一种基于智能停车场的AGV存取车路径优化方法与流程

本发明属于agv运输机器人路径规划技术领域，具体涉及一种基于智能停车场的agv存取车路径优化方法。

背景技术：

随着当今社会经济的快速发展，全国汽车的保有量也在不断上升。汽车的持有量急剧增长与停车位稀缺的矛盾急需解决。为了解决这种现象，建立一种高性能的智能化停车场成为一种必然趋势。基于停车agv的智慧停车场刚好可以解决这一停车难题，使用运输车辆机器人agv与智能停车系统实现车辆存取自动化，而其中最主要的部分就是停车agv的路径优化方法。研究智能停车agv路径规划方法的目的在于:系统通过各种检测装置实时获取车库中各停车位和行车道的占用情况，并根据agv状态信息，快速地为agv找到一条从起点到目标点的无碰最优路径，确保agv在较短时间内顺利完成车辆存取、停放任务。

目前针对现代智能停车场系统中存在的智能化程度不高的问题，agv在存取车路径的选择上还存在一些问题，大部分是依靠人工在后台控制，并不能智能选择最优路径使得存取车路径最短而减少工作耗时。这导致agv无法及时获取停车场内停车位的使用情况，使顾客存取车时等待时间过长。此外，对于传统的路径规划算法比如说dijkstra算法，虽然可以找到最短路径，但是搜索区域很大，耗时较长，算法较为死板，不能根据场景的变化做出相应的变化。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于智能停车场的agv存取车路径优化方法，解决了上述存取车时间过长、寻找最短路径耗时长、不便捷、适用范围小的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于智能停车场的agv存取车路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、创建运输车辆机器人agv的智能停车场运行场景模型；

s2、对智能停车场环境和最优车位进行分析；

s3、场景的构建，建成二维栅格地图；

s4、使用a*算法，获得运输车辆机器人agv存取车最优路径。

进一步地，所述步骤s1包括以下步骤：

a、根据应用场景，做出相关假设：智能停车场的出口与入口在不同的位置、运输车辆机器人完成存车命令后能够接受下一命令完成最近的取车任务、行车道宽度满足agv最大转弯半径、agv和车作为一个整体、agv载车和空载返回时运行速度不变；

b、设车位宽3米，长6米，行车交叉路宽6米，并将智能停车场中位置信息表示为栅格。

进一步地，所述步骤s2包括以下步骤：

将入口记为点1，出口记为点n，各个停车位记为pi(i＝1,2…n)，n为自然数，从入口到出口的距离记为d，最短路径记为dmin，从入口到停车位的最短路径为path(1，pi)，从停车位到出口的最短路径为path(pi，n)，

则从入口到停车位和从停车位到出口的距离之和为：

则从入口到所有可用停车位和对应停车位到出口距离的最短路径为：

进一步地，所述步骤s3包括：结合特定智能停车场的结构示意图和停车场内空闲车位的信息，把停车场结构示意图构建成二维栅格地图；将agv在停车场静态路网里的存取车路径优化问题转换成求解二维栅格地图中任意指定的节点间到其它点的最短路径问题。

进一步地，所述步骤s4中a*算法包括以下步骤：

(1)建立openlist和closelist，将起始点存放在openlist中；

(2)对closelist中的节点进行选取，若该节点无扩展节点，则输出结果，路径规划失败；若该节点有扩展节点，则进行以下循环：a、比较openlist当中所有的点，将openlist计算结果中路径最短的节点存储在closelist中；b、对于openlist中下一个扩展的节点，重复a步骤；

(3)若步骤(2)a中计算结果节点已经无任何扩展的点了，输出结果，得到最佳路径。

进一步地，所述栅格包括障碍栅格和通行栅格；障碍栅格表示停车位已被占用、通行栅格表示停车位可用。

进一步地，所述行车道宽度大于单个agv正常行驶宽度。

进一步地，所述智能停车场包括机械系统、管理系统、监控系统；所述机械系统包括停车平台和梳型架，停车平台用于车辆进入停车场入口及出口的升降和停放，梳型架设置在停车位上，用来支撑停放车辆；所述管理系统包括车位探测器、读卡系统和上位机，车位探测器用于监测车位停车情况、使管理员及时了解停车场内车位的停车情况，读卡系统用于检测车主的身份及其车辆的信息，上位机用于停车场内运输车辆机器人agv的管理；所述监控系统包括摄像头和报警系统，摄像头用于记录停车场内的图像，报警系统用于检测停车场内烟雾浓度，浓度过高时通知报警。

本发明所达到的有益效果：

1、通过上机位系统迅速比对停车场内车位、车辆的停放信息，再将检测信号反馈给主控制机，主控计算机通过a*算法可迅速得到最佳车位并进行路径的规划，节约时间，提高停车效率。

