吴迎年+杨国钧

摘 要： 目前停车难的问题在一定程度上加剧了城市道路的拥堵。然而城区内的土地资源十分有限，老旧建筑又难以配套地下车库，为解决上述问题，提出了车联网智能立体车库。将物联网引入到车库的管理中，让车辆车库都成为车联网中的一个节点，实现通过车联网完成身份认证、车辆调度、车库管理等功能。这里的特色是车库全自动化完成车辆的立体停放和出库，汽车驾驶者仅需将车辆开到车库门口，使车库更加智能，易于管理和使用，节省人工停车时间。

关键词： 车联网； 立体车库； 智能交通； 射频识别

中图分类号： TN711?34； TP242.6 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）14?0051?03

Design and implementation of IOV intelligent stereo parking garage

WU Ying?nian1， YANG Guo?jun2

（1. Beijing Information Science and Technology University， Beijing 100192， China； 2. Illinois Institute of Technology， Chicago， USA ）

Abstract： The parking issue makes the road more crowed and jammed. However， there is no sufficient parking lot to meet the demand， and its hard for old buildings to develop extra underground spaces for parking. To solve the above problem， IOV （Internet of vehicle） intelligent parking garage is presented. The intelligence stereo parking garage was designed and realized with the help of Internet of Things. Both of the car and parking garage become nodes in IOV， with which the functions of identity authentication， vehicle scheduling and garage management are realized. The contribution of this paper is to realize the automation of stereo parking and rapid leaving of vehicles in the garage. The only thing drivers should do is to drive the car to the gate of the garage. The garage is intelligent， easy to manage， and can save the drivers parking time.

Keywords： internet of vehicle； stereo parking garage； intelligence transportation； RFID

0 引 言

在全世界范围内，很多人口众多的城市都面临停车难的问题，以北京为例，2012年上半年，北京机动车保有量达到510万辆，而车位仅有250万个[1]，由此带来的乱停车和交通拥堵问题十分严重。因此如何有效利用城市中有限的空间，为更多的机动车提供停车的空间，成为很多城市规划者和工程师共同思考的问题[2?3]。立体车库的出现在很大程度上缓解了这个问题。立体车库可以分为自走型立体车库和自动立体车库，自走立体车库就是驾驶员驾驶车辆自己将车辆放入车位，现在常见的停车楼、多层地下停车场都属于自走立体车库。而自动立体车库则不需要驾驶员将车辆驾驶入位，只需要将车辆停放在车库入口处的托盘上，将车辆移入车位的工作由车库自动完成。目前通过自走型机械式立体车库可以实现车辆的高密度停放，但是现在的立体车库还是不够智能，用户需要将车辆停在立体车库的入口进行相关的操作，然后才能离开。用户在取回车辆时同样需要前往车库才能将车取出，这造成了一定的时间浪费。

由于现在很多车辆都配备有偏航纠正系统、定速巡航系统、自动泊车系统，因此通过汽车和立体机械车库中已有的技术进行有效的利用，并加入RFID标签，可以实现车辆的全自动出入库。即在把乘客送到目的地后车辆自行前往建筑物中的车库完成停车，在接到指令后自动出库，等待乘客，这样即方便用户的使用，也简化了车库的管理。车库的管理系统可以作为节点加入互联网，这样就可以实现通过互联网对每一个车库和车库中的车辆进行监控。通过联网，缴费等工作也可以通过线上交易自动完成，简化了停车过程。车库的使用状态的数据可以用于计算不同时间城市的交通状态，通过与其他车联网设施配合可以帮助城市管理者了解城市的交通环境，优化资源配置。

本文主要研究自动化的立体车库，因为自走立体车库需要为车辆在车库内的移动保留较大的空间，这造成自走立体车库的空间利用效率不及自动车库，同时也不方便监管，因此自动化的立体车库具有更加广泛的应用前景。

1 机械车库现状

1.1 现有的立体车库解决方案

立体车库可以分为自走型立体车库和自动立体车库，简单的说自走立体车库就是驾驶员驾驶车辆自己将车辆放入车位，现在常见的停车楼、多层地下停车场都属于自走立体车库。而自动立体车库则不需要驾驶员将车辆驾驶入位，只需要将车辆停放在车库入口处的托盘上，将车辆移入车位的工作由车库自动完成。在本文中将主要讨论自动化的立体车库，因为自走立体车库需要为车辆在车库内的移动保留较大的空间，这造成自走立体车库的空间利用效率不及自动车库，同时也不方便监管，因此自动化的立体车库具有更加广泛的应用前景。也更符合社会向信息化、自动化发展的趋势。Auguste Perret工程师建造的名为Garage Rue de Ponthieu的车库被认为是现代自动化立体车库的鼻祖[4]。

