（计算机系统结构专业论文）主动停车诱导系统的相关技术研究.pdf

江苏大学硕士研究生学位论文 摘要 随着我国城市经济的发展和人们生活水平的日益提高，私人汽车的拥有量持 续上升，交通问题也同趋严重。特别是在一些大城市，交通拥挤、环境污染等问 题已经成为制约经济发展、人民生活水平提高的重要因素。智能交通系统是公认 的解决城市交通问题的最好方法，停车诱导系统是智能交通系统中的一个重要组 成，旨在通过对驾驶者提供合理的停车场和交通状况信息以达到诱导驾驶者顺利 停车的目的。停车诱导系统根据出行者的目标和当前的交通状态，向出行者提供 停车诱导信息，有目的地引导出行者趋向期望的停车场所，实现社会效益最大的 优化控制。停车诱导系统的实施可以减少车辆在道路上的无效巡游，一定程度避 免交通拥挤、阻塞现象，从而改善交通状况。 本文针对停车诱导系统中信息发布，泊位预约和最短时间路径问题进行了研 究，并将研究成果应用到主动停车诱导系统中进行仿真实验。本文主要研究内容 包括： ( 1 ) 介绍国内外停车诱导系统的应用状况、研究现状、构成框架等。指出 各固在诱导信息发布技术上的不足之处，提出了针对区域的信息发布平台v m s 显示屏和针对个人的信息发布平台车载终端，并对信息发布内容进行了研究。 ( 2 ) 对主动停车诱导系统中的泊位预约模型进行讨论，指出泊位预约成功 的关键是计划到达停车场时问的预测。针对我国城市道路交通流的连续性和周相 似性，提出采用模糊c 均值聚类算法对车流速度进行预测，并将聚类预测的结 果应用于泊位预约模型中预测计划到达停车场时间。 ( 3 ) 对经典最短路径算法进行研究，指出静态最短路径算法与动态最短路 径算法的欠缺，提出基于预测的最短时间路径算法，采用矩形区域搜索算法确定 最短时间路径搜索区域，使用聚类预测结果来确定搜索区域内道路时间权重。 ( 4 ) 在以上研究的基础上，分析主动停车诱导系统上端管理软件系统的功 能及模块结构并在w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 平台环境中对主动停车诱导系统仿真。 关键词：停车诱导系统，最短路径算法，f c m 聚类，车载终端 a bs t r a c t a sc h i n a su r b a ne c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dp e o p l e sr i s i n gl i v i n gs t a n d a r d s ， p r i v a t ec a ro w n e r s h i p e s p e c i a l l yi nl a r g ec i t i e s ，t r a f f i cc o n g e s t i o n ，e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o nh a sb e c o m eac o n s t r a i n t o ne c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，i m p r o v e dl i v i n g s t a n d a r d so ft h ei m p o r t a n ti s s u e s i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi sr e c o g n i z e da s t h eb e s ta p p r o a c hf o rs o l v i n gu r b a nt r a n s p o r tp r o b l e m s p a r k i n gg u i d a n c es y s t e mi sa n i m p o r t a n tc o m p o n e n to fi n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，w h i c hi sd e s i g n e dt og u i d e d r i v e r ss u c c e s s f u l l yt ot h ep u r p o s eo fp a r k i n gb yp r o v i d i n gr e a s o n a b l ep a r k i n g - l o ta n dt r a f f i c i n f o r m a t i o n ，a n dt oa c h i e v et h e s o c i a lo p t i m u mo p t i m a lc o n t r 0 1 t h ei m p l e m e n t a t i o no fp a r k i n g g u i d a n c es y s t e mc a nr e d u c et h ev e h i c l e si n v a l i dp a r a d e ，ac e r t a i ne x t e n ta v o i dt r a f f i cc o n g e s t i o