CN115331473B - 一种停车场车位最优路径停车位查找方法 - Google Patents

一种停车场车位最优路径停车位查找方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种地下多层停车场车位信息诱导停车位查找方法，它包含信号采集处理模块、控制器、4G/5G无线通讯模块、数据存储服务器和车位信息诱导管理软件。车主接收到数据存储服务器的停车信息，按最近停车场查找及诱导算法（PLAG），查找最优停车场：车主接收到数据存储服务器的停车位信息，按最近空车位查找及诱导算法（CLAG），本发明的算法将搜索域和更新域大大减少，并在候选停车场或空车位确定最优路径后及时停止。解决了停车的难题，并且还可以直接网上支付停车费，更方便快捷。整个发明具有操作效率高、智能无人化等特点。

Description

一种停车场车位最优路径停车位查找方法
技术领域
本发明主要是关于一种地下多层停车场技术，特别是涉及到一种停车场车位最优路径停车位查找方法。
背景技术
经过长时间对各类型停车场的调研，无人化停车场在室外停车场已经比较普及，但对于室内停车场，尤其是比较大型的多层地下停车场，几乎没有实现无人化管理。目前投入应用的地下停车场大部分都只有收费系统，并没有空车位诱导系统，大部分的导航系统都只会到停车场入口处便结束导航，人们在停车高峰期寻找一个空车位无疑成为一个难题。其中对于空车位的检测，大部分停车场利用视频来检测，也就是在每个停车位前放一个小型的摄像机，通过识别是否有车牌来判断是否有车，这种方案不仅会因不能识别某些无牌新车和临时车牌而降低准确度，而且成本也较高。因此针对该问题，我们需要对现有的技术进行革新。
发明内容
本发明的目的在于提供一种停车场车位最优路径停车位查找方法，它包含信号采集处理模块、控制器、4G/5G无线通讯模块、数据存储服务器和车位信息诱导管理软件。其中车位信息诱导管理软件包含供车主使用的基于改进的最近空车位查找和诱导算法的多层地下停车场空车位诱导系统和供停车场管理员使用的多层地下停车场车位管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明公开了一种停车场车位最优路径停车位查找方法，主要包含以下步骤：
（1）将停车场每个车位，按照一定的编码，编制一个由特定数字组成的编码；
（2）可编程信号采集处理模块采集车位上停车状态数据：信号采集使用红外线光电开关：由发光体和受光体组成，发光体朝上发出光线，受光体接收反射回的红外光束信号，并将接收结果传输给信号采集处理模块，车位信号；
（3） 可编程控制器模块中控制器为可编程单片机，用于判断车位的状态，并向4G/5G无线通讯模块发布向数据服务器上传数据的命令；
（4）4G/5G无线通信模块将接收到的数据上传到数据存储服务器；数据存储服务器按照拟定的通讯协议解析数据，并判断每个车位上的停车状态，然后存储到数据库，以供停车场管理员终端和用户终端使用；
（5）数据存储服务器将停车状态信息通过4G/5G无线通信模块向外发送，供车主通过智能终端（如：智能手机）接收停车信息并查找最优停车位；
（6）车主接收到数据存储服务器的停车信息，按以下的最近停车场查找及诱导算法，查找最优停车场：
车主所在位置为起点E，采集以起点E为圆心，以B(B≤10km)为半径内的n个停车场的无线发射信号，构建停车场集合P*={p*1,p*2,...,p*n}，1≤n≤100，B为10-10000m；选择停车场p*i（1≤i≤n）的停车场编号，根据通讯协议解析采集器传输的数据，并获得停车场实时的停车信息；根据公式
判断n个停车场是否为候选停车场，形成候选停车场集合P={p1,p2,...pk}（1≤k≤n）；DISz（1≤z≤K）定义为起点E到每个候选停车场的最终路径距离，PATHz（1≤z≤K）定义为起点E到每个候选停车场pk的最优路径；针对这k个候选停车场，每个停车场pk都执行步骤a)b)c)d)e)中的操作,以此来确定最近停车场；
a)将该候选停车场pk、起点E和i个路口Ri作为节点Vj（0≤j≤i+1）形成一个带权无向图G，起点E定义为节点V0，候选停车场pk定义为节点Vi+1，i个路口定义为节点V1... Vi，节点之间的权重定义为两点之间的曼哈顿距离，停车场取最近的入口、路口取中点进行距离的计算；同时引入标记集合、邻接节点集合等集合的概念；通过公式定义标记集合T(Vj)（1≤j≤i+1）；用每个节点的邻接节点组成的集合定义邻接节点集合Adj(Vj)（1≤j≤i+1）；用每个节点距离起点的路径距离定义路径距离集合D(Vj)（1≤j≤i+1）；用当前确定路径的上一个节点定义前节点集合L(Vj)（1≤j≤i+1）；
b)初始时，标记集合T(Vj)（1≤j≤i+1）为0；邻接节点集合Adj(Vj)（1≤j≤i+1）根据带权无向图G进行初始化；路径距离集合D(Vj)（1≤j≤i+1）为起点E到点Vj（1≤j≤i+1）的距离，若起点E与点Vj（1≤j≤i+1）不相邻，则D(Vj)为∞；前节点集合L(Vj)（1≤j≤i+1）为空；
c)选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，令T(Vu)为1；根据公式：
