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交通运输工作组
一种新的“智能停车”系统的基础架构与实现
摘要
我们提出了一个新的“智能停车”系统的城市环境。该系统分配和保留一个最佳的停车位的驱动程序，在用户要求的基础上，结合接近目的地和停车的成本，同时也确保整体停车能力的有效利用。我们的方法解决了一个混合整数线性规划（MILP）在时间驱动的顺序在每个决策点的问题。每个优化解决方案是一种优化配置基于当前的状态信息和受随机事件，比如新用户请求或车位成为可用。在下一个决策点上更新的分配，确保有没有资源预留冲突，没有用户是有史以来分配的资源，高于目前的成本函数值。实施问题包括车位检测，保证预订和车辆到基础设施（V2I）或基础设施的车辆（I2V）解决了通信。我们的系统可以节省驾驶时间，燃料和费用，同时减少交通拥堵和环境污染。我们还描述了一个部署，在波士顿大学的车库进行测试系统的测试研究。
2012由Elsevier出版公司的选择和/或同行评审的CC by-nc-nd许可程序委员会开放存取的责任
关键词：智能停车，动态资源分配
1.简介
据每天估计，30%的车辆在市区的主要街道，需要平均花7.8分钟找到一个停车点。司机寻找停车位这不仅造成时间和燃料的浪费，由于交通拥堵，也会造成其他司机时间和燃料的额外浪费。例如据报道，在一个小洛杉矶商务区，超过一年的汽车巡航停车场创建了38个世界各地旅行，消耗47000加仑汽油并产生730吨二氧化碳。在过去的二十年中，许多城市的交通部门正在建设所谓的停车诱导信息（PGI）更好的停车场管理系统。PGI系统驱动程序在控制区停车动态信息和指导他们空置的停车场。停车信息可以显示在可变信息标志（VMS）在主要道路、街道和路口，或可以通过互联网传播。PGI系统是基于和停车场监控自主车辆检测的发展，通常是通过放置在车辆检测和监控停车场附近的传感器的使用。然而，它已被发现使用PGI系统，系统宽减少旅行时间和车辆效益可能比较小。基于PGI系统的目标，e-parking是一个创新的平台，使驾驶员获得之前或期间停车信息，预订停车位。司机通过移动电话或互联网接入中央系统。蓝牙技术在入口点识别每一辆车，并触发自动预约检查和停车付款。研究人员还发现，通过控制停车价格可以缓解交通拥堵，例如在旧金山，有时间依赖性或需求依赖的停车收费，以实现不同地区的停车供应的正确水平。
虽然现在的停车诱导系统增加的概率找到空置的停车点，他们依然存在几个缺点。首先，驱动程序可能没有找到空置的停车点，只是让司机听从指导。在本质上，这种系统改变司机的行为从搜索竞争停车：更多的司机去往同一个可用的停车位，可能会存在并没有空的停车位，从而迫使重新规划和其他地点竞争。虽然存在一些智能手机应用程序，司机使用他们的移动电话检查实时停车信息，在驾驶过程中寻找车位会有安全问题。其次，即使一个司机被成功地引导到一个停车位，这是一个以牺牲更好的停车机会来鼓励增加找到更多停车位。例如，一个司机可以在一个较近位置的停车地点停车，但会错过附近可能提供更好服务的免费停车点。第三，从交通管理局的角度来看，停车空间利用变得不平衡：提供信息的停车位会被高度利用，造成其周边交通拥堵较严重，而其他停车位可能会经常留下空缺。在一般情况下，指导系统不能解决基本的停车问题。更糟的是，他们可能会在有监测的停车位导致新的交通拥堵。
我们提出了一个新的概念“智能停车”系统。并非是向司机提供停车信息，让其作出停车决定，“智能停车”系统这类驱动程序在分配和保留一个最佳的停车位道要求基础上，结合考虑接近目的地和停车的成本，同时也确保整体停车能力的有效利用。我们专注于解决动态资源（停车位）分配问题，并提出了一个模拟的案例研究，以说明系统的性能。仿真结果表明，PGI系统得到显著改善。在本文中，我们需要详细了解的四个基本要求，构建一个“智能停车”系统，并描述我们的解决方案，在一个试点实施的波士顿大学汽车库。
论文的其余部分组织如下。在2节中，我们回顾了我们的“智能停车”系统的框架和分配程序。在3节中，我们描述了四个基本要求，以建立这样一个系统。在波士顿大学的一个车库的试点实施，在第4节所描述的。最后在5节，我们总结和讨论未来的工作。
2.“智能停车”系统基础设施
