CN109949608A - 基于窄带物联网的错时停车管理***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于窄带物联网的错时停车管理***及方法，可以广泛应用于各类公共停车场及私人停车场、停车位在特定时间段的对外服务。***主要由客户端、***服务器、云端物联网服务器、智能车位锁构成。本发明采用了具有前瞻性的窄带物联网技术作为本***的通信方式，其具有的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势相较于传统的2G技术更加适合大规模的商业化推广；另外一方面，本将停车位资源通过窄带物联网进行大数据聚合，并根据不同客户停车需求，动态进行停车位推荐，充分利用各个私家车位、企事业单位车场车位的空闲使用时段，缓解城市停车难的问题，同时也能为车位归属者创造租赁收入，采用平台和停车场所、物业分成模式使各方受益。

Description

基于窄带物联网的错时停车管理***与方法

技术领域

本发明涉及智慧城市领域，具体而言，是一种智慧城市背景下基于窄带物联网的错时停车管理***与方法。

背景技术

当前我国的停车主要以传统停车模式为主，传统停车模式存在以下一些问题：

1)信息孤岛：由于停车位的信息化水平低，用户往往不能准确获知车位信息，导致大量的闲置停车资源没有得到充分利用、停车场收益下降、用户停车困难；

2)通行效率低、用户体验差：出行高峰期停车场出入口严重拥堵，是否有空闲车位用户不得而知，往往浪费用户大量时间，影响用户出行停车效率；

3)停车场效益损失：传统停车场人工干预过多、电脑故障率高，造成人力、管理、维护成本高，造成极大的效益损失。

现有的专利文献中，名称为《一种基于车位锁的停车位共享方法和***》(申请号：CN201810050841.1)的专利公开了一种基于车位锁的停车位共享方法，该发明由电源模块、电机模块、蓝牙、存储单元、红外模块、主控电路等模块构成，采用蓝牙配对连接控制，车锁节点与后台服务器之间采用433模块进行远程通信，其具有的明显缺点在于操作过程繁琐，且通信方式可靠性较低，在信号弱覆盖的场景下如地下停车场很难提供稳定服务。同时，对应车位的共享以及错时分配机制基本未有涉及。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中大量的闲置停车资源没有得到充分利用以及停车位状态用户无法掌握的技术问题，提供一种面向公众提供即时停车、预约停车与车位共享的服务，为机动车驾驶人、停车位和停车场产权人多方提供便利，以在一定程度上缓解我国目前存在的停车难问题。为实现上述目标，

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

在一个方面提供基于窄带物联网的错时停车管理***，包括：

客户端、***后台服务器、云端物联网服务器、停车节点；

所述客户端，接入第三方地图应用和支付应用API，用于用户提交停车节点信息，所述停车节点部署窄带物联网模块，所述客户端还用于用户提交停车申请信息以及获取停车节点状态信息、位置信息和停车路径规划；

所述云端物联网服务器，用于通过无线基站为部署窄带物联网模块的停车节点和***后台服务器之间提供网络通信连接；

所述***后台服务器，接收客户端上传的停车申请信息并解析，向停车节点发送停车节点状态查询，并根据停车申请信息以及停车节点返回的信息确定推荐的停车节点并根据推荐结果将推荐停车节点信息返回给客户端。

在另一个方面，本发明提供了基于窄带物联网的错时停车管理方法，包括以下步骤：

在客户端接入第三方地图应用和支付应用API；用户通过客户端向***后台服务器提交停车节点信息；

***后台服务器接收用户通过客户端上传的停车申请信息并解析，向停车节点发送停车节点状态查询；

所述停车节点都部署窄带物联网模块，停车节点接收停车节点状态查询命令后将状态信息通过窄带物联网模块传送到无线基站，然后通过与无线基站连接的云端物联网服务器和***后台服务器之间通信；

***后台服务器根据停车申请信息以及停车节点返回的信息确定推荐的停车节点并根据推荐结果将推荐停车节点信息返回给客户端。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明用户通过客户端上传停车节点信息，可应用于个人停车位的空闲时间出租，也可以应用于公共停车场的平台化管理，为机动车驾驶人、停车位和停车场产权人多方提供便利，以在一定程度上缓解我国目前存在的停车难问题；

