CN102800212A - 一种物联网环境下的智能泊车*** - Google Patents

一种物联网环境下的智能泊车*** Download PDF

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Abstract

随着物联网的发展，物联网支撑技术的成熟与产品化，物联网环境下构建低成本的智能泊车***已成为可能，本发明公开了一种物联网环境下的智能泊车***，该***包括：无线传感单元，智能节点单元，调度管理单元，人性化接口单元，当调度管理单元的车位资源和道路资源的管理、以及车辆行驶路径的优化和停车场运营方案的优化可以分散到各个智能节点协同完成，则调度管理单元可完全由智能节点单元取代。该***能够完全代替人泊车和取车，***的构建成本低，组建灵活，能够提高车位利用率和泊车效率以及泊车过程的安全性与人的舒适度。

Description

一种物联网环境下的智能泊车***
技术背景
本发明属于智能泊车***领域，特别涉及一种物联网环境下的智能泊车***。
背景技术
随着城市化建设的推进及城市汽车保有量的增加，大型停车场需求日益增多，尤其是市区向郊区扩张过程中，在车流密度大的新建机场、车站、地铁站、大型购物广场、住宅区、旅游景点等配备了大型停车场，这些停车场内部车位众多、车道复杂，人工管理的泊车秩序比较混乱、泊车效率低，且车辆容易磕碰、划伤，占据非安全***通事故的很大比例。
针对目前状况，一方面，已开发研制出的汽车服务产品，如泊车引导***、智能寻车***以及自动泊车辅助***，尽管只是实现几米范围内的车辆位置与姿态自动调节功能，也大大降低了车辆磕碰的事故率；而泊车引导***则通过实时显示停车场各区域的空闲车位数，引导人较有秩序地找到车位，但人还是不能从枯燥的泊车过程中解脱出来，而且一旦空余车位密度较小时仍容易发生堵车。另一方面，已开发研制出的全自动停车场完全可以代替人泊车和取车，但限于其中电子液压传动***的高昂建造成本，此类停车场一般只有几百个车位且要根据应用环境进行定制，不适合大规模量产。
目前，物联网环境下构建低成本的智能泊车***已成为可能，能够完全代替人泊车和取车，原因在于两方面：一方面，物联网支撑技术的成熟与产品化。①无线网络通信协议已日趋成熟，如低成本无线网络协议IEEE802.15.4规定了物理层与数据链路层的功能，而ZigBee协议栈则实现了网络层、基础软件与无线网络驱动程序。②基础软硬件技术的成熟。基于无线网络接口的微控制单元、传感器的普及和嵌入式操作***的完善，促进了低成本的运算节点的量产与产品化。由此，用户能快速组建低成本的大规模无线传感网，加速了物联网的应用转化。物联网以无线传感网为基础，通过物-物相联、协同优化与智能决策，从而把低成本的运算节点打造为智能化的物体(即智能节点)。另一方面，车辆的自动控制技术已日趋成熟，如国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人驾驶汽车从长沙到武汉高速公路试验成功，Goog1e无人驾驶汽车在街道上进行了20多万公里的自动驾驶试验，这些为实现泊车过程中车辆低速运行的自动控制奠定了基础。
发明内容
本发明针对目前状况，提出了一种物联网环境下的智能泊车***，该***能够完全代替人泊车和取车，***的构建成本低，组建灵活，能够提高车位利用率和泊车效率以及泊车过程的安全性与人的舒适度。
本发明提出的一种物联网环境下的智能泊车***的框图如附图的图1，包括：无线传感单元1，智能节点单元2，调度管理单元3，人性化接口单元4，
无线传感单元安装在停车场的车位上，无线传感单元与智能节点单元相连，无线传感单元检测车位是否停有车辆信息，将检测的车位信息发送给智能节点单元。
智能节点单元：每个智能节点单元均配备无线通信模块，智能节点单元之间彼此相连。若干数目的相邻无线传感单元组成一个区域，每个区域由一个智能节点单元管理。车辆配有无线车载通信模块，智能节点单元通过无线网络与停车场内的运动车辆相连。智能节点单元与调度管理单元相连。智能节点单元将车位停有车辆的信息、运动车辆的位置信息发给调度管理单元，并接收调度管理单元的调度命令、解析调度命令、以闭环反馈的方式控制运动车辆的自动行驶过程。