我们提出的“智能停车”系统采用PGI系统的基本结构。此外，这样的系统包括一个驱动程序请求处理中心（DRPC）和停车场智能分配中心（SPAC）。图1描述了这个框架。停车资源管理中心（PRMC）收集和更新所有的实时停车信息和传播通过VMS或者互联网。驱动程序请求处理中心（DRPC）收集司机的停车要求和实时的信息（即车的位置），跟踪驱动程序的配置状况，并将分配结果的司机。基于驱动程序请求和停车资源状态，智能停车分配中心，使分配决策和分配和保留停车点的驱动程序。
基本分配过程（见[ 13 ]，[ 14 ]）描述如下。司机寻找停车位的请求发送到该。请求是伴随着两点要求：一个约束（上限）的停车场成本和约束（上限）之间的步行距离停车点和司机的实际目的地。它也包含了司机的基本信息，如车牌号、当前位置、大小等车，空间聚集在所有驱动器设计要求在一定的时间窗口，使决策点的时间寻求优化组合的特定驱动程序和系统的目标总体配置。指定的停车位通过DRPC发送到每个司机。如果一个司机对这一任务感到满意，他就有选择的地点。一旦预订了预订，司机仍然有机会获得一个更好的停车点（有保证且永远不会比当前的一个更坏）在到达目前的分配点之前。PRMC更新相应的的停车位空置保留，并提供担保，其他司机无权采取现货。如果一个驱动程序不满意的分配（因为有限的资源或他自己的限制停车要求），或如果他未能接受它的任何其他原因，他必须等到下一个决定点。在由中心作出的分配决定之间的时间间隔，没有停车的司机有机会改变自己的成本或步行距离的要求，可能增加的机会来分配，如果停车系统是高度利用（当然，没有停车空间是永远不会被分配给司机）。整个过程如图2所示。
这样一个“智能停车”系统的实现依赖于四个主要的要求。首先，分配中心必须知道所有停车点的位置和所有车辆发出的请求的位置。二项要求包括车辆和配送中心之间的有效的无线通信。第三，该中心必须能够实现一个预订，保证一个特定的停车点的驱动程序。最后，一个有效的停车资源分配方法需要实施，以确保最佳的分配和保留。在下面，我们将专注于这四个要求的实施细节。
3.“智能停车”系统的实施要求
3.1. 停车检测与驱动定位
首先，该系统依赖于实时停车信息的知识，它使和升级的驱动程序的基础上。正如已经提到的，目前的传感技术提供了几个选项，以监测停车点。在我们的试点项目中，我们使用超声波传感器，分别安装在美新虹膜无线传感器微尘。在一层的车库或在一条街上构建一个XMesh无线网络传感器，连接所有传感器和传输传感数据的上层通过网关。XMesh网络支持多跳路由的数据包可以从一个中继节点到另一个。因此，远离传感器的传感器仍然可以发送数据到网关通过这项技术。它还具有快速重新配置的能力时，加入或删除一个传感器，/从系统。这些特点使得它非常方便地部署在任何街道或街道停车位的停车监控系统。
此外，每当系统开始进行分配时，它就要求所有挂起的所有车辆的位置信息等待分配。基于此信息，它估计的旅行时间的点被分配，并提供驾驶方向后的分配。目前的车辆跟踪设备/系统提供的解决方案，这个问题。车辆跟踪系统将全球定位跟踪技术与灵活的，先进的映射和报告软件相结合。车辆跟踪装置安装在收集并通过蜂窝或卫星网络传输跟踪数据的车辆上。该系统接收实时车辆跟踪更新，包括位置，方向，速度，空闲时间，启动/停止和更多。这项技术已广泛应用于公交系统。然而，它要求每个驱动程序安装一个跟踪装置，这成为驱动程序使用该系统的附加成本。在我们的项目中，我们已经建立了一个智能手机应用程序，其中包含一个功能，不断读取的全球定位系统的数据，并自动向系统报告。智能手机的应用程序也具有其他功能，这将在以后进行说明。
3.2. V2I和I2V通信
第二项要求包括车辆和分配中心（基础设施）之间的有效沟通。这是一个双向的沟通包括车辆到基础设施（V2I）和基础设施车辆（I2V）通信。在我们的“智能停车系统”，包括司机把他们的车路通信的停车要求，提供驱动程序信息和确认预订系统。I2V通信涉及该发送分配结果，行驶方向，付款细节多，回到车。蜂窝网络（CN）通常应用在V2I和I2V解，即驱动程序与系统通过自己的手机互动。
在我们的项目中，我们已经开发了一个智能手机应用程序，通过它与“智能停车”系统的驱动程序交互。使用该应用程序，可在系统中使用一个唯一标识号，与之相关联的是一个驱动程序的一般信息，如车牌号，信用卡号码，汽车大小等。身份证是由驱动程序注册，而该维护一个数据库来存储驱动程序的基本信息。驱动程序也可以使用该系统不需要注册一个标识，但它们必须每次发送请求时提供一般信息。在应用中，司机也有选择他们的目的地，步行距离的偏好和停车成本的耐受性。当驱动程序完成所有设置并发出请求时，系统将根据其停车条件发送回位分配结果。
