多策略智能停車(chē)位推薦算法研究及實(shí)現(xiàn)

史庭蔚，吳逸釗，吳劍鐘，霍梅梅，蔡建平

（1.浙大城市學(xué)院計(jì)算機(jī)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院，杭州310015；2.浙江金洲管道科技股份有限公司，湖州313000）

近年來(lái)，停車(chē)位的供應(yīng)無(wú)法跟上汽車(chē)數(shù)量的增長(zhǎng)，同時(shí)居民小區(qū)、辦公大樓等場(chǎng)所對(duì)停車(chē)位的需求時(shí)間段不同。在結(jié)合實(shí)際停車(chē)過(guò)程中涉及的多種情況后，運(yùn)用AHP層次分析法和矩陣運(yùn)算量化多策略，研究尋找周?chē)詈线m車(chē)位的算法，引導(dǎo)用戶完成快捷停車(chē)，并通過(guò)小程序移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)，在為用戶提供多種個(gè)性化停車(chē)方案的同時(shí)，也解決車(chē)位需求在時(shí)空上的差異，同時(shí)系統(tǒng)具備人性化界面和完善的服務(wù)體系。實(shí)踐測(cè)試表明：多策略智能停車(chē)位推薦算法對(duì)于車(chē)位有著大量缺口的城市內(nèi)實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰錯(cuò)時(shí)停車(chē)，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

智能停車(chē)；多策略；AHP層次分析法；NoSQL；小程序開(kāi)發(fā)

0 引言

在城市化推進(jìn)的過(guò)程中，國(guó)內(nèi)汽車(chē)保有量迅速增加，尤其是近幾年，有車(chē)家庭換購(gòu)、增購(gòu)汽車(chē)的需求上升，大量的汽車(chē)消費(fèi)也給城市中停車(chē)位的供給帶來(lái)了極大壓力。同時(shí)，城市中車(chē)位難求以及停車(chē)位管理問(wèn)題也長(zhǎng)期存在。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，一線城市平均停車(chē)位缺口率達(dá)到了76.3%，同時(shí)停車(chē)場(chǎng)泊位空置率達(dá)到了44.6%，近半數(shù)停車(chē)位未得到合理利用[1]。實(shí)際場(chǎng)景中，城市停車(chē)存在明顯的潮汐效應(yīng)，白天大量小區(qū)存在車(chē)位空閑，辦公場(chǎng)所的車(chē)位“一位難求”，但到了晚上卻呈現(xiàn)出相反的局面。盡管部分車(chē)位存在空閑，但因位置偏僻，不易尋找，使車(chē)主在前往過(guò)程中造成交通擁堵問(wèn)題。要研究系統(tǒng)的初衷即考慮到小區(qū)停車(chē)位是一個(gè)待充分利用的市場(chǎng)，而錯(cuò)峰錯(cuò)時(shí)停車(chē)將有效緩解停車(chē)供需矛盾，將其在時(shí)間上的互補(bǔ)性發(fā)揮到最佳。為更好地滿足不同用戶的需求，本文將難以完全定量的多策略模型和AHP層次分析法相結(jié)合，同時(shí)利用矩陣運(yùn)算具體量化，幫助用戶更好地尋找車(chē)位，并基于與移動(dòng)端相結(jié)合的考慮，開(kāi)發(fā)了一款停車(chē)位小程序系統(tǒng)。

1 研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

從廣義的車(chē)位共享機(jī)制來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的理論體系和社會(huì)實(shí)際矛盾的解決正處在摸著石頭過(guò)河的階段，吉林大學(xué)的段滿珍等人探討了基于資源共享和有效利用的模型[2]，沈陽(yáng)航空航天大學(xué)的張譯戈等人以住宅區(qū)周邊為例對(duì)停車(chē)位共享模式可行性進(jìn)行了研究分析[3]，中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院上海分院的鄒歆等人提出差別停車(chē)分區(qū)基礎(chǔ)上的停車(chē)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整建議[4]。但在車(chē)位共享的管理模式上，國(guó)內(nèi)暫時(shí)缺乏符合我國(guó)國(guó)情和各城市綜合特點(diǎn)的通用模式。