调度管理单元：调度管理单元与人性化接口单元相连。调度管理单元统一管理停车场内的车位资源和道路资源，实现车辆行驶路径的优化和停车场运营方案的优化。
人性化接口单元：用户与人性化接口单元相连，人性化接口单元接收用户的需求信息，将用户需求信息发送给调度管理单元，人性化接口单元将对用户需求信息的完成情况自动发送给用户。
特别地，所述的无线传感单元与智能节点单元相连，可通过有线网络或无线网络方式相连。
特别地，所述的智能节点单元之间彼此相连，可通过有线网络或无线网络方式相连。
特别地，所述的智能节点单元与调度管理单元相连，可通过有线网络或无线网络方式相连。
特别地，所述的智能节点单元以闭环反馈的方式控制运动车辆的自动行驶过程包括：运动车辆位置的实时检测、运动车辆实时控制指令的计算和运动车辆实时控制指令的发出。
运动车辆位置的实时检测包括：智能节点单元实时地收集运动车辆的无线车载通信模块发出的无线信号，利用无线网络通信IEEE802.15.4标准中提供的信号强度指示功能，由信号强度估计出两者之间的距离，通过多个智能节点的距离估计值及智能节点的位置坐标估计出运动汽车的位置。
运动车辆实时控制指令的计算包括：应用网络化控制方法，综合考虑不确定网络延迟、控制***精度指标与变采样周期，将运动车辆实时控制问题等效为时滞变化的控制问题，再应用随机控制方法计算控制指令。
特别地，所述的区域的划分的方法包括：综合考虑无线网络的通信距离指标、无线网络的通信能量消耗指标、智能节点单元的通信能力和智能泊车***中各个单元的成本与性能需求，采用优化方法计算区域的数目和各个区域内的无线传感单元数目。
特别地，调度管理单元的车位资源和道路资源的管理、以及车辆行驶路径的优化和停车场运营方案的优化可以分散到各个智能节点协同完成，则调度管理单元可完全由智能节点单元取代。
特别地，人性化接口单元中集成的安全措施包括：生物识别设备、密码锁验证设备。
附图说明
图1本发明提出的一种物联网环境下的智能泊车***的框图
图2本发明实施例提供的一种物联网环境下的智能泊车***的示意图
具体实施方式
以下结合附图2给出本发明的具体实施方式，但本发明不局限于下面的实施例。
本发明的物联网智能泊车***包括：如附图2所示，无线传感单元13、14；智能节点单元6、8、16；调度管理单元9；人性化接口单元12。
物联网智能泊车***的工作原理是：
无线传感单元：每个车位7配备一个无线传感单元，无线传感单元13通过无线网络15与智能节点单元16相连，将车位空占信息(检测车位是否停有车辆)发送给智能节点单元，如车位5的无线传感单元返回的空占信息是“占”，车位7的无线传感单元返回的空占信息是“空”。无线传感单元的实现包括超声波传感器和图像识别传感器。
智能节点单元：每个智能节点单元均配备无线通信模块，若干数目的相邻无线传感单元组成一个区域17，每个区域由一个智能节点单元管理，区域的划分的方法包括：综合考虑无线网络的通信距离指标、无线网络的通信能量消耗指标、智能节点单元的通信能力和智能泊车***中各个单元的成本与性能需求，采用优化方法计算区域的数目和各个区域内的无线传感单元数目。智能节点单元彼此通过无线网络相连。车辆配有无线车载通信模块，智能节点单元通过无线网络3与停车场内的运动车辆相连，智能节点8通过无线网络与调度管理单元相连。智能节点单元将收集到的车位空占信息、运动车辆的位置信息发给调度管理单元，并接收调度管理单元的调度命令、解析调度命令、以闭环反馈的方式控制运动车辆的自动行驶过程。智能节点单元以闭环反馈的方式控制运动车辆的自动行驶过程包括：运动车辆位置的实时检测、运动车辆实时控制指令的计算和运动车辆实时控制指令的发出。运动车辆位置的实时检测包括：智能节点单元实时地收集运动车辆的无线车载通信模块发出的无线信号，利用无线网络通信IEEE802.15.4标准中提供的信号强度指示功能，由信号强度估计出两者之间的距离，于是，通过几个智能节点的估计值及智能节点的位置坐标，便可估计出运动车辆的位置。运动车辆实时控制指令的计算包括：应用网络化控制方法，综合考虑不确定网络延迟、控制***精度指标与变采样周期，将运动车辆实时控制问题等效为时滞变化的控制问题，再应用随机控制方法计算控制指令。智能节点单元的硬件实现方式包括：微控制单元、FPGA、定制的芯片。无线通信模块的硬件实现包括：分立的无线通信芯片和集成于定制的芯片内部的IP核。