执行步骤；同时，搜寻邻接节点集合Adj(Vu)中的所有邻接节点，对Adj(Vu)中的每个邻接节点Vm，通过公式
计算起点E到每个邻接点Vm的路径距离，通过公式计算起点E到每个邻接点Vm的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息；根据公式；
d)通过公式DISz（1≤z≤K）= D(Vi+1)设置起点E到该候选停车场的最终路径距离，通过对前节点集合L(Vi+1)回溯得到起点E到该候选停车场的最优路径PATHz（1≤z≤K）；
e)得到每个候选停车场距离起点E的路径距离后，根据公式Pz={z|min{DISz}&1≤z≤k}选取最终停车场为第z个候选停车场，即路径距离最小的候选停车场，其路径距离所对应的路径PATHz便是最优路径；选取最优停车场进行导航；
 （7）车主到达停车场后，车主接收到数据存储服务器的停车位信息，按以下的最近空车位查找及诱导算法（CLAG），查找最优停车位：
车主所在位置为起点E，搜寻距离起点E欧氏距离最小的前m个空车位集合P={p1,p2,...,pm}，这m个空车位称为候选空车位，m为1-20的自然数；DISz（1≤z≤K）定义为起点E到每个候选空车位的最终路径距离，PATHz（1≤z≤k）定义为入口到每个候选空车位的最优路径；针对这m个候选空车位，每个目标都执行步骤b)c)d)e)中的操作；
a)将该候选空车位Pm、起点E和i个路口Ri作为节点Vj（0≤j≤i+1）形成一个带权无向图G，起点E定义为节点V0，候选空车位P定义为节点Vi+1，i个路口定义为节点V1...i，节点之间的权重定义为两点之间的曼哈顿距离，车位和路口取中点进行距离的计算；同时引入标记集合、邻接节点集合等集合的概念；通过公式定义标记集合T(Vj)（1≤j≤i+1）；用每个节点的邻接节点组成的集合定义邻接节点集合Adj(Vj)（1≤j≤i+1）；用每个节点距离起点的路径距离定义路径距离集合D(Vj)（1≤j≤i+1）；用当前确定路径的上一个节点定义前节点集合L(Vj)（1≤j≤i+1）；
b)初始时，标记集合T(Vj)（1≤j≤i+1）为0；邻接节点集合Adj(Vj)（1≤j≤i+1）根据带权无向图G进行初始化；路径距离集合D(Vj)（1≤j≤i+1）为起点E到点Vj（1≤j≤i+1）的距离，若起点E与点Vj（1≤j≤i+1）不相邻，则D(Vj)为∞；前节点集合L(Vj)（1≤j≤i+1）为空；
c)选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，令T(Vu)为1；根据公式；同时，搜寻邻接节点集合Adj(Vu)中的所有邻接节点，对Adj(Vu)中的每个邻接节点Vm，通过公式计算起点E到每个邻接点Vm的路径距离，通过公式计算起点E到每个邻接点Vm的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息；根据公式；
d)通过公式DISz（1≤z≤k）= D(Vi+1)设置起点E到该候选空车位的最终路径距离，通过对前节点集合L(Vi+1)回溯得到起点到该候选空车位的最优路径PATHz（1≤z≤k）；
e)得到每个候选空车位距离起点E的路径距离后，根据公式P={z|min{DISz}&1≤z≤k}选取最终空车位为第z个候选空车位，即路径距离最小的候选空车位，其路径距离所对应的路径PATHz便是最优路径；选择最优路径停车位，按导航进入停车位。
上述停车场车位最优路径停车位查找方法，优选的，所述步骤（2）中，硬件端每个停车位按一定规则布置四个红外线光电开关，一次数据传递中有8个字节可携带车位数据；每个字节传递两个车位信息即两组红外线光电开关的数据，每个字节B中的低四位B0-B3和高四位B4-B7分别代表一个车位；光电开关信号值集合R={0,1}，我们将所有停车状态Rn(n=4)记为有限集合，其中按照标准分为3类，即；规范停车集合R1={‘0000’}，空车位集合R2={‘1111’}，不规范停车集合R3按照不同情况分为3类，表示为R3i，i代表被遮挡光电开关的个数i={i|i∈[1,3]∪i∈N}，具体表示为；根据以上车位状态编码对数据D进行解析，从而判断车位上的实际停车状态。
上述停车场车位最优路径停车位查找方法，优选的，所述的步骤（1）的编码是这样制定的：数据帧的格式定义为16个字节，采用该通讯协议可传递车位所在省、市、县、小区或商场、停车场、车位的数据和累加和校验码信息；解析通讯模块传输的数据，包含以下步骤：
a)可编程采集器获取光电开关的16个字节的数据D=D0D1…D15，传输到控制器，控制器接收到数据D后通过4G/5G无线通讯模块将数据D上传数据库；
b)数据库接收到数据D后，对数据D进行解码操作，并根据以下通讯协议进行译码；通讯协议为：D0代表所在省、直辖市或自治区的编号，D1代表所在地级市的编号，D2代表所在县或市辖区的编号，D3D4表示小区或商场的编号，D5代表所在具体停车场编号，D6代表该停车场内采集器编号，D7D8D9D10D11D12D13D14传递车位数据，D15为累加和校验码；
