立體車庫(kù)智能存取車控制算法設(shè)計(jì)

呂洪柱 張凌宇 廉佐政

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種智能存取車控制算法，適用于多層面、多通道、多傳送大型立體停車庫(kù)存取車控制。算法利用進(jìn)程互斥原理確保多個(gè)傳送車并行工作，對(duì)車位編號(hào)采用效益優(yōu)先排序算法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。本文算法對(duì)于提高存取車的工作效率、縮短車輛存取時(shí)間具有重要意義。

關(guān)鍵詞：立體車庫(kù)；自動(dòng)停車；智能控制

中圖分類號(hào)：TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Algorithm Design on Intelligent Parking Control System for Stereo Garage

L? Hongzhu，ZHANG Lingyu，LIAN Zuozheng

（Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Abstract：The paper designs an intelligence parking control algorithm for stereo garage applying to multiple levels，multi-channel and multiple vehicles transmission.it utilizes the principl of mutual processes to ensure transmission vehicles work，it's superior to carry out economic efficiency to the car serial number adoption efficiency superior algorithm.it is important significance for Raise economic efficiency and shorten vehicle access time.

Keywords：stereo garage；automatic parking；intelligent control

1 引言（Introduction）

在擁擠的現(xiàn)代社會(huì)停車難是城市的大難題，采用機(jī)械式立體停車庫(kù)[1]，是解決中心城區(qū)停車難問(wèn)題的一項(xiàng)有效措施。我國(guó)城市內(nèi)的機(jī)械化立體車庫(kù)，多采用人工控制方式，存在著停車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，作業(yè)效率低等不足。本文利用進(jìn)程互斥原理，針對(duì)大型停車庫(kù)的多層面、多通道、多傳送車的智能化立體停車系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種控制算法，改善停車系統(tǒng)的效率，提高停車庫(kù)的自動(dòng)化水平。

2 機(jī)械傳送系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Machine transmission system

designs）

多層面、多通道、多傳送車的智能化立體停車庫(kù)[2]結(jié)構(gòu)如圖1所示，假定該車庫(kù)共有P層，每層有M列，每列有N個(gè)停車位，車庫(kù)共有P×M×N個(gè)停車位。

圖1 傳送系統(tǒng)工作原理圖

Fig.1 Deliver the system principle diagram

智能化立體停車庫(kù)的核心技術(shù)是把車輛運(yùn)送到指定車位的機(jī)械傳送系統(tǒng)以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，決定著停車庫(kù)的建設(shè)成本、運(yùn)行效率和運(yùn)營(yíng)成本[3]。本文采用的智能化立體停車庫(kù)機(jī)械傳送系統(tǒng)原理：設(shè)計(jì)了兩個(gè)方向相反的橫向通道為HB和HF，兩列之間設(shè)置一個(gè)縱向通道Zi，縱橫通道之間軌道相連，傳送車可在橫向和縱向軌道上運(yùn)動(dòng)，在車庫(kù)側(cè)面設(shè)置一個(gè)Z0取車專用通道，傳送車只能沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)，最后沿Z0通道到達(dá)車庫(kù)出口。

多傳送車并行方案設(shè)計(jì)，車庫(kù)入口停放一輛傳送車，在每個(gè)縱向通道中停放一輛傳送車。這種布置方案有兩方面的優(yōu)點(diǎn)：一是車庫(kù)入口的傳送車能容納一輛傳送車即可；二是有利于取車操作，系統(tǒng)可直接啟動(dòng)通道中傳送車完成取車操作，減少傳送車空載行程，提高了取車操作的效率[4]。

車輛存取的基本流程：存車過(guò)程，車輛到達(dá)停車入口，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別車型，給車分配一個(gè)最佳車位，智能控制系統(tǒng)啟動(dòng)傳送車輛到停車位，并出據(jù)存車IC卡。取車過(guò)程，輸入IC卡，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別身份，顯示存車費(fèi)用，用戶交費(fèi)后，啟動(dòng)智能控制系統(tǒng)控制傳送車完成取車操作[5]。

