智能停车系统(毕业设计论文)

安徽工程大学本科 毕业设计（论文） 专 业： 自动化 题 目： 城市路边停车计费系统 作 者 姓 名 ： 陈宝林 导 师 及 职 称 ： 周力 教授 导师所在单位： 电气工程学院 2011 年 6 月 15 日 城市路边停车计费系统 摘 要 随着城市经济的飞速发展和城市公路交通的发达，随着城市机动车拥有量的迅猛 增加，城市的停车产业已经进入了高速发展阶段，为了适应这个新的发展变化，改革 旧有的城市路边停车体系，理顺城市路边停车系统，建立新的城市路边停车系统，将 是推动城市路边停车产业的发展，并使之踏入规范化、科学化、现代化道路的必然要 求。进一步加强城市路边停车管理，则是实施停车体系建设的重要前提，也是缓解城 市目前停车难，改善动静态交通压力，提高城市路边停车位的利用率，减少因寻找停 车位浪费的时间，提高城市通行能力的重要手段。 基于一个驾驶者在行驶车辆过程中对停车的需求设计出一套满足需求的停车计费 系统，本论文提出了一种诱导决策模糊控制方法，有效地结合当前交通状况和未来交 通状况来决策出诱导路线和停车车位，并有可靠的、全面的、实时的显示提醒系统。 本文的计费系统采用灵活的、多变的和实时的计费策略，根据不同时段、不同车位和 停车时间来计算停车费用，可以保证每个车位的利用率。本文采用数据冗余技术，保 证数据的稳定性和安全性。 关键词：停车系统；计费系统；智能诱导系统；智能交通 The Billing System of Urban Roadside Parking Abstract With the rapid development of urban economy of urban road traffic and developed, with the rapid increase of urban automobiles, the ownership of the parking industry city has entered a high-speed development stage, in order to adapt to the new changes, reform the old urban roadside parking system, to rationalize urban roadside parking system, establishing the new urban roadside parking system, will be promoting urban roadside parking industry development, and make to step into standardized, scientific and is the inevitable requirement of modernization. Further strengthen urban roadside parking management, is the implementation of the important prerequisite parking system construction, but also relieve urban currently parking, improve the dynamic and static traffic pressure, improve the urban roadside parking space utilization, reduce the waste of time for looking for parking space and improve the important means of urban traffic capacity. Based on a process of vehicle drivers in the demand for parking designed a set of meet the demand of the parking billing system, this paper presents a method of fuzzy control induced decision-making, effectively with the current traffic conditions and traffic to a future decision induced route and parking space, and a reliable and comprehensive, real-time display remind system. This papers billing system adopt flexible