c)对车位数据D7D8D9D10D11D12D13D14按照权利要求2所述的停车状态的判断标准进行进一步解码，并将车位编号与车位上停车状态信息进行匹配；
d)解码后的数据按照格式存储到数据库；对于多层停车场，特异的停车场编号可作为判断该停车场层级的依据。
上述停车场车位最优路径停车位查找方法，优选的，所述车位信息诱导管理软件包含供车主使用的基于室内研制导航技术PIPS的多层地下停车场空车位诱导系统和供停车场管理员使用的多层地下停车场车位管理系统，来帮助车主停车和停车场管理员管理停车场。
上述停车场车位最优路径停车位查找方法，优选的，所述的步骤（7）中，车主到达拥有多层空车位的停车场，进入停车场后，根据下述的最近空车位查找及诱导算法（CLAG），查找最优停车位，并实时导航以诱导车主停车：
a)定位停车场入口的位置信息I，实时定位车辆的位置信息Icar，初始车辆所处层数layer=0；
b) 实时根据公式判断车辆所处的层数，待车辆进入某一层后，加载该层停车场布局。
上述停车场车位最优路径停车位查找方法，优选的，所述步骤（2）中，所述发光体采用35kHz的调制频率发射光线；标准的停车位长5-6米，宽2-3米，每个车位上部署四个红外线光电开关，其中两个光电开关位于两条长边的中点连线上，对称分布，距离长边90cm，另外两个光电开关位于两条宽边的中点连线上，对称分布，距离宽边100cm；可编程信号采集处理模块处理硬件采集的数据，包括调制电路、载频电路、解调电路、分频电路和译码电路五个部分；其中，调制电路把车位信号叠加到载频电路上，载频电路将车位信号与载频信号叠加为混合信号，以使传播距离更远，抗干扰能力更强，即调制电路和载频电路调制发光体发射红外光，而解调电路、分频电路和译码电路用于频率解调检波，即处理硬件传输来的数据，进行开关状态转换。
上述停车场车位最优路径停车位查找方法，优选的，所述的B为10m-5000m，m为1-3，n为1-3。
上述停车场车位最优路径停车位查找方法，优选的，所述的停车方式分为空车位、规范停车、不规范停车三种方式。
对每个路径规划请求执行上述步骤，计算得出每个候选目标的路径和路径距离，输出路径距离最小的那个目标，并将该目标的路径距离和路径输出，并推荐给车主，以满足车主停车的需求。该算法的时间复杂度为O(n3)，由于停车场路线的特殊性，一般情况下停车场的道路岔路口不大于4，又因为k为常数，k的选择一般不大于10（根据停车场大小而定）。算法在找到入口空车位的最优路径后便直接结束，即循环次数最大为n。加入限制条件后算法整体的耗时不大于4kn，性能有了明显的提升。
与现有技术相比，本发明充分了解了停车的需求，针对现在停车难的问题，用较少的资金实现了智慧停车。对于停车场的管理员来说，更方便对停车场进行管理，也可以根据停车的数据进行分析。对于用户来说，解决了停车的难题，并且还可以直接网上支付停车费，更方便快捷。整个发明具有操作效率高、智能无人化等特点。
附图说明
图1是该发明停车场端的红外线光电开关在停车位的布局图。
图2是该发明软硬件通讯协议中一个字节中车位数据表示示例图。
图3是软硬件通讯协议中16个字节含义图示。
图4是地下停车场车位布局图示意图。
图5是车位数据采集传输处理示意图。
图6是不规范停车状态图。
图7是用户使用诱导系统流程图。
图8是某停车场某一时刻状态示例图。
具体实施方式
下面结合实例和附图1-8对本发明进行技术方案进行完整的描述，显然，所描述的实例只能代表本发明的部分实例，而不是全部实例。
信号采集处理模块采集车位上停车状态数据。信号采集使用红外线光电开关：由发光体和受光体组成，发光体以35kHz的调制频率朝上发出光线，受光体接收反射回的红外光束信号，并将接收结果传输给信号采集处理模块，车位信号。假设一个标准的停车位长5.3米，宽2.5米，每个车位上部署四个红外线光电开关，其中两个光电开关位于两条长边的中点连线上，对称分布，距离长边90cm，另外两个光电开关位于两条宽边的中点连线上，对称分布，距离宽边100cm。自行设计的信号采集处理模块处理硬件采集的数据，包括调制电路、载频电路、解调电路、分频电路和译码电路五个部分。其中，调制电路把车位信号叠加到载频电路上，载频电路将车位信号与载频信号叠加为混合信号，以使传播距离更远，抗干扰能力更强，即调制电路和载频电路调制发光体发射红外光，而解调电路、分频电路和译码电路用于频率解调检波，即处理硬件传输来的数据，进行开关状态转换。
控制器模块中控制器为可编程单片机，用于判断车位的状态，并向4G/5G无线通讯模块发布向数据服务器上传数据的命令。
4G/5G无线通信模块将接收到的数据上传到服务器。
数据存储服务器按照拟定的通讯协议解析数据，并判断每个车位上的停车状态（空车位、规范停车、不规范停车），然后存储到数据库，以供停车场管理员终端和用户终端使用。
车位信息诱导管理软件包含供车主使用的多层地下停车场空车位诱导系统和供停车场管理员使用的多层地下停车场车位管理系统，来帮助车主停车和停车场管理员管理停车场。
