پایان نامه سیستم پارکینگ هوشمند کنار خیابانی با استفاده از ارتباطات بین خودرویی تحت موبایل

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مکاترونیک

چکیده

امروزه استفاده از ارتباطات بین خودرویی به عنوان یکی از فناوری ها در جهت افزایش امنیت و راحتی سفر در حوزه حمل و نقل و بسیاری از شرکت های خودروسازی مورد توجه قرار گرفته است . گونه ای از اتلاف وقت و انرژی که بخش عمده ای از ترافیک خیابانی را شامل می شود، مساله پارک خودروها می باشد. رشد روز افزون وسائط نقلیه عمومی و افزایش سریع خودروهای شخصی در کلانشهرها هر روز بیش از پیش وضعیت ترافیکی شهر را پیچیده و زندگی در آنها را مشکلتر می کند، بدلیل افزایش تعداد خودروها و ترافیک جاده ای، میزان فضای پارک خودرو هم کاهش پیدا کرده است. علت عمده آن هم، خطای اطلاعاتی است. راننده بعلت این که اطلاعات ضروری را دریافت نکرده و یا دیر دریافت می کند، نمی تواند عکس العمل مناسب را در قبال آن اتخاذ کند. اگر بتوان سطح اطلاعات راننده از محیط اطراف را گسترش داد، تحول شگرفی در ایمنی حمل و نقل و ترافیک بوجود می آید. این مهم از طریق مبادله اطلاعات با استفاده از تجهیزات خاصی میسر می گردد که اطلاعات را بسیار سریعتر به راننده می رساند و راننده عکس العمل مناسب را در زمان مناسب بروز می دهد. نیاز به سیستم های هوشمند کنترلی و راهبردی بیش از گذشته لازم و ضروری بوده و نیازی مبرم و اجتناب ناپذیر می باشد. شبکه های بین خودرویی، مبنای سیستم های نقلیه هوشمند هستند که به کنترل ترافیک، پیدا کردن فضای پارک و کاربردهای دیگر اختصاص یافته اند. در این پروژه تاثیر ارتباطات بین خودرویی در رابطه با پیدا کردن فضای پارک مناسب در خیابان، با استفاده از پیاده سازی عملی و تنها با استفاده از تلفن همراه مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در راستای ارزیابی تاثیر فناوری ارتباطات بین خودرویی در جهت کاهش ترافیک خیابانی مدل پیاده سازی شده  بر اساس قواعد نقشه گوگل در دنیای واقعی ارائه شده است. هدف از این پژوهش کاهش میزان ترافیک خیابان ها به منظور پیدا کردن جای پارک، در زمان های اوج ترافیک و کاهش انلاف وقت و انرژی می باشد که می توان خیلی راحت و تنها با استفاده از اینترت و گوشی تلفن همراه هوشمند، مکان مورد نظر جهت پارک خودرو در خیابان مورد نظر را جستجو کرد و همچنین آن مکان را جهت پارک خودرو رزرو نمود. این روش بصورت عملی پیاده سازی شده است. نرم افزار مربوطه برای تلفن های همراه هوشمند طراحی شده و به کاربران این امکان را می دهد تا بسیار ساده با برقراری ارتباط با مکان یاب جغرافیایی و پایگاه داده مربوطه تمامی اطلاعات در مورد جای پارک در خیابان مورد نظر خود را استخراج کنند. استفاده از این ارتباطات بین خودروها منجر می شود که راننده از اطلاعات کافی در مورد خیابان مقصد بهره مند باشد تا شاید فرصت کافی برای تعویض خیابان و پیدا کردن فضای خالی برای پارک خودروی خود را داشته باشد. نتایج ارزیابی های انجام شده نشان می دهد که تجهیز تنها 50% از خودروها به این سیستم به میزان قابل توجهی از بار ترافیکی خیابان ها به منظور پیدا کردن جای پارک برای خودرو، می کاهد.