n ， o b s t r u c t i o n ，a n dt h e ni m p r o v et r a f f i cc o n d i t i o n s t h i sp a p e rs t u d i e st h ei n f o r m a t i o nd i s s e m i n a t i o n ，b e r t hr e s e r v a t i o na n dt h es h o r t e s tt i m ep a t h p r o b l e mo fp a r k i n gg u i d a n c es y s t e m r e s e a r c hr e s u l t s w i l lb ea p p l i e dt ot h ea c t i v ep a r k i n g g u i d a n c es y s t e ms i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s t h i ss t u d yi n c l u d e s ： ( 1 ) i n t r o d u c ed o m e s t i ca n df o r e i g na p p l i c a t i o n so fp a r k i n gg u i d a n c es y s t e m ，c u r r e n tr e s e a r c h ， a n d c o m p o s i t i o no f t h ef r a m e w o r k p o i n to u tt h ed e f i c i e n c i e so fp u b l i s h i n gg u i d a n c e i n f o r m a t i o n p r o p o s er e g i o n a li n f o r m a t i o nr e l e a s ep l a t f o r mv m s a n dp e r s o n a lp u b l i s h i n gp l a t f o r m v e h i c l em o n i t o r i n g ，a n ds t u d yt h ei n f o r m a t i o nr e l e a s ec o n t e n t ( 2 ) d i s c u s st h ea c t i v ep a r k i n gg u i d a n c es y s t e mb e r t h sr e s e r v a t i o nm o d e l ，p o i n to u tt h ek e y o fs u c c e s s f u lb e r t ha p p o i n t m e n ti st h ep r e d i c t i o no fa r r i v a lp a r k i n gt i m e a m ia tt h ec o n t i n u i t ya n d s i m i l a r i t yw e e ko fh o m eu r b a nr o a dt r a f f i cf l o w , p r o p o s eaf u z z yc m e a n sc l u s t e r i n ga l g o r i t h mt o p r e d i c tt h et r a f f i cf l o wr a t e c l u s t e r r e s u l t sw i l lb eu s e df o rp r e d i c t i n gt h ea r r i v a lt i m eo nt h eb e r t h r e s e r v a t i o ns c h e m em o d e l ( 3 ) s t u d yt h ec l a s s i cs h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m ，p o i n to u tt h e d e f i c i e n c i e so fs h o r t e s tp a t h a l g o r i t h ma n dd y n a m i cs h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m p r o p o s ep r e d i c t i o n b a s e ds h o r t e s t t i m ep a t h a l g o r i t h m ，u s er e c t a n g u l a rr e g i o ns e a r c ha l g o r i t h mt od e t e r m i n et h es h o r t e s tt i m ep a t hs e a r c ha r e a , a n du s et h ec l u s t e rr e s u l t st od e t e r m i