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关于智能停车系统的研究
摘要：首先分析目前对于停车问题的常规解决思路及措施, 然后分析其缺陷, 最后从智能停车管理角度提出相应的保障措施及对策。主要包括停车位预订系统、停车诱导系统、乘车换乘等。停车位预定是停车诱导系统的一项特色功能, 系统除了提供停车场位置及使用状况、停车路线引导等功能,还需要提供停车场内的泊位引导、停车泊位预定等方便用户的功能。从停车诱导系统总体规划设计的角度, 结合智能交通系统, 讨论停车诱导系统结构及各部分的功能, 提出停车诱导的策略。各国已经慢慢开始鼓励基于公共汽车的停车换乘(P&R)，并将其作为解决交通拥堵和交通污染问题的有效措施，使得此类计划的数量持续增长。研究对于指导城市交通建设、改善停车现状有重要的指导意义。
关键字：城市停车问题 智能停车系统 停车位预定系统 停车诱导系统 乘车换乘
Abstract: The analysis of the current parking problems for the conventional ideas and measures to solve, and analyze its shortcomings, and finally from the perspective of the smart parking management measures and the corresponding security measures. Including parking reservation system, the parking guidance and information system, Park and Ride (P&R), etc. Parking is a parking guidance system intended features of a system in addition to providing parking location and conditions of the parking route guidance and other functions, also need to provide parking spaces within the guide, parking and other user-intended function. The parking guidance and information system from the perspective of the overall planning and design, combined with intelligent transportation systems, parking guidance system to discuss the structure and the function of some of the proposed parking guidance strategy. Countries have slowly begun to encourage bus based Park and Ride (P & R), and as a solution to traffic congestion and pollution problems and effective measures to make the number of such programs continues to grow. Study guide for the urban transportation construction, improve the parking status has an important significance.
Key words: City parking intelligent Parking System parking reservation system the parking guidance and information system Park and Ride (P&R)
引言　
近年来,随着经济的飞速发展,人民生活水平的日益提高,各种机动车尤其是小汽车逐步走入了家庭,城市中出入和停放的小汽车日益增多。小汽车大量进入城市,与我国城市以往的规划设计和用地指标将产生各种矛盾,在城市空间拥挤、地价昂贵的情况下,小汽车的停放问题将显得更为突出,以超前眼光积极探讨如何解决未来我国城市停车设施的规划建设是十分必要的。
