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新的“智能停车”系统架构与实现

耿延风，克里斯托G.卡桑德拉

系统工程部和电子信息中心

波士顿大学，布鲁克林，马，02446，美国

摘要

我们针对城市环境提出了“智能停车”系统的概念。该系统是根据用户的要求，结合接近目的地和停车的成本为用户分配和保留一个最佳的停车位，同时也确保整体停车资源的有效利用。我们的方法解决了一个混合整数线性规划（MILP）在时间驱动的顺序和每个决策点的问题。每个优化解决方案是一种基于当前的状态信息和受随机事件的优化配置，比如新用户请求或车位可用性。在下一个决策点上更新的分配，确保有没有资源预留冲突，有史以来以高于目前的成本函数值分配的资源造成了用户的缺乏。实施问题包括报纸中提及的车位检测，预订保证和车辆到基础设施（V2I）或基础设施的车辆（I2V）通信解决。我们的系统可以节省驾驶时间，燃料和费用，同时减少交通拥堵和环境污染。我们还描述了一个在波士顿大学的车库部署和测试系统的测试研究。

在日常生活中，据估计在各大城市的市区中30％车辆的平均需要7.8分钟才能找到一个停车位[1]。这不仅造成了时间的浪费而且还浪费燃料去驱动汽车寻找车位，除此之外因为交通拥堵助长了的时间额外浪费和燃料浪费等。例如，据报道[2]一个小洛杉矶商业区一年汽车巡航停车是世界各地旅行的38%，相当于燃烧汽油47000加仑产生的730吨二氧化碳。

在过去的二十年中，许多城市交通管理当局正在建立所谓的停车诱导信息（PGI）系统为了更方便的停车。 PGI系统中存有的驱动程序与动态中控区的停车信息，能够引导司机们到空置的停车位。在主要道路，街道和交叉点，停车信息可显示在可变信息标志（VMS），也可以通过互联网传播[3]，[4]。 PGI系统基于自主车辆的开发检测和停车位监控，典型地是通过将传感器放置在停车位置对附近车辆进行检测和监视空间[5]，[6]。然而，PGI全系统被发现在旅行时间和车辆收益方面可能相对较小[7]，[8]。PGI系统设立的电子停车是一个创新的平台，这使得车主能够获得之前或某段时间内的停车信息从而预定停车位[9]。司机通过移动电话或互联网访问中央系统。蓝牙技术可以识别每一辆汽车在入境点，并触发自动预约检查和停放付费[10]。研究人员还发现，可通过控制停车价格缓解交通堵塞现状[4]。例如，在旧金山已经有随时间变化或需求的停车费从而在不同的领域实现了[11]停车位供应情况合适的水平。

尽管当前的停车引导系统增加发现空缺的停车点的概率，但它们具有几个缺点[13]。首先，驱动系统在引导下可能没有找到空置停车位。从本质上说，这种系统改变了司机的行为，从搜索到争夺停车位。更多的司机去向同一个可用停车位，可能有些司机到达时已经没有可用的停车位了，从而迫使司机重新规划和争夺其他停车位。尽管有些司机使用自己手机自带的应用程序[12]检查实时停车信息和观看更新的停车位信息，但在驾驶时也存在安全问题。第二，即使驾驶员成功被引导到一个停车位，这样的制度鼓励以牺牲增加找到任何停车点的概率但使四级失去一个找到更好的位置的机会。例如，驾驶员可以获得在一个需要付费的街边停车位，但错过可以获得附近设有免费的路边停车位的机会。第三，从交通管理的角度来看，停车空间利用变得不平衡：提供的停车位被高度利用，从而导致其附近的交通高度拥堵，而其他车位可能经常是空置的。在一般情况下，引导系统不能解决基本停车问题。更糟的是，他们可能导致在停车位进行监控的领域产生新的交通拥堵。

在[13]，[14]，我们提出了“智能停车”系统的新概念。我们不提供停车位信息给司机，让他做出决定停车，“智能停车”系统分配和储备停车位是根据四级离目的地的距离和停车驾驶者的要求的最佳的停车空间成本，同时确保整体停车容量有效地利用来确定的。我们专注于解决动态[13]资源（车位）的分配问题，并提出模拟案例[14]来说明该系统的性能。仿真结果表明，PGI系统在显著的改善。在本文中，构建“智能停车”系统，我们需要详细的看到的四个基本要求，并说明我们在波士顿大学的一个车库试点实施的解决方案。

本文的其余部分安排如下。在第二节中，我们回顾了“智能停车”系统中框架和分配过程。在第3节中，我们描述了为了建立这样一个的四个基本要求系统。波士顿大学的车库试点实施在第4节最后描述，我们将在第5节得出结论和讨论未来的工作