2.本发明***自动获得停车位的状态信息，并将可用的停车位推荐给用户，提高用户的停车效率，节省用户时间；

3.本发明采用窄带物联网模块，将传统停车场和小区、路边等零散停车位整合，提高停车资源的利用率。

附图说明

图1是本发明具体实施例***框架示意图；

图2是本发明具体实施例***基本流程示意图；

图3是本发明具体实施例停车节点推荐流程；

图4是本发明具体实施停车节点推荐基本流程；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1示出了基于窄带物联网的错时停车管理***的实施例，如图1所示：所述***包括：

客户端：基于手机APP或微信公众平台，并接入第三方地图应用和支付应用API，用户通过客户端获取车位位置信息，状态信息，并可以获得即时停车、预约停车、路径规划、在线支付等服务；停车位产权方通过客户端将私人车位信息提交至本***的平台集中管理并获得租金收益。用户通过客户端提交停车申请信息以及获取停车节点状态信息、位置信息和停车路径规划；

***后台服务器：可以部署于云端服务器中，为本***提供业务集群、缓存、用户数据库、停车资源推荐等支持；接收客户端上传的停车申请信息并解析，向停车节点发送停车节点状态查询，并根据停车申请信息以及停车节点返回的信息确定推荐的停车节点并根据推荐结果将推荐停车节点状态信息、位置信息和停车路径规划返回给客户端。

云端物联网服务器：依托于互联网服务提供商(ISP，Internet ServiceProvider)的基础设施和平台支持，采用前瞻性的窄带物联网(NB-IoT)通信。云端物联网服务器通过无线基站，为停车节点和***后台服务器之间提供网络连接，相比传统通信方法，NB-IoT具有更高的稳定性与可扩展性，利于大规模部署和推广。

停车节点：本发明中，停车节点可以理解为部署在小区、路边的零散的停车位，也可以理解为传统的集中式停车场。对于部署在小区、路边零散的停车位的节点，部署窄带物联网模块。对于集中式停车场，每个停车位上部署Zigbee等短距离无线或有线通信模块。再通过单一或少数NB-IoT模块进行集中管理，在地下停车场等无线电信号强度较弱的场景，单一或少数NB-IoT模块将信息转移至信号较好的场地，减小整个***的覆盖盲区。

本实施例中，停车节点包含了传统的停车场，所述传统的停车场部署了智能车位锁，其本***的底层硬件，对车位进行直接管理，有锁闭、敞开两个物理状态。智能车位锁通过无线基站、窄带物联网、云端物联网服务平台与***后台服务器进行通信。

实施例2：基于窄带物联网的错时停车管理方法，包括以下步骤：

在客户端接入第三方地图应用和支付应用API；用户通过客户端向***后台服务器提交停车节点信息；

***后台服务器接收用户通过客户端上传的停车申请信息并解析，向停车节点发送停车节点状态查询；

所述停车节点都部署窄带物联网模块，停车节点接收停车节点状态查询命令后将状态信息通过窄带物联网模块传送到无线基站，然后通过与无线基站连接的云端物联网服务器和***后台服务器之间通信；

***后台服务器根据停车申请信息以及停车节点返回的信息确定推荐的停车节点并将根据推荐结果将推荐停车节点状态信息、位置信息和停车路径规划返回给客户端。

本实施例流程图如图2所示，用户在客户端(例如：手机APP)中输入车辆信息(包括：车牌号码、地理信息位置等，客户端发送停车服务请求到无线基站；无线基站将收到的服务请求发送给云端物联网服务器；云端物联网服务器将此请求转发给***后台服务器；***后台服务器确定推荐的停车节点；***后台服务器将推荐结果发送给云端物联网服务器；云端物联网服务器将推荐结果发送给无线基站；无线基站将最终结果发送给客户端。

在以上实施例的基础上，***后台服务器根据停车申请信息以及停车节点返回的信息确定推荐的停车节点的方法如下：

***后台服务器解析收到来自客户端的服务申请(即停车申请)，读取其中的用户标识ID、用户发起停车申请的地理位置以及发起停车申请的时间和停车目的地Li；

***后台服务器通过云端物联网服务器、无线基站、NB-IoT模块等，发送停车节点状态查询请求到集中停车节点和零散停车节点；

通过云端物联网服务器、无线基站、NB-IoT模块，集中停车节点和零散停车节点将停车位(停车锁)的状态反馈到***后台服务器；

***后台服务器根据停车节点状态、用户信息等，通过调用停车节点推荐算法得到停车节点推荐结果；

***后台服务器将最终推荐结果发送至云端物联网服务器；流程图如图2所示。

优选地，本发明利用多层目标优化机制，从大规模停车节点发现和小规模停车节点更新两个机制中，避免局部最优出现。同时考虑用户反馈和不同停车节点的费用情况，对每次推荐停车点进行效用评估，以期动态的感知交通状况、用户状态的变化，优化错时推荐的结果，有益效果如下：

