停车场车辆的调度管理方法及系统分析

孙静林

北京市第五建筑工程集团有限公司 北京 100020

1 研究背景

随着中国经济持续高速发展和人们生活水平的提高，小汽车进入家庭有梦想变为现实，机动车保有量不断增加。截至2020年6月，全国机动车保有量达3.6亿辆，其中汽车2.7亿辆；机动车驾驶人4.4亿人，其中汽车驾驶人4亿人。“行车难、停车难”的交通问题已不再只是北上广深等大城市的顽疾，并已逐步蔓延至二、三线城市。全国汽车保有量超100万辆的城市69个，保有量超200万辆城市31个，保有量超300万辆城市12个。尽管多个城市出台严格的限制车辆购买和使用的政策，仍难以有效遏制汽车保有量的迅猛增长。以北京为例，2020年汽车保有量已超过600万辆，且在限购限行政策下，每年增长30万辆左右。交通拥堵已经成为制约北京市社会经济发展的瓶颈之一。北京交通发展研究院2019年发布的《北京市居民公共交通出行特征分析》报告显示，六环内平均通勤时间56分钟居全国之首。拥堵造成北京市年损失超过1000亿。可以预见城市交通问题将更加严峻，特别是停车问题可能成为交通发展的“瓶颈”。车辆总是处在“动”与“静”两种状态中，“动态交通”需要道路基础设施来支撑，“静态交通”则需要停车场设施来保障。“停车难”在我国各大城市也随之出现，给人民带来了诸多不便。无论是城市新区开发还是老区改造，都面临着城市空间的合理利用问题，用更少的空间满足更多的停车需求是城市发展的迫切需要。各种智能化管理系统的普及和推广，在交通运输行业中管理系统也在朝着智能化的方向应用和发展。停车场的高效化、智能化建设是解决“静态交通”问题的主要措施。

停车场作为交通管理系统的一个组成部分，其原有的人工管理方法已经远远不能满足现在社会车辆停泊的需要，智能化调度停车场的建立无疑给原本落后的人工管理停车场指出了一条光明大道。然后，从现今社会智能化停车场管理系统的应用情况来看，其在全国范围内的普及还需要很长的一段时间。另外即使某些停车场已经实现了智能化的应用和管理，但是因为技术以及客观情况的限制，也存在的很多的问题和缺陷。为满足人们生活和工作环境更科学、更规范的要求，管理高效、安全合理、快捷方便的智能调度停车场管理系统已经成为许多大型综合性型建筑物和居民小区必备的配套设施。地处繁华地带的许多高级公寓、大型宾馆、娱乐场所、球场、办公楼等停放汽车较多、车流量大，为保证停车场的安全、高效运转和停车服务水平，迫切需要采用自动化程度高、方便快捷的智能停车场调度管理系统，提高停车场的管理服务水平。本研究提出的停车场优化调度算法，配合运用移动互联等先进技术，建立一个崭新的智能化停车结构体系，以满足现代交通管理中的停车需要，实现车辆自动识别和信息化管理调度，提高车辆的通行效率和安全性，方便管理人员的调度管理，减轻管理人员的劳动强度，提高工作效率和服务水平。

Dantzig和Ramser[1]在1959年最早提出的车辆调度问题研究，是交通运输管理、智能救灾调度指挥系统、网络作业调度管理系统、现代物流系统、物流网等应用、研究领域中的基本问题之一，也是最重要的调度问题之一。目前，传统平面停车场调度领域研究较少。如：林小围[2]等分析探讨了在共享经济模式下停车场预约调度问题，并建立起0-1整数规划模型，为预约的停车需求分配停车位，提高了停车场使用效率。刘森[3]等提出平面停车场密集停车方案，并利用动态规划方法建立数学模型，求得平面停车场内的任一车位上的车出库调度的综合最短路径，提高密集停车场的使用效率和服务水平。随着新能源车辆应用的推广和普及，部分研究聚焦在充电桩使用调度问题。如：Ahmed Yousuf Saber和Ganesh Kumar Venayagamoorthy[4]则通过改进粒子群算法研究在自动车到网格（V2G）技术下电动汽车停车场充电桩调度优化问题。Masoud Honarmand[5]等则研究了在电动汽车停车 场微电网的充电背景下的调度方法问题。