有三种分配结果。（1）如该系统未能为司机找到泊车位，则通知会弹出通知该名潜水员等待下一次分配时间。一个详细的解释，也提供了关于失败的分配。例如，没有空置的停车位，或司机的要求太严格，或司机是太远离他的目的地。该驱动程序，然后可以释放他的停车要求增加的机会被分配，或干脆不一直等着。（2）如果一个停车点被分配给司机，但他不满意，他可以拒绝该分配并调整其要求。然而这样做，有一定的风险，他下一次可能不会被分配到车位。为了防止司机经常拒绝成功的分配和调整的要求，来获取更好的停车点，或为了防止司机总是提供非常严格的条件，在开始时，逐步放松他们，系统可能在开始时收取费用随时间推移而增加，或是要求超过一定数量的停车场。（3）如该司机对其结果满意，则该系统保留该地点的系统，并向该应用程序显示该泊车位的驾驶方向，他将保留。当他正开车时，系统会通知他一个升级的停车场，这是最好的，他根据他的实时位置。司机需要回应，并告诉系统是否接受车位。当司机到达停车地点时，他需要确认停车场。所有这些驱动程序的响应都是通过在应用程序中按按钮完成的。当汽车离开停车场时，一个停车费汇总将被发送给司机，可通过应用程序查收。
注意这里V2I和I2V通信是通过智能手机的应用程序来实现的，而数据通过蜂窝网络传输。在行驶之前，司机可以在一个停车点预定一个停车点，并通过简单的智能手机上的按钮来与系统进行交互，不会使他们分心。
3.3 预订的保证
停车预订是“智能停车”系统的一个重要功能。为了实现这一功能，当一个停车点为司机保留时，系统必须保证该停车位不会被其他车占据。对于街边停车资源，这是比较容易的，以防止司机采取的景点已被保留的其他。该系统可以在车库或停车场的门口进行身份验证（电子识别技术）。如果司机有预约，打开车门就有一个车位提供给他。否则，他可能被拒绝或可以停放在未被预留的停车位。
对于街边停车资源，该方案更为复杂，因为在路边停车位上没有身份证检查功能。司机可以在任何地点停车，如果它是空的。一种方法是通过无线技术与硬件接口的车辆，使一个现场可访问的司机谁保留它。例子包括门”和障碍，从收缩到地面停车位在折叠的障碍；这是由设备的车载无线激活，类似机制的电子收费系统。然而，这种方法是比较昂贵的，和硬件是不容易安装和维护。一个“软”的计划是使用一个光系统放置在每个停车点，不同的颜色表示不同的停车点“状态”。
在我们的项目中，我们使用灯光系统来实现预订保证。我们设置了一个绿灯指示任何司机，一个红色的指示灯是由其他司机保留，黄灯通知司机谁已预留这个空间，一旦他在附近，和一个闪烁的红色信号灯发出的司机，他是在一个地方预留的停车位。三个LED灯的连接和控制的IRIS节点。如果它是由一个驱动程序保留的话，该灯是绿色的。当一个司机到达停车场时，他应该使用智能手机通知系统。系统发送命令到虹膜传感器遥控，开关灯在他的保留现场由红色变为黄色。司机应该能够认出他的后备地点和公园。在他公园，灯光被关闭，直到汽车离开。如果一个司机在一个由他人保留的空间里违反了规则和公园，红色的光在那个地方就开始闪烁，司机应该离开。如果他不在2分钟内离开，系统知道哪个停车位被超时占用了，并且给该车开一张罚单，另一方面，这个系统将开始另一个为有保留地的司机做另一个任务。如果驱动程序无法重新分配但因为拖曳或离开之前，他的到来违法车是他的保留现场缺位，现场还为他保留；那么他将得到退款。
3.4 最优分配
“智能停车”系统的好处之一是，如果找到最佳的停车空间，为每个司机。这是通过在空间的有效分配算法。在[ 13 ]和[ 14 ]中研究了这个最优分配问题。在本文中，我们专注于如何减少问题规模。我们首先回顾制定动态停车资源问题（详情可在[ 13 ]） 我们采用一个排队模型的问题如图4所示。在第k个决策点，我们定义的配置系统状态如下
在此=；=；=
是集描述与表示免费停车的数量资源中第j个资源，j=1,2，hellip;，j n。我们假设每个资源j有一个已知的位置，它用在二维欧氏空间相关，其容量。
动态资源分配的排队模型
我们还定义第i个用户的状态为以此形式：
=
其中是司机i的位置，是司机i已在储备队列中 第K个决策点花费的总时间 ，且是司机i的预订状态：
若
若司机i预订资源j
最后，为用户i设置一个可行资源，根据用户提出所请求资源的需求基础上建立，我们定义与用户i在两项相关属性上有联系。首先，由D分配，是一个上限的资源之间的距
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