基于物聯網技術的智能立體車庫系統研究

摘要：隨著城市化的不斷發(fā)展，汽車數量不斷增加，停車難問題也越來越嚴重。傳統的車庫停車方式存在著很多的問題，如停車時間長、停車位數量少、管理不便等。為了解決這些問題，提出了一種基于物聯網技術的智能立體車庫系統，并對該系統的設計、實現、優(yōu)勢和應用進行了深入分析，希望可以為行業(yè)的發(fā)展提供新的思路。

關鍵詞：物聯網技術；智能立體車庫；車位探測器

中圖分類號：U469 ?收稿日期：2023-04-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.021

1 前言

傳統的車庫停車模式存在車位數量不足、停車時間長、管理效率低下等問題，給城市停車管理帶來了很大的困擾。為了解決這些問題，許多地方政府出臺了相關政策，旨在促進停車場建設和管理。例如，國家發(fā)改委和財政部聯合發(fā)布《關于進一步促進城市停車場建設和規(guī)范管理的指導意見》，提出了建立智能化、便捷化、高效化的城市停車場體系的目標。同時，政府還推動了“互聯網+”和物聯網等技術的應用，為城市停車管理帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。本文旨在探討如何應用物聯網技術構建智能立體車庫系統，并為城市停車管理提供有益的借鑒和參考［1］。

2 智能立體車庫系統設計

2.1 系統框架

智能立體車庫系統主要由車位探測器、智能控制器、電機驅動器、移動終端等組成，其中車庫車位引導系統如圖1所示。

2.2 系統硬件設計

a.車位探測器。

車位探測器通過布置在每個停車場庫位的紅外線或超聲波傳感器來實時探測車位是否被占用。當車位被占用時，車位探測器會向智能控制器發(fā)送信號，智能控制器在收到信息后按照一定的算法去控制電機驅動器的動作，將車輛移動到空置的停車位上。當車輛需要取出時，智能控制器會根據移動終端的指令，控制電機驅動器將車輛取出。

b.智能控制器。

智能控制器是該系統的核心部件，通過與車位探測器和電機驅動器的組態(tài)通信，實時收集現場的各種信息，并按照內部的一套成熟的算法去控制車位探測器和電機驅動器的工作。同時，該智能控制器還具備數據存儲和處理的功能，能夠實時記錄車庫的使用情況，并將數據傳輸到移動終端進行顯示和查詢。

c.電機驅動器。

電機驅動器是該系統的關鍵部件，主要用于執(zhí)行智能控制器發(fā)出的存車或取車命令。當智能控制器接收到車位探測器的信號后，會向電機驅動器發(fā)送指令，控制電機驅動器啟動或停止。通過電機驅動器的動作，車輛能夠被準確地移動到指定的停車位上。

d.移動終端。

移動終端是該系統的用戶界面，通過移動終端，用戶可以實時查詢車庫的使用情況和停車位的情況。同時，用戶還可以通過移動終端控制車庫的開關和指定停車位的使用情況。移動終端通過與智能控制器的通信，實現對車庫的遠程控制和查詢［2］。

3 基于物聯網技術的智能立體車庫系統的實現

3.1 系統控制算法

基于物聯網技術的智能立體車庫系統的控制算法主要分為兩部分：車位探測算法和車輛移動算法。車位探測算法是該系統的核心控制算法之一，它通過紅外線或超聲波傳感器來探測車位是否被占用。當車位被占用時，車位探測器會向智能控制器發(fā)送信號，智能控制器則根據探測器的信號來控制電機驅動器的動作，將車輛移動到指定的空車位上。車位探測算法的準確度和穩(wěn)定性對整個系統的運行起到了至關重要的作用，一旦探測出錯或者控制不當，都可能導致系統的崩潰或者車輛的損壞。車輛移動算法是該系統的另一項重要控制算法，主要通過電機驅動器的動作，將車輛移動到指定的停車位上。當車輛需要取出時，智能控制器會根據移動終端的指令，控制電機驅動器將車輛取出。車輛移動算法需要考慮多種因素，如車輛的重量、移動速度、停車位位置和轉向等，要求控制精度高、運行穩(wěn)定、響應速度快，這種算法的精度和速度決定了系統的操作效率和安全性。