多层地下停车场空车位诱导系统基于改进的最近停车场查找及诱导算法（PLAG），车主可通过该算法查找最近拥有空车位的停车场，并实时导航车主到停车场入口，进入停车场后，根据停车场层数确定方法确定具体的停车场层数，并加载该层停车场布局。基于改进的最近空车位查找及诱导算法（CLAG）为其推荐该层停车场内最近空车位，并实时导航以诱导车主停车。
硬件端每个停车位按一定规则布置四个红外线光电开关，一次数据传递中有8个字节可携带车位数据。每个字节传递两个车位信息即两组红外线光电开关（一组为四个光电开关）的数据，每个字节B中的低四位（B0-B3）和高四位（B4-B7）分别代表一个车位。光电开关信号值集合R={0,1}，我们将所有停车状态Rn(n=4)记为有限集合，其中按照标准分为3类，即。规范停车集合R1={‘0000’}，空车位集合R2={‘1111’}，不规范停车集合R3按照不同情况分为3类，表示为R3i，i代表被遮挡光电开关的个数i={i|i∈[1,3]∪i∈N}，具体表示为
。根据以上车位状态编码对数据D进行解析，从而判断车位上的实际停车状态。
所述的通讯协议，数据帧的格式定义为16个字节，采用该通讯协议可传递车位所在省、市、县、小区或商场、停车场、车位的数据和累加和校验码信息。解析通讯模块传输的数据，包含以下步骤：
e)采集器获取光电开关的16个字节的数据D=D0D1…D15，传输到控制器，控制器接收到数据D后通过4G/5G无线通讯模块将数据D上传数据库；
f)数据库接收到数据D后，对数据D进行解码操作，并根据以下通讯协议进行译码。通讯协议为：D0代表所在省、直辖市或自治区的编号，D1代表所在地级市的编号，D2代表所在县或市辖区的编号，D3D4表示小区或商场的编号，D5代表所在具体停车场编号，D6代表该停车场内采集器编号，D7D8D9D10D11D12D13D14传递车位数据，D15为累加和校验码；
g)对车位数据D7D8D9D10D11D12D13D14按照权利要求2所述的停车状态的判断标准进行进一步解码，并将车位编号与车位上停车状态信息进行匹配；
h)解码后的数据按照格式（省，市，县/区，停车场编号，采集器编号，车位编号，停车状态）存储到数据库。对于多层停车场，特异的停车场编号可作为判断该停车场层级的依据。
如图7所示，车主有停车意愿时，打开小程序，若车主未在停车场，系统基于算法PLAG为其推荐最近且有空车位的停车场，进行最短路径规划并进行实时导航，引导车主到达停车场，将选出的停车场以及最优路径返回给车主，诱导车主前往停车场，具体包含以下步骤：
车主所在位置为起点E，采集以起点E为圆心，以B为半径内的n个停车场的无线发射信号，构建停车场集合P*={p*1,p*2,...,p*n}。选择停车场p*i（1≤i≤n）的停车场编号，根据通讯协议解析采集器传输的数据，并获得停车场实时的停车信息；根据公式判断n个停车场是否为候选停车场，形成候选停车场集合P={p1,p2,...,pk}（1≤K≤n）；DISz（1≤z≤K）定义为起点E到每个候选停车场的最终路径距离，PATHz（1≤z≤K）定义为起点E到每个候选停车场的最优路径；针对这K个候选停车场，每个停车场都执行步骤b)c)d)e)中的操作；
将该候选停车场P、起点E和i个路口Ri作为节点Vj（0≤j≤i+1）形成一个带权无向图G，起点E定义为节点V0，候选停车场P定义为节点Vi+1，i个路口定义为节点V1...i，节点之间的权重定义为两点之间的曼哈顿距离（停车场取最近的入口、路口取中点进行距离的计算）；同时引入标记集合、邻接节点集合等集合的概念。通过公式
定义标记集合T(Vj)（1≤j≤i+1）；用每个节点的邻接节点组成的集合定义邻接节点集合Adj(Vj)（1≤j≤i+1）。用每个节点距离起点的路径距离定义路径距离集合D(Vj)（1≤j≤i+1）。用当前确定路径的上一个节点定义前节点集合L(Vj)（1≤j≤i+1）；
初始时，标记集合T(Vj)（1≤j≤i+1）为0；邻接节点集合Adj(Vj)（1≤j≤i+1）根据带权无向图G进行初始化；路径距离集合D(Vj)（1≤j≤i+1）为起点E到点Vj（1≤j≤i+1）的距离（若起点E与点Vj（1≤j≤i+1）不相邻，则D(Vj)为∞）；前节点集合L(Vj)（1≤j≤i+1）为空；
选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，令T(Vu)为1；
根据公式执行步骤；同时，搜寻邻接节点集合Adj(Vu)中的所有邻接节点，对Adj(Vu)中的每个邻接节点Vm，通过公式计算起点E到每个邻接点Vm的路径距离，通过公式计算起点E到每个邻接点Vm的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息；根据公式；
通过公式DISz（1≤z≤K）= D(Vi+1)设置起点E到该候选停车场的最终路径距离，通过对前节点集合L(Vi+1)回溯得到起点E到该候选停车场的最优路径PATHz（1≤z≤K）；
得到每个候选停车场距离起点E的路径距离后，根据公式P={z|min{DISz}&1≤z≤K}选取最终停车场为第z个候选停车场，即路径距离最小的候选停车场，其路径距离所对应的路径PATHz便是最优路径；选取最优停车场进行导航；
进入停车场后，根据停车场层数布局图及导航实时位置来确定具体的停车场层数，并加载该层停车场布局。具体包含以下步骤：