n et h er o a dt i m ew e i g h ti ns e a r c ha r e a ( 4 ) o nt h eb a s i so ft h ea b o v es t u d y , a n a l y z et h ef u n c t i o no ft h eu p p e rm a n a g e m e n ts o f t w a r e i l 江苏大学硕士研究生学位论文 o fa c t i v ep a r k i n gg u i d a n c es y s t e ma n dm o d u l ef u n c t i o n a n ds i m u l a t ep a r k i n gg u i d a n c es y s t e mi n w i n d o w s2 0 0 0s e r v e rp l a t f o r me n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：p a r k i n gg u i d a n c es y s t e m ，s h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m ，f c mc l u s t e ra l g o r i t h m ， v e h i c a lm o n i t o r i n g l l l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密臣y 。 学位论文作者签名：s 姚磊铈签名：彦匆久 签字日期：) 口j 口年6 月7 日签字日期：2 。j 9 年6 月尸日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 与戏丢 日期：? p 扣年b 月7 日 江苏大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 本章首先给出停车诱导系统的研究背景及研究意义，并对停车诱导系统的国 内外研究现状和发展趋势做一个总结概括。最后给出论文的主要研究内容和组织 结构。 1 1 研究背景及意义 1 1 1 城市交通存在的问题 随着城市经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，快捷、便利的出行方 式成为人们追求的目标。私人汽车因其灵活的门到门运输方式而成为人们出行的 首选工具i l l 。仅以深圳统计局机动车统计资料说明：2 0 0 8 年深圳市机动车数量增 长迅猛，年末在册的机动车达1 2 8 7 6 万辆，其中私人机动车9 4 1 3 万辆，占总量 的7 3 1 1 。全市在册小型载客汽车拥有量达9 5 1 2 万辆，其中私人拥有量达8 2 1 3 万辆，占全市总量的8 7 2 6 ，比2 0 0 7 年所占比重增加1 9 ，私人购车己成为全 市小汽车市场消费主流【2 】。中国建设部2 0 0 7 年提供的统计数据显示，我国私人汽 车拥有量年均增速在2 0 左右，大大快于经济增速。而同时我国在城市道路建设 方面的发展也很显著，1 9 9 5 2 0 0 6 年的11 年问，全国城市铺设道路总长度从1 3 03 0 8 公罩增加到2 4 13 5 l 公里，铺设道路总面积由1 1 81 8 1 万平方米增加到4 1 l4 4 7 万 平方米，全国各大城市修筑桥梁数量由3 21 2 3 座增加到5 46 4 3 座，增长率分别为 8 5 2 、2 4 8 和7 0 1 1 3 1 。从以上数据可以看出我国城市道路增长高于私人汽车拥 有量的增涨，但是我国的城市交通情况又是如何? 因为首都北京的交通经常堵塞， 首都又被戏称为“首堵”。2 0 0 9 年福田指数报告最新研究结果显示：道路畅通时， 北京市居民平均每天上下班在路上的时间为4 0 1 分钟，道路拥堵时则为6 2 3 分钟。 每月北京居民由于道路拥堵产生的经济成本为3 3 5 6 元。国内调查数据表明，城市 路面车流中大约有1 2 1 5 左右的车辆是正在寻找停车泊位的车辆，这给道路交 通带来了很大的负担。另有国外报道说，在巴黎市区找停车位所耗费的汽油，占 整个行车汽油的4 0 。在因为寻找泊车位而巡游的汽车中，甚至有些汽车因为找 江苏大学硕士研究生学位论文 不到合适的停车场而在车流中绕行甚至在某些特殊情况下会停靠在路边，既增加 了道路负荷也影响了驾驶者自己的时间。而与此情况形成鲜明对比的却是有一些 停车场因为停车量严重不足，以至于停车产业的发展举步维艰。 1 1 2 如何改善城市交通情况 改善城市交通状况的主要方法如下： 一、提倡使用公共交通工具，增加公共交通工具数量的同时提高公共交通服 务质量。缺点是：这种办法只适合长期提倡，在短时间内不会有明显效果。 二、通过宏观经济政策宏观控制私人汽车拥有量的增长。缺点是：随着我国 经济水平和个人生活条件的不断提高，这种办法是不可取的。 三、实施智能交通系统( i n t e u i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，简称i t s ) 。