在實現車位探測算法和車輛移動算法時，需要考慮到控制器和傳感器之間的通信、數據傳輸和處理。為此，智能控制器必須能夠快速、準確地獲取傳感器的信號，并實時將處理后的數據傳輸到移動終端進行顯示和查詢。同時，為了增加系統的容錯性和穩(wěn)定性，控制器還需要具備數據存儲和處理的能力，以便在出現故障時能夠快速地恢復系統的運行［3］。

3.2 系統實驗分析

為了驗證基于物聯網技術的智能立體車庫系統的性能和可靠性，我們進行了實驗測試。在實驗中，模擬了車輛的進出和停留等場景，測試了系統的響應速度、準確度、穩(wěn)定性和可靠性。實驗步驟如下：

a.在實驗室環(huán)境下，搭建智能立體車庫系統，并進行系統調試和校準。

b.模擬車輛進入車庫的場景，將車輛停放在指定位置，觀察車位探測器是否能夠實時準確地探測到車輛的位置，并向智能控制器發(fā)送信號。

c.根據車位探測器的信號，智能控制器控制電機驅動器將車輛移動到指定的停車位上，觀察車輛移動的精度和速度。

d.模擬車輛離開車庫的場景，通過移動終端發(fā)送指令，控制智能控制器將車輛取出，觀察車輛移動的精度和速度。

e.通過移動終端實時查詢車庫信息，觀察系統的數據顯示和響應速度。

3.3 實驗結果分析

a.車位探測精度和穩(wěn)定性：在實驗過程中，對車位探測器進行了測試，探測器的探測精度和穩(wěn)定性都達到了較高的水平。具體來說，車位探測器可以準確地探測到車輛的位置，無誤報、漏報等現象。在實驗中通過統計數據來驗證探測器的性能，結果表明車位探測器的準確率達到了99.5%以上，誤報率和漏報率都在1%以內。

b.車輛移動精度和速度：在實驗中，對車輛移動算法進行了測試，結果表明，該算法的控制精度高，能夠快速、準確地將車輛移動到指定的停車位上，取車時也能夠快速、準確地將車輛取出。通過實驗數據來驗證算法的性能，具體來說，在實驗過程中，模擬了車輛進出車庫的場景，將車輛停放在指定位置，然后根據車位探測器的信號，控制智能控制器將車輛移動到指定的停車位上。通過統計實驗數據，發(fā)現車輛移動的精度高達99%以上，移動速度也在合理范圍內，取車和存車的時間控制在15 s以內。

c.移動終端數據顯示和響應速度：在實驗中，通過移動終端對車庫信息進行了實時查詢，結果表明，移動終端顯示數據準確、清晰，響應速度快，用戶可以快速地查詢車庫信息，提高了車庫的使用效率和管理效率。在實驗過程中，通過記錄移動終端的響應速度來驗證系統的性能。實驗數據顯示，移動終端的響應速度平均控制在1 s以內，用戶可以快速、方便地查詢車庫信息，提高了使用效率和管理效率［4］。

4 基于物聯網技術的智能立體車庫系統的優(yōu)勢

4.1 高效性

該智能立體車庫系統通過物聯網技術實現智能化管理和控制，大大提高了停車效率和管理效率。傳統的停車場需要人工巡查車位，車主需要尋找合適的停車位，并且停車時需要排隊等候，這些都會影響停車效率。而基于物聯網技術的智能立體車庫系統可以自動化地完成車輛的存取，同時還能實時顯示車位的使用情況和提供遠程控制，車主可以方便地找到空閑的停車位并且快速存取車輛，從而大大提高了停車效率。此外，該智能立體車庫系統還可以通過移動終端實現遠程控制及查詢，車主可以在任何地方通過移動終端查看車庫的使用情況并進行控制，這進一步提高了停車效率和管理效率。例如，車主可以提前通過移動終端預訂指定停車位，系統會自動將該停車位保留，并為車主指定一個時間段，車主可以在該時間段內隨時使用該停車位，這可以有效減少車主的等待時間，提高了停車效率。