國(guó)外在20世紀(jì)后期開(kāi)始研究車(chē)位共停策略，美國(guó)城市土地研究所在其編制的《共享式車(chē)位網(wǎng)點(diǎn)》中確定了一套共享停車(chē)分析的研究路線，并提出了基于非壟斷行為的停車(chē)共享分析方法，西雅圖市議會(huì)第119221號(hào)決議通過(guò)了一項(xiàng)停車(chē)政策改革法案，其中重要的一條內(nèi)容就是業(yè)主可以將自己的住宅停車(chē)位用于公共用途。Sarangi和Pati等人從誤差最小化的角度對(duì)自動(dòng)泊車(chē)算法進(jìn)行了優(yōu)化[5]，Ommeren等學(xué)者也對(duì)城市停車(chē)位供應(yīng)和停車(chē)許可展開(kāi)了研究[6]。

綜上，國(guó)內(nèi)外學(xué)界對(duì)于智能化共享停車(chē)的研究和探討從未停止，相應(yīng)的政策和法規(guī)也在逐步出臺(tái)，將AHP層次分析法和矩陣運(yùn)算量化多策略來(lái)幫助用戶完成停車(chē)的研究較少，智能停車(chē)位總體的實(shí)踐仍在起步階段。

2 多策略模型的建立

2.1 符號(hào)說(shuō)明

表1 變量表

2.2 模型建立

我們認(rèn)為車(chē)主對(duì)車(chē)位的選擇是一個(gè)相對(duì)主觀的概念，但同時(shí)在車(chē)主主觀選擇的情況下仍然受到附近車(chē)位的距離、價(jià)格、停放能力、車(chē)位評(píng)價(jià)等方面的影響。因此要對(duì)多種策略的影響因素做準(zhǔn)確評(píng)價(jià)時(shí)，我們不能僅僅從人的主觀感覺(jué)考慮，而要對(duì)每級(jí)指標(biāo)的重要性做出判斷，并建立數(shù)學(xué)模型求解。我們將這四個(gè)主要影響因素作為準(zhǔn)則層指標(biāo)，如圖1所示。

（1）建立重要程度標(biāo)度表

在兩個(gè)要素進(jìn)行比較時(shí)要對(duì)它們之間的重要性進(jìn)行量化，為此建立重要程度標(biāo)度表，以便比較出它們的優(yōu)劣及優(yōu)劣程度。見(jiàn)2表。

表2 重要程度標(biāo)度表

在每?jī)蓚€(gè)等級(jí)之間有一個(gè)中間狀態(tài)，Xi比Xj可分別取值2，4，6，8，為前后兩級(jí)的折中態(tài)。

（2）構(gòu)造判斷矩陣

從層次模型結(jié)構(gòu)的第2層開(kāi)始，對(duì)于從屬于上一層每個(gè)因素的同一層諸元素，用成對(duì)比較法和重要程度標(biāo)度表構(gòu)造判斷矩陣，只到最下層，格式如表3所示。

表3 判斷矩陣表

（3）對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

在對(duì)多個(gè)元素進(jìn)行比較時(shí)，人們的判斷難以保持完全一致性。為了使對(duì)影響因素重要性的比較具有邏輯的一致性，要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。對(duì)于每一個(gè)判斷矩陣計(jì)算一致性比例，若一致性比例小于0.1，則檢驗(yàn)通過(guò)；若不通過(guò)，需重新構(gòu)造判斷矩陣。

第一步：計(jì)算一致性指標(biāo)CI

將CI作為衡量判斷矩陣不一致程度的標(biāo)準(zhǔn)。第二步：查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

表4

第三步：計(jì)算一致性比例CR

當(dāng)CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣是可以接受的；當(dāng)CR>=0.1時(shí)應(yīng)修改判斷矩陣直至達(dá)到可接受為止。

