现代智能停车场物联网系统方案设计概要

1、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

2、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

3、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

4、 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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、 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

11、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

12、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。 网络交互模块 用户交互模块 中心控制模块 车库管理模块 数据库 机械运行模块 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

13、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