and changeable, and real-time pricing strategy, according to different time, different parking and stop time to calculate parking fees, can ensure that every parking utilization. This paper adopts data redundant technology, guarantee the stability and safety data. Keywords: parking system; billing system; intelligent induction system; intelligent transportation 目录 引言 .2 第 1 章 绪论 .3 1.1 课题的研究背景及实际意义 .3 1.2 智能停车计费系统发展概况 .3 1.3 课题的主要研究内容 .4 第 2 章 城市路边停车计费系统概述 .5 2.1 城市路边停车计费系统主要组成 .5 2.2 城市路边停车计费系统基本流程 .5 2.3 城市路边停车计费系统可行性分析和性能指标 .5 第 3 章 诱导系统的设计 .7 3.1 诱导对象 .7 3.2 诱导系统工作原理 .7 3.3 诱导系统工作流程 .8 3.4 诱导系统的特点 .8 第章 计费系统的设计 .10 4.1 计费系统概述 .10 4.2 计费系统的工作原理 .10 4.3 计费系统的工作流程 .11 4.4 计费系统的特点 .12 第 5 章 城市停车优化系统的设计 .13 5.1 城市停车优化系统概述 .13 5.2 城市停车优化系统工作原理 .13 5.3 城市停车优化系统工作流程 .14 第 6 章 城市路边停车计费系统的设计 .15 6.1 城市路边停车计费系统的组成 .15 6.2 城市路边停车计费系统工作原理 .16 6.2.1 工作原理 .16 6.2.2 模糊控制原理 .16 6.2.3 模糊控制概念 .16 6.2.4 模糊集合和隶属函数 .17 6.2.5 智能控制中的模糊关系 .17 6.2.6 模糊控制设计 .18 6.2.7 历史交通状态值 .18 6.3 城市路边停车计费系统工作流程 .18 6.4 城市路边停车计费系统特点 .20 结论与展望 .22 致谢 .23 参考文献 .24 引 言 随着我国近年来城市经济的繁荣，城市化进程的加快，城市道路车辆交通量剧增， 很多大中城市不仅出现了动态交通的严重阻塞，而且不同程度地出现了占道停车、违 章停车，从而进一步加剧交通阻塞，导致交通事故上升。长期以来，我国城市停车场 建设问题未受到应有的重视，问题日益严重，城市停车问题已经成为实施国家汽车产 业政策和城市道路交通政策的“瓶颈”之一。 目前，国内大部分城市的智能停车计费系统还不完善，仍然采用简单的停车场计 费系统，并没有充分利用城市路边的停车位，也不能有效地改善城市的交通，反而加 剧了交通堵塞。驾驶者在寻找停车位而花在道路上的时间影响了交通，污染了城市环 境。本论文采用智能的诱导系统和显示系统，在接受到驾驶者寻找停车位的请求，可 快速地、有效地规划出合理的驾车路线。减少了在道路停留的时间，减少了对城市的 污染，提高了停车位的利用，缓解了城市交通拥堵。为驾驶者提供了快捷地停车服务， 充分的利用了城市路边的设施，对城市的交通是一个很好加速剂。 本次研究的这种智能停车系统由驾驶者提出申请后，系统根据当前的交通情况和 未来的交通状况来决策出驾驶路线，可有效地结合城市交通系统，避免驾驶者在行驶 中碰到堵车的情况。本论文结合不同的车位、不同的时段和停车的时长来决策出计费 系统 尽量保证每个车位的利用率，也提高车位的价值。 第1章 绪论 1.1 课题的研究背景及实际意义 近年来，我国城市汽车数量猛增，尤其随着小汽车进入普通家庭，汽车数量的增 长速度更是惊人。以北京市为例，在建国初期，只有机动车 2300 辆，机动车数量突破 100 万辆（ 1997 年）用了将近 48 年的时间，突破 200 万辆（2003 年）只用了 6 年的 时间，2006 年 12 月机动车保有量为 287 万辆，2007 年以来北京市的机动车每天仍以 1000 辆以上的速度在增加。我国其他城市机动车数量同样也在迅速增长。机动车数量 猛增之后，我国各地城市都加紧了城市交通设施建设，如拓宽原有道路，修建过河桥 梁，修建立交桥，建设快速路系统，等等。城市交通环境一度改善，但是停车难却成 了各大城市面临的一个共性顽疾。由于我国城市对停车问题的认识滞后于车辆的增长 速度，所以导致了停车发展设施规划滞后、停车管理水平低、有关法律体系尚不健全 等状况的出现。