a)定位停车场入口的位置信息I，实时定位车辆的位置信息Icar，初始车辆所处层数layer=0；
b)实时根据公式判断车辆所处的层数，待车辆进入某一层后，加载该层停车场布局。
硬件采集器采集到该停车场当前占用状态如图8所示，该图中，P1-P7为空车位。车主已在停车场或通过诱导到达停车场后，该停车场不存在肉眼可见的空车位，系统会基于算法CLAG为其推荐最近的空车位并做最短路线规划，实时诱导车主停车。以下是计算最近空车位的具体步骤：
 （1）车主所在位置即入口为起点E，搜寻距离起点E欧氏距离最小的前K个空车位集合P，在此根据停车场的大小按比例设指定K=5，即P={p1,p2,p3,p4,p5}，这5个空车位称为候选空车位。DISz（1≤z≤5）定义为起点E到每个候选空车位的最终路径距离，PATHz（1≤z≤5）定义为入口到每个候选空车位的最优路径。针对这5个候选空车位，每个目标都执行算法CLAG步骤b)c)d)e)中的操作，在此以候选车位p4为例。
（2）将该候选空车位p4、起点E和9个路口形成的集合R作为节点Vj（0≤j≤10）形成一个带权无向图G，起点E定义为节点V0，候选空车位p4定义为节点V10，9个路口定义为节点V1...9，节点之间的权重定义为两点之间的曼哈顿距离（车位和路口取中点进行距离的计算）。
通过公式
定义标记集合T(V1)=1，其余为0。用每个节点的邻接节点组成的集合定义邻接节点集合。用每个节点距离起点的路径距离定义路径距离集合（单位：米）。用当前确定路径的上一个节点定义前节点集合L(Vj)（1≤j≤i+1）为空。
 （3）选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，即u=1，令T(V1)为1。根据公式执行步骤。同时，搜寻邻接节点集合Adj(V1)中的所有邻接节点，对Adj(V1)中的邻接节点V2、V4，通过公式计算起点E到每个邻接点的路径距离D(V2)=47.76米、D(V4)=24.55米，通过公式计算起点E到V2、V4的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息L(V2)=V1、L(V4)=V1。根据公式执行步骤d）。
（4）选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，即u=4，令T(V4)为1。根据公式执行步骤。同时，搜寻邻接节点集合Adj(V4)中的所有邻接节点，对Adj(V4)中的邻接节点V1、V7、V5，通过公式计算起点E到每个邻接点的路径距离D(V1)=5.81米、D(V7)=44.26米、D(V5)=66.50米，通过公式计算起点E到V1、V7、V5的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息L(V1)=L(V1)、L(V7)=V4、L(V5)=V4。根据公式执行步骤d）。
 （5）选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，即u=7，令T(V7)为1。根据公式执行步骤。同时，搜寻邻接节点集合Adj(V7)中的所有邻接节点，对Adj(V7)中的邻接节点V4、V8，通过公式计算起点E到每个邻接点的路径距离D(V4)=24.55米、D(V8)=86.21米，通过公式计算起点E到各邻接点的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息L(V4)=L(V8)、L(V8)=V7。根据公式执行步骤d）。
（6）选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，即u=2，令T(V2)为1。根据公式
执行步骤。同时，搜寻邻接节点集合Adj(V2)中的所有邻接节点，对Adj(V2)中的邻接节点V1、V3、V5，通过公式计算起点E到每个邻接点的路径距离D(V1)=5.81米、D(V5)=66.50米、D(V3)=104.64米，通过公式计算起点E到各邻接点的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息L(V1)=L(V1)、L(V5)=L(V5)、L(V3)=V2。根据公式执行步骤d）。
 （7）选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，即u=5，令T(V5)为1。根据公式执行步骤。同时，搜寻邻接节点集合Adj(V5)中的所有邻接节点，对Adj(V5)中的邻接节点V2、V4、V6、V8，通过公式
计算起点E到每个邻接点的路径距离D(V2)=47.76米、D(V4)=24.55米、D(V6)=123.38米、D(V8)=86.21米，通过公式计算起点E到各邻接点的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息L(V2)=L(V2)、L(V4)=L(V4)、L(V6)=V5、L(V8)=L(V8)。根据公式重复执行步骤d）。