当停车场供需矛盾高度突出时，急需通过车辆的智能调度算法提高车位使用效率和停车、取车和移车速度。本研究针对障碍车存在的停放场景，研究了实时获取停车场的车位信息和停车信息的方法；根据车位信息和停车信息对车位进行标定拓扑得到标定信息和拓扑信息，其中，标定信息包括车位位置信息以及车位停车信息；根据标定信息和拓扑信息计算空余车位的障碍强度；并根据空余车位的障碍强度进行调度。本系统通过数据的融合分析和调度系统对车库车流量自适应的目的，使现有的停车资源得到最大效率的使用，降低了停车基础设施建设预算；停车过程更智能便捷，提高出行的效率，提高城市的运行效率；易用性强，可大范围推广应用，缓解人口建筑密集区域的停车难问题。

2 停车场车辆调度管理模型的基本分析

本研究中的停车场障碍车的调度管理方法，包括实时获取停车场的车位信息和停车信息；根据车位信息将车位分为正常车位、障碍车位和待移动车位，其中，障碍车位和待移动车位相关联；根据停车信息将停车的车辆分为正常车、障碍车和阻挡车，其中，停在正常车位的为正常车，停在障碍车位的为障碍车，停在待移动车位的为待移动车；根据车位信息和停车信息对车位进行标定拓扑得到标定信息和拓扑信息，其中，标定信息包括车位位置信息以及车位停车信息，拓扑信息包括障碍车位和待移动车位的拓扑关系；根据标定信息和拓扑信息计算空余车位的障碍强度；当需要移动障碍车时，根据空余车位的障碍强度对障碍车进行调度，具体步骤如图1所示。

图1 车辆调度流程图

2.1 获取停车场信息

实时获取停车场的车位信息和停车信息，值得说明的是，本研究的停车场包括封闭式停车场，开放式停车场，平面停车场，立体停车场等所有存在障碍车位的停车环境。进一步地，根据车位信息将车位分为正常车位、障碍车位和待移动车位，其中，障碍车位和待移动车位相关联；需要说明的是，正常车位可以随意的停放和开走，不受其他车辆影响，也不影响其他车辆。障碍车位可以随意的停放和开走，但是会影响其他车辆，有时需要临时移车以给其他车辆让出存取通道。待移动车位为不可以随意的停放和开走，被与其关联的障碍车位阻挡，如果关联的障碍车位畅通，则可以停放或开走，否则需等待障碍车位上的车开走后，才能进行相关的停放操作。此外，根据停车信息将停车的车辆分为正常车、障碍车和阻挡车，停在正常车位的为正常车，停在障碍车位的为障碍车，停在待移动车位的为待移动车。

2.2 车位标定拓扑

对停车场车位拓扑关系进行标定，得到拓扑信息包括障碍车位和待移动车位的拓扑关系如图2所示。

图2 拓扑关系图

根据停车场平面图进行车辆流线组织分析，根据车辆流线组织及交通流量分析，划分主通道及副通道，交通流量越高的通道障碍系数越低。标记出所有可能的停车位，包括正常车位（施画停车线内的停车位）和障碍车位（通道或阻挡其他车辆的车位），并确定车位阻挡拓扑关系：阻挡的车位集合为。

3 停车场车辆调度管理模型的构建

当车辆需要取车时，服务器接收移动端发送的取车请求，服务器根据取车请求获取将待取车辆的位置信息。若待取车辆未被任何车辆阻挡，则引导车辆由最短路径驶离停车场。若待取车辆被障碍车辆阻挡，即关联的障碍车位上停留有障碍车时，则通过遥控自动移车工具或人工等方式将障碍车辆移至障碍强度最小车位，并引导待取车辆由最短路径驶离停车场，待移动车离开后，根据障碍强度将障碍车移至障碍强度最小的空余车位。