1.使用大规模停车节点发现和小规模停车节点更新模式多层次优化目标算法，避免单一优化目标带来的局部最优；

2.结合NB-IoT网络，使用效用评分更新机制，动态适应交通状况、用户位置等环境变化，错时推送停车节点，优化推送结果。

优选地，具体实施例，停车节点推荐的流程如下：

1.***后台服务器对用户停车申请信息(携带在用户请求中)进行解析，提取的信息包括用户标识ID、用户发起停车申请的地理位置发起停车申请的时间

2.初始化停车节点效用数据库，后续对此数据库中不同状态s下的每个停车节点的效用值U(s，j)进行记录和更新，状态(即效用信息状态)定义为四元组其中G为大范围停车节点发现的结果(在后面大范围停车节点发现算法中详述)；

3.执行大规模停车节点发现算法，其目的是在用户输入的目的地附近以较大范围发现可用停车节点集合G，具体在后面叙述；

4.执行小规模停车节点发现算法，其目的是在前述大规模停车节点发现可用停车节点集合G基础上，对可用停车节点进行分类，对具体在后面叙述；

5.如果上述过程在规定时段内完成(即定时器未超时)，则向对效用分数最高的N个停车节点进行排序，并向用户推荐；如果定时器超时，则返回到用户信息解析；打分策略在后面详细叙述；

6.如果用户选择推荐结果，则记录本次用户记录；如果用户未选择，则查看定时器，若未超时，则进行等待用户选择；若超时，则返回到用户信息解析；

7.将用户选择的推荐结果记录，并更新停车节点效用数据库。

在以上实施例的基础上，大规模停车节点发现算法旨在在大范围内寻找可用停车节点。算法输入为停车节点，输出为满足优化目标函数的可有停车节点集返回到用户信息解析，实现方法如下：

1.优化目标函数：当前提出服务请求的车辆i的目的地Li附近的所有空闲停车节点j所在位置Lj距离最小，即

2.约束条件：

G_th，min＜|G|＜G_th，max (1)

上述第一个约束条件表示：欲找到的潜在空闲停车节点总的个数|G|应满足一定预设范围[G_th，min，G_th，max]；上述第二个约束条件表示：发送请求的车辆i从当前位置到潜在空闲停车节点j所用时间小于等于预设阈值T_th；上述第三个约束条件表示：发送请求的车辆i从当前位置到潜在空闲停车节点j所用时间t内，停车节点j空闲(B_t(j)＝1)的概率应大于预设阈值P_th。

上述优化算法使用线性优化算法得到最优解，并记录本次用户请求的位置发送请求时间以及得到的潜在空闲停车节点集G，用状态s四元组表示，并将上述信息记录在停车节点效用数据库中。

进一步地，小范围停车节点更新

此算法目的在于将上述大范围停车节点发现的基础上，将潜在空闲停车节点集G分成N个子集。本算法输入为上述算法结果G，输出为N个子集{G₁，G₂，...，G_N}。

1.优化目标：对于形成的N子集m(子集m中一个M)，以求每个子集m中，中心空闲停车节点到子集中其他停车节点之间的代价最小，即表示为：

2.约束条件：

N＜γ|G| (2)

上述第一个约束条件表示：子集中中心停车节点到子集中其他停车节点之间的代价函数，该函数由距离和拥堵状态表示，其中采用时间序列预测方法预测，α和β分别表示对距离和拥堵状况的权重；上述第二个约束条件表示：子集个数N不超过总潜在空闲停车节点数|G|的γ，γ为百分比；上述第三个约束条件表示：任意子集内的每个停车节点单位小时收费总和f(m)低于一定预设阈值F。本算法最终输出满足上述约束条件的最优解，即基于前述大范围停车节点发现的结果，对停车节点集进行分集处理，得到指定个数的子集。然后，将得到的结果存储在状态s四元组的G中，表示为

在以上实施例的基础上，基于上述得到的子集序列{k₁，k₂，...，k_N}，从每一个子集中选择效用评价分数最高的停车节点进行推荐(效用评价分数在后面详细叙述)。当子集中的停车节点评价分数相同(例如：初始状态，未进行分数评估)，则随机选择一个。每个子集中选择完成以后，对总的推荐停车节点按照评价分数从小到大排序，其中总推荐个数为N′(N′＜N)。将推送结果记录在状态s四元组中，表示为：