调度管理单元：调度管理单元与智能节点单元和人性化接口单元相连。调度管理单元9和人性化接口单元12之间的连接10可以是有线的连接或无线的连接。调度管理单元处理人性化接口单元发来的泊车和取车需求，泊车和取车需求包括立即的泊车和取车需求和预订的泊车和取车需求。对于立即的泊车和取车需求，调度管理单元统一管理停车场内的车位资源和道路资源，并考虑停车场内的障碍物2的位置，优化出合理的车辆行驶路径，并将优化的车辆行驶路径发送到智能节点单元；对于预订的泊车和取车需求，调度管理单元根据停车场的当前运营方案分析用户的预订需求是否可以满足。调度管理单元还记录停车场的车位资源和道路资源使用状况，利用统计学的多元数据分析方法得到停车场的最佳运营方案。调度管理单元的硬件实现方式包括：高性能的工业控制计算机、工作站、PC机和定制的计算机。调度管理单元的车位资源和道路资源的管理、以及车辆行驶路径的优化和停车场运营方案的优化可以分散到各个智能节点协同完成，调度管理单元可完全由智能节点取代。
人性化接口单元：用户通过人性化接口单元与智能泊车***的调度管理单元交互，人性化接口单元可接收用户的泊车和取车需求，停车场内的泊车和取车过程由物联网智能泊车***完成。用户的泊车需求包括在汽车到达停车场入口之前通过无线通信设备发给人性化接口单元的车位预订信息等；用户的取车需求包括用户在到达停车场出口之前通过无线通信设备发给人性化接口单元的取车信息等。人性化接口单元将对用户需求信息的完成情况自动发送给用户，如对于用户车位预订的需求信息，调度管理单元根据停车场的当前运营方案分析用户的预订需求是否可以满足，调度管理单元将预订需求是否可以满足的信息发送给人性化接口单元，人性化接口单元自动将预订需求是否可以满足信息发送给用户，告知用户车位预订是否成功等信息。人性化接口单元中集成的安全措施包括：生物识别设备、密码锁验证设备。人性化接口单元硬件实现包括：固定式的交互设备如触摸屏、PC机等，以及能够与无线通信设备交互的固定式和移动式的定制交互设备。
本发明提出的一种物联网环境下的智能泊车***，能够完全代替人泊车和取车，***的构建成本低，组建灵活，能够提高车位利用率和泊车效率以及泊车过程的安全性与人的舒适度。
物联网智能泊车***实施例的工作过程是：
用户到达停车场入口处，汽车1开启无线车载通信模块，用户发送立即泊车需求到人性化接口单元12，开始泊车。人性化接口单元12将用户的立即泊车需求转发给调度管理单元9，调度管理单元处理用户的立即泊车需求，通知最近的智能节点单元与无线车载通信模块进行连接，无线车载通信模块通过网络3连接到与汽车最近的智能节点单元6。另一个入口处的汽车20采用同样的方法将泊车需求传到调度管理单元。
调度管理单元可以统一处理汽车1和汽车20的泊车需求。调度管理单元通过对停车场内的车位资源和道路资源的统一优化，可以确定汽车1和汽车20的停放车位分别是车位7和车位4。调度管理单元同时采用移动车辆的路径规划方法，得出优化的行驶路径，优化指标包括无资源冲突的最短泊车时间，以汽车20为例，调度管理单元得到优化的行驶路径19，优化的行驶路径以若干特征位置信息18的形式传送给智能节点单元，特征位置信息包括汽车行驶过程中进行明显转向的位置以及转向角的量值，如特征位置信息18处转向角为逆时针35度。
智能节点单元根据调度管理单元发来的特征位置信息控制汽车的自动行驶：在特征位置时按调度管理单元的转向角要求进行转向，不在特征位置时则沿着直线行驶。最终汽车20到达车位4，完成泊车。
取车时，从用户发出取车需求到汽车11开出停车场的过程中，智能泊车***各个单元的工作过程同泊车的过程类似。最终汽车11到达停车场出口处，汽车交给用户，智能泊车***的无线网络自动与汽车11断开连接，完成取车。