无论是在居住区、商业区，还是在城市道路两侧，停车位缺乏的现象 比比皆是，乱停乱放现象非常严重。 在现有停车设施还不完善的情况下， 如果不能实现停车资源的有效利用， 必将造 成停车难， 不能及时找到停车泊位的车辆必将在道路上无谓绕行， 从而对正常的交 通造成不必要的压力， 甚至将引起或加剧交通堵塞。该系统为驾车出行者提供全方位、 实时的停车信息，同时也能够为交通疏导提供区域停车诱导预案管理的具体措施。此 外，停车计费系统还能为停车规划和交通规划提供停车资源静、动态数据。 1.2 智能停车计费系统发展概况 德国科隆自从 1986 年起停车诱导系统开始操作实施，1998 年作为停车诱导系统的 延伸， 装置了新型的具有艺术性的展示技术的标志牌， 而且在贸易展览中心附近建 了一座多功能控制中心， 整个系统的运作由市政府交通管理中心管理。1988 年 10 月， 日本东京引入停车诱导系统，包括 25 个信息牌，为 12 座停车设施提供服务。 1998 年， 基于互联网的停车信息系统开始运行，2000 年 12 月，通过手机也可以进入该系统。 通过引入该系统，高峰停车时段的等候时间降低了 62%。国内已在北京、宁波、杭州、 上海等地建立了多个智能停车诱导和计费系统，对提高停车设施利用率，缓解交通拥 堵都起到了积极的作用。上海市更是为推进停车诱导系统的建设，对上海市公共停车 信息平台终端采集系统由政府买单为市中心区停车场进行免费安装。 预计市中心城区 约 70% 的停车场的停车信息已纳入到市公用信息联网平台。同时，上海市已建立上海 市公共停车服务网和上海市公共停车服务热线，并将正式运营。 智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）是未来交通系统的发展方向， 它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术 等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作 用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。ITS可以有效地利用现有交通设施、 减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率。 20 世纪 80 年代， 虽然日本道路的基础建设一直在不断的改善之中，但是也无法 满足不断急速增长的汽车的需求。在社会经济不断发展的过程中，交通堵塞等问题变 得更加明显。因此为了满足不断上升的城市交通需求， 在利用有限的道路空间的条件 下， 寻求与开发全新的交通辅助系统成为当前最有效、最可行的解决办法之一。正确 地把握道路的交通状态是创造一个更安全的交通运输环境的基本保证， 而利用道路交 通情报通信系统（Vehicle Information and Communication System, 简称 VICS）系统， 可为驾驶员提供更加便利的工作环境， 进而缩短运输时间， 削减工作成本。 1.3 课题的主要研究内容 本文主要研究城市路边停车计费系统的设计，针对现在城市停车难、城市路边车位 利用率不高、城市停车管理难、收费难等问题建立一套完整的解决方案。城市路边停 车计费系统主要由停车诱导系统、自动计费系统和城市停车优化系统组成。 第 2 章 城市路边停车计费系统概述 2.1 城市路边停车计费系统主要组成 城市路边停车计费系统主要由停车诱导系统、自动计费系统和城市停车优化系统组 成。 停车诱导系统是智能交通系统 (Intelligent Transport System， ITS) 的重要组成部 分， 将其应用于城市 CBD 地区， 可有效地缓解城市拥堵状况和道路占用，显著提 高原有停车设施利用率， 并且可降低车辆尾气排放和噪声， 起到优化交通环境的作 用。 自动计费系统基于城市路边停车计费系统中的数据信息，能够实现无人自动计费， 只需要驾驶者在城市路边停车计费系统中拥有一定量的资金，在驾驶者使用服务后， 根据驾驶者的使用时间长短和使用的地点来计算。可以达到规范城市停车状况，改善 城市交通。 城市停车优化系统：该系统接受城市车位动态数据库信息、驾驶者个人信息和当前 交通状况信息辅助停车诱导系统决策出停车诱导路线和停车位，该系统提高了驾驶者 停车效率和车位的使用率，有效地解决乱停乱放造成的交通混乱。 2.2 城市路边停车计费系统基本流程 城市路边停车计费系统会实时的记录着当前城市交通状况，并存储在系统数据库 中，计算并更新旧的数据。一旦有驾驶者提出寻找车位的申请，系统会根据驾驶者申 请车位的位置、当前驾驶者的位置和选择的计费种类，结合当前的交通状况和系统中 这个时间段的未来交通状况，综合模糊选择控制计算出驾驶者的停车路线。