کلمات کلیدی: ارتباطات بین خودرویی، نرم افزار تلفن همراه، تلفن های هوشمند، پارک خودرو، ITS

فصل اول

مقدمه

1-1-پیش زمینه :

ترافیک پدیده ای ناخوش آیند است که به علت رشد روز افزون ماشینی شدن جامعه و افزایش شهر نشینی بوجود می آید. از زمانی که اقتصاد صنعتی جای اقتصاد از راه کشاورزی را گرفت، به دلیل سرمایه گذاری بیشتر در شهرها و در نتیجه وجود امکانات رفاهی و تفریحی و همچنین استعدادهای طبیعی و بالقوه شهر ها برای توسعه؛ مثلا "داشتن آب کافی و موقعیت جغرافیایی" باعث شد انسان ها از روستاها به سمت شهر ها کشیده شوند که این امر باعث ایجاد شهرک های جدید شد.

از طرفی رشد روز افزون تولیدات خودرویی، به نظر می آید در ایجاد خیابان ها و معابر شهری مناسب و عدم فرهنگ سازی مناسب در جوامع در حال توسعه باعث شد که نتایجی از جمله ایجاد تراکم ترافیکی، کاهش بازده ی حمل و نقل، افزایش زمان مسافرت، آلودگی و مصرف بیش از حد سوخت را به همراه داشته باشد. بر طبق آمار آژانس بین المللی انرژی در سال 2006، سیستم حمل و نقل 30 % از مصرف انرژی و 61 % از مصرف نفت خام جهان را به خود اختصاص داده است]22.[ میزان ذخیره های نفتی موجود، آلودگی های زیست محیطی و احتمال از دست رفتن منابع نفتی به دلایل مختلف از جمله جنگ، امنیت سیستم حمل و نقل را به خطر می اندازد. پس از بوجود آمدن مشکلات عمده در این راستا و بروز اختلال در رفت و آمدهای شهری؛ مسئولین تازه به این نتیجه رسیدند که باید فکری در مورد ترافیک و پیامدهای آن کنند.

افزایش روز افزون وسایل نقلیه شخصی با توجه به رشد روز افزون منابع و امکانات و سهولت تهیه خودرو شخصی باعث شده است، که بحث هایی در زمینه عدم تحمل سیستم حمل و نقل موجود بوجود آید]4[. ترافیک یک معضل پیچیده و مشکل است که رفع مشکلات آن نیازمند تاکتیک های علمی و کاربردی است و برای بر طرف کردن آن نیازمند زیر ساخت های اساسی است و از همه مهمتر اینکه باید از مدت ها قبل به فکر حل آن بود. اما شهرداری ها با کمک پلیس و با افزایش ناوگان خدمات رسانی حمل و نقل عمومی می توانند کمی از بار ترافیک در مواقع بحرانی را کم کنند.

برهیچ کس پوشیده نیست که یکی از مشکلات عمده در شبکه حمل و نقل، مدیریت ترافیک ساکن است که امروزه بعنوان یکی از معضلات اصلی شهرهای بزرگ درآمده است. دلیل اینکه چرا به این مشکل در طول زمان توجه نشده، این است که مهندسین ترافیک بیشتر به مدیریت ترافیک جاری توجه داشته اند و از مدیریت پارکینگ ها غافل شده اند] 8[.

امروزه با کمک فناوری اطلاعات و روش های مدیریت ترافیک هوشمند، از آن برای حل مشکلات ترافیکی و برآورده کردن نیازها و خواسته های مردم استفاده می شود] 1[. استفاده از این روش ها راه های متفاوتی برای کنترل و کاهش ترافیک به ما می دهد.

محورهای اصلی ساماندهی های سنتی در سال های اخیر عبارت بوده اند از:

            1- ساخت آزاد راه های بزرگ راه ها

            2-تعریض راه های آزاد

            3-محدود نمودن ترافیک

            4- افزایش ناوگان حمل و نقل عمومی

هر یک از روش های فوق محدودیت هایی دارند که در نتیجه توانایی خود را در جهت حل مشکلات ترافیک از دست داده اند و نیاز به سیستم های هوشمند، اساسی می گردد.

به جز تلاشهای فرهنگی و ساخت اتوبان ها و جاده های جدید راهکارهای دیگری نیز در دنیا مدنظر قرار گرفته است. در زمینه طراحی سیستم های بدون راننده و یا کمک یار راننده، تحقیقات و محصولات متعددی را شاهد هستیم که هر یک به نحوی سعی در افزایش توان درک راننده از محیط داشته و دارند. تاکنون به دلایل مختلف و از جمله مسائل حقوقی، خودروهای اتوماتیک بدون راننده عمومی نشده اند؛ اما می توان از تکنولوژی سیستم های حمل و نقل هوشمند بعنوان کمک یار راننده و نه بجای راننده استفاده کرد] 9[.