 （8）选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，即u=8，令T(V8)为1。根据公式执行步骤。同时，搜寻邻接节点集合Adj(V8)中的所有邻接节点，对Adj(V8)中的邻接节点V5、V7、V9、V10，通过公式计算起点E到每个邻接点的路径距离D(V5)=66.50米、D(V7)=44.26米、D(V9)=143.09米、D(V10)=95.66米，通过公式计算起点E到各邻接点的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息L(V5)=L(V5)、L(V7)=L(V7)、L(V9)=V5、L(V10)=V8。根据公式执行步骤d）。
（9）选取u={j|T(Vj)=0&min{D(Vj)}}，即u=10，令T(V10)为1。根据公式跳出该步骤。
 （10）通过公式DIS4= D(Vi+1)设置起点E到该候选空车位的最终路径距离DIS4=95.66米，通过对前节点集合L(V10)回溯得到起点到该候选空车位的最优路径PATH4={V1,V4,V7,V8,V10}。
（11）对5个后车位都执行上述操作得到结果为（单位：米）。其路径距离所对应的最优路径，根据公式P={z|min{DISz}&1≤z≤5}选取最终空车位为第1个候选空车位，即路径距离最小的候选空车位，其路径距离所对应的路径PATH1便是最优路径。
将该车位推荐给车主并进行停车诱导，以满足车主停车的需求。该算法的时间复杂度为O(n3)，由于停车场路线的特殊性，一般情况下停车场的道路岔路口不大于4，又因为K为常数，K的选择一般不大于10（根据停车场大小而定）。算法在找到入口空车位的最优路径后便直接结束，即循环次数最大为n。加入限制条件后算法整体的耗时不大于4Kn，性能有了明显的提升。
此时，停车场端布置的光电开关采集到的的数据会从空车位集合R2变为规范停车集合R1或不规范停车集合R3，并通过4G/5G无线通讯传输到管理端的数据接收模块，数据接收模块根据软硬件通讯协议解析接收到的数据，并将真实车位状态数据入库，收费系统开始计费。
如若检测到有车位上的车辆停车不规范，系统会根据如图6所示的解析方式判断具体的不规范情况，并通过小程序提示车主规范停车。
若车主已经注册车辆信息，车主还可输入车牌号查询停车的位置，并进行路径规划和实时导航帮助车主“反向寻车”，也可直接进行缴费，实现不停车出库。
所有的停车数据都会被保存在数据库，并生成各种报表供停车场管理员查看。停车场管理员可查看车辆出入库统计表，车位停车信息统计表，车辆出入库时间区间统计表，某段时间内空车位状态统计表，某段时间内不规范停车状态统计表，某段时间内规范停车状态统计表、车辆出入库记录日报表、车辆出入库记录周报表、车辆出入库记录月报表、车辆出入库记录年报表，根据报表可以更详细的查看停车场的停车数据，以便于针对车流量等特征提前做出相应对策。
基于以上描述，该多层停车场车位信息诱导管理方法具有以下特点：⑴该管理方案在理想情况下可以将全国的停车场同时联网，无论车主在任何位置任何时候都可以实现停车的意愿。⑵该管理方案的收费时间使用的是车主真正停车入库的时间到离库时间，收费标准更人性化，避免在出现停车场没有空车位时，车主一直在巡游停车，出停车场却需要缴费的情况，且实现了不停车收费，让停车更方便。⑶该管理方案可以帮助停车场管理员更方便的管理停车场，并避免一些不规范停车情况的发生，基于以上优势，该多层停车场车位信息诱导管理方法相对于现有的停车管理办法具有实质性的进步。
本空车位诱导系统并不只限于实例中描述的内容，任何本行业的技术人员可基于该技术的原理和精神有自己的理解和延伸，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种停车场车位最优路径停车位查找方法，其特征在于，主要包含以下步骤：步骤(1)、将停车场每个车位，按照一定的编码，编制一个由特定数字组成的编码；
步骤(2)、可编程信号采集处理模块采集车位上停车状态数据：信号采集使用红外线光电开关：由发光体和受光体组成，发光体朝上发出光线，受光体接收反射回的红外光束信号，并将接收结果传输给信号采集处理模块，车位信号
Figure FDA0004140054190000011
步骤(3)、可编程控制器模块中控制器为可编程单片机，用于判断车位的状态，并向4G/5G无线通讯模块发布向数据服务器上传数据的命令；
步骤(4)、4G/5G无线通信模块将接收到的数据上传到数据存储服务器；数据存储服务器按照拟定的通讯协议解析数据，并判断每个车位上的停车状态，然后存储到数据库，以供停车场管理员终端和用户终端使用；
步骤(5)、数据存储服务器将停车状态信息通过4G/5G无线通信模块向外发送，供车主通过智能终端接收停车信息并查找最优停车位；
步骤(6)、车主接收到数据存储服务器的停车信息，按以下的最近停车场查找及诱导算法，查找最优停车场：
车主所在位置为起点E，采集以起点E为圆心，以B为半径内的n个停车场的无线发射信号，构建停车场集合P*＝{p*1,p*2,...,p*n}，1≤n≤100，B为10m-10000m；选择停车场p*i(1≤i≤n)的停车场编号，根据通讯协议解析采集器传输的数据，并获得停车场实时的停车信息；根据公式
