CN115170019B - 基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统 - Google Patents

基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，包括：物联网感知子系统，用于获取现实入库车辆的统计数据；立体车库物流建模仿真子系统，用于基于入库车辆的统计数据，通过物流仿真中的3D对象模拟现实自动化立体车库中的3D对象，建立两者间的映射关系；根据映射关系建立包含入库/出库连接道路的立体车库仿真模型；仿真运行和评价输出子系统，用于编译运行仿真子系统，对车辆进行存车和取车的仿真，获得仿真结果；还用于将仿真结果输入评价输出子系统，输出获得评价指标；根据评价指标评价和优化立体车库运行。本发明的评价系统支持复杂的立体车库仿真，节省了大量的现场试验的成本和时间。

Description

基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统
技术领域
本发明属于智能交通物联网应用服务领域，特别是涉及一种基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统。
背景技术
大城市停车需求和停车位供给矛盾日益突出，自动化立体车库通过存取车的智能化、立体停车、运作自动化有望缓解大城市停车难。立体车库起源于美国，20世纪50年代初，桥式堆垛式立体车库在美国出现，并逐步发展成为计算机控制的自动化立体停车库，后来在日本得到进一步发展和繁荣。我国近年来自动化立体停车发展较快，并与大数据、物联网等信息技术密切结合，成为智慧停车产业的亮点。
现有的自动化立体停车约有10余种类型，每种类型的机械运动原理、存取车模式和效率均有较大差异，而常用数学模型如排队论难以评价系统运作的细节，投资方、设备生产和运营企业都急需一种对自动化立体车库运作评价的软件系统。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，包括：
物联网感知子系统，用于获取现实入库车辆的统计数据；
立体车库物流建模仿真子系统，与所述物联网感知子系统连接，用于基于所述入库车辆的统计数据，通过物流仿真中的3D对象模拟现实自动化立体车库中的3D对象，建立两者间的映射关系；根据所述映射关系建立包含入库/出库连接道路的立体车库仿真模型；
仿真运行和评价输出子系统，与所述立体车库物流建模仿真子系统连接，用于编译运行仿真系统，对车辆进行存车和取车的仿真，获得仿真结果；还用于将所述仿真结果输入评价输出子系统，输出获得评价指标；根据所述评价指标评价和优化现实立体车库运行。
优选地，所述物联网感知子系统包括，
物联网感知终端，包括但不限于视频车辆检测器，用于获取存车处、取车处和停车位的车辆相关信息；
人工智能算法模块，与所述物联网感知终端连接，用于自动识别得到仿真模型输入所需要的信息和获取停车位上的车辆信息。
优选地，所述仿真模型输入所需要的信息至少包括存车处/取车处的车型、牌照号、到达/离开时间、流量、入场/出场速度、密度、车头间距/车头时距、排队长度、等待时间，排队行进速度；
所述停车位上的车辆信息至少包括是否占用、车型、牌照号。
优选地，所述立体车库物流建模仿真子系统包括，
道路仿真模块，用于将车库外的现实道路映射为物流仿真中的传送带；
车辆仿真模块，用于将现实车辆映射为物流仿真中的实体；
立体车库模块，用于将现实立体化的车库映射为物流仿真中的立体仓库货架；
多类型车库车辆移动仿真模块，用于实现仿真多种类型现实立体车库中的车辆垂直、平面、循环移动；
车辆暂存仿真模块，用于将现实车辆存车入库和取车离库时的临时停放映射为物流仿真中的暂存区；
入场识别/出场缴费的仿真模块，用于将现实入场识别/出场缴费时的排队等待映射为物流仿真中的暂存区；
车流流向控制仿真模块，用于将现实控制车流流向映射为物流仿真中的决策点。
优选地，所述多种类型立体车库中的车辆垂直、平面、循环移动包括，根据要建模的立体车库的类型，将车辆移动的升降横移类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简易升降类的运动机构映射为物流仿真中的堆垛机、升降机、传送带、暂存区、决策点的某种组合。