驾驶者准 确的到达选择的停车位，系统会根据计费系统的检测系统检测出所听的车辆是否是提 出申请的车辆，如果所停的车辆是申请的车辆，计费开始执行。 所停的车辆不是申请的车辆，检测系统会发出警报，提醒当前停的车辆，让驾驶 者把车停到其他地方。在提醒无效时，会根据检测系统，检测出所停的车辆的车牌号 码，记一次违规停车。这时会友情地提醒申请车位的驾驶者，您的申请车位已被违规 占用，系统将为你匹配另一个车位。在解决这样突然的事件时，系统采用实时有效地 方法。保证申请车位的驾驶者合理的权益。 申请车位的驾驶者不能在规定的时间内有效地到达指定的车位，则系统会视这次 申请无效，撤销申请请求，并记录申请车位的驾驶者一次无效地申请，在一定时间内 累计无效申请次数达到一定数量，罚一定数额的款。这时避免恶意的申请车位，破坏 停车系统，扰乱城市交通。 2.3 城市路边停车计费系统可行性分析和性能指标 可行性分析：城市路边计费系统为驾驶者在需要停车时提供全方位的服务，要求在 最短的时间里寻找最近的停车车位，并根据驾驶者的信息和停车位的利用率综合选择 该驾驶者的车位。驾驶者通过网络到城市路边停车计费系统提出停车申请，系统根据 GPS 导航系统、路牌、指示灯诱导驾驶者经过最优路线到达停车位，当车辆到 达，计费开始，当车辆离开，计费结束。 诱导系统通过各种不同的方式诱导驾驶者，保证驾驶者在开车过程中能有效地看 到诱导系统的提示。本论文的诱导系统中嵌套了显示系统，根据诱导系统分配的显示 区域，驱动显示系统来显示不同交通信息。显示系统通过三个不同的渠道来提示驾驶 者，1、车外载体显示，主要有指示牌，LED 牌提示；2、车内载体显示，主要有 GPS 导航和手机路线提示；3、语音提示。 计费系统是在申请的车辆到达指定的车辆后开始工作，没有车辆的时候计费系统 处在待机检测状态中，时刻检测到达的车辆。在检测到有车辆到达时，会检测出车辆 信息。及时传送到城市路边停车计费系统，城市路边停车计费系统根据诱导系统传输 的数据，核对数据是否一样，数据一样代表所停的车辆是申请的车辆。回传给计费系 统开始计费，计费系统主要记录时间和检测车辆信息。数据由城市路边停车计费系统 处理，计费系统计费完成后，传回给城市路边停车计费系统的数据有起始时间、结束 时间、车辆信息、车位位置。 城市停车优化系统主要是处理当前交通信息，并有效地整合出整个城市的交通状 况，把有效的数据传输给城市路边停车系统，由城市路边停车系统结合申请的车位和 当前车辆位置来决策出停车路线。城市停车优化系统面向的当前交通状况。 第 3 章 诱导系统的设计 3.1 诱导对象 诱导系统诱导的对象是在城市路边停车计费系统中申请车位的驾驶者车辆，随着 城市的发展和居民生活水平的提高，越来越多的车辆行驶在城市道路上，城市停车产 业的建设更不上城市发展的脚步，在城市中寻找停车位越来越难。导致驾驶者在寻找 停车位在城市道路上浪费了许多时间，这加剧了城市的拥堵。 现在的汽车大多数都装载了 GPS 导航，这为诱导系统提供了一个提示方法。诱导 系统通过车辆自带的 GPS 导航提示驾驶路线，到达申请的车位。 3.2 诱导系统工作原理 诱导系统可以分为车内诱导系统和车外诱导系统。 在车内诱导系统中，实时交通 信息在车辆和信息中心之间传输。这种诱导系统诱导对象是单个车辆，也称车辆个体 诱导系统，这类系统的诱导机理比较明确，容易达到诱导的目的。目前发达国家采用 的是这种系统，但是这种系统对车内设施和信息传输技术要求比较高，造价相对昂贵。 在车外诱导系统中，交通诱导信息在车流检测器、信息中心和外场信息显示设备 （交通信息板、交通诱导屏等）之间传输，诱导对象是车流群，也称群体车辆诱导系 统。这种系统价格相对比较便宜。 本论文基于单个车辆的诱导系统，诱导车辆到达指定的车位。但车外诱导系统可 以有效地辅助单个车辆，城市路边停车计费系统根据实时的交通状况来决策出交通路 线，当车外的诱导系统诱导车流群时，相应的城市路边停车计费系统也会做出相应的 调整，驾驶者在驾车前往指定车位过程中，当前交通发生突发的交通事情时，系统会 实时的调整驾驶者的路线。 如图 3-1 可知，诱导系统主要由显示驱动、数据接收和数据处理。工作原理：由 城市路边停车计费系统发送显示信息到诱导系统，数据接收结构接收显示信息，数据 处理从数据接收中接收显示信息，解压缩、编码和驱动。显示结构从数据处理中得到 驱动，显示驱动结果。当城市路边停车计费系统发送数据失败后，诱导系统的数据接 收会回复失败指令，要求城市路边停车计费系统重新发送数据。本文采用的是车内诱 导系统为主，车外诱导系统为辅的综合诱导系统，终端显示驱动有数据反馈机制，驾 驶者可以取消车位申请，重新选择停车位，查看个人信息和更新当前交通状况。有效 地保证驾驶者不脱离城市路边停车计费系统，提高了系统对驾驶者的服务。 