Figure FDA0004140054190000012
(1≤i≤n)判断n个停车场是否为候选停车场，形成候选停车场集合P＝{p1,p2,...pk}(1≤k≤n)；DISz(1≤z≤K)定义为起点E到每个候选停车场的最终路径距离，PATHz(1≤z≤K)定义为起点E到每个候选停车场pk的最优路径；针对这k个候选停车场，每个停车场pk都按照下述a)、b)、c)、d)、e)的顺序进行操作,以此来确定最近停车场；
a)将该候选停车场pk、起点E和i个路口Ri作为节点Vj(0≤j≤i+1)形成一个带权无向图G，起点E定义为节点V0，候选停车场pk定义为节点Vi+1，i个路口定义为节点V1...Vi，节点之间的权重定义为两点之间的曼哈顿距离，停车场取最近的入口、路口取中点进行距离的计算；同时引入标记集合、邻接节点集合的概念；通过公式
Figure FDA0004140054190000021
定义标记集合T(Vj)(1≤j≤i+1)；用每个节点的邻接节点组成的集合定义邻接节点集合Adj(Vj)(1≤j≤i+1)；用每个节点距离起点的路径距离定义路径距离集合D(Vj)(1≤j≤i+1)；用当前确定路径的上一个节点定义前节点集合L(Vj)(1≤j≤i+1)；
b)初始时，标记集合T(Vj)(1≤j≤i+1)为0；邻接节点集合Adj(Vj)(1≤j≤i+1)根据带权无向图G进行初始化；路径距离集合D(Vj)(1≤j≤i+1)为起点E到点Vj(1≤j≤i+1)的距离，若起点E与点Vj(1≤j≤i+1)不相邻，则D(Vj)为∞；前节点集合L(Vj)(1≤j≤i+1)为空；
c)选取u＝{j|T(Vj)＝0&min{D(Vj)}}，令T(Vu)为1；根据公式
判断执行:
Figure FDA0004140054190000022
执行步骤；同时，搜寻邻接节点集合Adj(Vu)中的所有邻接节点，对Adj(Vu)中的每个邻接节点Vm，通过公式
Figure FDA0004140054190000023
计算起点E到每个邻接点Vm的路径距离，通过公式
Figure FDA0004140054190000024
计算起点E到每个邻接点Vm的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息；根据公式判断执行:
Figure FDA0004140054190000025
d)通过公式DISz(1≤z≤K)＝D(Vi+1)设置起点E到该候选停车场的最终路径距离，通过对前节点集合L(Vi+1)回溯得到起点E到该候选停车场的最优路径PATHz(1≤z≤K)；
e)得到每个候选停车场距离起点E的路径距离后，根据公式Pz＝{z|min{DISz}&1≤z≤k}选取最终停车场为第z个候选停车场，即路径距离最小的候选停车场，其路径距离所对应的路径PATHz便是最优路径；选取最优停车场进行导航；
步骤(7)、车主按步骤(6)到达停车场后，车主接收到数据存储服务器的停车位信息，按以下的最近空车位查找及诱导算法，查找最优停车位：
车主所在位置为起点E，搜寻距离起点E欧氏距离最小的前m个空车位集合P＝{p1,p2,...,pm}，这m个空车位称为候选空车位，m为1-20的自然数；DISz(1≤z≤K)定义为起点E到每个候选空车位的最终路径距离，PATHz(1≤z≤k)定义为入口到每个候选空车位的最优路径；针对这m个候选空车位，每个目标都按下述a)、b)、c)、d)、e)的顺序进行操作；
将该候选空车位Pm、起点E和i个路口Ri作为节点Vj(0≤j≤i+1)形成一个带权无向图G，起点E定义为节点V0，候选空车位P定义为节点Vi+1，i个路口定义为节点V1...i，节点之间的权重定义为两点之间的曼哈顿距离，车位和路口取中点进行距离的计算；同时引入标记集合、邻接节点集合的概念；通过公式
Figure FDA0004140054190000031
定义标记集合T(Vj)(1≤j≤i+1)；用每个节点的邻接节点组成的集合定义邻接节点集合Adj(Vj)(1≤j≤i+1)；用每个节点距离起点的路径距离定义路径距离集合D(Vj)(1≤j≤i+1)；用当前确定路径的上一个节点定义前节点集合L(Vj)(1≤j≤i+1)；
a)初始时，标记集合T(Vj)(1≤j≤i+1)为0；邻接节点集合Adj(Vj)(1≤j≤i+1)根据带权无向图G进行初始化；路径距离集合D(Vj)(1≤j≤i+1)为起点E到点Vj(1≤j≤i+1)的距离，若起点E与点Vj(1≤j≤i+1)不相邻，则D(Vj)为∞；前节点集合L(Vj)(1≤j≤i+1)为空；
b)选取u＝{j|T(Vj)＝0&min{D(Vj)}}，令T(Vu)为1；根据公式判断执行:
Figure FDA0004140054190000032
执行步骤；同时，搜寻邻接节点集合Adj(Vu)中的所有邻接节点，对Adj(Vu)中的每个邻接节点Vm，通过公式
Figure FDA0004140054190000033
计算起点E到每个邻接点Vm的路径距离，通过公式
