智能車庫設計及調(diào)度策略研究

薄曉鳴

（中北大學電氣與控制工程學院，山西 太原 030006）

近年來，我國人均擁有的汽車數(shù)量逐年上升，加之城市的停車位資源修建速度較慢，導致城市的停車問題異常突出，停車難問題已不僅局限于城市老舊小區(qū)，市中心的寫字樓、商場等地同樣也面臨著此問題。傳統(tǒng)的地面式停車位占用的面積較大，而普通的機械式車位由于設計等問題對于司機停車的技術水平要求較高，導致部分車技水平不佳的司機逐漸放棄，致使機械式車位利用率較低。機械式車位屬于半自動式車庫，經(jīng)過對機械式車位的改造，通過加入以車庫智能管理核心的管理系統(tǒng)，配合手機APP 和微信小程序等，真正做到車庫的智能化，方便用戶及時查看空置車位的情況，并弱化司機的停車技術的要求，真正做到智能化非自走車庫，讓駕駛員從車位尋找中解放出來。

1 智能車庫的設計核心

智能車庫為保障城市的停車安全和解決機械車位帶來的存取車困擾帶來了一體化的方案。智能車庫的設計的核心是管理控制軟件的設計，讓人與車庫輕松的實現(xiàn)人庫互動，確保車庫各個組件的狀態(tài)正常運行并存儲車庫的運行數(shù)據(jù)。管理人員通過智能車庫軟件實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)、車位空置比數(shù)據(jù)、車輛信息數(shù)據(jù)的管理，還能運用傳感器、攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)組件對整個智能車庫的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)車庫的故障。在故障發(fā)生后，通過聲音、顯示屏和手機短信等方式提供報警信息，讓管理人員和使用者及時發(fā)現(xiàn)問題。

智能車庫的設計必須以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和車庫功能全面性為設計基礎，同時系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構應該盡量簡潔，讓智能車庫安裝方便，對車輛外觀數(shù)據(jù)精確錄入并對車輛的停放位置精準定位。智能車庫多以車牌識別作為車輛進出車庫的身份認證，通過智能車庫控制系統(tǒng)對傳感器數(shù)據(jù)的計算，查找到移動距離最短的車位，車主僅需要將車停在識別區(qū)域，方可離開車輛。這一套控制算法和其所用到的硬件資源是整個智能車庫的設計核心。

2 智能車庫的設計原理

根據(jù)智能車庫的結(jié)構和性能要求設計控制系統(tǒng)。在功能上可劃分為3 級：第一層為信息管理級，主要為車庫運行管理軟件，它是整個車庫的控制大腦，完成用戶的身份識別管理、停車位置的規(guī)劃、入庫出庫和車位的分配、客戶及車輛信息管理、運行狀態(tài)監(jiān)視等；第二層是工業(yè)計算機以及數(shù)據(jù)采集檢測器、顯示設備組成的監(jiān)控機系統(tǒng)；第三層是以PLC 系統(tǒng)為核心，完成各主要功能環(huán)節(jié)的底層控制系統(tǒng)，形成現(xiàn)場控制層級。該系統(tǒng)在各功能上相互獨立，但又相互協(xié)同運行，從而實現(xiàn)了信息管理和實時控制，同時也保證了系統(tǒng)的可擴充型和開放性，也能在智能控制系統(tǒng)失效的情況下對系統(tǒng)進行手動控制。用戶進入車庫前通過掃描二維碼或者關注微信公眾號進入智能車庫管理小程序，綁定用戶的身份信息和車輛信息，也可以直接綁定免密支付，這樣就能在智能車庫系統(tǒng)中進行無感停車并支付。當車輛進入車庫后，會對車輛的外觀尺寸進行掃描測量，特別注意對于車輛凸出部分如天線，尾翼的測量。然后根據(jù)車輛的長寬高選擇合適的空余車位，重點區(qū)分臨時停車和長期停放車輛，對于計劃停放時間較長的車輛，可選擇放入較為偏僻的位置。用戶為了避免取車的排隊，可登陸APP 預約取車時間。智能車庫軟件會將汽車的存取最優(yōu)路徑羅列至數(shù)據(jù)庫中，方便及時調(diào)用。