امروزه استفاده از تکنولوژی های هوشمند حمل و نقل در کشورهای پیشرفته و در حال توسعه افزایش معنا داری یافته است. مزیت این سیستم ها، کاهش احتمال بروز خطای انسانی و مکانیزه شدن کنترل معابر است که سبب افزایش ظرفیت و بهبود ایمنی شبکه معابر می گردد]2[. ولی یکی از راه حل های،­مشکل بزرگ ترافیک در همه شهرهای دنیا استفاده از ناوگان حمل و نقل عمومی هوشمند و گسترش آن می­­­باشد،­به ویژه مترو و اتوبوس.

1-2- بیان مساله

همراه با رشد سریع اقتصاد، تعداد اتومبیل ها رشد قابل توجه ای دارند. اما بخاطر کمبود زمین در دسترس به ازای یک نفر و شهر، برنامه ریزی عقب مانده است و از این رو مشکل پارکینگ به طور فزاینده ای حاد می­شود. بخصوص که در مناطق مرکز شهر احتمال آن که پارکینگ ها جدید و یا مخصوص ساخته شوند کم است. پارکینگ هوشمند به پارکینگ هایی گفته می شود که توسط یک سیستم مکانیزه بتوان پارک خودروها در پارکینگ را کنترل و نظارت کرد و سهولت انجام کار را برای راننده فراهم آورد. فناوری های مدیریت پارکینگ هوشمند ممکن است یک ابزار به صرفه از لحاظ اقتصادی را فراهم کند تا محدودیت های پارک نزدیک را در ایستگاه های انتقال معین سازد. پارک هوشمند می تواند به ماشین سوارها برای شناسایی، رزرو و پرداخت هزینه ی پارکینگ نیز کمک کند. از اوایل دهه ی 1970 پارک  هوشمند در اروپا و بریتانیا و ژاپن به کار گرفته شد، این سیستم ها هنوز هم به طور گسترده ای مورد استفاده هستند و به یک بخش ضروری از پارکینگ در شهرهای اصلی تبدیل شده اند. پارک های هوشمند با پیچیدگی بیشتر، تکنولوژی های پیشرفته تری برای فراهم کردن خواسته های مشتریان در نظر می گیرد. سیستم های پرداخت هوشمند همچون پارک مترهای هوشمند، کارت های هوشمند، ارتباطات موبایل و پارک اینترنتی نیز ممکن است در نظر گرفته شوند. در جامع ترین و ساده ترین حالت، پارک هوشمند اجازه ی یک بهینه سازی در فضاهای پارک موجود را به منظور خشنود ساختن نیازهای مشتریان فراهم می کند. برای مثال، تمام این موارد ذکر شده، برای مینیمم کردن زمان سعی و تلاش مشتریان برای پیدا کردن جای پارک، فراهم ساختن اطلاعات زمان واقعی روی فضاهای پارک و فراهم کردن گزینه های پرداخت هوشمند می شوند.