（4）利用幾何平均法（方根法）計(jì)算特征向量W

計(jì)算步驟：

①A的元素按行相乘得一新向量；

②將新向量的每個(gè)分量開(kāi)n次方；

③將所得向量歸一化即為特征向量W。求解后的評(píng)價(jià)目標(biāo)判斷矩陣如表5。

表5

λmax=5.07205，CI=0.0180，RI=1.12，CR=0.0161＜0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

綜上，在經(jīng)過(guò)AHP層次分析和矩陣運(yùn)算后，我們可以對(duì)車(chē)位的價(jià)格、評(píng)論、距離、停放能力做出定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)，且準(zhǔn)則層的每項(xiàng)權(quán)重分別為0.429、0.230、0.194、0.147，并采用這些權(quán)重，幫助我們建立多策略的車(chē)位查詢。

3 系統(tǒng)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的架構(gòu)

考慮到我們的系統(tǒng)主要是基于提供停車(chē)服務(wù)展開(kāi)，后期在小功能上可能會(huì)有部分更新，例如錢(qián)包、客服、信譽(yù)功能等，同時(shí)為了模塊化功能更好的實(shí)現(xiàn)、達(dá)到“高內(nèi)聚，低耦合”等目的，我們選擇了分層體系結(jié)構(gòu)，不僅可以把龐大的系統(tǒng)分層，按各自的功能逐步遞進(jìn)、也有助于更好地支持重用和模塊化開(kāi)發(fā)等等。主要的層次分為三層，分別為視覺(jué)表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層。

視覺(jué)表現(xiàn)層：

在該層中，主要使用了WXML、WXSS和JavaScript等語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，由標(biāo)簽內(nèi)容結(jié)合組件、WXS和事件系統(tǒng)，構(gòu)建出頁(yè)面的主要結(jié)構(gòu)。同時(shí)，我們也運(yùn)用和改造了vant組件，搭建出風(fēng)格統(tǒng)一，視覺(jué)效果規(guī)范美觀的頁(yè)面，在帶給用戶更好地體驗(yàn)效果的同時(shí)也提升了開(kāi)發(fā)的效率。

業(yè)務(wù)邏輯層：

業(yè)務(wù)邏輯層的作用是在實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用的進(jìn)程時(shí)，為用戶處理和準(zhǔn)確完成一系列所需要的服務(wù)，作為視覺(jué)表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層之間的橋梁，并對(duì)邏輯處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果反饋到視覺(jué)表現(xiàn)層中，在多策略的智能停車(chē)位小程序系統(tǒng)中，主要提供完整的附近車(chē)位查詢、選擇車(chē)位、管理車(chē)位、管理車(chē)輛、錢(qián)包、問(wèn)題反饋等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層：

在數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層中，我們選擇了基于NoSQL方案的云開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，所有的數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)、服務(wù)端接口調(diào)用、HTTPAPI和部分函數(shù)均可以部署在云端，使用傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，需要額外引用SDK請(qǐng)求后端，同時(shí)還需要對(duì)很多后端問(wèn)題進(jìn)行處理，NoSQL方案的云開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)在使用上更為快速和便捷，同時(shí)也提高了開(kāi)發(fā)和運(yùn)維的效率。

3.2 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)的整體功能上來(lái)考慮，我們主要為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)了車(chē)位管理、車(chē)輛管理、附近車(chē)位查詢、個(gè)人功能等功能模塊，具體如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

（1）車(chē)位管理功能

此功能模塊的作用是上傳用戶的閑置車(chē)位，在詢問(wèn)用戶獲取地理位置的權(quán)限后，基于wx.getLocation在得到用戶所在位置的經(jīng)度和緯度，同時(shí)還提供填寫(xiě)車(chē)位名稱、車(chē)位的空閑時(shí)間段、車(chē)位的價(jià)格，以及上傳車(chē)位的照片方便用戶尋找。在經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)邏輯層的處理之后車(chē)位便可以實(shí)時(shí)顯示在地圖上。