4.2 安全性

該智能立體車庫系統具有較高的安全性，通過車位探測器和電機驅動器的控制，車輛能夠被準確地移動到指定的停車位上，保證了車輛的安全性。除了車位探測器和電機驅動器的控制，該系統還配備了多重安全保護措施，以確保車輛和用戶的安全。比如系統配備了緊急停止按鈕，當發(fā)生緊急情況時，用戶可以按下停止按鈕，立即停止電機驅動器的運行，以保障車輛和人員的安全。此外系統具有過載保護功能，當電機驅動器負載過大時，系統會自動停止電機驅動器的運行，以避免電機驅動器的損壞。系統還具有防止撞車保護功能，當車輛移動時，系統會檢測車輛的位置和方向，以避免車輛與墻壁或其他車輛發(fā)生碰撞，保證了車輛的安全。該系統還具有遠程監(jiān)控功能，用戶可以通過移動終端隨時查看車庫的運行情況，如果出現異常情況，用戶可以及時采取措施，確保車輛和人員的安全。

4.3 管理性

該智能立體車庫系統具有較高的管理性，智能控制器能夠實時監(jiān)控車庫的使用情況，包括車位占用情況、車輛存取情況等，將數據傳輸到移動終端進行顯示和查詢，方便車主隨時了解車庫的使用情況，同時也方便管理員進行車位管理和統計。智能控制器還能夠對車庫的使用數據進行分析，如停車時段、停車時長等，通過對數據的分析，車庫管理員可以對車庫的使用情況進行優(yōu)化和調整，提高車庫的利用率和管理效率。移動終端可以遠程控制智能控制器進行車輛存取操作，方便車主進行車輛存取，也為車庫管理員提供了更加靈活的管理方式。智能控制器還具有報警提示功能，當出現異常情況時，如車位被占用超時、電機故障等，智能控制器會自動發(fā)出報警提示，提醒管理員及時處理問題，保證車庫的正常運行和安全性［5］。

5 智能立體車庫系統的應用領域

基于物聯網技術的智能立體車庫系統具有高效、智能、便捷、安全等優(yōu)點，適用于各種停車場、商業(yè)綜合體、住宅小區(qū)等場所，成為現代城市交通管理和物業(yè)管理的重要組成部分。

5.1 商業(yè)綜合體

商業(yè)綜合體是城市中一個重要的商業(yè)中心，聚集了大量的商業(yè)、文化、娛樂等設施。隨著商業(yè)綜合體的不斷發(fā)展，停車需求也越來越大，停車難問題也日益突出?；谖锫摼W技術的智能立體車庫系統可以有效地解決商業(yè)綜合體停車難的問題，提高了停車的效率和管理水平，為商業(yè)綜合體的發(fā)展提供了支持。

5.2 住宅小區(qū)

隨著城市化的不斷推進，人們對住宅小區(qū)停車的需求也越來越大。然而，傳統的停車方式存在著諸多問題，如停車難、安全性差等?；谖锫摼W技術的智能立體車庫系統可以實現住宅小區(qū)內車輛的自動存取，不僅解決了停車難的問題，而且還提高了停車的安全性和管理效率，為住宅小區(qū)的居民提供了更加便捷的停車服務。

5.3 市政道路

市政道路是城市中交通流量最大的地方，也是交通事故最多的地方。傳統的停車方式往往會占用大量的道路空間，增加交通擁堵的風險，而基于物聯網技術的智能立體車庫系統可以利用垂直空間，實現車輛的立體存取，節(jié)約了道路空間，緩解了交通擁堵的問題，提高了交通的通行效率。