从停车位的权属来看, 停车设施可以分为自备车位和公共车位两类。自备车位主要由家庭自备车位、政府部门或大型企事业单位院内停车位组成, 这种停车设施的显著特点是在停车高峰时段或夜间不对社会开放; 公共车位是指对社会开放的停车设施, 诸如路内停车设施、路外公共停车场等。目前, 城市停车难问题主要是指在日常工作、购物、休闲、娱乐、就医程中, 公共停车位不足, 影响了正常的生产或生活安排。
对于上述问题，相关部门除了实行完善各种交通设施、施行新的配建标准、出台公共停车场建设鼓励优惠政策、健全法规、严格执行等措施外还采取大力发展智能停车系统, 提高停车场利用率的措施来缓解目前的停车难的问题。随着电子信息技术的发展, 智能交通体系的建设步伐不断加快, 停车位预定系统、停车诱导信息系统、公共汽车的停车换乘系统等正逐步应用于社会实践中, 大大提高了停车位的使用效率。
1. 停车位预定系统（Parking reservation system）
停车位预定方面的研究， 主要是在日本、美国、德国等发达国家, 美国的理论研究比较多, 而日本和德国建立了试验系统。
2000 年左右, 日本NTT 服务综合实验室的K1Inaba 、M1Shibui 等人研究了基于Internet 的智能停车预定系统, 并于2000 年5 月进行了试验。试验系统选择日本横滨地区的一个停车场, 选用时间共享性预定服务, 试验中我们假设用户可以通过网络预定停车位, 这种网路可以提供实时的停车场状态图像,这样, 乘客就可以很容易的看到停车场的占有率情况。试验数据表明, 停车费包括预定费应该根据时间段而有所不同, 通过合理的收取停车费和采用停车预定服务, 停车场使用率应该有很大的提高。
2003 年, 美国学者Moisakos、Bernstein 和Tavantazis 发表过关于停车预定问题的论文, 其中特别提出了用于停车预定的确定型和随机型模型。之后, 美国学者Wu Sun、Moisakos、Bernstein 又基于ILOG (用于数学规划领域的商业软件) 的CPLEX 最佳化软件, 进行停车位预定模型的求解, 设计并实现了基于web 的停车位预定系统, 其中, 从预定停车场到用户目的地之间的最短步行距离是利用Dijkstra’s最短路径算法进行计算的。
在德国科隆的StadtinfokÊln 项目中, 对停车诱导系统的停车泊位自动预定进行了试验, 用户可以通过Internet 、移动电话或直接利用车载Telematics 终端实现出行前或出行途中的停车预定。
2005 年, 印度Anna 大学的学者Suryanarayana1D1V 等人提出利用蓝牙技术提供停车服务的方式, 其中停车场与用户之间的停车预定确认通过蓝牙技术实现。
我国在停车预定方面的研究未见到相关的文献,但在应用实施方面, 我国上海、北京的停车诱导系统允许停车需求者通过手机、网络、电话等方式实现停车位预定。随着科技的进步、停车预定系统的不断完善，相信停车位预定在我国的研究和应用将越来越广泛。

1.1.停车位预定的类型
智能停车诱导系统的停车位预定功能可以让停车需求者在某停车场内预约停车位, 节约驾驶员寻找停车空位的时间, 使驾车出行变得更有计划性。关于在什么地方预定车位的详细信息, 国外有关的调查表明, 很多人喜欢在公司或者家里预定车位, 他们可以根据自身的情况通过固定电话、车内的移动电话和车载终端等进行车位预定。停车位预定有两种类型:
(1) 时间共享性预定服务( TSS - TimeOShareReservation Service) ;
(2 ) 实时性预定服务( RTS - Real OTimeReservation Service) 。
两类停车位预定服务如图1 所示。两种类型的停车预定服务均采取预付费形式, 二者的最主要区别是停车位保留的时间段、可以停车的时间段以及预付费的时间段不同。
图1　停车预定服务的类型
1.1.1时间共享性预定服务
在时间共享性预定服务中, 用户在停车预定过程中提供车辆进入的时间和离开的时间, 根据这个时间预付停车费。但是用户必须在特定的这个时间段内使用预定的车位, 在计划的进入时刻之前他们不能进入停车场, 在计划的离开时刻之前用户应该离开停车场。如果预定用户在预定的时间内未能到达, 停车位取消; 如果用户的停车时间超过了预定时间段, 那么他们必须交纳额外停车费用。时间共享性预定适合有计划出行的司机。
1.1.2 实时性预定服务