城市路边停车计费 系统 显示驱动 数据处理 数据接收 图 3-1 诱导系统 3.3 诱导系统工作流程 诱导系统分为两个部分：终端设备和处理机构。终端设备主要有显示驱动和相应硬 件，处理机构主要有数据处理和数据接收。 如图 3-2 可知，终端设备主要有 LED、GPS、指示牌和网络。 终端设备 G P SL E D 网络指示牌 图 3-2 终端设备 终端设备中网络是有信息反馈到城市路边停车计费系统数据库中，可以及时的更 新当前的交通状况，驾驶者也可以通过网络了解当前交通状况、查询个人账户、修改 停车申请。随着网络越来越发达，通过 3G 网络或网络诱导驾驶者到达指定的停 车位。这样的诱导成功率很高，减少系统工作负担，加快停车计费流程。 处理机构包括数据接收和数据处理， 3.4 诱导系统的特点 该系统可以有效的提高驾驶者寻找车位的效率，提高城市车位的利用率，减少城市 拥堵和城市的污染。停车诱导系统在驾驶者向城市路边停车计费系统提出申请后，开 始在驾驶者周围寻找合适的车位，并根据驾驶者在城市路边停车计费系统库里的信息 综合寻找。根据驾驶者以前停车时间的长短、当前驾驶者的车辆位置、当前道路交通 状况和驾驶者的目的地综合寻找车位和驾驶路线。 第章 计费系统的设计 4.1 计费系统概述 该系统基于城市路边停车计费系统中的数据信息，能够实现无人自动计费，只需 要驾驶者在城市路边停车计费系统中拥有一定量的资金，在驾驶者使用服务后，根据 驾驶者的使用时间长短和使用的地点来计算。可以达到规范城市停车状况，改善城市 交通。 系统目的：提升用户现代化管理水平和服务质量 ；创造安全、可靠、高效、便捷、管 理环境；最大限度降低中间流动管理运营成本； 适应市场经济需求，提高工作效率， 推广电子化进程。 4.2 计费系统的工作原理 计费系统是城市路边停车计费系统一个重要的环节，没有车辆在停车位上，计费 系统处于待机状况。一旦检测到有车辆占用该车位，计费系统立刻检测出车辆信息， 发送给城市路边停车计费系统，城市路边停车计费系统确认车辆信息后，回传一个信 息。所停的车辆是申请该车位的车辆，则计费开始。所停的车不是申请的车辆，则计 费系统的检测结构开始发出报警提示，提示驾驶者违规停车。如果该车位未被申请， 检测结构提示驾驶者是否申请该车位，驾驶者申请了该车位则开始计费，驾驶者没有 申请该车位，则视违规停车。 计费系统中包括制定不同的计费策略，计费策略制定的几个因素：时间长短、车 位位置、停车时间点和不同驾驶者优惠政策。如图 4-2 可知，计费策略是计费系统中 心部件，没有计费策略就无法有效地计算出停车消费的费用。 计费系统 计费策略 时间长短 车辆位置 到达是否 检测结构 车辆信息 图 4-1 计费策略 计费系统中的计费策略是根据实际停车场的计费策略来制定城市路边停车计费系 统的计费策略。计费车辆主要根据停车时间段来制定的，停车位、停车时间点和驾驶 者的优惠政策综合制定出计费策略。如 4-2 表所示，计费策略的实际合理性通过实际 检验和驾驶者的反应，一个合理计费策略可以有效地提高系统被利用率，系统的建设 也会得到越来越好的发展。 时间点 区域时间长 短 03h 36h 624h 市区 4 元/h 3 元/h 2 元/h上午 8 点10 点 下午 14 点16 点 晚上 18 点22 点 郊区 2 元/h 1.5 元/h 1 元/h 市区 2 元/h 1.5 元/h 1 元/h其余时间 郊区 1.5 元/h 1 元/h 0.5 元/h 优惠策略：优惠 80% 图 4-1 计费系统 4.3 计费系统的工作流程 如图 4-3 所示，检测结构包含了自动记录时间功能，在车辆离开车位后，自动的 把起始时间和离开时间发给计费系统。 计费系统根据某车位使用时间的长短来计费，并自动从驾驶者在城市路边停车计费 系统的账户里扣除。无需任何人、也无需驾驶者的任何工具全自动的计费系统。车位 的使用与未使用是根据现场车位传感器的测量，传送给城市路边停车计费系统，并更 新城市车位信息库。 车辆占用车位 计费结束 时间 城市路边停车计费 系统 计费开始 计费系统 检测结构 车辆信息核对 检测离开 是 是 否 否 图 3-3 计费流程 4.4 计费系统的特点 计费系统能够提供有效地信息给城市路边停车计费系统，更新车位数据库。计费系 统根据某车位使用时间的长短来计费，并自动从驾驶者在城市路边停车计费系统的账 户里扣除。无需任何人、也无需驾驶者的任何工具全自动的计费系统。车位的使用与 未使用是根据现场车位传感器的测量，传送给城市路边停车计费系统，并更新城市车 位信息库。 第 5 章 城市停车优化系统的设计 5.1 城市停车优化系统概述 该系统接受城市车位动态数据库信息、驾驶者个人信息和当前交通状况信息辅助 停车诱导系统决策出停车诱导路线和停车位，该系统提高了驾驶者停车效率和车位的 使用率，有效地解决乱停乱放造成的交通混乱。 