陳黎明 張帥 吳夢帆

摘要：為解決大型室內(nèi)停車場尋車難的問題，某些大型停車場會設(shè)置智能尋車系統(tǒng)來幫助用戶尋找車輛， 但采用的設(shè)備往往成本較高，且使用過程煩瑣?；诖耍岢隽艘环N輕量化、便捷化的大型室內(nèi)停車場反 向?qū)ぼ嚪桨?，將輕量化的反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)與普及率高的微信小程序進(jìn)行結(jié)合。用戶尋車時(shí)只需要用微信掃描 尋車小程序二維碼并輸入車輛和位置信息，然后通過系統(tǒng)的 A* 算法生成一條靜態(tài)的最短尋車路徑，并將其 推送給用戶，以實(shí)現(xiàn)尋車目的。

關(guān)鍵詞：反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)；微信小程序；A* 算法；最短路徑

中圖分類號：TP391.44；U491.71文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

據(jù)公安部辦公廳統(tǒng)計(jì)處統(tǒng)計(jì)，截至 2022 年底， 我國機(jī)動(dòng)車保有量為 4.17 億輛，機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藬?shù) 量為 5.02 億人 [1]。隨著汽車數(shù)量的日益增多，一 些停車場的規(guī)模也越來越大，尤其是大型商場的地 下停車場。大型室內(nèi)停車場停車位的增多給用戶尋 車帶來一定程度的困難。針對尋車難的問題，國內(nèi) 外研究者提出并開發(fā)了一些新技術(shù)。在國外，德 國 Serva Transport System GmbH 公司開發(fā)了一款名 為 Ray 的自動(dòng)泊車機(jī)器人和自動(dòng)泊車系統(tǒng)，用戶 只需要將車停放在車輛入口處，泊車系統(tǒng)掃描車輛 后會激活泊車機(jī)器人，由其駕駛車輛并分類存入中 轉(zhuǎn)站，車主取車時(shí)，相應(yīng)泊車機(jī)器人將車輛從中轉(zhuǎn) 站中取出并送達(dá)指定位置 [2]。在國內(nèi)，北京大興國 際機(jī)場引入了智能泊車機(jī)器人，停取車都是由機(jī)器 人來完成，大大方便了車主 [3]。此外，國內(nèi)許多學(xué) 者基于互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)提出了一些新的解決方案。例 如，將反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)與智能手機(jī)、定位技術(shù)和地圖 服務(wù)技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合，以便對車輛進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn) 反向?qū)ぼ?；將反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)建立在 AR 技術(shù)之上， 將虛擬導(dǎo)航技術(shù)與實(shí)際停車環(huán)境進(jìn)行結(jié)合，讓用戶 能夠感受到更好的交互性 [4-5]。但以上應(yīng)用和研究 均需要使用一些價(jià)格高昂的電子設(shè)備，且需要定期 維護(hù)和升級，因此增加了停車場建設(shè)和運(yùn)營的成 本。除此之外，部分研究還需要基于停車場具有較 好的網(wǎng)絡(luò)信號，并且需要下載 APP，導(dǎo)致用戶使用起來較為煩瑣。因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于微信小 程序、輕量化、便捷化的反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)，有助于尋 車系統(tǒng)在二、三線城市的推廣使用。

1 系統(tǒng)功能概述及總體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

本文設(shè)計(jì)的反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)具有車輛信息采集、 停車到位檢測、數(shù)據(jù)無線通信傳輸、數(shù)據(jù)分析與處 理以及反向?qū)ぼ嚨裙δ堋Ｔ撓到y(tǒng)具備以下特點(diǎn)。

（1）成本低廉，便于普及應(yīng)用。該系統(tǒng)所采用 的都是在具備基礎(chǔ)功能的前提下，價(jià)格較為低廉的 設(shè)備。其不需要實(shí)體的尋車客戶端，只需與微信小 程序結(jié)合即可實(shí)現(xiàn)尋車功能，從而節(jié)省了成本。

（2）使用方便、快捷。用戶使用該系統(tǒng)進(jìn)行尋 車時(shí)，無須尋找實(shí)體客戶端，或者下載 APP，只需 用微信掃描反向?qū)ぼ囆〕绦蚨S碼，輸入車牌號和 附近停車位編號即可獲得車輛具體位置以及尋車路 線圖，并且不需要注冊賬號。該方式大大增加了用 戶使用的便捷程度以及使用意愿。