2.“智能停车”系统基础设施

我们提出的“智能停车”系统采用PGI系统的基本结构。此外，这样的系统包括驱动程序请求处理中心（DRPC）和智能停车分配中心（SPAC）。 图.1描绘了这个框架。停车资源管理中心（PRMC）收集并更新所有实时停车场信息，并通过VMS或因特网传播它。该DRPC收集司机停车请求和实时信息（即，车位置），将跟踪驱动分配状态，并将分配结果回馈给司机。根据司机的要求和停车资源状态，智能停车配送中心拟定分配决策和分配并为司机准备停车位。

图1“智能停车”基础设施

基本分配过程（也[13看到的，[14]）描述如下。司机寻找停车位的驱动程序点发送请求到DRPC。请求是伴随着两个要求：一个约束（上限）上停车成本并在停车位和驾驶员的之间的步行距离约束（上限）和司机实际的目的地。它还包含了驾驶员的基本信息，如车牌号码，当前位置，车的大小，SPAC收集在一定时间窗口中DPRC所有驱动程序请求并使得整体在时间分配的决策点下寻求特定的优化驱动程序和全系统的组合目标。分配的停车位是通过DRPC送回每个驱动程序。如果分配的停车位使其满意，他可以选择保留此停车位。一旦预订完成，驾驶者仍然有机会取得了较好的停车位（以保证它永远不会比当前的要差一些），直到他到达现场。该PRMC然更新相应的空置停车位，并提供担保，别的司机无法获取次停车位。如果司机不满意分配（因为资源有限或者自己过于严格的停车需求的任），或者如果他失败接受它，任何其他原因，他要等到下一个决策点。在中心做出分配决定的时间间隔内，没有停车的司机有机会改变自己的成本或步行距离的要求，如果停车系统被高度利用可能增加分配的机会，整个过程如图2所描述。

这种“智能停车”系统的实现依赖于四个主要要求。首先，分配中心已经知道所有停车点的状态，并知道所有发出请求车辆的地点。第二要求涉及的车辆和配送中心之间的有有效的无线通信。第三，该中心必须能够保证每个驾驶员有一个保留的停车位。最后，有效停车资源分配方法需要被执行，以确保最佳的分配和保留。在下文中，我们将集中于这四个要求的实施细节上

图2基本的“智能停车系统”程序

1. “智能停车”系统的实现要求

3.1.停车检测和驱动程序本地化

首先，基于它为司机们分配升级是建立在实时停车信息知识的基础上，升级拨款。 正如前面已经提到的，当前的传感技术提供几个选项监控停车位。在我们的试点项目中，我们使用超声波传感器，安装在MEMSICIRIS无线传感器微尘。在车库的一个级别或一条街上所有传感器构建XMesh无线网络，它连接的所有传感器在一起并经由网关发送感测数据发送到上层。该网状网络支持多跳路由，通过该数据包可以从一个微尘被中继到另一个。由此，传感器远仍然可以将数据传输到。在快速重新配置时，它也有能力从系统中添加或删除传感器。这些特性使它非常方便在任何街边或路边车位以及停车场部署监控系统。

此外，每当系统开始进行分配时，它就要求所有车的位置信息从而等待分配。基于此信息它估计要被分配的行驶时间，和提供了分配后的行车路线。当前车辆跟踪设备/系统提供了这个问题的解决方案。车辆跟踪系统带有GPS跟踪技术，具有灵活，先进的测绘和报告软件等特点。车辆安装的跟踪装置收集并通过蜂窝式或卫星网络和传输到跟踪车辆。该系统接收车辆跟踪实时更新的信息，包括位置，方向，速度，空闲时间，启动/停止等。这种技术已被广泛用于在总线系统。然而，它要求每个司机来安装一个跟踪装置，其成为司机使用该系统的额外费用。在我们的项目中，我们已经建立了一个智能手机应用，其中包含一个函数不断读取GPS在手机的数据和自动报告给系统。智能手机应用程序还具有其它功能，这将在后面描述。

3.2.V2I和I2V通信

第二个要求涉及车辆和配送中心之间的有效沟通（基础设施）。这是一个双向的沟通包括车辆到基础设施（V2I）和基础设施的车辆（I2V）通信。在我们的“智能停车场系统”中，车路通信包括司机发送他们停车的要求，提供司机信息，并确认预订系统。I2V沟通包括DRPC将分配结果，行驶方向，付款细节，发送到车。蜂窝网络（CN）通常应用在V2I和I2V中，即通过他们的移动电话系统，司机与驱动系统联系。

在我们的项目中，我们已经开发了一个智能手机应用程序，通过该驱动程序与“Smart Parking”系统。使用该应用程序，驱动程序可以登录系统中唯一的ID，如所驾驶的一般信息，如车牌号码，信用卡号码，车的大小，等，而该维护一个数据库来存储驱动程序的基本信息。没有登记身份证的司机也可以使用该系统，但他们每次发送一个请求提供一般信息，。在应用中，司机也有权选择他们的目的地，步行优先停车成本公差。