3 存取車智能控制算法設(shè)計(jì)（Access the car

intelligence control algorithm design）

3.1 最佳停車位的查找

控制算法的目標(biāo)之一是查找耗能最低的停車位，基本思想：按耗能最低設(shè)置停車位的優(yōu)先級(jí)，距離車庫(kù)入口近的停車位優(yōu)先級(jí)高，通過(guò)隊(duì)列鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)排列。在查找算法中，將每個(gè)停車位看作一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)包括了車位編號(hào)、優(yōu)先級(jí)、存車時(shí)限、取車時(shí)限及指向下一數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的指針等信息，各個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)在隊(duì)列中按優(yōu)先級(jí)降序排列。查找算法引入三個(gè)隊(duì)列：占用車位隊(duì)列、空閑車位隊(duì)列和預(yù)約車位隊(duì)列，三個(gè)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)反映了車庫(kù)的當(dāng)前狀態(tài)，是車庫(kù)狀態(tài)顯示和分配車位的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（1）停車位的編號(hào)

車庫(kù)為三維立體模型結(jié)構(gòu)，共有P層、M列、N個(gè)車位。車位編號(hào)采用三個(gè)整數(shù)編碼方式，a為車位所在的層號(hào)，取值范圍為0—P；b為車位所在的列號(hào)，取值范圍為0—M；c為車位在某列中的位號(hào)，取值范圍為0—N，其中abc每個(gè)整數(shù)長(zhǎng)度固定為取值最大值的長(zhǎng)度。車位優(yōu)先級(jí)和車位操作時(shí)限均采用車位編號(hào)的函數(shù)。

（2）停車位優(yōu)先值的分配

停車位優(yōu)先級(jí)的判定的原則主要考慮兩點(diǎn)：a.所花費(fèi)的費(fèi)用低，用時(shí)少。b.有利于多輛傳送車的并行工作。按如下方法給出優(yōu)先值，由近到遠(yuǎn)，由上屋到下屋，由小到大給出每個(gè)停車位的優(yōu)先值，即第n列優(yōu)先級(jí)大于第n+1列，第n層優(yōu)先級(jí)大于第n+1層，優(yōu)先值小的優(yōu)先級(jí)高。從距離和空間角度確定了車位優(yōu)先值，確保費(fèi)用低，用時(shí)少，并行工作，同時(shí)保證各通道中的停車位的優(yōu)先值均勻分布。

（3）車位操縱時(shí)限的計(jì)算

車位操作時(shí)限是用于保證存、取車操作正確完成的依據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出操作指令后，計(jì)時(shí)開(kāi)始，并等待操作完成的反饋信號(hào)，會(huì)出現(xiàn)兩種情況：a.在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)，收到反饋信號(hào)操作完成。b.超過(guò)規(guī)定的時(shí)限，未收到反饋信號(hào)操作未完成，說(shuō)明傳送出現(xiàn)故障，未按要求完成指定操作，只能用人工干預(yù)的方法處理，避免事故的發(fā)生。每個(gè)位置的停車位，完成一次存取車操作所需的時(shí)間不同，其操作時(shí)限值相應(yīng)的不同。

存車花費(fèi)可通過(guò)耗時(shí)多少來(lái)定量計(jì)算，主要包括：橫向位移時(shí)間，即入口到停車位所在列移動(dòng)耗費(fèi)的時(shí)間；縱向位移時(shí)間，即列入口到所在的停車位移動(dòng)耗費(fèi)的時(shí)間，垂直位移時(shí)間，即頂層到停車位所在層移動(dòng)耗費(fèi)的時(shí)間，其他所耗費(fèi)的時(shí)間，這些時(shí)間可通過(guò)公式計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中，表示存車時(shí)限；a、b、c分別表示車位的層號(hào)、列號(hào)和位號(hào)；γ、δ、ζ分別表示傳送車下降一層、移動(dòng)一列和移動(dòng)一位所耗費(fèi)的時(shí)間，T表示其他所耗費(fèi)的時(shí)間。λ表示調(diào)節(jié)系數(shù)，用于描述系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的誤差。