5.2 城市停车优化系统工作原理 如图 5-2 可知，城市停车优化系统由路况检测结构和数据处理组成，路况检测结构 检测出某一路段发生交通堵塞、车辆过多和交通事故。路况检测结构向数据处理中心 发送路况信息，数据处理计算出当前这一路段的当前交通状态值，并传输给主系统的 数据库，更改数据库里的当前值。旧的当前交通状态值变为前一时段这一个路段的历 史交通状态值。城市停车优化系统还结合了政府交通系统，当某一时段的某一路段发 送交通状况，城市停车优化系统会及时的传输数据给政府交通系统，当政府交通系统 接收某一路段发送交通事故或交通堵车，交通系统发送数据给城市优化系统，更改这 一路段的当前交通状态值。 城市停车优化系统可以有效地和政府交系统相结合，加强城市交通的流通性，减少 城市的拥堵。路况检测结构是停车优化系统的重要组成部分，有效地保证了城市停车 优化系统检测的稳定性和准确性。路况检测结构为政府交通系统提供了路况实时侦测， 在发现交通事故的第一时间得到信息，解决交通拥堵。 路况信息 交通系统 城市路边停车计费 系统数据库 路况检测结构 数据传输 数据处理 图 5-1 城市停车优化系统组成 城市停车优化系统在接受到路况检测结构发来的路况信息后，数据处理分析路况信 息，计算出当前道路的当前交通状态值，本文才用的是加权平均算法。如 5-2 表所示， 根据每条道路的长度、宽度和行驶速度分为不同的等级，快速路、主干路、次干路和 支路。根据每条道路车辆的数量分为不同的等级，非常拥挤、拥挤、正常、车少。本 文建立简单的城市道路模型，把快速路、主干路、次干路和支路设置为权数，分别为 1、2、3 和 4。把拥挤程度的高低，分为 1000 数值，非常拥挤是 10080，拥挤是 8060，正常时 6040，车少是 4020。 道路等级 快速路 主干路 次干路 支路 数值 1 2 3 4 拥挤程度 非常拥挤 拥挤 正常 车少 数值 80 以上 8060 6040 400 表 5-1 道路模型 计算公式是：当前交通状态值=道路等级*拥挤程度，拥挤程度是可以细分，根据 不同道路行驶车辆的数量和速度来判断拥挤程度的，如 5-2-1 表所示，数量越少，速度 越快的道路拥挤程度越小，数量越多，速度越慢的道路拥挤程度越大。 车辆数量 80 以上 6040 4020 2010 105 50 行驶速度 80km/h 以 上 6040km/h 4020km/h 2010km/h 105km/h 50km/h 表 5-1 道路拥挤度 拥挤程度的计算方法：拥挤程度=车辆数量/行驶速度*5 , 5 是调节因子，当行驶速 度是 0km/h 时，则是非常拥堵。 城市优化系统把计算好当前交通状态值发给城市路边停车计费系统，城市路边停车 计费系统用当前交通状态值来计算不同的停车路线，选择一个数值较小的停车路线发 给诱导系统。当一段道路发生交通事故，城市停车优化系统的路况检测部件会及时发 送新的当前交通状态值给城市路边停车计费系统，更新城市路边停车计费系统数据库 的这一路段的当前交通状态值，被更改的当前交通状态值作为历史交通状态值。 5.3 城市停车优化系统工作流程 如图 5-2 可知，城市停车优化系统是一个闭环的控制结构，当某一路段发生交通事 故或交通堵塞，路况检测结构发送当前路况信息给城市停车优化系统，城市停车优化 系统计算出当前交通状态值给城市路边停车计费系统，城市路边停车计费系统重新计 算出停车路线发送给诱导系统，诱导系统计算出显示驱动数据发送终端设备，终端设 备提示驾驶者更改驾驶路线，避开交通拥堵的道路，这样形成了一个简单的闭环系统， 有效地缓解了发生交通拥堵道路的拥堵程度。 改变车辆停车路线 城市停车优化系统 某路段发生交通拥 堵 城市路边停车计费 系统 诱导系统 交通状态值 显示信息 减少拥堵 图 5-2 城市停车优化系统闭环控制 第 6 章 城市路边停车计费系统的设计 6.1 城市路边停车计费系统的组成 如图 6-1 所示，城市路边停车计费系统由诱导系统、计费系统和城市停车优化系统 组成。每一个子系统都互相关联，缺一不可。驾驶者在城市路边停车计费系统中提出 了停车申请后，城市路边停车计费系统结合城市停车优化系统指定出停车路线。并把 停车路线发给诱导系统，由诱导系统诱导申请的驾驶者到达指定的车位，驾驶者驾驶 车辆到达指定的停车位，计费系统则检测出所停的车辆是否是申请的车辆，如果是则 开始计费，车辆离开停车位，则计费系统把停车时间和费用发给城市路边停车计费系 统。记录并扣除驾驶者相应的金额。 城市路边停车计费系 统 诱导系统 城市停车优化 系统 计费系统 图 6-1 城市路边停车计费系统组成 城市路边停车计费系统主要是中心计算处理和数据库的功能，完成整个流程的核心 计算，内部嵌套了模糊算法。在结合城市停车优化系统通过模糊算法决策出停车路线， 保证系统快速的应答申请者的请求。