现在的自动化立体车库已经非常成熟、先进，而且已经实现商业化的应用，但这些车库还可以看到1905年在法国巴黎建造的Garage Rue de Ponthieu的影子。现在的大型车库基本相同只有空间布局略有不同。车位的布局有多种形式，包括直循环式，多层升降横移式等大量不同的布局方式[5]，但现在的所有的车库中的车辆还是需要水平停放。

1.2 现有车库的控制方法

车库的自动化需要动过大量的电气设备来实现。对车辆进行提升，旋转等动作都需要相应的电气、液压传动设备实现，因此对他们的有效控制是必不可少的，由于PLC易用可靠的特点，在目前进入商业应用阶段的机械自动车库中，大部分的控制是通过PLC控制实现的[6]。PLC技术虽然能够实现对车库的有效管理，但是对于当今智能化信息化的要求来说，目前的自动车库还是需要进一步的改进。因为车库与车辆并不能与车辆直接对话，因此车辆与车库就不能直接的交换如身份状态等信息。

1.3 现有车辆技术

随着计算机的发展，汽车制造厂商一直在不断的将各种传感器加入汽车中，从用来保证引擎供氧的氧气传感器，到辅助驾驶员的倒车雷达，再到现在可以实现自动泊车、定速巡航的光学、超声波、激光传感器，车辆能够感受到愈来愈多的外界的信息。现在车辆已经完全可以实现自动的停入普通车位，但是车辆仍然不能与其他的设备进行有效的交流。车辆进入车位完全是通过车辆自身的传感器实现的，车位、车库并不能获得车辆的信息，因此如果车辆需要进入自动化的立体车库中，仍然需要人的操作才能完成车辆的入库出库。而将物联网RFID与无线网络通信加入车辆与车库中，可实现车辆和车库的信息交互，实现全自动出入库。

2 车联网在立体车库中的应用

在目前商用的自动化机械车库中，驾驶员需要将车辆停放在一个入口中，走出车库入口，在计算机上获取车辆的停车凭证（如停车卡等），车库将车辆保存。当驾驶员需要取出车辆时，首先需要来到车库门口处刷卡，车库收回停车凭证，确认取车驾驶员车辆的存放的位置，然后机械装置将车辆送达车库的出口处，驾驶员进入车辆，开出车辆。实际即使在自动化的车库中还是需要人的参与，但是如果加入物联网的相关概念就能实现全自动的操作。

2.1 车联网概念

物联网就是为所有的物品建立电子标签，并且将所有的传感器接入互联网，然后通过互联网对这些信息进行传输、利用，物联网完成了物与物、物与人之间的信息交流与共享。物联网的好处就是使信息的覆盖范围大大提高。当车辆、交通系统引入物联网概念，实现通过互联网传递、获取车辆交通系统的状态后，便形成了车联网。具体地说车联网是指通过装载在车辆上的电子设备通过无线技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的静、动态信息进行提取和有效利用[7?9]。随着智能交通概念的产生，车联网的相关技术也开始普及，谷歌地图通过对过去的车流信息进行统计已经可以预测、现实城市主要干道的车辆信息。谷歌还通过对普通家用汽车进行改装，加装如红外雷达、摄像头等多种传感器实现车辆对周围信息的感受和自动驾驶，因此车联网会在今后有更广泛的应用。

2.2 车联网车库

车联网的功能丰富，如果将车联网的中有关身份识别、遥控、信息交换的功能应用到智能车库中，车库与车辆就能实现相互的配合，最终实现车库的自动化管理、车辆的自动入库。现有的机械式立体车库需要人的操作完成入库工作，首先需要驾驶员将车辆开入车库的入口，然后再操作计算机让车辆入库，身份的认证需要通过如停车卡这类临时的凭证来完成。在出库过程中，驾驶员需要持凭证前往停车库的出库处，等待车辆出库，然后进入车辆将车辆开出。然而在引入车联网概念后，配合车辆的自动泊车和车联网的通信能力，车辆可以通过与车辆的直接通信实现完全自动的入库。

整个入库过程如图1所示。当车辆到达入口处后驾驶员就可以离开车辆，车辆在自动泊车系统的辅助下自动驶入入口处，并检测是否停放到位。在车辆检测到停放就位后，通过车联网发送完成信号，车库中的机械结构将车辆移动至之前分配的位置。

图1 入库流程

在出库时与入库过程相似，同样需要车库与车辆通过物联网的通信完成。出库过程如图2所示。

图2 车辆的出库流程

同时车辆在进入车库后计费等工作都可以自动的进行，通过互联网完成，如车辆在进入车库后，车库识别车辆身份后开始计时，在车辆离开时，车库对车辆收费，车辆通过互联网进行付费然后出库，这样就不需要驾驶员亲自缴费。