（4）查找算法

存車操作過(guò)程，在空閑車位隊(duì)列鏈表中的車位是空閑的，分配從隊(duì)頭開(kāi)始，檢查隊(duì)頭結(jié)點(diǎn)保存的停車位的縱向通道Zi，空閑，則分配該停車位；不空閑，則不能分配該停車位，應(yīng)繼續(xù)檢查隊(duì)列鏈表中下個(gè)結(jié)點(diǎn)，找到一個(gè)空閑的Zi+1通道，分配空閑停車位，進(jìn)行存、取車操作。查找空閑Zi+1通道的查找算法如下：

int n；

{

n=Zi通道第一個(gè)車位號(hào)}；

node*p；

For（p=head1；p！=NULL；p=p.next）

{

if（（（n/10）%10+2）%通道總數(shù)）==（p.num/l0）%10）

break；

}

if（！p）then{沒(méi)有找到}；

else{P查找的節(jié)點(diǎn)}；

}

3.2 并行存取車的安全控制

操作系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)程的互斥來(lái)實(shí)現(xiàn)資源共享，進(jìn)程互斥原理在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，進(jìn)程的執(zhí)行實(shí)際上是交替進(jìn)行的，其基本思想：多個(gè)進(jìn)程占用同一資源，同一時(shí)刻最多只允許一個(gè)進(jìn)程占用，而其他進(jìn)程要占用該資源只能等待，直到占用資源者釋放了該資源[6]。

參照這一思想，設(shè)計(jì)多傳送車并行存取車安全控制調(diào)度算法：設(shè)計(jì)兩個(gè)進(jìn)程為存車進(jìn)程和取車進(jìn)程，取車進(jìn)程共享HB通道和Z0通道，HF通道和Zi通道由存車進(jìn)程和取車進(jìn)程共享。在并行存取車安全控制調(diào)度算法中的共享資源只能由存車進(jìn)程或取車進(jìn)程中的一個(gè)占用，通過(guò)進(jìn)程互斥原理可以很好的實(shí)現(xiàn)存車進(jìn)程和取車進(jìn)程的互斥。其具體算法描述如下：

p（var m）

{

m=m-1；

if（m<0）then v（m）；

}；

v（var m）

{

m=m+1；

if（m<=0） then p（m）；

}；

其中，p（m）和v（m）分別代表存車進(jìn)程和取車進(jìn)程，m代表傳送車的狀態(tài)，假設(shè)0代表空閑，1代表忙，其中初值設(shè)為0；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)存車進(jìn)程調(diào)用p（m）時(shí)，m值變成1，占用了存車資源執(zhí)行p（m），第二個(gè)存車進(jìn)程調(diào)用p（m）時(shí)，m值為1忙狀態(tài)則將第二個(gè)存車進(jìn)程放入等待隊(duì)列，等待資源空閑在調(diào)用p（m）；當(dāng)有其他進(jìn)程要占用該資源，同樣必須等待，從而保證共享資源的互斥占用；第一個(gè)存車進(jìn)程存車操作結(jié)束后，釋放占用的共享資源，系統(tǒng)在將資源分配給其他進(jìn)程。p（m）執(zhí)行完調(diào)用v（m），如果m為0，無(wú)操作，p（m）中的m恢復(fù)成初值0；如果m為1，等待隊(duì)列中有進(jìn)程在等待占用資源，p（m）釋放其中的進(jìn)程，進(jìn)入就緒隊(duì)列中。

3.3 控制流程

系統(tǒng)存車控制流程如圖2所示，本控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，從爾確保系統(tǒng)的安全性，執(zhí)行每一個(gè)動(dòng)作前檢查傳送車的反饋信號(hào)，使系統(tǒng)能夠隨時(shí)了解傳送車的工作狀態(tài)。

4 結(jié)論（Conclusion）

本文結(jié)合一個(gè)機(jī)械化立體停車庫(kù)的實(shí)際情況，提出了一種適用于多層面、多通道、多傳送車的大型立體停車庫(kù)智能化存取車控制算法，解決了多臺(tái)車輛的同時(shí)存取時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益權(quán)衡和安全問(wèn)題，對(duì)于實(shí)現(xiàn)大型立體停車庫(kù)的自動(dòng)存取車、提高其經(jīng)濟(jì)效益和安全性具有重要意義。

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