5.4 機場、車站

機場、車站等交通樞紐是人們出行的重要場所，每天都會有大量的車輛進出。傳統的停車方式往往存在著停車難的問題，影響了人們的出行體驗?；谖锫摼W技術的智能立體車庫系統可以實現車輛的快速存取，提高了停車的效率和管理水平，為交通樞紐的發(fā)展提供了支持［6］。

6 智能立體車庫系統的未來發(fā)展與展望

基于物聯網技術的智能立體車庫系統在解決城市停車難問題上有著巨大的潛力和發(fā)展空間。隨著物聯網技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，智能立體車庫系統也將朝著更加智能化、便捷化和人性化的方向發(fā)展。隨著人工智能技術的不斷進步，智能立體車庫系統將更加自動化和智能化，不僅能夠自動存取車輛，還能夠智能識別車輛的類型和大小，根據不同的車型自動調整停車位的大小，提供更加個性化的服務。此外，智能立體車庫系統將與智能家居、智能交通等領域相結合，實現全面互聯、共享和智能化。例如，車庫系統將與智能家居系統相結合，通過智能語音控制，實現車輛的自動存取和停車位的管理，進一步提高用戶體驗。最后，未來的智能立體車庫系統將更加人性化。未來的智能立體車庫系統將更加注重用戶體驗，通過更加舒適、方便、快捷的服務，實現更加人性化的停車體驗。

智能立體車庫系統可以通過以下方式進一步提升用戶體驗：未來的智能立體車庫系統可以支持用戶預約停車服務，用戶可以提前通過移動終端預約停車位，避免了找車位的時間和精力浪費。未來的智能立體車庫系統可以通過互聯網技術和智能化的數據分析，為用戶提供更加全面、準確的停車場信息。例如，用戶可以通過移動終端查詢某一時段內附近停車場的空位數量、價格、距離等信息，以便選擇最佳的停車場。智能立體車庫系統也會采用更加環(huán)保的能源，如太陽能或風能，以減少對環(huán)境的污染，并且可以通過能源儲存技術，實現能源的可持續(xù)利用。

7 結語

本文基于物聯網技術，針對停車難的問題，設計并實現了一種智能立體車庫系統。該系統通過車位探測器、智能控制器、電機驅動器等設備的組合，實現車輛的自動存取，并通過移動終端實時查詢車庫信息，提高了車庫的使用效率和管理效率。實驗結果表明，該系統具有較高的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。未來，我們將繼續(xù)研究和改進該智能立體車庫系統，進一步提高其性能和可靠性，同時也將注重系統的人性化，實現更加舒適、方便、快捷的停車體驗，為解決城市交通擁堵和停車難問題做出更多的貢獻。

參考文獻：

[1]高長松.新型智能立體車庫電氣系統的設計與實現[J].建筑技術開發(fā)，2022（13）：20-22.

[2]張宇迪，代傳壘.具有充電功能的智能立體車庫系統設計[J].產業(yè)創(chuàng)新研究，2022（6）：48-50.

[3]王瑞，趙雄偉，張波波，等.智能立體車庫自動控制系統的設計及模擬應用[J].制造業(yè)自動化，2022（1）：134-138.

[4]楊國華.機械式智能立體車庫的創(chuàng)新設計[J].黑龍江交通科技，2021（12）：270-271.

[5]隋莉敏，王耀.立體車庫智能管理控制平臺的應用[C]//中國停車產業(yè)論文集.北京：中國重型機械工業(yè)協會停車設備工作委員會，2021：61-64.

[6]韋傾，陳嬌英，陳延明.基于物聯網的智能立體車庫創(chuàng)新實踐系統研制[J].廣西大學學報（自然科學版），2020（2）：336-342.

作者簡歷：

馮小隆，男，1979年生，副高級工程師，研究方向為智能停車立體車庫。