3 智能車庫的調(diào)度策略設計

為了考慮智能車庫的成本和功耗，車庫的設計采用低速短距離的無線網(wǎng)絡傳輸方案。通過管理控制系統(tǒng)的服務器和手機移動端對智能車庫進行調(diào)度，當用戶通過手機移動端向控制系統(tǒng)服務器發(fā)出請求后，由服務器上的管理系統(tǒng)對車庫的運行狀態(tài)進行調(diào)度。智能車庫的控制系統(tǒng)服務器就是智能車庫的神經(jīng)中樞，對車庫的停車、對位、升降、消防、監(jiān)控起到管理控制作用。多種傳感器的應用，使智能車庫完成物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)，最終實現(xiàn)智能化。

圖1 智能車庫的系統(tǒng)架構設計圖

圖2 智能車庫管理員中控臺

圖3 智能車庫入庫口設計圖

3.1 車輛快速分配與停車對位系統(tǒng)的調(diào)度策略

車輛到達車庫入口后，用戶可通過手機或者聯(lián)網(wǎng)的車載電腦打開車庫的小程序進行車輛信息的錄入。管理系統(tǒng)會根據(jù)用戶的預約停車時長計算出空余車位的最佳停車路徑。管理控制系統(tǒng)服務器負責轉(zhuǎn)發(fā)智能車庫信息管理系統(tǒng)的命令。接受命令后，啟動SICK 檢測系統(tǒng)進行汽車外觀輪廓參數(shù)的獲取和微調(diào)汽車的停車位置，調(diào)度相關設備按規(guī)定的流程完成存取車的后續(xù)動作。在服務器上連接顯示屏和身份識別設備兩種智能終端，輔助管理控制系統(tǒng)完成身份識別、顯示和調(diào)度的任務。移動終端與服務器通訊方式的選擇是系統(tǒng)中比較重要的問題?；诙嗑€程技術對各通訊資源進行訪問，并采用互斥理論進行不同線程對同一資源訪問的調(diào)度，有效地防止了系統(tǒng)調(diào)度的沖突。

3.2 智能升降與搬運系統(tǒng)的調(diào)度策略

智能升降系統(tǒng)需鋪設專用的固定軌道，車輛駛?cè)胫悄苘噹旌?，管理控制系統(tǒng)依據(jù)汽車的參數(shù)及車主填寫的預約信息和車庫內(nèi)的剩余車位進行配對選擇并計算出最優(yōu)的存放路徑，路徑總共有 x*y 條路線，x 代表有多少個升降設備，y 代表庫內(nèi)的每一條線路。每層車庫的平板上會放置磁感應裝置和激光裝置用來定位，根據(jù)計算來設定每個車位的路線，提高智能車庫的車輛運送效率。利用x 設備進行升降活動時間，進行y 路線設計，加快存取車的速度。

3.3 調(diào)度安全策略的設計

針對于智能車庫的安全問題，進行了調(diào)度安全策略的設計。首先，當車位的超長超高傳感器被觸發(fā)時，整個車庫的車托板及整個物理系統(tǒng)都必須立即停止工作，并發(fā)出顯示和聲音的警報。其次，車庫入口處的攝像頭檢測到車內(nèi)車外有人員或者物品移動時，亦或車庫內(nèi)部各攝像頭捕捉到異常動物入侵時，所有調(diào)度策略立即停止，直至車庫的管理員排除隱患，通過系統(tǒng)復位后方可正常使用。再次，在每個車托板的安全掛鉤處于開啟狀態(tài)時，智能車庫的上升下降功能才能使用。最后，在系統(tǒng)管理員或者其它現(xiàn)場管理人員觸發(fā)緊急開關后，智能車庫的所有電源務必在第一時間切斷，保證緊急情況下的人員安全。

4 結(jié)論

智能車庫的設計皆為節(jié)約建設停車場的土地資源，提高傳統(tǒng)手動機械式車位的運行效率，更大程度上保障使用者和車輛的安全。通過對車庫調(diào)度算法，調(diào)度安全策略的優(yōu)化，真正實現(xiàn)了車庫運行的智能化。今后，將繼續(xù)完成對車輛調(diào)度算法的優(yōu)化，力爭在減少硬件投入的基礎上，將更多的普通機械式車位進行智能化的改造，提高車庫的運行效率和實現(xiàn)最優(yōu)的車位利用率。