4 实例分析

本研究的停车场障碍车的调度管理系统，实现停车场障碍车的调度管理方法。具体地，本研究的系统包括采集模块、移车模块和调度模块，采集模块和移动模块分别与调度模块连接。本研究的采集模块用于实时获取停车场的车位信息和停车信息，本实施例中采集模块通过摄像头实时采集停车场的车位信息和停车信息，调度模块接收采集模块传输的车位信息和停车信息，且对接收的信息进行标定拓扑并实时计算空余车位的障碍强度，移车模块根据调度模块传输的信息对障碍车进行移动。

当需要移动障碍车时，根据空余车位的障碍强度对障碍车进行调度，具体地，将障碍车移至障碍强度最小的空余车位。当车辆需要停车时，根据实时的车位信息和停车信息引导车辆停车，具体地，若车辆不选择停至障碍车位，则引导车辆停至待移动车位或者正常车位。若车辆选择停至障碍车位，引导车辆停至障碍车位。虽然暂时阻挡其他车辆的进出，但驾驶员也不用担心后续挪车的困扰，因为系统算法给出的障碍车位是根据历史数据计算得出的停留t时间内需要二次移车概率最小的车位。即使最不理想的可能性发生，停留t时间内产生二次移车需求，系统在接到挪车需求后也会引导障碍车辆移至实时情况下障碍度最小车位。在此场景下，扩大了停车的停车容量，也提高了停车和取车效率，避免在停车场入口大排长龙，一位难求的尴尬。

如图3所示，当车辆需要取车时，服务器接收移动端发送的取车请求，服务器根据取车请求获取将待取车辆的位置信息，并将待取车辆的位置信息发至移动端，之后根据待取车辆的位置信息进行取车。需要说明的是，若待取车辆为待移动车，且待移动车所在的待移动车位关联的障碍车位上停留有障碍车时，则先移开障碍车，待移动车离开后，根据障碍强度将障碍车移至空余车位，从而大大减少了取车时间，大大提高了取车的效率。

图3 取车信息处理流程

本研究通过实时计算停车场空余车位的障碍强度，可以将障碍车移动至最小障碍强度的车位，从而实现了对障碍车的合理调度，提高了对停车场车位的利用效率，并且提高了车辆的取车效率。驾驶人员通过移动端进行预约取车，可以减少取车等待时间，进一步提高了车辆的取车效率。

5 结束语

相比于现有研究，本研究的意义在于：通过实时计算停车场的空间特点，分析空间的停车可能性和相互的障碍关系，分析每一个空间的障碍强度，实现对停车空间在时空上的错位利用。通过本研究，以最小的代价换来对更多空间的利用，将障碍车移动至最小障碍强度的车位，从而实现了对障碍车的最优调度，提高了对停车场车位的利用效率。如果驾驶人员进一步通过手机等移动端进行预约取车，可以减少取车等待时间，从而提高了车辆的取车效率。本研究通过调度模块和移动模块实现对停车场空间的时空错位利用，实现停车场障碍空间的停车常态化，大大提高停车场的车位利用率。

静态交通问题是在城市发展到一定阶段才凸显的，其核心问题是停车设施的规划、设置和方式的革新，需要从政策上、规划上和技术水平上都达到了充分认识和落实，才能解决好城市静态交通问题，做到“停车有法、停车有位、停车有序”。本研究中的停车场障碍车的调度管理系统基于先进的信息化手段，为解决好停车难问题提供了有力有效的技术支撑，促使机动车辆的“动态交通”和“静态交通”步入一个良性循环的轨道，更好地发挥城市交通系统满足人民出行需求、服务经济社会发展、打造和谐宜居城市的功能。