در مجموع تعریف بخصوصی نمی توان از پارکینگ های هوشمند داشت، همانطور که در مقالات مختلف با توجه به سیستم به کار گرفته شده در پارکینگ تعریف های مخصوص به آن برای پارکینگ های هوشمند در نظر گرفته شده است. از جمله این می توان به سیستم بزرگ نمایی وجود فضای پارک در شبکه های موقت خودرویی اشاره کرد]19[. در این مقاله از روش توزیعی بر اساس بزرگ نمایی در شبکه های موقت خودرویی استفاده شده است، بطوری که برای رانندگانی که دور از محل پارکینگ هستند یک تصویر باز از فضاهای پارک ارائه می کند و برای رانندگانی که به جستجوی اطلاعات فضای پارک در نزدیکی خود هستند تصویری بازتر با جزئیات بیشتر ارائه می کند. در این مقاله بدست آوردن فضاهای خالی به دو روش تقسیم بندی شده است. روش متمرکز که همیشه یک پایگاه داده به منظور ذخیره سازی همه ی اطلاعات فضای پارک، در اختیار دارند که بوسیله ی شبکه های سنسوری یا پارک مترها جمع آوری می شوند و راننده ها نیز می توانند از طریق اینترنت به اطلاعات فضای پارک، دسترسی پیدا کنند. و روش توزیعی که از دستگاههای بی سیم برروی پارک مترها و اتومبیل ها استفاده می کنند تا یک محیط شبکه های بین خودرویی را ساخته و سپس اطلاعات فضای پارک را برروی آن پخش کنند. ایراد بزرگ این روش استفاده از تجهیزات اضافی بر روی پارک مترها می باشد که هزینه بر بوده و نیاز به نگهداری دوره ای دارند. در کاری دیگر استفاده از شبکه سنسوری وایرلسی بهینه برای پیدا کردن فضای خالی]23[، پیشنهاد شده است، که در این مورد هم ایرادات قبلی به چشم می خورد و ضمناً این تجهیزات در مورد پارکینگ های طبقاتی مورد استفاده قرار گرفته اند.

استفاده از گره های سنسور وایرلسی مجهز به سنسورهای مغناطیسی]33[، کار دیگری است که بر روی پارکینگ های هوشمند کار شده است. روش پیشنهادی در این مقاله به این صورت عنوان شده است که سنسورهای مغناطیسی نصب شده در پارکینگ ها وجود و عدم وجود خودرو در پارکینگ را تشخیص می دهند و با استفاده از شبکه سنسوری بی سیم این اطلاعات را در محلی نگهداری می کنند تا در زمان مناسب مورد استفاده رانندگان قرار گیرد. در این راه حل نیز، ایرادات گذشته به چشم می خورد.

طراحی و اجرای یک نمونه ی اولیه ی سیستم پارک هوشمند با استفاده از شبکه های سنسور بی­سیم]31[، عنوان مقاله دیگری است که سیستم مدیریت پارک هوشمند (SPARK)[1] را پیشنهاد می کند،­که براساس تکنولوژی شبکه ی سنسوری بی سیم می باشد، و ویژگی های پیشرفته ای همچون ثبت پارک از راه دور، راهنمای خودکار و مکانیزم رزرو پارکینگ را فراهم می کند. این مقاله، معماری تمام سیستم SPARK را از سخت افزار تا پیاده سازی نرم افزاری از نظر شبکه های سنسوری توصیف می کند. سیستم پیشنهادی قادر به ثبت و مدیریت فضاهای پارک شخصی، فراهم نمودن راهنمای اتوماتیک و همچنین سرویس های رزرو پیشرفته است. اما این راه حل هم نیز دارای ایرادات گذشته می باشد.

سیستم هوشمند مکان یابی پارکینگ کنار خیابانی بر اساس شبکه های سنسوری، برای سیستم حمل و نقل هوشمند]16[، کار دیگری است که به منظور حل مشکل اساسی سختی استقرار و تلفات بالای انرژی سیستم پارکینگ کنار خیابانی مطرح شده است. این سیستم مدیریت پارک کنارخیابانی هوشمند براساس شبکه های سنسوری بنا نهاده شده است. هر گره در این شبکه سنسوری، کوچک و ضعیف می باشد و می تواند فضای پارک را به صورت اتوماتیک با استفاده از اختلالات میدان مغناطیسی زمین، شناسایی کند. در این سیستم به منظور کاهش هرچه بیشتر تلفات انرژی، گره ها می توانند به صورت دوره ای به خواب روند و سپس می توانند بوسیله ی میکروکنترل داخلی بیدار شوند تا اطلاعات فضای پارک را جمع آوری کرده و با گره های سنسوری دیگر ارتباط برقرار کنند. این راه حل هم نیز با اینکه برای پارکینگ های کنار خیابانی پیشنهاد شده، اما به دلیل استفاده از سنسور برای تشخیص فضای خالی، مستلزم پرداخت هزینه و نگهداری دوره ای می باشد.