智能交通 系统1 4 j 是目前世界交通运输领域研究的前沿课题，它是在当代科学技术充分发展的 背景下产生的。目前，i t s 是世界各国公认的解决城市交通问题的最佳途径1 4 l 。 智能交通系统是以交通运输为导向，以信息技术为手段，提升一体化交通基 础设施、载运工具，管理与控制资源，通过充分发挥资源潜力和协同效应，为交 通运输相关者提供高安全、高效率、高品质交通运输服务的新型交通运输系统。i t s 结合了信息、通信、自动控制、电子、系统工程等相关领域的高新技术。使用i t s 可以有效的提高道路使用效率，其实现方法有以下两个：车辆诱导系统( 均衡道 路交通负荷的有效手段) ；城市交通信号控制( 提高通行能力和安全的重要途型5 1 ) 。 1 2 停车诱导系统的研究现状 停车诱导系统( p a r k i n gg u i d a n c es y s t e mo rp a r k i n gg u i d a n c ea n di n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称p g i s ) 是i t s 的重要子系统之一，以多级信息发布为载体，提供停车 场( 库) 的位置，停车场的空、满，交通状况等信息指引驾驶员停车【6 j 。它主要 由停车数据采集端( 停车场) 、数据处理和转发中心以及停车信息发布端( 诱导显 示屏) 组成。 发达国家停车诱导系统的起步比我国早很多，并已经取得了一些比较有价值 的成果。特别德国、r 本、美国作为较早对停车诱导系统进行研究的国家，已经 开发出了一些各具特色的停车诱导系统模型。根据各国对停车诱导系统的初步实 2 江苏足学硕士研究生擘住论文 践旺明，停车诱导系统可以有效提高停车成功率，减少无效巡游路程 21 德国 德国是西方国家中最早使用停车诱导系统的国家，其系统最为突出的特点是 发展稳定、建设完善。在1 9 7 1 年，德国的弧琛( a a c h e n ) 市便建立了世界上是第一 个停车诱导系统1 1 叫，在主要的交叉路口对市内1 2 处停车场设置了停车诱导光电 显示牌。到了1 9 8 0 年增加到了4 0 处，并且将诱导标志改成远距离控制。1 9 8 6 年， 德国的科隆市丌始实施停车诱导系统，1 9 9 8 装置了新型的具有艺术展示效果的标 志牌，并且在贸易展览中心附近建造了一座由市政府交通管理中心负责的多功能 控制中心，系统覆盖了整个内城中心区。以科隆大教堂为中心，将中心城区划分 为红、黄、兰、绿四个分区，每个分区面积约i 平方公阜，较小的有o8 平方公里， 较大的有1 6 平方公罩。图1 1 为德国停车诱导系统中信息的发布显示屏。 图1 1 德国停车诱导可变信息较图示 德国博施集团下属的胡贝尔信号设备公司于1 9 9 3 年前后成功的研制开发了 p r s 2 1 0 0 停车管理系统”井在几个城市安装使用。该系统分为停车引导系统 ( p a r k i n gl c a ds y s t e m ，简称为“p l s ”) 和p + r 系统两部分，包括停车车位、可变标 志和数据采集，可以与其他城市交通系统联网，如图1 2 所示“。p r s 2 1 0 0 的基本 思路是把寻找停车场的汽车成功引导到距离浚车晟近的停车位置上去。 江苏走学硕士研究生学位论工 可变标志 1 22 美国 检测器 停乍、乘乍 管理系统 中心啦元 停乍引导中心衅j 1 2 n m 内立姐控制系统 公且空通控制系缝 1 窒翌竺堕笪型墨竺 图l2p r s 2 1 0 0 与其他交通系统联网框图 美国在1 9 5 6 年对城市停车特性与城市规模的关系进行了研究，根据对近7 0 个城市的调查研究总结得出城市停车指南。美国停车诱导系统是美圊 a t m s ( a d v a n c e dt r a n s p o r tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 的组成部分之一，它通过榨制中心 计算机对公路交通情况与其它十h 关数据进行处理，形成变通管理信息数据库并随 时更新，变通指挥控制巾心通过可变信息信号标志、无线电广捅等各种设备传递 和发稚相关的交通管理信息内容。 1 9 9 6 年2 月圣保罗商业区建立了美国的第一个p g i s ，该系统管理7 个停车库 和3 个停车场，使用了5 6 个标志牌来显示停车场位置和车位占用情况 萼螽 图i3 美圆停车诱导可变信息板图示 所使用的标志牌中4 6 个是静止引导标志，1 0 个是电子标志牌，一台中央计算 机控制数据采集并把所有停车场的空位信息传送到电子标志牌进行信息发布，静 江苏走学硕士研究生学住论丈 卷引导驾驶者到达他所选择的停车场”“。图13 为美国停车诱导系统中的信息发 布显示屏。 23 日本 开本是距洲最早建立停车诱导系统的国家，于1 9 7 3 年在柏高建立了亚洲第一 个p g i s 。到1 9 9 5 年为止，同本已经在4 0 个城市建立了停车诱导系统。1 9 9 3 年日 本首都东京的新宿区建造了一个结构完整诱导功能完善的停车诱导系统。2 0 0 0 年1 2 月，提供通过手机进入停车诱导系统的功能。调查数据显示，在使用停车诱 导系统后，城j l j 交通高峰停车时段的等候时问可以降低6 2 “。 