数据库提供驾驶者个人信息和当前车位动态数据 库信息，当前车位动态数据库信息是分配车位的必要因素，根据现有的未被占用车位 才能为申请者提供停车位服务，当前车位动态数据库信息的实时更新是整个系统快速 响应的保证，当前车位动态数据库信息的出错会扰乱整个城市路边停车计费系统的工 作流程。驾驶者个人信息是计费系统的保证，只有准确的驾驶者个人信息才能保证计 费系统的功能，计费系统要调用驾驶者个人信息来决策出计费策略，当计费结束后把 计费费用回传给城市路边停车计费系统，城市路边停车计费系统在驾驶者个人信息中 扣除相应的金额。 诱导系统、计费系统和城市停车优化系统都有各自的操作流程和计算功能，分担城 市路边停车计费系统的计算压力，能够提高整个系统的响应速率。诱导系统计算显示 数据，得到显示驱动，主系统只要发送驾驶路线，其他各个部分都由诱导系统处理。 诱导系统根据驾驶路线分配显示区域和显示内容，没有显示任务的显示终端设备不用 动作，保证每个车内诱导系统都互相独立，不会干扰。计费系统计算有检测结构发来 的起始时间和结束时间，计算出时间的多少，并根据各个车位的不同计费策略计算出 停车费用，把停车费用发给城市路边计费系统。计费系统中存储了不同车位的计费标 准和不同时段的计费标准，再加上不同驾驶者的优惠策略等各个因素构成了计费策略。 不需要城市路边停车计费系统计算，计费系统自动计费。城市停车优化系统面向的是 城市当前交通状况和不同时段的交通状况，从交通状况检测系统中分析出各个路段的 交通状态值。 6.2 城市路边停车计费系统工作原理 6.2.1 工作原理 如图 6-2 可知，城市路边停车计费系统包含模糊控制算法，通过模糊控制算法计算 出停车路线是系统的核心部分。 当前车辆位置 当前交通状态值 目标停车位 模糊控制 停车路线 历史交通状态值 图 6-2 模糊控制图 当前车辆位置是由驾驶者在申请停车位时需要提供的信息，目标停车位是由城市 路边停车计费系统中的当前动态车位数据库根据申请者提供的停车区域计算出目标停 车位。当前交通状态值和历史交通状态值是由城市停车优化系统根据路况检测部件检 测出的路况信息分析并计算出的值，交通状态值都储存在数据库中。 6.2.2 模糊控制原理 模糊逻辑和模糊数学虽然只有短短的几十年历史，但其理论和应用的研究已取得了 丰硕得成果，尤其是随着模糊逻辑在自动控制领域得成功应用，模糊控制理论和方法 得研究引起了学术界和工业界得广泛关注。在模糊理论研究方面，以 Zadeh 提出的分 解定理和扩张原则为基础的模糊数学理论已有大量的成果问世。1984 年成立了国际模 糊系统协会（IPSA） ，FUZZY SETS AN SYSTEMS（模糊与系统）杂志与 IEEE（美国 电气与电子工程师协会）的“模糊系统”杂志也先后创刊。在模糊逻辑的应用方面， 自从 1974 年英国的 Mandan 首次将模糊逻辑用于蒸汽机的控制后。与传统的控制方法， 如 PID 控制相比，模糊控制利用人类专家控制经验，对于非线性复杂对象的控制显示 了鲁棒性好，控制性能高的优点。模糊逻辑的其它应用领域包括聚类分析、故障诊断、 专家系统和图象识别等。 6.2.3 模糊控制概念 在现实生活中一些概念是有明确意义的，比如说“动物” 、 “一个” 、 “电脑”等， 对于这些明确的概念，在数学中可以用经典集合来表示。但现实生活中并不是所有的 概念都是有明确定义的，例如“天气热”这个概念，不可能在天气热轴上划定一个区 间，规定在这个区间内的就是天气热。再比如，某人说“今天的温度真高” ，但对于另 一个人来说，气温很舒适， “今天的气温不算高” 。类似于这样的问题，对于不同的人 来说可能就有不同的答案。面对这类大量存在于客观实际的模糊现象，人们使用经典 数学来描述遭遇了实质性的困难。所以提出了模糊的概念。 模糊控制是模糊理论在控制领域的应用，是智能控制的主要方法之一。概括地说， 模糊控制模仿操作人员的控制过程（包括控制经验和知识） ，用语言规则来描述控制规 律。这里的语言规则在模糊系统中就是所谓的 IF-THEN 规则。例如，如果汽车速度 快，则给油门施加较小的力，这就是一个模糊 IF-THEN 规则。由于模糊控制无需知 道被控对象的数学模型，所以在控制具有不确定性和具有强非线性对象时，较经典控 制方法有着无法比拟的优势。 6.2.4 模糊集合和隶属函数 一般地，给定一个论域，把具有某种确定性质且彼此可以区别的对象组成的一个 整体称为集合。 模糊集合定义为：给定论域 X 中的一个模糊集 A，是指对任意 x X，都为其指定 个数 A(x) 0,1与之对应，这个数称为 x 对 A 的隶属度。 做出一个映射：A：X 0,1 ，x A (x)，称 A为 A 的隶属函数。由模糊集合 的定义可知，论域 X 上的模糊子集 A 完全由隶属函数 A(x)来表征。