第一章 緒 論

1.1 研究的目的和意義
近年來，國(guó)民消費(fèi)新熱點(diǎn)之一為汽車消費(fèi)，這是我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、居民收入持續(xù)增長(zhǎng)，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(biāo)志也不再是普通百姓的夢(mèng)想。2012 年底，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，我國(guó)私人汽車保有量同比增長(zhǎng) 18.3%已達(dá)到 9 309 萬輛；民用轎車保有量增長(zhǎng) 20.7%已達(dá)到 5 989 萬輛，其中私人轎車增長(zhǎng) 22.8%達(dá)到 5 308 萬輛。然而停車場(chǎng)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(yán)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(jī)動(dòng)車保有量491 萬，而機(jī)動(dòng)車停車位僅 248 萬，缺口達(dá) 50%；上海緊隨其后缺口達(dá)到 40%，據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，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(duì)于社會(huì)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(duì)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(cái)產(chǎn)都帶來損失[1]。除此之外，落后的停車場(chǎng)技術(shù)及相應(yīng)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(gè)背景下，80 年代末 90 年代初，將車輛監(jiān)控、車位檢測(cè)、顯示屏誘導(dǎo)等技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來的車輛智能化管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。
停車場(chǎng)的智能化研究至少具有以下意義：
(1)隨著經(jīng)濟(jì)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(chǎng)具有巨大的市場(chǎng)效益。
(2)智能化停車場(chǎng)可以提高提車場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效率，增加車位和停車場(chǎng)設(shè)施的實(shí)際使用率；增強(qiáng)停車場(chǎng)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(jì)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(shí)間，避免因停車造成的交通擁堵，降低交通污染增強(qiáng)城市的生命力，也使它具有良好的社會(huì)效應(yīng)。

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1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 我國(guó)停車場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題
除了上述理論研究，我國(guó)還有很多實(shí)踐成果。自 2001 年，停車誘導(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)，可以通過顯示屏發(fā)布采集到的 10 個(gè)地下停車場(chǎng)約 15 000 個(gè)車位的誘導(dǎo)信息，從而給駕駛員提供快速，準(zhǔn)確的交通信息。上海黃浦中心區(qū)域的 “停車誘導(dǎo)系統(tǒng)示范”工程對(duì)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(gè)停車場(chǎng) 5 900 多個(gè)停車位，使用了 64 塊停車誘導(dǎo)信息牌。隨后幾年，停車誘導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)在青島、太原、沈陽、廣州等一些城市并對(duì)發(fā)展智能交通和建設(shè)智能停車場(chǎng)起到了一定促進(jìn)作用。然而由于我國(guó)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(guó)外技術(shù)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(cè)系統(tǒng)、車輛進(jìn)出控制及繳費(fèi)管理系統(tǒng)、車位檢測(cè)及最佳車位誘導(dǎo)系統(tǒng)、車牌識(shí)別系統(tǒng)等。我國(guó)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(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對(duì)車位進(jìn)行預(yù)約。
(3)管理者對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)有多少空位一無所知，只能人工勘察從而無法及時(shí)統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期的車流量，不能實(shí)時(shí)優(yōu)化車位資源配置，最終降低了停車場(chǎng)的利用率。
(4)停車誘導(dǎo)系統(tǒng)不夠完善，引導(dǎo)標(biāo)志不清晰，無法及時(shí)告訴車主最近車位，加快車流疏散。
(5)無法實(shí)現(xiàn)自主繳費(fèi)，車倆不能快速進(jìn)出停車場(chǎng)。
(6)車輛不能自動(dòng)定位，方便車主尋找愛車，快速駛離停車場(chǎng)。
(7)基于線方式組建的停車場(chǎng)系統(tǒng)成本較高且開放性、拓展性較差。
1.2.2 國(guó)外停車場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與最新技術(shù)