Claims (7)

1.一种物联网环境下的智能泊车***，其特征在于：包括：无线传感单元，智能节点单元，调度管理单元，人性化接口单元，
无线传感单元安装在停车场的车位上，无线传感单元与智能节点单元相连，无线传感单元检测车位是否停有车辆信息，将检测的车位信息发送给智能节点单元；
智能节点单元：每个智能节点单元均配备无线通信模块，智能节点单元之间彼此相连，若干数目的相邻无线传感单元组成一个区域，每个区域由一个智能节点单元管理，车辆配有无线车载通信模块，智能节点单元通过无线网络与停车场内的运动车辆相连，智能节点单元与调度管理单元相连，智能节点单元将车位停有车辆的信息、运动车辆的位置信息发给调度管理单元，并接收调度管理单元的调度命令、解析调度命令、以闭环反馈的方式控制运动车辆的自动行驶过程；
调度管理单元：调度管理单元与人性化接口单元相连，调度管理单元统一管理停车场内的车位资源和道路资源，实现车辆行驶路径的优化和停车场运营方案的优化；
人性化接口单元：用户与人性化接口单元相连，人性化接口单元接收用户的需求信息，将用户需求信息发送给调度管理单元，人性化接口单元将用户需求的完成情况自动发送给用户。
2.根据权利要求1所述的智能泊车***，其特征在于：调度管理单元的车位资源和道路资源的管理、以及车辆行驶路径的优化和停车场运营方案的优化可以分散到各个智能节点协同完成，调度管理单元可完全由智能节点单元取代。
3.根据权利要求1所述的智能泊车***，其特征在于：所述的智能节点单元以闭环反馈的方式控制运动车辆的自动行驶过程包括：运动车辆位置的实时检测、运动车辆实时控制指令的计算和运动车辆实时控制指令的发出：
运动车辆位置的实时检测包括：智能节点单元实时地收集运动车辆的无线车载通信模块发出的无线信号，利用无线网络通信IEEE802.15.4标准中提供的信号强度指示功能，由信号强度估计出两者之间的距离，通过多个智能节点的距离估计值及智能节点的位置坐标估计出运动汽车的位置；
运动车辆实时控制指令的计算包括：应用网络化控制方法，综合考虑不确定网络延迟、控制***精度指标与变采样周期，将运动车辆实时控制问题等效为时滞变化的控制问题，再应用随机控制方法计算控制指令。
4.根据权利要求1所述的智能泊车***，其特征在于：所述的区域的划分的方法包括：综合考虑无线网络的通信距离指标、无线网络的通信能量消耗指标、智能节点单元的通信能力和智能泊车***中各个单元的成本与性能需求，采用优化方法计算区域的数目和各个区域内的无线传感单元数目。
5.根据权利要求1所述的智能泊车***，其特征在于：人性化接口单元中集成的安全措施包括：生物识别设备、密码锁验证设备。
6.根据权利要求1所述的智能泊车***，其特征在于：所述的无线传感单元与智能节点单元相连，可通过有线网络或无线网络方式相连，所述的智能节点单元之间彼此相连，可通过有线网络或无线网络方式相连，所述的智能节点单元与调度管理单元相连，可通过有线网络或无线网络方式相连。
7.根据权利要求1所述的智能泊车***，其特征在于：智能节点单元的硬件实现方式包括：微控制单元、FPGA、定制的芯片。
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