在实时性预定服务中, 用户所付的预定费是停车预定时刻和计划进入停车场时刻之间的停车费用。由于不需要提供离开时刻, 用户可以根据需要想停多长时间就停多长时间。停车费的计算从停车预定时刻算起, 进入停车场后, 车辆正常收费, 车辆的管理与没有停车预定的车辆是一样的。如果司机在计划进入停车场之前未能按时到达, 停车位取消。如果实际停车费用比预付停车费少, 多余的部分会返还给用户。实时性预定服务适合离停车场路程较短的停车用户。这类服务的用户一般有这样几种: 那种急需买一件东西的购物者; 或者是一位推销员, 由于紧急的情况他必须把车停在他客户的办公室旁; 或者是一位卡车司机, 因为一家店主要求货车中心立即交货。在这些情况下, 不需要考虑取消预定的时间, 因为用户的情况紧急。另外, 用户预定的时刻与实际进入的时刻通常间隔都很小, 这就是为什么实时预定服务的费用包括没有使用的阶段的费用的原因。
1.2基于手机的停车预定技术的实现
随着手机的大规模普及以及手机具有身份识别功能和不受地域、时间的局限、使用简便、快捷等优点, 手机可以代替各种银行卡成为个人的随身电子钱包, 以手机作为各种服务的媒介已越来越受到大众消费者和商家的青睐。手机上网、手机炒股、购买彩票、网上购物、信息服务费用的收取等电子商务已日益走入人们的生活, 不仅方便了消费者, 而且为商家带来了巨大的商机。因此, 利用手机这种便捷的方式来实现停车预定, 是未来发展的一个趋势。
1.2.1系统结构
在停车诱导系统停车预定功能的实现过程中, 预定费用的收取、在停车场入口处的预定确认问题以及在出口处的电子结算问题应该是几个技术重点, 而利用手机可以方便地进行预定确认和停车费收费。基于手机的停车预定功能实现的结构如图2 所示,由具有移动终端的车辆、电信运营商系统、停车诱导管理中心、停车场以及银行系统组成。由于短信具有用户可随时接收的特性, 所以采用短信通信便于在交易过程中进行应答或通知。因此, 该方案采用短信的方式在用户和停车诱导系统之间实现预定。
1.2.2系统工作过程
在基于手机的停车预定系统中, 手机可用于用户身份识别和进行电子支付。用户通过短消息的方式向停车诱导系统提出预定请求, 停车诱导管理中心会根据相应停车场的车位使用情况为用户预定合适的车位, 然后提供给用户一个预定ID 以短消息的方式发送给用户,预定ID存储在手机中以便在停车场进行预定确认, 同时电信运营商系统会根据用户预定车位的时间段从手机中扣除一定的停车预定费从而获得电子预定票。在用户到达停车场时, 在停车场入口处,停车场与用户的手机之间通过中间设备实现预定确认, 识别电子预定票, 确认为预定车辆后, 门禁设备打开, 允许车辆进入到预定停车位, 同时停车场管理系统将电子停车票提交给手机, 停车计时开始。在停车场出口处, 停车管理系统识别这张电子停车票, 如果实际停车费用超出了预付的停车费用, 系统会根据需要, 从手机中收取补充的费用。

图2 基于手机的停车预定功能实现过程
2. 停车诱导系统（The parking guidance and information system）
停车诱导系统( Parking Guidance and InformationSystem, PGIS) 是以促进停车场及相邻道路的有效利用为目的, 通过多种方式向驾驶员提供停车场的位置、使用状况、路线以及相关道路交通状况等信息,诱导驾驶员最有效地找到停车场的系统。它对于调节停车需求在时间和空间上分布的不均匀、提高停车设施使用率、减少由于寻找停车场而产生的道路交通量、减少为了停车而造成的等待时间、提高整个交通系统的效率、改善停车场的经营条件以及增加商业区域的经济活力等方面有着极其重要的作用。近年来,PGIS 作为智能交通系统( Intelligent Transportation Sys2tems, ITS) 的组成部分, 正日益受到人们的关注。
早在1971 年, 德国的亚琛市就建立了被认为是世界上最早的PGIS。在此后的一个时期内, 法国、英国、瑞士等欧洲国家也相继建立了类似系统。1973年, 在日本的柏市建立了日本最早的PGIS。近年,我国开始有人对PGIS 进行讨论 , 北京市也于近期在王府井、西单等地区建立了PGIS。可以预期, PGIS在我国将迎来大发展的局面。
PGIS 是一个复杂系统, 涉及到的问题颇多。本文拟以PGIS 规划设计时所涉及到的基本问题为对象,就PGIS 的系统构成、诱导策略、主要规划技术、诱导信息板的设计相关技术以及停车诱导系统的评价指标等问题进行探讨。
2.1 PGIS 的结构