در مقاله دیگر استفاده از بلوتوث برای ارسال اطلاعات فضای پارکینگ به رانندگان پیشنهاد شده است. این مقاله که تحت عنوان طراحی راههای E-Commerce جهت بهینه سازی فضای پارک با استفاده از تکنولوژی بلوتوث]29[، ارائه شده است. اطلاعات در مورد محلی که اتومبیل باید پارک شود را توسط بلوتوث از طریق شبکه ی در دسترس به تلفن های همراه رانندگان انتقال می دهد و در صفحه ی نمایش بزرگی که در قسمت ورودی پارکینگ است نمایش می دهد. دوربین ها در کنار ورودی ها و خروجی های فضای پارکینگ قرار داده می شوند تا اتومبیل های غیر مجاز را شناسایی کنند و همچنین شماره پلاک خودرو در هنگام ورود و در هنگام خروج خودرو توسط دوربین ها گرفته می شود و زمانی که خودرو در حال بیرون رفتن است، این دو باهم مقایسه می شوند. زمان پارک و مبلغی که باید پرداخت شود در صفحه ی بزرگ نمایش در گیت های خروجی نیز نمایش داده می شوند. این روش نیز با توجه به توضیحات مقاله در پارکینگ های طبقاتی مورد استفاده قرار می گیرد.

روش دیگر پیشنهادی استفاده از یک چارچوب مدیریت پارکینگ است]24[. در این روش یک چارچوب مدیریت پارکینگ پیشنهاد شده است که خودروهای در حال حرکت به داخل و خارج پارکینگ را نمایش می دهد و فضاهای پارک در دسترس را محاسبه می کند و در نهایت این اطلاعات را برای مشتریهای پارکینگ مورد نظر منتشر می کند. برای به نمایش در آمدن خودروها، از شبکه سنسوری مغناطیسی استفاده شده که می توانند تعداد اتومبیل ها و همچنین طول و سرعت آن ها را هنگامی که از مقابل سنسورها در حال عبور هستند را جمع آوری و تخمین بزنند. همچنین این اطلاعات در پایگاه داده ذخیره می شوند و زمانی که مشتری قصد ورود به داخل پارکینگ را داشته باشد این اطلاعات برای وی نمایش داده می شود. همچنین این اطلاعات از طریق شبکه های اجتماعی انتشار داده می شوند. دراین راه حل هم نیز از وسایل اضافی از جمله سنسورها برای دریافت اطلاعات استفاده شده و تمامی این مراحل داخل پارکینگ های طبقاتی مورد استفاده قرار گرفته است.

Nowadays the usage of vehicular communications between vehicles, as one of the technologies, is very noteworthy among many automobile companies and also transportation district in order to improve safety and travel comfort. Vehicle Parks is a kind of wasting time and energy which causes heavy traffic jams on street. Diurnal increasing in the number of public transports and of individual vehicles in metropolises makes the traffic conditions and the living situation more complicated and more difficult. The level of parking spaces have been decreased because of vehicle number increase and road traffic growth. The main reason is informational errors. Driver is not capable of choosing a right reaction to prevent an accident because he/she has not received necessary information at right moment or even never has it arrived to him/her. An enormous evolution would appear in transportation safety and traffic if we expanse the level of driver’s information about the environment around him/her. This will be achievable by using specific tools which transmit the information more quickly to the driver whom can react accurately at the right moment. So, the demand for ITS is more necessary than before and is also an inevitable necessity. Vehicles ad hoc network intervehicles networks are the basis of ITS intelligent transportation systems which are allocated to control traffics, find parking spaces and to use in other situations. In this project, the effect of vehicular communications on reducing such traffics, has been studied by practical applying on cellphones. Furthermore, in the way of evaluating the effect of vehicular communication technology in order for reducing street traffics, a practical model on the basis of Google Map regulation has been submitted in the real world. Purpose of this study is to reduce street traffics when are heavy and also to reduce wasting time and energy, by easily using the internet and a smart phone to check a specific location for parking in the street and also reserve that place for parking as well. This method has been practically applied. An appropriate software for smart phones has been designed and let users to extract all information about the place of park in the street easily by connecting to location finder and the data base. By using vehicular communication, the driver can be well-known about his/her destination street and has enough time for street changing and reducing the level of traffic jam as well. Results of those accomplished evaluation indicate that outfitting just %50 of vehicles with this technology could reduce street traffics considerably in order to finding parking spaces .

Key words: Cellphone Software, Smart Phones, Vehicle Park, ITS.