优选地，所述评价指标通过图、表、数据文件输出，所述评价指标包括平均存车排队长度/时间、平均取车排队长度/时间、平均停放时间、车库吞吐量、设备占用率。
优选地，所述自动化立体车库仿真评价系统还包括数据管理子系统，所述数据管理子系统分别与所述物联网感知子系统、立体车库物流建模仿真子系统、仿真运行和评价输出子系统连接，用于存储子系统的获取的数据和输入输出数据。
本发明公开了以下技术效果：
第一，提出一种基于物流仿真、工业物联网信息感知和人工智能深度学习算法的自动化立体车库仿真评价系统，支持复杂的立体车库仿真。
第二，融合了图像识别人工智能算法的物联网车辆检测器可自动对车库运作进行检测，如车辆的排队长度、等待时间，排队行进速度、车牌号、车辆分型(SUV、轿车等)等；
第三，采用了融合建筑信息模型(Building Information Model) 的物流仿真模型，具有对接车库控制的应用程序接口(Application Programming Interface，简称API)，可对车库控制算法的技术性能进行评价。
第四，在实际数据的基础上，运用经标定和校准的仿真模型，生成干净、带标签的数据，用于训练和改进车库控制算法。经评价优化改进的车库控制算法用于实际，节省了大量的现场试验的成本和时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统,包括：
物联网感知子系统，用于获取现实入库车辆的统计数据；
立体车库物流建模仿真子系统，与所述物联网感知子系统连接，用于基于所述入库车辆的统计数据，通过物流仿真中的3D对象模拟现实自动化立体车库中的3D对象，建立两者间的映射关系；根据所述映射关系建立包含入库/出库连接道路的立体车库仿真模型；
仿真运行和评价输出子系统，与所述立体车库物流建模仿真子系统连接，用于编译运行仿真系统，对车辆进行存车和取车的仿真，获得仿真结果；还用于将所述仿真结果输入评价输出子系统，输出获得评价指标；根据所述评价指标评价和优化现实立体车库运行。
所述物联网感知子系统包括，
物联网感知终端，包括但不限于视频车辆检测器，用于获取存车处、取车处和停车位的车辆相关信息；
人工智能算法模块，与所述物联网感知终端连接，用于自动识别得到仿真模型输入所需要的信息和获取停车位上的车辆信息。
所述仿真模型输入所需要的信息至少包括存车处/取车处的车型、牌照号、到达/离开时间、流量、入场/出场速度、密度、车头间距/车头时距、排队长度、等待时间，排队行进速度；
所述停车位上的车辆信息至少包括是否占用、车型、牌照号。
所述立体车库物流建模仿真子系统包括，
道路仿真模块，用于将车库外的现实道路映射为物流仿真中的传送带；
车辆仿真模块，用于将现实车辆映射为物流仿真中的实体；
立体车库模块，用于将现实立体化的车库映射为物流仿真中的立体仓库货架；
多类型车库车辆移动仿真模块，用于实现仿真多种类型现实立体车库中的车辆垂直、平面、循环移动；
车辆暂存仿真模块，用于将现实车辆存车入库和取车离库时的临时停放映射为物流仿真中的暂存区；
入场识别/出场缴费的仿真模块，用于将现实入场识别/出场缴费时的排队等待映射为物流仿真中的暂存区；
车流流向控制仿真模块，用于将现实控制车流流向映射为物流仿真中的决策点。
所述多种类型立体车库中的车辆垂直、平面、循环移动包括，根据要建模的立体车库的类型，将现实车辆移动的升降横移类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简易升降类的运动机构映射为物流仿真中的堆垛机、升降机、传送带、暂存区、决策点的某种组合。
所述评价指标通过图、表、数据文件输出，所述评价指标包括平均存车排队长度/时间、平均取车排队长度/时间、平均停放时间、车库吞吐量、设备占用率。
所述自动化立体车库仿真评价系统还包括数据管理子系统，所述数据管理子系统分别与所述物联网感知子系统、立体车库物流建模仿真子系统、仿真运行和评价输出子系统连接，用于存储子系统的获取的数据和输入输出数据。
实施例一
如图1所示，本发明提供的基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，采用虚实结合的计算机仿真手段用于现实自动化立体车库类型比较和评价、自动控制算法优化，运用物联网检测器提供车流数据输入，相对现场试验，仿真系统是一种低成本、省时、低风险的方法与技术。从而实现以下目的：
1)提供可视化3D、量化、微观的统一评价技术