通常，如图3 PGIS 是由停车信息采集、信息处理、信息传输以及信息发布等4 部分组成各部分的作用与主要技术构成如下:
( 1) 信息采集系统
通过远程监视装置、传感装置, 采集对象区域内各停车场相关信息。主要包括停车场的车位使用状况等信息。还可通过交通信息采集系统获得停车场集散道路的交通信息, 如是否拥堵等。
( 2) 信息处理系统
信息处理系统将采集到的停车场使用状况以及周边道路信息加工处理成向驾驶员提供的适当形式的信息, 如停车场的满空( 剩余车位情况) 、集散道路是否拥堵等。另外, 信息处理系统还担负着存储停车场信息、加工处理停车场使用情况的变化模式等任务。这些功能将为未来提供停车需求状况预报、停车位预约等服务奠定基础。

图3 PGIS 的基本结构
( 3) 信息传输系统
信息传输的基本任务是保证从信息采集系统到信息处理系统再到信息发布系统的畅通。其常用的形式有光传输网、电话交换网以及光接入网等形式。
( 4) 信息发布系统
它的任务是将信息处理系统处理过的信息, 以适当的方式向外界分若干个层次发布出来。通常是由控制中心, 随时将各个停车场的使用状况在可变信息显示板上以视觉的方式或通过广播以听觉的方式向驾驶员提供。也可以作为ITS 的一部分, 利用互联网、移动电话以及车载导航装置( 如:Navigator Unit) 等方式发布。目前, 最为基础、最为常用的发布形式为设置于路侧的诱导信息板。
2.2 PGIS 的作用
PGIS 的最直接的作用就是在适当的地点( 时刻) 、以适当的方式向驾驶员提供和停车有关的信息。图4( a) 、( b) 分别为忽略了停车费率、停车场可达性等因素, 有、无停车诱导信息条件下驾驶员寻找停车场的基本过程示意图。
由图4( a) 可以看到, 在完全没有停车场信息的条件下, 驾驶员可能不得不根据实地停车场有无空车位持续地寻找停车场。从社会的角度来讲, 这将增加道路交通量和能源的消耗, 同时也将由此加剧城市的大气污染。然而, 图4 ( b) 可以看到, 驾驶员在途中可以根据PGIS 提供的信息, 准确地抵达希望停车地点, 从而节省时间、费用, 减少由于寻找停车场所带来的交通、环保以及交通安全等问题。

图4 不同信息条件下停车过程示意图
2.3 PGIS 规划中应考虑的主要问题
( 1) 诱导策略及分区的必要性
停车诱导的目的之一是在空间上合理分散交通流, 减少停车场周边道路的交通拥堵。为此, 首先应当根据区域内停车场的规模、功能、布局以及其周边的设施, 明确每个停车场的主要服务对象( 例如, 大型商场、体育设施以及其他公共设施等) 。在此基础上, 将诱导系统的服务范围划分成若干个小区。力求从战略上避免由于PGIS 产生新的局部拥堵问题。
其次，根据PGIS 服务对象区域，将诱导信息由简到繁， 最后再由繁到简，分层发布， 使得被诱导对象始终处于最佳的诱导信息之中。
( 2) 划分小区的原则
每个小区的范围不宜过大, 应当限制在6~ 8 个
( 4) PGIS 服务停车场的规模
若PGIS 所服务的停车场规模太小, 则起不到应有的调节作用。所以, 停车场的数量及每个停车场的车位数量都应当具有一定的规模。根据国外的实践,停车诱导系统所服务的停车场的数量应在10 个以上,而每个停车场应不少于30 个车位。
( 5) 停车诱导信息的内容及设定标准
提供给驾驶员的停车诱导信息有直接显示剩余空位数( 简称剩余车位法) 和定性的用/ 空0、/ 满0 等文字来简单说明有无空余车位( 简称空满法) 两种方法。
显然, 剩余车位法仅提供停车场信息, 而将选择权更多地交给驾驶员。空满法的信息较为模糊, 它可以根据停车场车位情况、停车需求增长趋势等情况综合后发布信息, 从而更多地具有/ 诱导0 的功能。在大多数情况下, 两种信息的效果没有大的不同。但是, 在剩余车位少到一定程度( 如2 个车位)时, 剩余车位法有可能会导致驾驶员看到这个信息后无所适从、停车需求向某一点集中的不利局面产生。而在此时, 恰恰需要停车诱导信息具有适当的模糊性。为此, 空满法的应用更为普遍。
为了防止驾驶员从信息板上看到停车场/ 空0,而到达停车场时己没有空车位的情形发生, 空满法需要确定发布停车场/ 空0、/ 满0 信息的判断标准。在确定该标准时, 应当考虑的主要因素如下: 停车场利用率( 剩余车位数) ; 停车需求的变化趋势( 增加或减少) ; 诱导信息板到停车场的时间( 距离) ; 停车场周边的道路交通情况等。其中, 从诱导信息板到停车场的时间t 可以利用BPR (Bureau of Public Road)函数计算。