用户选择后的评分策略和反馈的方法如下：

R(s，j)表示为停车节点j的评分策略，即获得的奖励

其中，r_c和r_p分别是用户选择停车节点j以后用户满意度和停车场产权人的收益。停车节点效用数据库更中对于每一次请求，即四元组更新策略如下所示：

其中，U(s，j)是在状态 下，选择停车节点j效用评分，R(s，j)通过上述评分策略计算得出的奖励，∈是学习系数，是在(下一个状态)下选择停车节点的最大效用评分。

本发明综合考虑用户对停车节点的评价以及产权收益，提高用户的停车体现以及产权用户的综合收益，便于***的应用推广。

实施例，基于窄带物联网的错时停车管理方法，包括以下步骤：

步骤1：假设***后台服务器通过无线基站、NB-IoT模块等查询发现有100个空闲停车节点，包括零散的停车节点和集中式停车场；

步骤2：***后台服务器对用户信息进行解析，并建立状态四元组其中G可以先置为空；

步骤3：***后台服务器根据发现的空闲停车点和用户信息的结果，对大范围停车节点算法提出的优化目标进行求解，求解方法可以使用单纯形法等线性优化算法；获得空闲停车节点集G；

步骤4：基于上述获得的解G，进行小范围停车节点更新。假设需要将G分为10个子集，首先设置α和β的值以表达对距离和拥堵状况的偏好，然后确定各个停车场的使用价格，最后使用相应聚类的算法(例如：k-means算法)，求解出相应子集<G₁，G₂，...，G₁₀>；

步骤5：分别对子集<G₁，G₂，...，G₁₀>中的停车节点效用进行评分，若第一次运行算法，则在每一个子集中随机选择一个停车点，否则根据效用分值大小进行选择；假设推荐停车点个数N′＝3，即最终推荐3个停车位{g₁，g₂，g₃}；

步骤6：假设用户选择的停车节点为g₁，确定用户选择停车节点j以后用户满意度和停车场产权人的收益，获得R(s，j)的值。按照更新策略更新g₁，g₂，g₃这几个停车节点的效用评分，并更新停车节点效用数据库；

步骤7：若用户在定时器超时前未进行选择，则***后台服务器返回第一步，重新解析最新的用户信息。

本发明采用了具有前瞻性的窄带物联网技术作为本***的通信方式，其具有的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势相较于传统的2G技术更加适合大规模的商业化推广；另外一方面，本将停车位资源通过窄带物联网进行大数据聚合，并根据不同客户停车需求，动态进行停车位推荐，充分利用各个私家车位、企事业单位车场车位的空闲使用时段，缓解城市停车难的问题，同时也能为车位归属者创造租赁收入，采用平台和停车场所、物业分成模式使各方受益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于窄带物联网的错时停车管理***，其特征是，包括：

客户端、***后台服务器、云端物联网服务器、停车节点；

所述客户端，接入第三方地图应用和支付应用AP工，用于用户提交停车节点信息，所述停车节点部署窄带物联网模块，所述客户端还用于用户提交停车申请信息以及获取停车节点状态信息、位置信息和停车路径规划；

所述云端物联网服务器，用于通过无线基站为部署窄带物联网模块的停车节点和***后台服务器之间提供网络通信连接；

所述***后台服务器，接收客户端上传的停车申请信息并解析，向停车节点发送停车节点状态查询，并根据停车申请信息以及停车节点返回的信息确定推荐的停车节点并将推荐停车节点位置信息返回给客户端。

2.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的错时停车管理***，其特征是，还包括智能车位锁，所述智能车位锁，用于部署在停车节点处，其通过锁闭和敞开两个物理状态表示停车位的状态。

3.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的错时停车管理***，其特征是，所述窄带物联网模块包括窄带物联网NB-IoT模块或者Zigbee通信模块。

4.基于窄带物联网的错时停车管理方法，其特征是，包括以下步骤：

在客户端接入第三方地图应用和支付应用API；用户通过客户端向***后台服务器提交停车节点信息；

***后台服务器接收用户通过客户端上传的停车申请信息并解析，向停车节点发送停车节点状态查询；

所述停车节点都部署窄带物联网模块，停车节点接收停车节点状态查询命令后将状态信息通过窄带物联网模块传送到无线基站，然后通过与无线基站连接的云端物联网服务器和***后台服务器之间通信；