（2）車(chē)輛管理功能

考慮到一個(gè)用戶可能有不止一輛車(chē)的情況存在，系統(tǒng)為用戶提供了添加車(chē)輛和車(chē)輛管理功能，用戶通過(guò)填寫(xiě)車(chē)牌號(hào)、車(chē)型號(hào)、以及上傳車(chē)輛照片和管理車(chē)輛等功能。

（4）附近車(chē)位查詢功能

在附近車(chē)位查詢功能的模塊中，首先我們會(huì)獲取用戶當(dāng)時(shí)所在的位置，調(diào)用基于騰訊地圖的地理位置服務(wù)和解決方案，使用qqmapsdk.reverseGeocoder來(lái)對(duì)經(jīng)緯度進(jìn)行解析，接入位置服務(wù)，顯示距離用戶最近范圍內(nèi)的車(chē)位信息，并在地圖上顯示。除此之外，我們結(jié)合了基于的AHP層次分析法和矩陣運(yùn)算提供多種策略的車(chē)位查找功能，輪播圖中提供特色車(chē)位的顯示，在心選車(chē)位中，用戶也可以按照價(jià)格偏好策略、距離偏好策略等功能來(lái)進(jìn)行車(chē)位選擇，方便用戶進(jìn)行停車(chē)位的搜尋。

（4）個(gè)人功能

用戶在系統(tǒng)中有明確的盈利和消費(fèi)模式，對(duì)閑置的車(chē)位進(jìn)行上架，當(dāng)每一筆訂單完成后便可以獲得收入，同時(shí)也可以完成停車(chē)進(jìn)行消費(fèi)。假如車(chē)位主發(fā)現(xiàn)車(chē)主的不文明停車(chē)行為，可以首先對(duì)車(chē)主進(jìn)行聯(lián)系，如果仍然無(wú)法處理的可以進(jìn)行問(wèn)題反饋，經(jīng)過(guò)后臺(tái)人員確認(rèn)后可以對(duì)車(chē)主進(jìn)行信用分的扣除。

4 程序運(yùn)行界面效果

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循了主流的沉浸式設(shè)計(jì)，并參考了material design的規(guī)范，在小程序的頂部導(dǎo)航欄和底部的Tabbar均采用了風(fēng)格統(tǒng)一色調(diào)，使用界面友好，以期帶給用戶更好的體驗(yàn)。

在車(chē)位顯示界面，主要的功能頁(yè)面有地圖搜尋車(chē)位、特色車(chē)位和新選車(chē)位列表、車(chē)位詳情頁(yè)面、預(yù)定車(chē)位等。主要顯示效果如圖3所示。

圖3 車(chē)位顯示界面

在車(chē)位及車(chē)輛管理界面，主要的功能頁(yè)面有車(chē)輛的添加和管理、車(chē)位的添加和管理等。主要顯示效果如圖4所示。

圖4 車(chē)位及車(chē)輛管理界面

在個(gè)人功能界面，主要的功能頁(yè)面有錢(qián)包查看、錢(qián)包充值、信用分查看、問(wèn)題反饋等。主要顯示效果如圖5所示。

圖5 個(gè)人功能界面

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)深入研究了目前車(chē)位停放和尋找車(chē)位中所存在的部分問(wèn)題，并采用應(yīng)用廣泛的小程序作為移動(dòng)端開(kāi)發(fā)平臺(tái)，方便用戶通過(guò)手機(jī)來(lái)發(fā)布自己的車(chē)位和顯示附近的空閑車(chē)位。通過(guò)使用AHP層次分析法和矩陣運(yùn)算量化制定多種策略的車(chē)位，在提高車(chē)位利用率的同時(shí)，也能更好地滿足用戶的不同需求。此外，系統(tǒng)還采用了激勵(lì)措施和信用分扣除的手段，來(lái)更好地規(guī)范用戶停車(chē)，減少不文明停車(chē)的行為。綜上所述，該系統(tǒng)的使用性和穩(wěn)定性良好，為人們的出行帶來(lái)了很大的方便，有較大的應(yīng)用價(jià)值。