以往立体车库的运作评价常采用简单指标，如存车容量、单车最大进(出)时间等，难以对各种类型的立体停车比较。而立体车库类型多样化：升降横移类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简易升降类。本发明提供了一种适应各种类型、统一的技术来进行可视化3D、动态、定量化、细化至每辆车运作的系统仿真评价技术。
2)用离线或半实物的仿真提供车库运作评价和优化功能
对于已知车辆存放和取车的统计规律，以及立体停车类型、车库运作模式和运作参数的情形，可进行离线仿真评价。对于可用物联网获取存车和取车统计分布，以及接入在线的车库运作控制算法，可用半实物仿真评价和优化车库运作。
本发明基于物流仿真、工业物联网信息感知和人工智能深度学习算法的自动化立体车库仿真评价系统，该系统主要包括：
1.前端物联网感知子系统；
2.立体车库物流建模仿真子系统；
3.仿真运行和评价输出子系统；
4.数据管理子系统。
所述前端物联网感知子系统包括：
1-1)物联网感知终端
包括但不限于视频车辆检测器，结合人工智能深度学习算法的软件，用于获取存车处、取车处和停车位的车辆相关信息。
1-2)基于感知终端的人工智能算法的软件
自动识别得到仿真模型输入需要信息，如存车处、取车处的车型、牌照号、到达/离开时间、流量、入场/出场速度、密度、车头间距/ 车头时距、排队长度、等待时间，排队行进速度等；获取停车位上的车辆信息，如是否占用、车型、牌照号。
所述立体车库物流建模仿真子系统是本发明的核心，运用物流仿真中的3D对象模拟自动化立体车库中的3D对象，建立两者间的映射关系，进一步建立包含入库/出库连接道路的立体车库仿真模型，包括：
2-1)道路仿真模块；
自动化立体车库的仿真需要模拟车辆离开道路进入车库的过程 (存车)，以及模拟车辆离开车库进入道路的过程(取车)，车库外的现实道路映射为物流仿真中的传送带；
2-2)车辆仿真模块；
立体车库中的现实车辆映射为物流仿真中的实体；
2-3)融合BIM的立体车库模块；
现实立体化的车库映射为物流仿真中的立体仓库货架；
2-4)实现多种类型现实立体车库中的车辆垂直、平面、循环移动的仿真模块；
该模块是仿真平台的核心，升降横移类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简易升降类的运动机构映射为物流仿真中的堆垛机、升降机、传送带、暂存区、决策点的某种组合。
2-5)实现车辆的暂存仿真模块；
现实车辆存车入库和取车离库时的临时停放映射为物流仿真中的暂存区。
2-6)入场识别/出场缴费的仿真模块；
现实入场识别/出场缴费时的排队等待映射为物流仿真中的暂存区。
2-7)控制车流流向的仿真模块。
现实控制车流流向映射为物流仿真中的决策点。
在上述模块中建立子模型后，将子模型进行3D参数定义、布局并连接起来，设定反映立体车库存取车的物流流程。
所述仿真运行和评价输出子系统，编译运行车库建模仿真子系统中建立的仿真模型，以图、表、数据文件输出基于物流仿真的立体车库仿真运行的评价指标，包括平均存车排队长度/时间、平均取车排队长度/时间、平均停放时间、车库吞吐量、设备占用率。对于半实物仿真，运用多指标评价方法，对车库控制算法进行运行评价。
所述数据管理子系统：用来存储前端物联网感知子系统采集的大量数据，立体车库物流建模仿真子系统的输入和输出数据、仿真运行和评价输出子系统的数据。
为更好的说明本发明，下面结合本发明的仿真评价系统与系统实施过程对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，该系统主要包括前端物联网感知子系统、立体车库物流建模仿真子系统、仿真运行和评价输出子系统、数据管理子系统。
具体实现步骤如下：
1)通过物联网感知子系统获取入库车辆统计规律；
2)导入车库的BIM；
3)根据要建模的立体车库的类型，组合应用物流仿真中的堆垛机、升降机、传送带、暂存区、决策点等实现车辆垂直、平面、循环移动；
4)编译上述物流仿真中对象的参数，使之与立体车库的运行参数及物联网感知数据相符合；
5)如果有外部控制算法，用API连接之，实现半实物仿真；
6)完成立体车库模型的标定和校准；
7)编译运行仿真模型，实现存车和取车的仿真；
8)通过评价输出子系统，收集模型运行的评价指标输出，评价和优化立体车库运行。