世界公認(rèn)的最早的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)于 1971 年在德國(guó)亞琛市建立。為了能對(duì)需要停車的車主進(jìn)行有效誘導(dǎo)，停車場(chǎng)信息誘導(dǎo)牌出現(xiàn)在了該市中心的 12 個(gè)停車場(chǎng)附近的交叉路口，這一舉措大大節(jié)省了司機(jī)尋找停車場(chǎng)的時(shí)間。為了進(jìn)一步減緩城市交通問題該市在 1980 年又新建了 28 個(gè)停車場(chǎng)同時(shí)為了充分利用現(xiàn)有停車場(chǎng)該市還對(duì)誘導(dǎo)信息進(jìn)行了遠(yuǎn)距離控制[6]。在亞洲最早進(jìn)行停車場(chǎng)建設(shè)的國(guó)家為日本，該國(guó)最早的停車誘導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)在 1973 年的柏市。此系統(tǒng)提供的誘導(dǎo)信息包括停車場(chǎng)地理位置、停車場(chǎng)剩余車位信息等。在新加坡，1981 年啟用的樟宜機(jī)場(chǎng)配有三個(gè)停車場(chǎng),共 3 300 個(gè)車位，完全自動(dòng)化的智能停車系統(tǒng)使如此巨大的停車場(chǎng)內(nèi)幾乎沒有管理人員，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)僅需幾個(gè)值班者在辦公室實(shí)時(shí)監(jiān)控停車場(chǎng)的運(yùn)行情況便可預(yù)防緊急情況的發(fā)生，大大減少了人力物力資源的浪費(fèi)。1996 年，一個(gè)擁有 3 個(gè)停車場(chǎng)、7 個(gè)停車庫的先進(jìn)車位誘導(dǎo)信息系統(tǒng)出現(xiàn)在了美國(guó)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(gè)顯示裝置。為了方便誘導(dǎo)信息的統(tǒng)一管理讓司機(jī)可以隨時(shí)隨地找到可用車位，日本警察廳成立了一個(gè) UTMS(universal Traffic ManagementSystem)項(xiàng)目，該項(xiàng)目將誘導(dǎo)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(chǎng)內(nèi)的顯示屏上，信息主要包括司機(jī)當(dāng)前所在區(qū)域中停車場(chǎng)的位置、方向以及是否滿位。這種三級(jí)引導(dǎo)方式避免了司機(jī)在不熟悉的環(huán)境中找不到停車場(chǎng)或者停車位的尷尬。大約同一時(shí)期法國(guó)、英國(guó)、瑞士等國(guó)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(shè)計(jì)

2.1 停車場(chǎng)的設(shè)計(jì)原則
智能化停車場(chǎng)以車位為中心，將進(jìn)、出口自動(dòng)控制系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及服務(wù)、管理系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)組合，旨在向用戶提供一個(gè)安全、高效、便利、舒適的停車環(huán)境。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：
開放性和可擴(kuò)展性。智能停車場(chǎng)的功能實(shí)現(xiàn)需要靠多個(gè)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(kuò)展和功能的擴(kuò)大，才能降低停車場(chǎng)被淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)日新月異，為了保證停車場(chǎng)的生命力，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)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(shù)。
人性化。系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終的目的是服務(wù)于人，因此應(yīng)將技術(shù)和人的關(guān)系協(xié)調(diào)。充分考慮到停車用戶生活習(xí)慣，操作習(xí)慣，既能滿足停車用戶的功能訴求，又能滿足消費(fèi)者的心理需求。

整體性。停車場(chǎng)是由許多小系統(tǒng)組成的一個(gè)有機(jī)綜合管理系統(tǒng)，將任何一個(gè)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(shè)計(jì)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(chǎng)車位誘導(dǎo)系統(tǒng)主要需要滿足兩方面的要求：對(duì)于用戶來說，保障車輛安全出入停車場(chǎng)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(fèi)現(xiàn)象，提高停車收費(fèi)的可信度。對(duì)于管理者來說，規(guī)范停車秩序，與動(dòng)態(tài)交通和諧發(fā)展；高效實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛，使系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)單維護(hù)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(dòng)強(qiáng)度以提高其工作效率；本文以典型的一進(jìn)一出式室內(nèi)地下停車場(chǎng)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)出具有以下主要功能的停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)：
(1)非接觸式 IC 卡控制車輛的進(jìn)、出口
(2)車位 24 小時(shí)不間斷實(shí)時(shí)檢測(cè)。
(3)車位信息高效、可靠傳輸及記錄。
(4)LED 實(shí)時(shí)顯示車位信息并引導(dǎo)用戶以最佳路線駛?cè)氘?dāng)前最佳車位或駛離停車場(chǎng)。
(5)管理人員對(duì)停車場(chǎng)總況及每個(gè)車位使用情況的查詢及操作。
(6)對(duì)車輛進(jìn)行計(jì)費(fèi)

(1)上位機(jī)處理子系統(tǒng)。如圖 2-2 所示為上位機(jī)處理子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)是設(shè)計(jì)整個(gè)停車場(chǎng)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(cè)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(jìn)出并監(jiān)控停車場(chǎng)每一個(gè)車位。該系統(tǒng)的軟件界面以圖像方式直觀反映停車場(chǎng)各個(gè)車位的當(dāng)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(gè)停車場(chǎng)使用狀況信息。操作人員根據(jù)不同權(quán)限對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。