（3）定位精準(zhǔn)，可靠度高。由于地下停車場網(wǎng) 絡(luò)信號較差，如果采用衛(wèi)星來定位車主位置，會出 現(xiàn)定位不準(zhǔn)確的情況。而該系統(tǒng)是通過手動(dòng)輸入車 主位置來實(shí)現(xiàn)定位功能的，所以可以有效避免上述 問題。該系統(tǒng)信息間的傳遞采用系統(tǒng)自備的局域無 線通信網(wǎng)絡(luò)，可靠度高。

1.2 總體方案設(shè)計(jì)

該尋車系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括：中心服務(wù)器（數(shù) 據(jù)庫）模塊、停車到位檢測和車輛信息采集模塊、 紫蜂協(xié)議（Zigbee）組網(wǎng)無線通信模塊和微信小 程序模塊。通過中心服務(wù)器連接整個(gè)系統(tǒng)中的各 模塊，以實(shí)現(xiàn)其各自的功能。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖 1 所示。

2 系統(tǒng)各模塊的功能及其實(shí)現(xiàn)方案

2.1 中心服務(wù)器模塊

中心服務(wù)器是該系統(tǒng)的核心，其主要作用是協(xié) 調(diào)系統(tǒng)各模塊之間的運(yùn)行。首先，將通過監(jiān)控設(shè)備 和超聲波傳感器采集到的車輛信息傳輸?shù)街行姆?wù) 器；其次，中心服務(wù)器對接收到的信息進(jìn)行分析和 處理，得到車牌號和停車位編號等車輛信息，這些 信息會被暫時(shí)存放到數(shù)據(jù)庫中；最后，當(dāng)用戶使用 該系統(tǒng)尋車時(shí)，這些信息可與先前被儲存在數(shù)據(jù)庫 中的停車場地圖信息進(jìn)行結(jié)合，并被調(diào)出來供用戶 使用。

2.2 停車到位檢測和車輛信息采集模塊

停車到位檢測和車輛信息采集模塊是反向?qū)ぼ?系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的前提。該模塊包含兩個(gè)部分：一是 利用安裝在車位上方的微處理器和超聲波傳感器對 車位上是否有車輛停放進(jìn)行檢測；二是通過車位上 方的監(jiān)控設(shè)備對車輛的圖像進(jìn)行采集。兩個(gè)部分協(xié)同工作，當(dāng)檢測到車位上已停放車輛后，監(jiān)控設(shè)備 隨之開始采集停放車輛的圖像，然后將圖像信息， 如車牌號、車輛外觀等傳輸?shù)街行姆?wù)器。整個(gè)過 程無須人工操作，方便用戶的使用。

2.3 Zigbee 組網(wǎng)無線通信模塊

Zigbee 組網(wǎng)無線通信模塊采用的是功耗低、 布線容易、距離短、抗干擾能力強(qiáng)的 Zigbee 技 術(shù)，該模塊主要包括功耗和使用成本較低的自組 網(wǎng) Zigbee 無線通信設(shè)備和集中器。Zigbee 所采用 的芯片通過串口將采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到主控 設(shè)備的芯片中，然后再通過 Zigbee 專用局域網(wǎng)將 停車信息和車輛數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆?wù)器以及微信 小程序客戶端。

2.4 微信小程序模塊

微信小程序是反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)路線得以 實(shí)現(xiàn)的載體。當(dāng)用戶尋車時(shí)，首先，使用微信掃描 附近的尋車小程序二維碼，輸入附近的車位編號及 車牌號，小程序端將用戶輸入的信息傳輸至中心服 務(wù)器，中心服務(wù)器根據(jù)接收到的信息對用戶車輛所 在的具體位置進(jìn)行查詢；其次，通過 A* 算法進(jìn)行 最短尋車路徑的規(guī)劃；最后，將其顯示在尋車微信 小程序頁面上，用戶可以根據(jù)顯示的最短路徑進(jìn)行 尋車。微信小程序?qū)ぼ嚵鞒倘鐖D 2 所示。

該程序能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行，其中有兩項(xiàng)關(guān)鍵 技術(shù)，具體分析如下。

2.4.1 系統(tǒng)路徑規(guī)劃算法

A* 算法是一種探測式搜尋算法，該算法通過探 測搜尋目標(biāo)的最佳位置，規(guī)劃合理的尋車路徑，在 這個(gè)過程中影響運(yùn)算結(jié)果精準(zhǔn)性的關(guān)鍵因素是估價(jià) 函數(shù)的選擇是否合理 [6]。因此，估價(jià)函數(shù)是 A* 算 法的核心部分。