3．公共汽车的停车换乘系统(Park and Ride (P&R))
“停车换乘”(Park and Ride, P&R)是指不同交通方式间的换乘形式，尤指在一次完整出行中，通过提供与公共交通服务直接相连的停车设施，实现私人交通方式与公共交通方式间的转换。尽管常用的私人交通方式一般为小汽车，但自行车停车设施也很常见，有的是与小汽车停车场一起设置，有的是依据“自行车停车换乘”计划特别设置。出行中“换乘”部分由各种公共交通方式承担。P&R设施通常紧邻轻轨和大运量轨道交通网络，并可能被纳入已有的公共汽车网络，或由专门的公共汽车提供服务。P&R也可用作合乘车的换乘设施。
P&R在国际上被广泛应用，并获得了不同程度的成功。例如，在美国P&R广受欢迎，大多数都市区都引入了P&R 计划，以支持现有公交网络、减少交通拥堵或提供合乘设施。根据使用环境和使用原因不同，P&R的设计形式也不同，主要有三种形式：
（1）远程P&R 服务(remote P&Rservices)，通过特快服务提供从卫星城或乡村聚落到主要工作地或零售中心的长距离连接(通常为40~80 英里，约64~129 km)。
（2） 本地P&R 服务(local P&Rservices)，通常位于传统公共交通网络上，采用非正式运营模式，规模也较小。
（3） 周边P&R 服务(peripheral P&R services)，位于市区边缘，用于拦截驶中心区的机动车辆。在欧洲，P&R的普及情况有好有坏。例如在荷兰，由于不能满足中心商务区(CBD)过量的停车需求以及缺乏可持续的政策支持，P&R 普遍没有获得成功。而在欧洲其他地区P&R 则更成功，以德国为例，仅慕尼黑(Munich)每天就有2.6 万多个P&R使用者，为其提供的P&R场地紧邻轨道交通车站，包括通勤铁路S－Bahn 和地铁U－Bahn网络。在法国、西班牙和斯堪的纳维亚(Scandinavia)地区，也可看到成功的P&R政策。
P&R 的不同政策目标，可从交通、环境、经济的角度大致分为三类：
（1）交通
最初的P&R 计划由地方政府发起，用于提高历史名城中心区的可达性。由于城市核心区空间的局限性限制了拓展道路和停车空间的可能性，P&R的出现正是对这种情况的响应。随后，中央政府道路建设的理念发生了转变，在交通政策中强调多模式联运，这促使P&R成为一种引导小汽车使用者转向使用公共交通的手段，从而缓解中心区的交通拥堵、减少小汽车的使用总量。
(2) 环境
20 世纪90 年代，越来越多的人开始意识到使用小汽车会给环境带来不利影响。P&R在减少大气污染方面的作用开始显现，其中获得最多关注的是P&R停车场的建设。由于绿化带位于城市边缘，最适合建设P&R停车场，但对建设P&R停车场的绿化带区域，地方政府仍强化了对其环保问题的关注。P&R计划得以实施，其实是地方政府在环境考量与P&R实施后可预计的经济利益增加、拥堵与排放减少等益处之间博弈的结果。
(3) 经济
P&R的经济目标主要在地方政府层面。通过实行P&R 计划，可提高中心区的可达性，从而有助于提高中心区在整个区域中的经济活力与竞争力，同时避免在土地价值较高的城市核心区建设停车场。P&R将小汽车使用者转向公共交通，使交通拥堵减少，并释放一定的道路空间，而这也将吸引更多的游客。
随着交通政策理念的转变，乘车换乘在我国的应用将不断出现、不断发展，这将大大减少小汽车的使用及其对环境的影响。
4. 结束语：
由于机动车公共停车场是准公共物品, 其本身的外部效益较高, 而自身的财务收益较低。根据目前国内多个城市的建设情况来看, 其投资收益很低。社会资金参与开发建设的热情不高, 因而机动车公共停车场的建设普遍滞后。同时, 停车问题的复杂性决定停车问题的解决不可能通过单一的方式, 在从智能管理角度实施上述政策后, 必须注重从根源上缓解停车难问题, 诸如逐步推进自备车位政策, 控制停车需求; 实施区域差别化政策, 控制中心区停车需求; 实施产业化政策、相关部门合理监管; 实施有效的停车收费分配办法, 挖掘现有各类停车场功能等。
5. 参考文献：
1．《交通工程总论》 徐吉谦 陈学武主编
2．《基于城市规划管理角度的停车问题对策研究》 温兆康
3．《基于公共汽车的停车换乘在英国的作用_历史回顾与评述》 邵玲
4．《停车诱导系统的规划设计方法初探》 关宏志 廖明军
5．《停车位的供需矛盾及其解决方略》 高克跃
6．《停车泊位预定技术研究》 杨庆芳 杨兆升 胡娟娟
7．《浅析城市中心地带停车场规划设计中面对的问题及对策》 孟洁
8. 《城市交通拥堵分析及对策研究》 期刊论文