X 对模糊子集 A 的隶属程度由 A(x) 在闭区间 0，1 的取值大小来反映。A(x)的值越接近 1，表示 x 从属于 A 的程度越大；反之，A(x)的值越接近 0，则表示 x 从属于 A 的程度越小。显 然，当 A(x)的值为0 ，1时，隶属函数 A已蜕变成一个清晰集合的特征函数，模糊 集合也就蜕变成为一个清晰集合。因此，可以这样概括清晰集合和模糊集合间的互变 关系，即模糊集合是清晰集合在概念上的拓展，清晰集合是模糊集合的一种特殊形式。 隶属函数则是特征函数的扩展，特征函数是隶属函数的一个特例。 6.2.5 智能控制中的模糊关系 在普通集合理论中，关系 R 描述事物之间有或无的肯定关系，对于不能简单地用 是或否来表达的模糊概念，则需要用模糊关系来描述。模糊关系是普通关系的扩展， 普通关系只是表示事物间是否存在关联，而模糊关系是描述事物间对于某一模糊概念 上的关联程度。模糊集合 X 到模糊集合 Y 的一个模糊关系是指以直积 XY 为论域的 一个模糊子集，记作 R。模糊关系 R 由其隶属函数 R 完全刻画。当论域 XY 为有 限情况下， 模糊关系可以写成矩阵形式。设有限集 X =x1,x2,xm，Y =y1, y2, yn ， 则 XY 中的模糊关系 R 可以表示成 mn 阶矩阵： ),(),.,(),( . ),(),.,(),(, 21 2212 11 nmmm nyxRyxRyxRyxyxyxRR （6.2.5） 6.2.6 模糊控制设计 本文的核心部分在于模糊控制器的实现，设计一个模糊控制器主要需要解决以下 三方面问题：精确量的模糊化、模糊推理、输出变量的反模糊化。 (1) 精确量的模糊化：由于输入数据是精确值，而模糊控制中的控制规则用到的都 是模糊的语言量，这就需要对输入数据进行模糊化，用相应的模糊集合来表示。 (2) 模糊推理：模糊控制算法的设计。通过一组模糊条件语句构成模糊控制规则， 利用模糊推理合成原则和经模糊化的输入集合，计算出模糊关系。 (3) 输出信息的反模糊化：将模糊推理得到的模糊控制量变换为实际用于控制的精 确量。 常见的模糊控制器有以下几种：单输入单输出模糊控制器、双输入单输出模糊控制器、 多输入单输出模糊控制器、双输入多输出模糊控制器。 本文采用的是多输入单输出模糊控制器，输入的变量有：当前车辆位置、目标车 位、当前交通状态值和历史交通状态值。输出的变量是停车路线。建立城市交通道路 系统模型，设定每条道路的数值和交通状态值，通过当前车辆位置和目标车位计算出 N 条停车线路，再计算出这 N 条停车路线的交通状态总值，权衡 N 条停车路线的数值 总数和交通状态总值，选择出最佳的停车路线。 6.2.7 历史交通状态值 城市路边停车计费系统数据库主要储存的是整个城市道路的当前交通状态值和历史 交通状态值，和驾驶者个人信息。当前交通状态值是由城市优化系统传输的数据，历 史交通状态值是由城市路边停车计费计算得来，历史交通状态值是以时间段为一个计 算区间，数据是由被更新的当前交通状态值。一条道路的历史交通状态值附加了时间 段，不同时间段的同一条道路的历史交通状态值是不同的。历史交通状态值的计算方 法：历史交通状态值=（前历史交通状态值+ 被更新的当前交通状态值）/2，这样的计 算方法可以反映一条道路某一时间段的整体交通状况，一条道路经常发现交通事故， 则这条道路的历史交通状态值肯定很高，在计算停车路线时，会避免选择这条道路， 因为在驾驶者行驶车辆通往这条道路时，可能会发现交通事故，影响停车效率。 6.3 城市路边停车计费系统工作流程 如图 6-3 可知，城市路边停车计费系统是整个系统的中心，数据处理、数据储存、 停车路线计算、当前交通状态值和历史交通状态值。工作流程：驾驶者在城市路边停 车计费系统中提出停车申请，并提供目标区域、个人信息和当前驾驶者自己车辆所在 的位置；城市路边停车计费系统接收到驾驶者的申请请求，根据申请的区域在数据库 中寻找该区域的未被使用的停车位，此停车位是目标停车位；把当前车辆位置和目标 车位导入城市道路模型，城市路边停车计费系统计算出停车路线，并发给诱导系统； 诱导系统接收由城市路边停车计费系统发送的停车路线计算出显示驱动并发送给显示 终端设备；终端设备诱导驾驶者到达指定的停车位。计费系统检测到有车辆占用车位， 检测出车辆的信息并发给城市路边停车计费系统，城市路边停车计费系统调用该车位 的分配信息，如果核对正确，则发指令给计费系统，开始计费。计费系统检测车辆离 开，计算出使用时间，并根据计费策略计算出消费费用发给城市路边停车计费系统， 由城市路边停车计费系统在驾驶者个人信息中扣除相应的金额。如果所占用的车辆不 是申请的车辆则会提醒占用的车辆离开车位，不离开则视为违规停车。整个系统就这 样完成。 诱导系统 停车路线 计费开始 诱导设备终端 计费系统 驾驶者申请车位 车辆信息 计费结束 城