图14a 图形类信息板 b 文字类信包板 开本新宿停车诱导系统的一个特点是信息发布采用两类可变信息扳( v a r i a b l e m e s s a g es i g n ，v m s ) 来发布停车场信息。一类为“图形类信息板”，在一个可变地 图上显示各停车场的动态信息，如“满”、“空闲”、“关闭”等；另一类为“文字 类信息板”，通过停车场的名字来诱导驾驶者，如果该停车场已经满员，在停车场 名字后显示“满”，若有空闲则显示指向该停车场名称的绿色箭头。y m s 上的信息 十醍据每个停车场的停车泊位情况每隔一段时问更新一次。相比较其他国家而占， 日本的停车诱导系统在信息发布这一部分做得更加人性化一点，更加方便了使用 者。图形类信息板与文字类信息板如上图1 4 所示。 日本停车诱导系统突出的特点是晟大化为驾驶者提供方便及时的停车场空闲 信息和道路引导路线。在对当前道路条件、交通流量、驾驶者的路线以及其它相 瓣凝懿麟羹渤塑黧需 江苏走学硕士研究生学住论五 关因素综合考虑的基础上提供引导标志和显示方法部满足这蝗引导路线。接受停 车诱导系统服务的驾驶者只要沿指示路线行驶就可以顺利进入他们目的地附近的 停车场。 1 3 我国停车诱导系统的发展 由于经济文化等原因国内对停车诱导系统的研究和关注相对于发达国家来 说比较晚。随着我国经济的迅速发展和私人汽车拥有量的不断攀升，停车诱导系 统的研究已经引起了广泛关注。我国在一些经济交通发达城市已经仞步建立起停 车诱导系统。 首都北京由于其得天独厚的地理环境和经济条件顺理成章地成为了我国第一 个实行停车诱导系统的城市。2 0 0 1 年1 2 月2 0 日，北京第一个p g i s 在王府井地区 开通运行。该系统主要由智能停车场、控制中心、网络通信子系统等部分组成。 即首先将人工收费停车场改造成计算机管理和控制的智能化停车场，通过卫星通 信、光纤通信技术将空余泊位数据动态地发布到所有交通诱导v m s 上。图1 5 为 北京停车诱导系统的信息发靠显示屏“3 “1 。 32 上海 困15 北京停车诱导系统信息发布显示屏 上海是我国的经济、金融、贸易中心，2 0 1 0 年5 月将举办世界博览史上最大 江苏大擘硕士研究生学位论工 规模的世界博览会。伴随着上海城市经济交通的快速发展，“行车难、停车难”的 问题目益突出。为了解决“停车难”问题，上海市在中央商务区( c b d ) 引入了 停车诱导系统，共分为三级诱导1 ，如图16 所示：一、大型引导屏在区域周 边主干道上设置动态停车标志，提供停车场的位置及动态车位、行车方向、道路 通行状况等信息；二、中型引导屏，在停车场周边的1 4 个路口处提示停车场的 方位信息及动态空车位信息：三、小型信息屏，在每个停车场的入口处垃嚣动态 “空”或“满”的停车信息。 图1 6a 一叛信息发布屏b 二级信皂发布屏c 三叛信岛发布屏 上海停车诱导系统采用三级诱导系统可以成功的诱导驾驶者将车停在目的地 附近的停车场，缺点是对于道路及停车场空余泊位信息缺少预测性，有刈能发乍 驾驶者到达停车场时刚好没有空闲位置来停泊午辆的情况，对于到达途巾出现意 外该如何应对也没有较好解决。 33 广州 广州市早在2 0 世纪9 0 年代后期便已经开始使用先进的静态交通管理信息系 统，这使其走在了全国停车诱导系统发展应用的前列，但是直到2 0 0 2 年广州市才 开始正式引入停车诱导系统。广州市停车诱导系统相对于其他城市的突出特点是 围绕城市综合交通信息中的建设问题拓展了对路侧停车系统中关键技术的研究， 对路侧停车信息的管理与发布提出了很好的解决方法。如图17 所示： 江苏大学硕士研究生学位论文 图l7 广州p g i s 动态信息发布显示屏 1 4 我国停车诱导系统的不足 我国由于引入停车诱导系统的时问比较短，各个城市的交通情况各不相同， 停车诱导系统还处于完善阶段，主要存在以下几点的不足。： ( 1 ) 缺少一个整体上规范停车诱导系统中各个了系统的规范体系。停车场信息 采集、空闲车位信息发布以及行车路径诱导等都需要统一的管理。 ( 2 ) 停车诱导系统的信息发布方式比较单一，仅仅采用v m s 显示屏这种睢一形 式。能够发布的信息也很单一，只能发布相应停车场实时空余车位信息。空车位 采集仅考虑停车场，涉及到停车场数量以及停车场周边交通情况的很少。所发布 的信息为实时采集信息，缺少对相关信息预测能力。 ( 3 ) 目前停车诱导系统为驾驶者提供的路径诱导主要是静态路径诱导，缺少对 交通情况变化的预测性，容易造成消息滞后与局部拥堵现象。 ( 4 ) 没有将现有的停车资源充分整合。当城市某处一个或若干个停车场因泊位 己满或关闭无法提供停车服务时，缺乏引导车辆及时利用周边范围内其他具备空 闲泊位的停车设施的卧调办法。 综上所述，目前大部分停车诱导系统主要还是通过v m s 显示屏向驾驶者提供 可选择的停车场和行驶路径，由驾驶者自己做出选择。因为所提供的资料有限， 无法考虑驾驶者个性化的需求，无法形成系统与驾驶者之间的瓦动。因而这种方 式会造成停车诱导系统的两大缺陷“：( 】) 到达滞后，即被诱导者到达后发现没有 江苏大学硕士研究生学位论文 车位；( 2 ) 交通分流不足，即在商业区等交通繁忙地带，不当诱导会导致停车趋向 集聚，造成局部拥堵。 