2.3 与其他传感器与物联网的通信

为了全面的监控车库状态，需要大量的传感器来获取车库、车辆的信息，如车辆的位置传感器、捕捉机械结构工作状态的传感器等。为了保证车库的运行安全，还需要安装相应的安防系统，如防火系统，在防火系统中需要温度、烟雾、红外传感器。这些传感器也需要将检测到的信息与控制计算机或者网络中远端的控制中心进行交换，因此这些传感器也应加入物联网中。这样才能实现全面远程监控。

3 实物模型试验

为了验证车联网智能立体车库的可行性，进行了实物模型试验，用车模代替真实车辆，制作了车辆的模型，并安装了相关无线通信、超声波测距等模块，然后设计制作了车库的模型、控制算法，编写了软件，进行了通信、车库、入库的试验。实物演示图如图3所示。

图3 车联网中的车辆、服务器与车库模型实物演示图

车联网模型中包括三种节点，车联网中的车辆，车联网中的车库，车联网中的服务器。

而车联网中的通信包含三方面的信息，发送信息的节点身份、接受信息的节点身份、发送的信息内容，即发送信息的目的（传递指令状态等）。由于在模型中使用的车联网通信模块是一种基于2.4 GHz的无线模块，若想实现点对点的通信，必须在发送的信息中包括目标节点的身份信息，并进行必要的差错校验，这样才能避免干扰，例如车库需要让某一辆车启动离开，那么必须在接受节点中写入需要启动的车辆的身份信息，这样才能保证仅启动需要出库的车辆。车联网中详细的通信协议和命令如表1和表2所示。

表1 通信信息的协议

表2 通信命令定义

最终车库通过设计的车联网和相关的协议，可以实现车辆的自动入库出库，车库能通过车联网监控车辆的状态，也能通过车联网实现对车辆的控制，可以实现通过互联网对车库的状态进行远程的监控。所设计的作品获全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛创意组全国总决赛优秀奖，北京市首届机器人竞赛创意组二等奖，并被推荐参加北京市大学生“挑战杯”课外科技作品竞赛。

4 结 论

本文对车联网智能立体车库进行了设计和试验研究，然而目前的试验只是在较为理想情况下进行的，系统的容错能力仍然十分有限，并且没有设计安装模拟的火警安保系统，因此只能用来验证车联网对车库管理的可行性。随着物联网国家工程的实施，智慧城市建设的不断深入，车联网将进入下一代新能源与智能汽车中[10]。目前北斗导航系统的应用，已经计划列入汽车标配中，未来汽车自主导航定位与无人驾驶将逐渐实现。随着车联网的往纵深方向发展，车库与汽车将实现无障碍的“沟通和交流”，实现完全无人干预的停车入库和出库将走进现实商业应用。

参考文献

[1] 李慧.北京车位缺口达到200多万个咱的车往哪儿停？[EB/OL].[2012?07?06].http：//news.xinhuanet.com/politics/2012-07/06/c_123379242_2.htm.

[2] 姜竹胜，汤新宁，陈效华.车联网架构分析及其在智能交通系统中的应用[J].物联网技术，2012，2（11）：39?41.

[3] 周世咏.基于I～2CT技术的智能视觉车联网化解城市拥堵问题[J].北京汽车，2012（5）：39?43.

[4] MCDONALD S. Cars， parking and sustainability [C]// Proceedings of 54th Annual Transportation Research Forum. Annapolis， Maryland： TRF， 2013： 234?243.

[5] 马幼捷，张海涛，邵保福，等.电子智能化立体车库的研究现状与走向[J].电气自动化，2008（5）：3?6.

[6] 刘小洋，伍民友.车联网：物联网在城市交通网络中的应用[J]. 计算机应用，2012（4）：900?904.

[7] 程刚，郭达.车联网现状与发展研究[J].移动通信，2011（17）： 23?26.

[8] 饶毓，戴翠琴，黄琼.车联网关键技术及连通性研究[J].数字通信，2011（5）：36?40.

[9] 黄永清.基于车联网技术的智能停车信息服务系统[J].信息与电脑，2011（12）：95?97.

[10] 叶瑞克，陈秀妙，朱方思宇，等.“电动汽车?车联网”商业模式研究[J].北京理工大学学报：社会科学版，2012（6）：39?44.

