立体车库智能存取车控制算法设计

吕洪柱 张凌宇 廉佐政

摘 要：本文设计了一种智能存取车控制算法，适用于多层面、多通道、多传送大型立体停车库存取车控制。算法利用进程互斥原理确保多个传送车并行工作，对车位编号采用效益优先排序算法实现经济效益最优。本文算法对于提高存取车的工作效率、缩短车辆存取时间具有重要意义。

关键词：立体车库；自动停车；智能控制

中图分类号：TP13 文献标识码：A

Algorithm Design on Intelligent Parking Control System for Stereo Garage

L? Hongzhu，ZHANG Lingyu，LIAN Zuozheng

（Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Abstract：The paper designs an intelligence parking control algorithm for stereo garage applying to multiple levels，multi-channel and multiple vehicles transmission.it utilizes the principl of mutual processes to ensure transmission vehicles work，it's superior to carry out economic efficiency to the car serial number adoption efficiency superior algorithm.it is important significance for Raise economic efficiency and shorten vehicle access time.

Keywords：stereo garage；automatic parking；intelligent control

1 引言（Introduction）

在拥挤的现代社会停车难是城市的大难题，采用机械式立体停车库[1]，是解决中心城区停车难问题的一项有效措施。我国城市内的机械化立体车库，多采用人工控制方式，存在着停车时间过长，作业效率低等不足。本文利用进程互斥原理，针对大型停车库的多层面、多通道、多传送车的智能化立体停车系统，设计了一种控制算法，改善停车系统的效率，提高停车库的自动化水平。

2 机械传送系统设计（Machine transmission system

designs）

多层面、多通道、多传送车的智能化立体停车库[2]结构如图1所示，假定该车库共有P层，每层有M列，每列有N个停车位，车库共有P×M×N个停车位。

图1 传送系统工作原理图

Fig.1 Deliver the system principle diagram

智能化立体停车库的核心技术是把车辆运送到指定车位的机械传送系统以及相应的控制系统，决定着停车库的建设成本、运行效率和运营成本[3]。本文采用的智能化立体停车库机械传送系统原理：设计了两个方向相反的横向通道为HB和HF，两列之间设置一个纵向通道Zi，纵横通道之间轨道相连，传送车可在横向和纵向轨道上运动，在车库侧面设置一个Z0取车专用通道，传送车只能沿箭头方向运动，最后沿Z0通道到达车库出口。

多传送车并行方案设计，车库入口停放一辆传送车，在每个纵向通道中停放一辆传送车。这种布置方案有两方面的优点：一是车库入口的传送车能容纳一辆传送车即可；二是有利于取车操作，系统可直接启动通道中传送车完成取车操作，减少传送车空载行程，提高了取车操作的效率[4]。

车辆存取的基本流程：存车过程，车辆到达停车入口，系统自动识别车型，给车分配一个最佳车位，智能控制系统启动传送车辆到停车位，并出据存车IC卡。取车过程，输入IC卡，计算机自动识别身份，显示存车费用，用户交费后，启动智能控制系统控制传送车完成取车操作[5]。

3 存取车智能控制算法设计（Access the car

intelligence control algorithm design）

3.1 最佳停车位的查找

控制算法的目标之一是查找耗能最低的停车位，基本思想：按耗能最低设置停车位的优先级，距离车库入口近的停车位优先级高，通过队列链表数据结构来实现优先级排列。在查找算法中，将每个停车位看作一个数据节点，每个数据节点包括了车位编号、优先级、存车时限、取车时限及指向下一数据节点的指针等信息，各个数据节点在队列中按优先级降序排列。查找算法引入三个队列：占用车位队列、空闲车位队列和预约车位队列，三个队列中的数据反映了车库的当前状态，是车库状态显示和分配车位的基础数据。

（1）停车位的编号

车库为三维立体模型结构，共有P层、M列、N个车位。车位编号采用三个整数编码方式，a为车位所在的层号，取值范围为0—P；b为车位所在的列号，取值范围为0—M；c为车位在某列中的位号，取值范围为0—N，其中abc每个整数长度固定为取值最大值的长度。车位优先级和车位操作时限均采用车位编号的函数。

（2）停车位优先值的分配

停车位优先级的判定的原则主要考虑两点：a.所花费的费用低，用时少。b.有利于多辆传送车的并行工作。按如下方法给出优先值，由近到远，由上屋到下屋，由小到大给出每个停车位的优先值，即第n列优先级大于第n+1列，第n层优先级大于第n+1层，优先值小的优先级高。从距离和空间角度确定了车位优先值，确保费用低，用时少，并行工作，同时保证各通道中的停车位的优先值均匀分布。