1 5 研究内容及安排 停车诱导系统所涉及到的内容较多，国内外学者对停车诱导及相关问题已经 进行了深入的研究，并提出了一些停车诱导系统模型瞄1 0 1 6 ，1 7 j 剐。但是对主动停车 诱导系统的研究不多，本文在国内外停车诱导系统的研究基础上，结合我国智能 交通系统发展状况，对主动停车诱导系统的信息发布、车载终端平台、停车场附 近车流量的数据分析和最短时间路径进行研究，主要做了以下的工作： ( 1 ) 介绍国内外停车诱导系统的应用现状，总结当前的研究现状，针对目前普 遍使用的被动停车诱导系统的不足进行描述，提出使用主动停车诱导系统的优点。 对主动停车诱导系统的构成框架进行讨论。对各国对于停车诱导系统信息发布平 台分析基础上指出关于信息发布的研究主要集中在针对区域的v m s 显示屏，却忽 略了针对个人信息的车载终端研究。本文提出了针对区域的信息发布平台v m s 显 示屏和针对个人的信息发布平台车载终端，并对信息发布的内容进行了研究。 ( 2 ) 对主动停车诱导系统中的泊位预约模型进行讨论，指出泊位预约成功的关 键在对于计划到达停车场时间的预测。针对我国城市道路交通流的连续性和周相 似性，提出采用模糊c 一均值聚类算法对车流量进行预测。将聚类预测的结果应用 于泊位预约模型中对计划到达停车场时间进行预测。 ( 3 ) 本文对经典最短路径算法进行研究，指出静态最短路径算法不适合应用于 实时交通网络，动态最短路径算法在效率上很难达到预期的效果。针对此问题， 本文提出基于预测的最短时问路径算法，采用矩形区域搜索算法缩小最短时间路 径搜索区域，使用聚类预测结果来确定搜索区域内道路时问权重，最后采用静态 d i j k s t r a 最短路径算法计算出最短时间路径。 ( 4 ) 在以上研究的基础上，分析主动停车诱导系统上端管理软件的功能及模块 结构，采用v i s u a lc 抖作为开发工具，s q ls e r v e r2 0 0 0 作为数据库管理软件，并 以w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 为开发环境进行主动停车诱导系统仿真。 论文余下内容安排如下： 第二章对主动停车诱导系统模型的关键模块进行概述。提出针对区域的v m s 9 江苏大学硕士研究生学位论文 信息发布平台和针对个人的车载终端信息发布平台，并对信息发布的内容进行研 究。 第三章对主动停车诱导系统中泊位预约模型进行介绍。采用改进后的模糊c 一 均值聚类算法对城市交通流速度进行预测，将结果应用于泊位预约模型中预测计 划到达停车场时间。 第四章对经典最短路径算法进行了研究，指出传统静态最短路径算法应用于 动态、实时交通路网的不足，动态最短路径算法效率难以满足停车诱导对时间要 求。提出基于预测的最短路径算法。 第五章在以上研究的基础上，对主动停车诱导系统的上端管理软件进行介绍， 并进行主动停车诱导系统仿真。 第六章是对全文工作进行总结，并对下一步工作进行了展望。 1 0 江苏大学硕士研究生学位论文 第二章主动停车诱导模型及其信息发布 停车诱导系统的目的之一是在空间上合理分散交通流，减少停车场周边道路 的交通拥堵，使驾驶者可以在最短的时问内成功的完成停车任务。实时发布可用 的停车泊位信息与停车场周边交通情况信息则是完成停车任务的关键。本章针对 传统停车诱导系统单一使用v m s 发布信息的缺点，提出了主动停车诱导系统信息 发布模型。 2 1 主动停车诱导系统概述 停车诱导问题可以分为被动诱导和主动诱导两类：被动诱导是借助各种信息 发布机制进行停车资源和道路( 实时预测) 状态广播，由出行者自行选择停车场 和行驶路线；主动诱导是根据出行者需求，由诱导中心根据最优化求解的结果， 引导出行者按照规划的行驶路线到达期望的停车场所的过程。在传统的被动诱导 方式下，出行者对全局信息掌握具有片面性，因而会产生目标区域选择的不合理 或者与其他出行者目标冲突的情况，进而导致巡游现象出现，给一些区域的交通 带来了很大压力，也增加了出行者的出行费用和对环境的污染。相较于由出行者 根据v m s 信息自行决策机构的被动诱导，主动诱导具有较好的可控性，可以实现 诱导系统的效率最优。目标停车场的选择是主动停车诱导首先要解决的问题，在 被动停车诱导方式下，完全是由出行者自我决定，这就带来了很多不确定性和诱 导的不可靠。我国目前所采用的都是被动停车诱导系统，在实际应用中存在如下 两个缺点n 5 1 ：( 1 ) 到达滞后，即被诱导者到达后发现没有车位；( 2 ) 交通分流不足， 不当诱导会导致停车趋向集聚，造成局部地区拥堵。而主动诱导可以通过系统和 出行者间的点对点直接交互，参与出行者的出行方案制定，并直接影响其出行行 为，达到有效控制的目标，克服上面的两个缺点。主动诱导需要大量的信息资源 和计算资源作为支撑，随着计算技术和通讯技术的发展，主动诱导方式将逐渐成 为可能。在总结目前城市停车诱导系统的普遍特征和前人研究成果的基础上，有 学者提出了一种主动停车诱导系统模型n 朝( 简称为a p g m ：a c t i v ep a r k i n gg u i d a n c e m o d e l ) ，该模型实现完整的停车诱导过程。