***后台服务器根据停车申请信息以及停车节点返回的信息确定推荐的停车节点并将根据推荐结果将推荐停车节点信息返回给客户端。

5.根据权利要求4所述的基于窄带物联网的错时停车管理方法，其特征是，所述停车申请信息包括用户标识ID、用户发起停车申请的地理位置以及发起停车申请的时间和停车目的地L_i。

6.根据权利要求5所述的基于窄带物联网的错时停车管理方法，其特征是，

***后台服务器根据停车申请信息以及停车节点返回的信息确定推荐的停车节点的方法包括以下步骤：

***后台服务器对用户停车申请信息进行解析，提取的信息包括用户标识ID、用户发起停车申请的地理位置发起停车申请的时间和停车目的地L_i；

初始化停车节点效用数据库，后续对此数据库中不同状态s下的每个停车节点的效用值U(s，j)进行记录和更新，停车节点效用信息定义为四元组其中G为大范围停车节点发现的结果；

***后台服务器在用户输入的停车目的地L_i附近特定范围内搜索发现设定数量的可用停车节点集合G；若在设定时间内确定可用停车节点集合G，则对可用停车节点集合G中的停车节点计算效用分数并确定效用分数最高的N个停车节点序列{k₁，k₂，...，k_N}，并将效用分数从高到低排序，并向用户推荐。

7.根据权利要求6所述的基于窄带物联网的错时停车管理方法，其特征是，

***后台服务器在用户输入的停车目的地L_i附近特定范围内搜索发现设定数量的可用停车节点集合G的方法如下：

当前提出停车申请的车辆i的目的地Li附近的所有空闲停车节点j所在位置Lj距离最小为优化目标函数，即

约束条件如下：

G_th，min＜|G|＜G_th，max (1)

上述第一个约束条件表示：欲找到的潜在空闲停车节点总的个数|G|应满足一定预设范围[G_th，min，G_th，max]；

上述第二个约束条件表示：发送请求的车辆i从当前位置到潜在空闲停车节点j所用时间小于等于预设阈值Tth；

上述第三个约束条件表示：发送请求的车辆i从当前位置到潜在空闲停车节点j所用时间t内，停车节点j空闲的概率应大于预设阈值Pth；

上述优化算法使用线性优化算法得到最优解即得到

推荐的停车节点序列{k₁，k₂，...，k_N}，并记录本次用户请求的位置发送请求时间以及得到的潜在空闲停车节点集G，用停车节点效用信息状态表示，并将上述信息记录在停车节点效用数据库中。

8.根据权利要求5所述的基于窄带物联网的错时停车管理方法，其特征是，

在特定范围搜索发现可用停车节点集合G基础上，对可用停车节点序列{k₁，k₂，...，k_N}进行分类，即将可用停车节点集合G分成N个子集，输出为N个子集{G₁，G₂，...，G_N}；

对于形成的N子集m，以求每个子集m中，中心空闲停车节点到子集中其他停车节点之间的代价最小为优化目标，即表示为：

约束条件如下：

N＜γ|G| (2)

上述第一个约束条件表示：子集中中心停车节点到子集中其他停车节点之间的代价函数C(k，m)，该函数由距离和拥堵状态表示，其中采用时间序列预测方法预测，α和β分别表示对距离和拥堵状况的权重；

上述第二个约束条件表示：子集个数N不超过总潜在空闲停车节点数|G|的，百分比，Y为百分比；

上述第三个约束条件表示：任意子集内的每个停车节点单位小时收费总和f(m)低于一定预设阈值F；

然后，将得到的结果存储在状停车节点的效用信息状态四元组的G中，表示为

9.根据权利要求5所述的基于窄带物联网的错时停车管理方法，其特征是，

R(s，j)表示为停车节点j的评分策略，即获得的奖励，表示如下：

其中，r_c和r_p分别是用户选择停车节点j以后用户满意度和停车场产权人的收益；停车节点效用数据库更中对于每一次请求，即四元组更新策略如下所示：

其中，U(s，j)是在状态 下，选择停车节点j效用评分，R(s，j)通过上述评分策略计算得出的奖励，∈是学习系数，是在即下一个状态下选择停车节点的最大效用评分。

10.根据权利要求4所述的基于窄带物联网的错时停车管理方法，其特征是，在确定推荐的停车节点后根据用户发起停车申请的地理位置及推荐停车节点的位置规划行车路线，并将行车路线返回客户端。