車位使用情況的查詢及操作。
(6)對車輛進行計費

(1)上位機處理子系統(tǒng)。如圖 2-2 所示為上位機處理子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)是設計整個停車場的靈魂所在，是處理信息的終端。出入口的 IC 卡信息和超聲波檢測到的車位使用信息均發(fā)送給它，經(jīng)過一系列操作后控制車輛的進出并監(jiān)控停車場每一個車位。該系統(tǒng)的軟件界面以圖像方式直觀反映停車場各個車位的當前狀態(tài)，系統(tǒng)擁有的數(shù)據(jù)庫記錄了 IC 卡信息、車位信息、操作人員以及整個停車場使用狀況信息。操作人員根據(jù)不同權限對數(shù)據(jù)庫進行操作。

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第三章 Zigbee 無線傳輸系統(tǒng) .......................................13
3.1 Zigbee 簡介 ..............................................13
3.1.1 Zigbee 的來源 .............................................13
3.1.2 Zigbee 網(wǎng)絡拓撲 ............................................13
第四章 車位誘導算法的研究.........................................37
4.1 最短路徑簡介 ................................................37
4.2 停車場車位誘導 ..............................................38
第五章 停車場誘導系統(tǒng)...........................................48
5.1 車位檢測模塊 .................................................48
5.1.1 車位檢測方式選擇 ..........................................48

5.1.2 超聲波簡介 .................................................49

第六章 上位機管理系統(tǒng)

6.1 軟件開發(fā)平臺簡介
本系統(tǒng)的上位機在開發(fā)工具 Visual Studio 2010 上通過 C#編程語言和 SQLSever 2005 數(shù)據(jù)庫進行實現(xiàn)，下面將對它們進行具體介紹。
6.1.1 C#介紹
C#語言是微軟公司的 Anders Hejlsberg 研究員和其團隊在 C 和 C++的基礎上研發(fā)出來的基于.NET Framework 框架之上的高級程序設計語言，它在 2001 年正是發(fā)布后便因安全可靠、穩(wěn)定易操作而被廣泛應用。C#是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。它比 java 的執(zhí)行速度快、面向?qū)ο蟪潭雀吖δ芨訌姶�，程序員可以通過它編寫各種以 MICROSOFT.NE 為平臺的應用程序。無論是高級的商業(yè)對象還是系統(tǒng)級的應用程序都可以使用它來構(gòu)建各類組件。當需要在 internet 上進行調(diào)用時，只需要將這些組件轉(zhuǎn)化為級 XML 網(wǎng)絡服務，那么任何語言、任何操作系統(tǒng)都不再是問題。
6.1.2 .NET 框架介紹
.NET 框架(.NET Framework)是微軟公司繼 Windows DNA 之后推出的完全面向?qū)ο蟮囊悦艚蒈浖_發(fā)、快速應用開發(fā)、平臺無關性和網(wǎng)絡透明性為目標的軟件開發(fā)平臺。.NET 框架的體系結(jié)構(gòu)由程序設計語言及公共語言規(guī)范、應用程序平臺、類庫、公共語言運行庫和程序開發(fā)環(huán)境五部分組成。C#、C++、VB 等多種語言都可以通過公共語言運行庫在系統(tǒng)虛擬機運行的編程平臺上進行開發(fā)。研究人員可以通過.NET框架同時開發(fā)Windows應用軟件和網(wǎng)絡應用軟件以及組件和服務(web 服務)。通過.NET 框架既可以在網(wǎng)絡上存放用戶數(shù)據(jù)又可以在與其兼容的設備上隨時隨地訪問這些數(shù)據(jù)。多語言支持這個獨特的特征讓.NET 平臺開發(fā)出的程序可以實現(xiàn)一次編寫到處運行。
6.1.3 Visual Studio 2010 介紹

眾所周知，好的開發(fā)環(huán)境可以提高開發(fā)人員的工作效率和靈活性，而微軟公司作為全球最大的電腦軟件開發(fā)商更是從 Visual Studio 的第一個版便致力于此。如同當年的 6.0 版本一樣，Visual Studio 2010 也是一個經(jīng)典。它增添的許多新功能如起始頁的自定義、動態(tài)類型和動態(tài)編程可以再 C#4.0 中實現(xiàn)、Ribbon界面可以通過 C++創(chuàng)建等都明顯提高了研發(fā)者中心最核心的開發(fā)體驗。除此之外，它還支持 TDD、多顯示器以及 Office。無論是學習者、研究人員還是企業(yè)管理者都可以通過 Visual Studio 2010 開發(fā)出令你滿意的解決方案。

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第七章 總結(jié)和展望

車，自古以來就在我國歷史上有車重要地位，，從最早的牛車、馬車再到三輪車、自行車最后是現(xiàn)在的公用車、私家車，車更新?lián)Q代體現(xiàn)了社會的發(fā)展和進步。古人云“倉廩實而知禮節(jié)，衣食足而知榮辱”，如今人們已經(jīng)不再滿足于簡單的吃飽穿暖而開始追求生活質(zhì)量，以車代步便是其中一個顯著現(xiàn)象。居民汽車保有量持續(xù)增加，然而土地資源有限造成了目前“車多位少”的困境。在這一背景下，我閱讀了大量資料，考察了多個室內(nèi)停車場了解當前停車場智能化水平，設計了一套基于 Zigbee 的超聲波車位檢測誘導系統(tǒng)，該系統(tǒng)重要包括三個部分：下位機檢測模塊、Zigbee 無線通訊模塊、上位機管理模塊。
以車位為中心，利用超聲波在空氣中遇到障礙物立刻反射回來的測距原理檢測車位占用狀態(tài)，為了保證其精確性還加入了溫度補償裝置；采用 IC 卡作為進、出停車場的介質(zhì)，減少工作人員勞動力度，節(jié)約車主等待時間；將停車場進行路網(wǎng)抽象并采用改進迪克斯特拉算法進行模擬仿真，從而得出最佳車位和最短誘導路徑，并在 LCD 上對車主進行指引使其第一時間找到距離其最近的車位，避免車位的浪費和停車場的擁堵；采用 Zigbee 無線通訊技術，突破了傳統(tǒng)的有線方式，避免了路面被破壞同時方便擴展和維護；最后通過 C#和 SQLServer數(shù)據(jù)庫設計上位機軟件，方便操作人員進行操作和數(shù)據(jù)存貯，并將停車場的使用情況在界面上實時顯示。本文雖然在停車場車位誘導及智能化方面做了一些討論和研究，但仍存在許多的問題和不足需要改進：
(1)在進、出停車場時僅采用 IC 卡作為門禁，卻并沒有實現(xiàn) IC 自助充值繳費。
(2)采用迪克斯特拉算法求各車位最短路徑時僅考慮了行車路徑，未考慮拐彎難度、路徑好壞程度等方面的影響。

(3)停車場的安全性仍需加強，可增加視頻監(jiān)測和圖像識別。

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參考文獻（略）

本文編號：40843