在本章首先介绍a p g m 系统的框架并 江苏大学硕士研究生学位论文 提出a p g m 模型中针对区域的v m s 信息发布与针对个人的车载终端信息发布。 2 1 1 主动停车诱导系统框架 主动停车诱导系统由四个部分组成“： ( 1 ) 通讯系统：负责系统与客户、停车场等对象问的信息交互，通讯方式：车载 终端信息发布模块。 ( 2 ) 诱导服务中心：负责泊位预定管理和诱导跟踪，实现系统的诱导行为，并对 客户出行线路进行跟踪，以实时变更泊位预定策略。 ( 3 ) 诱导分析中心：负责诱导的信息处理和决策分析，根据泊位博弈情况和实时 交通状况，对客户请求进行响应，给出相应的诱导策略及最短时间路径。该部分 是a p g m 模型的核心。 ( 4 ) 数据中心：负责系统数据的采集和管理。系统的数据主要来源有三个部分： 与系统连接的i t s 系统提供的交通状念数据；停车场提供的相关信息；本 系统的基础信息，如城f 再路网的拓扑信息、规则库等。 图2 1 a p g m 模型结构示意图 系统结构如上图2 1 所示：系统的服务对象有三个：驾驶者：停车诱导对 象；停车场：停车资源提供者；信息发伟平台：停车场泊位，停车场周边交 通情况，路径诱导信息等发布。 1 2 江苏大学硕士研究生学位论文 2 1 2 系统连接模块 主动停车诱导系统通过四个连接模块将系统的四个部分有机组合在一起，这 四个模块如下所示： 客户信息交互中心。用于系统与客户间的信息交互，其功能是：接受客户诱导 请求、为客户提供全程诱导信息服务，包括：泊位预定、路径诱导、路径跟踪服 务等； 决策分析指挥中心。系统中枢，用于对系统的各种业务进行调度和决策信息发 布； 停车场信息交互中心。用于系统与停车场的信息交互，其功能是：与停车场间 进行泊位预约的协议过程和向v m s 显示屏和车载终端发布泊位信息。 数据处理中心。数据管理接口，主要功能为：力i - r _ 处理采集数据、向系统提供 数据支持。 主动停车诱导的核。1 5 , 是为客户选择目标停车场所并设计最佳出行线路，因此，系 统的主要信息处理模块分别为： 目标停车场区域搜索。该模块主要根据人们的行为特征n 胡进行可选停车场定 位。 交通状态预测。主要根据客户所在位置，预测其到达可选停车场的时间和相关 道路的交通状态。 空余泊位预测。根据到达时问，预测可选停车场是否存在泊位。 泊位博弈。根据最优原则，进行泊位预约博弈，以确定最终提供服务的停车场 集合。 路径计算。根据提供服务的停车场位置，设计客户的行驶路线。 跟踪决策。根据客户的实际出行情况，进行诱导决策的调整和执行。 2 2 停车诱导信息发布流程 停车诱导系统和城市交通控制系统均是城市交通管理的主要手段，但两者存 在显著区别。最重要的一点在于驾驶员对停车诱导是自愿接受的，而交通控制技 术，驾驶员必须强制接受。为了使驾驶员更愿意接受停车引导，在p g i s 的设计和 江苏大学硕士研究生学位论文 控制巾需要考虑驾驶员的行为反应。停车信息发布的设计思想如下n 9 1 ： ( 1 ) 描述法：设计者试图向驾驶者提供尽可能多的停车信息，强调给驾车者更 多的选择机会。德国科隆的p g i s 就是采用这种方法设计的，我国目前一些大城市 启用的停车诱导系统也均是采用这种思想，向驾驶员提供多个可供选择的停车场 的停车信息。 ( 2 ) 规定法：设计者只提供驾驶员应知道的停车信息，限制驾车员的选择机会， 大部分的停车决策权在p g i s 手中。英国莱斯特的p g i s 就是采用这种方法设计的， 它由2 1 个v m s 组成，为总容量达5 2 0 0 泊位的8 个多层停车场服务。 在实际的应用中经常足综合上面两种思想来考虑信息发布。目前建成使用的 停车诱导系统主要采用v m s 显示屏作为信息发布平台，向驾驶者提供停车场位置、 方向以及空余泊位数等信息。在停车诱导系统中，信息是整个系统的核心和关键， 信息的有效性、准确性、可接受程度不仅关系到停车需求对停车场的选择行为， 更是驾驶者对停车诱导系统依赖程度的重要影响因素。从各大城市的停车诱导信 息发布方式和内容概述出，我国停车诱导系统信息采集以及信息发布有如下不足 之处： ( 1 ) 信息发布的方式比较单一，仅仅采用v m s 这种单一形式。 ( 2 ) 发布的信息单一，只发布相应停车场实时空车位信息，缺少预测性。 ( 3 ) 空车位采集仅考虑停车场，涉及到停车场数量以及停车场周边交通情况的 很少。 ( 4 ) 所提供的停车诱导服务功能还停留在低层次上乜0 l 。 随着我国经济的发展，交通的同益复杂，单一依靠v m s 发布停车诱导信息已 经不能满足驾驶者对停车诱导系统的需求。本章提出使用v m s 的区域信息发布和 以车载终端为平台的个人信息发布相结合的主动停车诱导系统信息发布体系。 2 3 主动停车诱导信息发布体系 随着城市商业区面积的不断扩大，停车诱导所需要采集发布的信息也极速增 长。为了提高诱导效果和避免诱导信息过多而造成驾驶者不理解的极端现象，本 章首先将停车诱导服务主区域划分为若干个分区域，进行分区域管理工作，这样 可从战略上避免由于停车诱导信息过多产生新的局部拥堵问题。 