A* 算法中，估價(jià)函數(shù)的選擇會影響最優(yōu)路徑獲 取的效率，其計(jì)算公式如下：

f（n）=g（n）+ h（n）。 （1）

式中，f（n）為估價(jià)函數(shù)；g（n）為既定代價(jià)，即 從開始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn) n 時(shí)所付出的代價(jià)； h（n） 為估算代價(jià)，即從當(dāng)前節(jié)點(diǎn) n 至最終點(diǎn)需要付出代 價(jià)的估算值。

使用估價(jià)函數(shù)尋找最短路徑時(shí)，關(guān)鍵在于 h（n）的選取。假設(shè)節(jié)點(diǎn) n 到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的真實(shí)距 離為 d（n）。第 1 種情況，當(dāng) h（n）＜ d（n）時(shí)， 搜索范圍較大，點(diǎn)目數(shù)量也較多，因此會造成搜 索效率較低，但是最優(yōu)解是可以被找到的；第 2 種情況，當(dāng) h（n）=d（n）時(shí)，系統(tǒng)會沿著最 短路徑的方向進(jìn)行搜索，而且搜索的效率也是最 高的；第 3 種情況，當(dāng) h（n）＞ d（n）時(shí)，搜 索的范圍較小，點(diǎn)目數(shù)量也較少，所以可以進(jìn)行 較高效的搜索，但是不能保證搜索到的路徑是最 短的。

與常見的迪克斯特拉（Dijkstra，Dij）[7-8] 路徑 規(guī)劃算法相比，A* 算法的時(shí)間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度 較小。因此，A* 算法不僅可以大大降低搜索路徑時(shí) 的計(jì)算量，提高搜索效率和系統(tǒng)運(yùn)行效率，而且當(dāng) 用戶使用系統(tǒng)時(shí)還可以更快捷地獲取最優(yōu)的尋車路 線圖。

2.4.2 停車場地圖建模

對停車場地圖建模的原因是：當(dāng)用戶搜索車輛 時(shí)，反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)需要根據(jù)用戶輸入的相關(guān)信息查 找車輛在停車場的具體位置，然后結(jié)合 A* 算法得 到最短尋車路徑，并將其提供給用戶。對停車場的 地圖進(jìn)行建模，需要將地圖數(shù)據(jù)提前導(dǎo)入中心服 務(wù)器，本文對停車場地圖模型的設(shè)計(jì)主要是通過 ArcGIS 平臺中的 ArcMap 軟件進(jìn)行的。地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）是一種 特殊類型的空間信息系統(tǒng)，也是一種技術(shù)系統(tǒng)，可 以收集、存儲、管理、計(jì)算、分析和顯示某個(gè)地理 位置分布的數(shù)據(jù)。而 ArcGIS 是一種可以提供實(shí)現(xiàn) GIS 功能的平臺。

本文選擇某地一家大型的地下停車場作為研究 對象，對該停車場一層的所有停車位進(jìn)行矢量地圖 的建模，停車場 ArcMap 地圖如圖 3 所示。

3 中，灰色斜線區(qū)域?yàn)橥ㄐ锌?，灰色點(diǎn)狀區(qū) 域?yàn)檎系K物。當(dāng)用戶尋車時(shí)，首先，在微信小程序 端輸入車輛相關(guān)信息，如車牌號或車位所在編號， 小程序端將用戶輸入的信息傳輸給中心服務(wù)器，中 心服務(wù)器通過查詢目標(biāo)車輛所在位置；其次，結(jié)合 A* 算法對具體的尋車路徑進(jìn)行規(guī)劃；最后，在尋車 小程序端給出規(guī)劃好的尋車路線圖供用戶進(jìn)行反向 尋車。在該示例中，使用 A* 算法運(yùn)行后所得的最 短尋車路徑規(guī)劃結(jié)果如圖 4 所示。

3 結(jié)論

反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)是目前大型停車場智能化發(fā)展中 的一種新技術(shù)。雖然目前國內(nèi)的停車場在一定程度 上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化管理，一些尋車技術(shù)也應(yīng)用到 了實(shí)際生活中，但是由于建設(shè)運(yùn)營成本較高、使用 較復(fù)雜等原因，并未得到大范圍的應(yīng)用與普及。本 文設(shè)計(jì)了一種基于微信小程序、輕量化、便捷化的 反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)，用戶尋車時(shí)只需要用微信掃描尋車 小程序二維碼，輸入車輛信息和位置信息，然后系 統(tǒng)通過局域網(wǎng)將信息傳輸?shù)街行姆?wù)器，經(jīng)過 A* 算法生成一條靜態(tài)的最短尋車路徑，以實(shí)現(xiàn)尋車目 的。該系統(tǒng)操作方便、成本低，便于在大型停車場 中推廣使用。

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