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第三章 Zigbee 無線傳輸系統(tǒng) .......................................13
3.1 Zigbee 簡(jiǎn)介 ..............................................13
3.1.1 Zigbee 的來源 .............................................13
3.1.2 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?............................................13
第四章 車位誘導(dǎo)算法的研究.........................................37
4.1 最短路徑簡(jiǎn)介 ................................................37
4.2 停車場(chǎng)車位誘導(dǎo) ..............................................38
第五章 停車場(chǎng)誘導(dǎo)系統(tǒng)...........................................48
5.1 車位檢測(cè)模塊 .................................................48
5.1.1 車位檢測(cè)方式選擇 ..........................................48

5.1.2 超聲波簡(jiǎn)介 .................................................49

第六章 上位機(jī)管理系統(tǒng)

6.1 軟件開發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介
本系統(tǒng)的上位機(jī)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(jìn)行實(shí)現(xiàn)，下面將對(duì)它們進(jìn)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(tuán)隊(duì)在 C 和 C++的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的基于.NET Framework 框架之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)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(yīng)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?qiáng)大，程序員可以通過它編寫各種以 MICROSOFT.NE 為平臺(tái)的應(yīng)用程序。無論是高級(jí)的商業(yè)對(duì)象還是系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用程序都可以使用它來構(gòu)建各類組件。當(dāng)需要在 internet 上進(jìn)行調(diào)用時(shí)，只需要將這些組件轉(zhuǎn)化為級(jí) XML 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，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(yīng)用開發(fā)、平臺(tái)無關(guān)性和網(wǎng)絡(luò)透明性為目標(biāo)的軟件開發(fā)平臺(tái)。.NET 框架的體系結(jié)構(gòu)由程序設(shè)計(jì)語言及公共語言規(guī)范、應(yīng)用程序平臺(tái)、類庫、公共語言運(yùn)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(yùn)行庫在系統(tǒng)虛擬機(jī)運(yùn)行的編程平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)。研究人員可以通過.NET框架同時(shí)開發(fā)Windows應(yīng)用軟件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件以及組件和服務(wù)(web 服務(wù))。通過.NET 框架既可以在網(wǎng)絡(luò)上存放用戶數(shù)據(jù)又可以在與其兼容的設(shè)備上隨時(shí)隨地訪問這些數(shù)據(jù)。多語言支持這個(gè)獨(dú)特的特征讓.NET 平臺(tái)開發(fā)出的程序可以實(shí)現(xiàn)一次編寫到處運(yùn)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(gè)版便致力于此。如同當(dāng)年的 6.0 版本一樣，Visual Studio 2010 也是一個(gè)經(jīng)典。它增添的許多新功能如起始頁的自定義、動(dòng)態(tài)類型和動(dòng)態(tài)編程可以再 C#4.0 中實(shí)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(yàn)。除此之外，它還支持 TDD、多顯示器以及 Office。無論是學(xué)習(xí)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(guó)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(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。古人云“倉(cāng)廩實(shí)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(jiǎn)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(gè)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(gè)室內(nèi)停車場(chǎng)了解當(dāng)前停車場(chǎng)智能化水平，設(shè)計(jì)了一套基于 Zigbee 的超聲波車位檢測(cè)誘導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)重要包括三個(gè)部分：下位機(jī)檢測(cè)模塊、Zigbee 無線通訊模塊、上位機(jī)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(cè)距原理檢測(cè)車位占用狀態(tài)，為了保證其精確性還加入了溫度補(bǔ)償裝置；采用 IC 卡作為進(jìn)、出停車場(chǎng)的介質(zhì)，減少工作人員勞動(dòng)力度，節(jié)約車主等待時(shí)間；將停車場(chǎng)進(jìn)行路網(wǎng)抽象并采用改進(jìn)迪克斯特拉算法進(jìn)行模擬仿真，從而得出最佳車位和最短誘導(dǎo)路徑，并在 LCD 上對(duì)車主進(jìn)行指引使其第一時(shí)間找到距離其最近的車位，避免車位的浪費(fèi)和停車場(chǎng)的擁堵；采用 Zigbee 無線通訊技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的有線方式，避免了路面被破壞同時(shí)方便擴(kuò)展和維護(hù)；最后通過 C#和 SQLServer數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件，方便操作人員進(jìn)行操作和數(shù)據(jù)存貯，并將停車場(chǎng)的使用情況在界面上實(shí)時(shí)顯示。本文雖然在停車場(chǎng)車位誘導(dǎo)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(jìn)：
(1)在進(jìn)、出停車場(chǎng)時(shí)僅采用 IC 卡作為門禁，卻并沒有實(shí)現(xiàn) IC 自助充值繳費(fèi)。
(2)采用迪克斯特拉算法求各車位最短路徑時(shí)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(chǎng)的安全性仍需加強(qiáng)，可增加視頻監(jiān)測(cè)和圖像識(shí)別。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：40843