1 4 江苏大学硕士研究生学位论文 停车诱导系统分区应遵循以下原则碑3 ： ( 1 ) 每个分区的范围不宜过大，应当限制在6 到8 个街区以内，最好在边长为 5 0 0 m 左右矩形区域内； ( 2 ) 每个分区内包含的服务设施( 如大型商场、酒店) 不宜过分集中，最好均匀 分布； ( 3 ) 每个分区内的停车场容量和停车需求大致相等； ( 4 ) 应当避免行人流量大的道路跨越分区； ( 5 ) 通往停车场的诱导路线尽量避免出现左转； ( 6 ) 在干线道路类型明确的条件下，可以以干线道路为分区的界线； ( 7 ) 递阶分布原则。在划分区域时应体现“从中心到外围、从路内到路外、从 饱和到闲置”的递阶分布诱导思想。 按照上述规则，结合区域停车诱导系统中停车场的具体位置，就可以在诱导 主区域内进行诱导分区域的划分。通过对诱导分区域进行信息诱导策略，将分区 域内停车场以及交通路况信息以简洁明了的形式提供给驾驶者。主动停车诱导信 息发布体系在停车诱导主区域外使用v m s 显示屏进行信息发布，驾驶者根据最终 行驶目的地与v m s 显示屏所发布的交通路况以及停车场空余泊位信息，选择合适 的区域和停车场，同时可以通过车载终端进行泊位预约。主动停车诱导控制中心 根据驾驶者所在位置以及泊位预测算法为驾驶者提供多重最优候选停车场选择。 主动停车诱导系统信息管理结构如图2 2 所示： 1 5 江苏大学硕士研究生学位论文 图2 2 主动停车诱导系统信息管理结构体系 2 4 针对区域的信息发布 根据上节的停车诱导分区规则将总停车诱导控制区域划分为几个区域。针对 区域的信息诱导采用分级诱导策略。首先在主区域入口处设立一级信息诱导屏， 显示信息为每一个分区域内停车场分布情况，空余泊位数以及交通状况。其次在 交通路口设立二级信息诱导屏，显示信息为停车场名称、位置、有效空余泊位数、 以及行车方向。再次在每一个停车场入口处设立三级信息诱导屏，显示信息为当 前停车场名称、空余泊位数、营业时间、收费标准等信息。 针对区域的一级信息诱导屏主要对驾驶者进行总体信息诱导，是驾驶者对总 区域的停车状况有一个初步了解，提供该诱导区域内主要停车场的分布、动态可 用泊位数、行车方向等信息。如果此区域内有空余泊位，对于目的地是此区域的 停车者，可以通过车载终端选择向停车诱导控制中心提出泊位预约请求。 距离停车场不同距离的区域信息诱导屏显示信息内容有一定的区别。显然， 离停车场比较近的信息诱导屏应该显示较近期的停车空余泊位数，离停车场较远 的信息诱导屏，显示的信息应该是相对远期的停车场空余泊位数。否则，当驾驶 员从离停车场较远的位嚣看到停车场的空余泊位数较多，但是当行驶到停车场时， 1 6 江苏大学硕士研究生学位论文 有可能造成没有空位的局面。所以，要充分考虑到车辆从停车诱导显示屏位置行 驶到停车场的行程时间，这样才能不至于给驾驶者造成显示信息错误的错觉。结 合多个国外以及国内停车场瞳2 3 的经验，当停车场的实际利用率或预测一定时问后 的利用率在9 5 以上时，则视该停车场的空余泊位数为o 。具体的停车场空余泊位 数判定方法如图2 3 所示，该方法是在综合考虑停车场当前空余泊位信息、区域 v m s 显示屏到停车场的实时行车时问、泊位预约信息等的基础上得到的停车场空余 泊位数。合适的信息刷新控制周期是保证信息准备的一个重要方面，周期过长不 能及时反映真实停车泊位情况，如果周期过短对系统而言实现起来困难，对驾驶 者而言信息的频繁改变影响其正确进行判断与选择。结合国内外的情况，通过调 查和经验分析n 屯矧，确定5 m i n 为停车诱导标志的刷新周期。该标准可以有效防止 驾驶员从信息板上看到停车场有空余泊位，而到达停车场时已没有空余泊位的情 形发生。 图2 3 区域信息发布控制逻辑模型 区域信息发布平台主要以v m s 可变信息显示屏为主。v m s 可变信息显示屏 中具体信息内容为停车标志p 、区域路网图、停车场的位置与名称、空余泊位数、 驾驶者所在位置及行车方向。如果此区域内有空余泊位，对于目的地是此区域的 驾驶者，可以选择向停车诱导控制中心进行泊位预约。首先将整个停车诱导区域 1 7 江苏大学硕士研究生学位论文 合理划分为几个分区域。位于停车诱导区域外围，即设立在当前车辆将进入停车 诱导区域的主要出入口的合理位置。当机动车驾驶者在进入总区域之前，首先在 主要道路入口处可以看到一级v m s 显示屏。驾驶者通过v m s 显示屏可以了解到 整个区域中主要道路的交通情况、每个区域中停车场总泊位数以及空余泊位数、 每个区域的行车方向。驾驶者根据目的地、每个区域交通状况以及空余泊位情况 选择所要停车的区域和停车场。 2 5 针对个人的信息发布流程 针对个人的信息发布内容主要为可选用的停车场；到达目的地时空余泊位最 多的停车场以及可用泊位数；离目的地步行时间最短的停车场，最短距离；费用 最低的是停车场，到达时预约费，单位时问停车费；驾驶者选择合适的停车场泊 位预约成功后，通过车载终端l c d 进行最短路径实时诱导。信息发布方式为车载 终端信息发布平台。 2 5 1 车载终端模型 本文所提出的针对个人的信息发命平台车载终端主要由如下四个模块构成： g p r s 通信模块，车载终端控制模块，l c d 显示器，g i s 地理信息系统。驾驶者根 据区域v m s 信息选择合适区域通过车载终端控制模块向区域停车诱导主控中心发 出泊位预约申请。区域主控中心通过g p s 系统得知汽车的经纬度、速度和