司机完成所有设置和发出请求后，系统会有三种分配结果。（1）如该系统未能为司机找到泊车位，则通知会弹出通知该名潜水员等待下一次分配时间。一个详细的解释是提供了关于失败的分配。例如，没有空置的停车位，或司机的要求太严格，或司机是太远离他的目的地。该驱动程序，然后可以放宽他的停车要求增加被分配的机会，或干脆不做，继续等待。（2）如果一个停车点被分配给司机，但他不满意，他可以拒绝该分配并调整其要求。然而，通过这样做，他需要承担的风险是他可能不会被分配下一次。防止司机为了更好的停车点不断调整要求，拒绝已经成功的分配，，或以防止司机总是提供非常严格的条件，在开始，并逐步放松他们以后，如果要求超过一定数量的。系统可能开始增加收取的费用。（3）如该司机对其结果满意，则该系统保留该地点的停车位，并向该司机显示该泊车位的驾驶方向，他将保留。当他正开车时，系统会根据他的实时位置会通知他一个升级的最好的停车场。司机需要回应，并告诉系统是否接受它与否。当司机到达停车地点时，他需要确认停车场。所有这些驱动程序的响应都是通过在应用程序中按按钮完成的。当汽车离开停车点，一个停车费汇总将发送给他，他可以检查它的应用程序。

注意：这里V2I和I2V通信是通过智能手机的应用程序来实现的，而数据通过蜂窝网络传输。在旅行之前，司机可以在一个停车点预定一个停车点，并通过智能手机上简单的按钮来与系统进行交互，不会使他们分心。

3.3.预订保证

停车保留是“智能停车场”制度的一个重要特征。为了实现这个功能，当停车位已经为驾驶员保留，系统必须保证这停车空间不会获取被其他车。对于那些景点街边已经为其他人保留的停车位资源，是比较容易防止其他司机获取的。该系统可以在车库或停车场的门口进行身份验证（电子识别技术）。如果司机有预约，门开了，一个点号会给他提供。否则，他可能被拒绝或公园如果有空闲且毫无保留的停车位允许他停。

对于街道停车资源，该方案更为复杂，因为在路边停车位上没有身份证检查功能。如果它是空的，司机可以在任何地点停车。一种方法是通过无线技术与硬件接口，只能允许保留的车辆进入。例子包括门”和障碍，从收缩到地面停车位在折叠的障碍；这是由设备的车载无线激活，类似机制的电子收费系统。然而，这种方法是比较昂贵的，另外硬件不容易安装和维护。一个“软”的计划是使用一个光系统放置在每个停车点，不同的颜色表示不同的停车点“状态”。

图3 指示灯状态机

在我们的项目中，我们使用这样的光系统来实现预订的保证。我们设置了一个绿灯，表明一个空置的停车点可供任何司机，一个红色的指示灯表明该点是保留给司机的，黄灯通知司机谁已预留这个空间，一旦他在附近，和一个闪烁的红灯以信号的司机，表明他是停车位保留的人。三个发光灯连接和控制的IRIS节点。有一个灯的状态机在传感器节点如图3中所示的。如果它是由一个驱动程序保留的话，该灯是绿色的。当司机到达停车场现场时，他应使用智能手机应用程序通知系统。系统发送命令到虹膜传感器遥控，开关灯在他的保留现场由黄色变为红色。司机应该能够要认识到他保留的车位从而停车。在他停车后，灯光被关闭，直到汽车离开。如果一个司机在一个由他人保留的空间里违反了规则和停车，红灯在那个地方就开始闪烁，司机应离开。如果他不在2分钟内离开，系统知道哪个地方被占领了，将会给此司机开罚单，另一方面，该系统将开始为司机分配另一个停车位。如果驱动程序无法重新分配但因为拖曳或离开之前，他的到来违法车是他的保留现场缺位，现场还为他保留；否则他将得到退款。

4.街边“智能停车”实施

我们已经在波士顿大学的一个车库里部署了一个系统，里面包含了27个停车点。我们已经安装了一个超声波传感器，用于现场检测每个停车位其停车状态。在每一个停车位上方的天花板上加上超声波传感器微尘灯光指示器。如果它在那里的停放 超声波束的面向中心的位置，以便能够检测到一辆车，。

27个传感器形成一个XMesh无线网络。在网络中的每个传感器接收数据并将它转发到上一级数据库。实时停车信息可以通过用户获得从而在网络上发布和更新，。因此，我们的系统仍然可以作为一个正常的PGI系统提供服务。我们已经建立了一个智能手机应用程序，它可以用来发送停车场请求并作出保留。应用程序发送所有用户请求到服务器，它既可以作为性能和空间。服务器维护驱动程序请求，解决了最佳的分配问题，更新停车状态数据库，并发送命令来控制停车指示灯。图5显示了智能手机在网站上的应用和实时停车信息。<!--

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