（3）车位操纵时限的计算

车位操作时限是用于保证存、取车操作正确完成的依据。当系统发出操作指令后，计时开始，并等待操作完成的反馈信号，会出现两种情况：a.在规定的时限内，收到反馈信号操作完成。b.超过规定的时限，未收到反馈信号操作未完成，说明传送出现故障，未按要求完成指定操作，只能用人工干预的方法处理，避免事故的发生。每个位置的停车位，完成一次存取车操作所需的时间不同，其操作时限值相应的不同。

存车花费可通过耗时多少来定量计算，主要包括：横向位移时间，即入口到停车位所在列移动耗费的时间；纵向位移时间，即列入口到所在的停车位移动耗费的时间，垂直位移时间，即顶层到停车位所在层移动耗费的时间，其他所耗费的时间，这些时间可通过公式计算，计算公式如下：

式中，表示存车时限；a、b、c分别表示车位的层号、列号和位号；γ、δ、ζ分别表示传送车下降一层、移动一列和移动一位所耗费的时间，T表示其他所耗费的时间。λ表示调节系数，用于描述系统实际运行中产生的误差。

（4）查找算法

存车操作过程，在空闲车位队列链表中的车位是空闲的，分配从队头开始，检查队头结点保存的停车位的纵向通道Zi，空闲，则分配该停车位；不空闲，则不能分配该停车位，应继续检查队列链表中下个结点，找到一个空闲的Zi+1通道，分配空闲停车位，进行存、取车操作。查找空闲Zi+1通道的查找算法如下：

int n；

{

n=Zi通道第一个车位号}；

node*p；

For（p=head1；p！=NULL；p=p.next）

{

if（（（n/10）%10+2）%通道总数）==（p.num/l0）%10）

break；

}

if（！p）then{没有找到}；

else{P查找的节点}；

}

3.2 并行存取车的安全控制

操作系统通过进程的互斥来实现资源共享，进程互斥原理在很多领域都有应用，进程的执行实际上是交替进行的，其基本思想：多个进程占用同一资源，同一时刻最多只允许一个进程占用，而其他进程要占用该资源只能等待，直到占用资源者释放了该资源[6]。

参照这一思想，设计多传送车并行存取车安全控制调度算法：设计两个进程为存车进程和取车进程，取车进程共享HB通道和Z0通道，HF通道和Zi通道由存车进程和取车进程共享。在并行存取车安全控制调度算法中的共享资源只能由存车进程或取车进程中的一个占用，通过进程互斥原理可以很好的实现存车进程和取车进程的互斥。其具体算法描述如下：

p（var m）

{

m=m-1；

if（m<0）then v（m）；

}；

v（var m）

{

m=m+1；

if（m<=0） then p（m）；

}；

其中，p（m）和v（m）分别代表存车进程和取车进程，m代表传送车的状态，假设0代表空闲，1代表忙，其中初值设为0；当第一个存车进程调用p（m）时，m值变成1，占用了存车资源执行p（m），第二个存车进程调用p（m）时，m值为1忙状态则将第二个存车进程放入等待队列，等待资源空闲在调用p（m）；当有其他进程要占用该资源，同样必须等待，从而保证共享资源的互斥占用；第一个存车进程存车操作结束后，释放占用的共享资源，系统在将资源分配给其他进程。p（m）执行完调用v（m），如果m为0，无操作，p（m）中的m恢复成初值0；如果m为1，等待队列中有进程在等待占用资源，p（m）释放其中的进程，进入就绪队列中。

3.3 控制流程

系统存车控制流程如图2所示，本控制系统采用闭环控制，从尔确保系统的安全性，执行每一个动作前检查传送车的反馈信号，使系统能够随时了解传送车的工作状态。

4 结论（Conclusion）

本文结合一个机械化立体停车库的实际情况，提出了一种适用于多层面、多通道、多传送车的大型立体停车库智能化存取车控制算法，解决了多台车辆的同时存取时的经济效益权衡和安全问题，对于实现大型立体停车库的自动存取车、提高其经济效益和安全性具有重要意义。

参考文献（References）

[1] 蒯苏苏，等.慧鱼智能化立体旋转停车库的创新设计[J].机电工程技术，2013，8（8）：81-85.

[2] 张锐强，等.基于CAN总线的立体车库控制系统研究[J].起重运输机械，2010，1（1）：59-63.

[3] 段文军，李剑锋，冯春增.基于集散控制理论立体车库控制系统设计[J].计算机工程与设计，2009，7（14）：34-38.

[4] 王作成，摆玉龙.基于ZigBee的智能车库系统研究与实现[J].测控技术，2013，1：69-75.

[5] 胡清明，等.基于车牌自动识别立体车库智能停车管理系统研究[J].机床与液压，2011，9（18）：34-39.

[6] 郑宝举，袁永康，员超.智能立体停车库控制系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2003，11（6）：426-428.