表1 通信信息的协议

表2 通信命令定义

最终车库通过设计的车联网和相关的协议，可以实现车辆的自动入库出库，车库能通过车联网监控车辆的状态，也能通过车联网实现对车辆的控制，可以实现通过互联网对车库的状态进行远程的监控。所设计的作品获全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛创意组全国总决赛优秀奖，北京市首届机器人竞赛创意组二等奖，并被推荐参加北京市大学生“挑战杯”课外科技作品竞赛。

4 结 论

本文对车联网智能立体车库进行了设计和试验研究，然而目前的试验只是在较为理想情况下进行的，系统的容错能力仍然十分有限，并且没有设计安装模拟的火警安保系统，因此只能用来验证车联网对车库管理的可行性。随着物联网国家工程的实施，智慧城市建设的不断深入，车联网将进入下一代新能源与智能汽车中[10]。目前北斗导航系统的应用，已经计划列入汽车标配中，未来汽车自主导航定位与无人驾驶将逐渐实现。随着车联网的往纵深方向发展，车库与汽车将实现无障碍的“沟通和交流”，实现完全无人干预的停车入库和出库将走进现实商业应用。

参考文献

[1] 李慧.北京车位缺口达到200多万个咱的车往哪儿停？[EB/OL].[2012?07?06].http：//news.xinhuanet.com/politics/2012-07/06/c_123379242_2.htm.

[2] 姜竹胜，汤新宁，陈效华.车联网架构分析及其在智能交通系统中的应用[J].物联网技术，2012，2（11）：39?41.

[3] 周世咏.基于I～2CT技术的智能视觉车联网化解城市拥堵问题[J].北京汽车，2012（5）：39?43.

[4] MCDONALD S. Cars， parking and sustainability [C]// Proceedings of 54th Annual Transportation Research Forum. Annapolis， Maryland： TRF， 2013： 234?243.

[5] 马幼捷，张海涛，邵保福，等.电子智能化立体车库的研究现状与走向[J].电气自动化，2008（5）：3?6.

[6] 刘小洋，伍民友.车联网：物联网在城市交通网络中的应用[J]. 计算机应用，2012（4）：900?904.

[7] 程刚，郭达.车联网现状与发展研究[J].移动通信，2011（17）： 23?26.

[8] 饶毓，戴翠琴，黄琼.车联网关键技术及连通性研究[J].数字通信，2011（5）：36?40.

[9] 黄永清.基于车联网技术的智能停车信息服务系统[J].信息与电脑，2011（12）：95?97.

[10] 叶瑞克，陈秀妙，朱方思宇，等.“电动汽车?车联网”商业模式研究[J].北京理工大学学报：社会科学版，2012（6）：39?44.

表1 通信信息的协议

表2 通信命令定义

最终车库通过设计的车联网和相关的协议，可以实现车辆的自动入库出库，车库能通过车联网监控车辆的状态，也能通过车联网实现对车辆的控制，可以实现通过互联网对车库的状态进行远程的监控。所设计的作品获全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛创意组全国总决赛优秀奖，北京市首届机器人竞赛创意组二等奖，并被推荐参加北京市大学生“挑战杯”课外科技作品竞赛。

4 结 论

本文对车联网智能立体车库进行了设计和试验研究，然而目前的试验只是在较为理想情况下进行的，系统的容错能力仍然十分有限，并且没有设计安装模拟的火警安保系统，因此只能用来验证车联网对车库管理的可行性。随着物联网国家工程的实施，智慧城市建设的不断深入，车联网将进入下一代新能源与智能汽车中[10]。目前北斗导航系统的应用，已经计划列入汽车标配中，未来汽车自主导航定位与无人驾驶将逐渐实现。随着车联网的往纵深方向发展，车库与汽车将实现无障碍的“沟通和交流”，实现完全无人干预的停车入库和出库将走进现实商业应用。

参考文献

[1] 李慧.北京车位缺口达到200多万个咱的车往哪儿停？[EB/OL].[2012?07?06].http：//news.xinhuanet.com/politics/2012-07/06/c_123379242_2.htm.

[2] 姜竹胜，汤新宁，陈效华.车联网架构分析及其在智能交通系统中的应用[J].物联网技术，2012，2（11）：39?41.

[3] 周世咏.基于I～2CT技术的智能视觉车联网化解城市拥堵问题[J].北京汽车，2012（5）：39?43.

[4] MCDONALD S. Cars， parking and sustainability [C]// Proceedings of 54th Annual Transportation Research Forum. Annapolis， Maryland： TRF， 2013： 234?243.

[5] 马幼捷，张海涛，邵保福，等.电子智能化立体车库的研究现状与走向[J].电气自动化，2008（5）：3?6.

[6] 刘小洋，伍民友.车联网：物联网在城市交通网络中的应用[J]. 计算机应用，2012（4）：900?904.

[7] 程刚，郭达.车联网现状与发展研究[J].移动通信，2011（17）： 23?26.

[8] 饶毓，戴翠琴，黄琼.车联网关键技术及连通性研究[J].数字通信，2011（5）：36?40.

[9] 黄永清.基于车联网技术的智能停车信息服务系统[J].信息与电脑，2011（12）：95?97.

[10] 叶瑞克，陈秀妙，朱方思宇，等.“电动汽车?车联网”商业模式研究[J].北京理工大学学报：社会科学版，2012（6）：39?44.