本发明提供的一种基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，将物流和物联网技术应用到自动化立体车库运作评价和优化中，目的是通过可视化3D、动态、量化、微观仿真的统一评价技术，提升立体车库的作业效率、质量和安全性。
其技术先进性包括四点：第一，采用物流仿真模块模拟自动化立体车库的设备和运作；第二，融合了人工智能算法的物联网检测器可自动识别存取车统计规律和相关信息，如车辆的排队长度、等待时间，排队行进速度、车牌号、车辆分型(SUV、轿车等)等；第三，采用了融合建筑信息模型(Building Information Model，简称BIM)的物流仿真模型，能够读取车库的BIM模型，精确掌握车位的位置；第四，具有对接车库控制的应用程序接口(Application Programming Interface，简称API)，可对算法的技术性能进行评价。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统,其特征在于，包括：
物联网感知子系统，用于获取现实入库车辆的统计数据；
立体车库物流建模仿真子系统，与所述物联网感知子系统连接，用于基于所述入库车辆的统计数据，通过物流仿真中的3D对象模拟现实自动化立体车库中的3D对象，建立两者间的映射关系；根据所述映射关系建立包含入库/出库连接道路的立体车库仿真模型；
仿真运行和评价输出子系统，与所述立体车库物流建模仿真子系统连接，用于编译运行仿真系统，对车辆进行存车和取车的仿真，获得仿真结果；还用于将所述仿真结果输入评价输出子系统，输出获得评价指标；根据所述评价指标评价和优化现实立体车库运行；
所述评价指标通过图、表、数据文件输出，所述评价指标包括平均存车排队长度/时间、平均取车排队长度/时间、平均停放时间、车库吞吐量、设备占用率；
所述立体车库物流建模仿真子系统包括，
道路仿真模块，用于将车库外的现实道路映射为物流仿真中的传送带；
车辆仿真模块，用于将现实车辆映射为物流仿真中的实体；
立体车库模块，用于将现实立体化的车库映射为物流仿真中的立体仓库货架；
多类型车库车辆移动仿真模块，用于实现仿真多种类型现实立体车库中的车辆垂直、平面、循环移动；
车辆暂存仿真模块，用于将现实车辆存车入库和取车离库时的临时停放映射为物流仿真中的暂存区；
入场识别/出场缴费的仿真模块，用于将现实入场识别/出场缴费时的排队等待映射为物流仿真中的暂存区；
车流流向控制仿真模块，用于将现实控制车流流向映射为物流仿真中的决策点。
2.根据权利要求1所述的基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，其特征在于，所述物联网感知子系统包括，
物联网感知终端，包括但不限于视频车辆检测器，用于获取存车处、取车处和停车位的车辆相关信息；
人工智能算法模块，与所述物联网感知终端连接，用于自动识别得到仿真模型输入所需要的信息和获取停车位上的车辆信息。
3.根据权利要求2所述的基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，其特征在于，
所述仿真模型输入所需要的信息至少包括存车处/取车处的车型、牌照号、到达/离开时间、流量、入场/出场速度、密度、车头间距/车头时距、排队长度、等待时间，排队行进速度；
所述停车位上的车辆信息至少包括是否占用、车型、牌照号。
4.根据权利要求1所述的基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，其特征在于，
所述多种类型现实立体车库中的车辆垂直、平面、循环移动包括，根据要建模的立体车库的类型，将车辆移动的升降横移类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简易升降类的运动机构映射为物流仿真中的堆垛机、升降机、传送带、暂存区、决策点的某种组合。
5.根据权利要求1所述的基于物流建模和物联网的自动化立体车库仿真评价系统，其特征在于，
所述自动化立体车库仿真评价系统还包括数据管理子系统，所述数据管理子系统分别与所述物联网感知子系统、立体车库物流建模仿真子系统、仿真运行和评价输出子系统连接，用于存储子系统的获取的数据和输入输出数据。
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