Figure FDA0004140054190000034
计算起点E到每个邻接点Vm的路径，即记录到达该邻接点的前一个节点信息；根据公式判断执行:
Figure FDA0004140054190000041
c)通过公式DISz(1≤z≤k)＝D(Vi+1)设置起点E到该候选空车位的最终路径距离，通过对前节点集合L(Vi+1)回溯得到起点到该候选空车位的最优路径PATHz(1≤z≤k)；
d)得到每个候选空车位距离起点E的路径距离后，根据公式P＝{z|min{DISz}&1≤z≤k}选取最终空车位为第z个候选空车位，即路径距离最小的候选空车位，其路径距离所对应的路径PATHz便是最优路径；选择最优路径停车位，按导航进入停车位。
2.根据权利要求1所述的停车场车位最优路径停车位查找方法，其特征在于，所述步骤(2)中，硬件端每个停车位按一定规则布置四个红外线光电开关，一次数据传递中有8个字节可携带车位数据；每个字节传递两个车位信息即两组红外线光电开关的数据，每个字节B中的低四位B0-B3和高四位B4-B7分别代表一个车位；光电开关信号值集合R＝{0,1}，我们将所有停车状态Rn(n＝4)记为有限集合
Figure FDA0004140054190000042
其中
Figure FDA0004140054190000043
按照标准分为3类，即
Figure FDA0004140054190000044
规范停车集合R1＝{‘0000’}，空车位集合R2＝{‘1111’}，不规范停车集合R3按照不同情况分为3类，表示为R3i，i代表被遮挡光电开关的个数i＝{i|i∈[1，3]∪i∈N}，具体表示为
Figure FDA0004140054190000045
根据以上车位状态编码对数据D进行解析，从而判断车位上的实际停车状态。
3.根据权利要求1所述的停车场车位最优路径停车位查找方法，其特征在于，所述的步骤(1)的编码是这样制定的：数据帧的格式定义为16个字节，采用该通讯协议可传递车位所在省、市、县、小区或商场、停车场、车位的数据和累加和校验码信息；解析通讯模块传输的数据，包含以下步骤：
a)采集器获取光电开关的16个字节的数据D＝D0D1…D15，传输到控制器，控制器接收到数据D后通过4G/5G无线通讯模块将数据D上传数据库；
b)数据库接收到数据D后，对数据D进行解码操作，并根据以下通讯协议进行译码；通讯协议为：D0代表所在省、直辖市或自治区的编号，D1代表所在地级市的编号，D2代表所在县或市辖区的编号，D3D4表示小区或商场的编号，D5代表所在具体停车场编号，D6代表该停车场内采集器编号，D7D8D9D10D11D12D13D14传递车位数据，D15为累加和校验码；
c)对车位数据D7D8D9D10D11D12D13D14按照权利要求2所述的停车状态的判断标准进行进一步解码，并将车位编号与车位上停车状态信息进行匹配；
d)解码后的数据按照格式存储到数据库；对于多层停车场，特异的停车场编号可作为判断该停车场层级的依据。
4.根据权利要求1所述的停车场车位最优路径停车位查找方法，其特征在于：所述车位信息诱导管理软件包含供车主使用的基于室内研制导航技术PIPS的多层地下停车场空车位诱导系统和供停车场管理员使用的多层地下停车场车位管理系统，来帮助车主停车和停车场管理员管理停车场。
5.根据权利要求1所述的停车场车位最优路径停车位查找方法，其特征在于：所述的步骤(7)中，车主到达拥有多层空车位的停车场，进入停车场后，根据下述的最近空车位查找及诱导算法(CLAG)，查找最优停车位，并实时导航以诱导车主停车：
a)定位停车场入口的位置信息I，实时定位车辆的位置信息Icar，初始车辆所处层数layer＝0；
b)实时根据公式
Figure FDA0004140054190000051
判断车辆所处的层数，待车辆进入某一层后，加载该层停车场布局。
6.根据权利要求1所述的停车场车位最优路径停车位查找方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述发光体采用35kHz的调制频率发射光线；标准的停车位长5-6米，宽2-3米，每个车位上部署四个红外线光电开关，其中两个光电开关位于两条长边的中点连线上，对称分布，距离长边90cm，另外两个光电开关位于两条宽边的中点连线上，对称分布，距离宽边100cm；可编程信号采集处理模块处理硬件采集的数据，包括调制电路、载频电路、解调电路、分频电路和译码电路五个部分；其中，调制电路把车位信号叠加到载频电路上，载频电路将车位信号与载频信号叠加为混合信号，以使传播距离更远，抗干扰能力更强，即调制电路和载频电路调制发光体发射红外光，而解调电路、分频电路和译码电路用于频率解调检波，即处理硬件传输来的数据，进行开关状态转换。
7.根据权利要求1所述的停车场车位最优路径停车位查找方法，其特征在于：所述的B为10m-5000m，m为1-3，n为1-3。
8.根据权利要求1所述的停车场车位最优路径停车位查找方法，其特征在于：所述的停车方式分为空车位、规范停车、不规范停车三种方式。
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