2、从另一个角度研究确定最佳车位的确定，通过分析车位寻找过程，将之转化为最短路径问题，并使用启发式a*算法对其进行求解。

3、通过栅格化地图建模，可视化更强，可实时查看当前停车场的车位利用情况以及agv的位置情况，对停车场的监控和管理更加便利化和智能化。

附图说明

图1为本发明方法示意图；

图2为本发明智能停车场系统图；

图3为本发明智能停车场的二维栅格地图；

图4为本发明的程序示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于用于智能停车场的agv存取车路径算法优化的方法包括：

1、构建停车场结构模型

根据应用场景，做出如下假设：

1)停车场的出口与入口在不同位置；

2)运输车辆机器人完成存车命令后将在该车位处待机，等待下一命令；

3)行车道宽度满足agv最大转弯半径，道路宽度需保证单个agv正常行驶；

4)考虑agv实际大小，把agv和车看成一个整体；

5)假定agv载车和空载返回时运行速度不变。

2、最佳车位模型的建立

寻找最优路径的问题就是对余下的空车位按照设定的计算规则进行分析处理，得到一个最合适的停车位，使得运输车辆从停车入口到停车位和从停车位到出口的距离之和最短。

将入口记为点1，出口记为点n，各个停车位记为i，pi(i＝1,2…n)，n为自然数，从入口到出口的距离记为d，最短路径记为dmin，从入口到停车位的最短路径为path(1，pi)，从停车位到出口的最短路径为path(pi，n)，

则该停取车双向的路径长度为：

该公式表示从入口到停车位和从停车位到出口距离之和；

则该停取车双向的最短路径长度为：

该公式表示从入口到所有可用停车位和对应停车位到出口距离最短的路径。

3、路网的构建

对于某一特定的智能停车场而言，道路和车位位置是静态的，但是可用车位和被占用车位是时刻变化着的。结合上述停车场的结构示意图和停车场内空闲车位的信息，可以把停车场结构构建成二维栅格地图，以便更加清楚地进路径规划。agv在停车场静态路网里的存取车路径优化问题就可转换成求解二维栅格地图中任意指定的节点间到其它点的最短路径问题。

4、a*算法步骤

(1)首先构建起一个open队列和close队列，同时通过计算得出初始节点的评价函数，对其入列，并设置好对应的头与尾指针；

(2)对队列头进行节点选取，若这个节点是目标点，那么就直接输出最佳路径，路径搜索结束，否则继续进行扩展；

(3)对扩展的点进行检查，看它是否与队列中已经存在的点冲突，如果存在冲突同时该点已经是无法再进行扩展的点，那么此时就对其进行舍弃处理。如果新节点与待扩展点出现重复，那么就对其进行评价函数的比较，并对代价较小的节点进行保存，同时更新其前向指针，随后直接进行第五步；

(4)若没有出现重复现象，那么此时依据其代价值进行对应位置的插入，进而实现大小的排列，最终得到新的队列；

(5)若队列头结点依旧可以扩展，那么进入到第二步，否则就将队列头指针向下移动，同时执行第二步。

如图2所示，智能停车场包括机械系统、管理系统、监控系统和其他系统。其中机械系统包括停车平台和梳型架，停车平台用于车辆进入停车场入口及出口的升降和停放，梳型架设置在停车位上，用来支撑停放车辆。管理系统包括车位探测器、读卡系统和上位机。车位探测器用于监测车位停车情况、使管理员及时了解停车场内车位的停车情况；读卡系统用于检测车主的身份及其车辆的信息；上位机用于停车场内运输车辆机器人agv的管理，通过比对停车场内车位、车辆停放信息与停车场出入口处的信息，及时引导运输车辆机器人agv的运输车辆出入停车场。监控系统包括摄像头和报警系统，摄像头用于记录停车场内的图像，报警系统用于检测停车场内烟雾浓度，浓度过高时通知报警。

如图3所示，将智能停车场中位置信息表示为栅格，栅格包括障碍栅格和通行栅格；障碍栅格表示停车位已被占用、通行栅格表示停车位可用。在最终的最优路径上，所得最优车位是唯一的。

用a*算法找出最优车位，使得从起点到车位和车位到出口的距离之和最小的最短路径，具体步骤如下：步骤一：将停车场数字化表达，在程序中，0代表可通行，1起点，3终点，2障碍,4空闲停车位。当空闲停车位被占用时，传感器检测将信号反馈给系统，该停车位显示为2不可用。步骤二：如图3所示，将a*算法和实际场景结合起来，完成编程指令。步骤三：运行程序，得到虚拟化结果，即agv的最优运输路线。

如图3所示，在可视化表达图像中，星形标记点即为最佳车位，当系统先行规划好改路径后，将改路径指令发送给agv，则可实现停车场内的路径规划。该方法可应用到停车场中停车agv存取车的路径优化中，极大的缩短了agv的工作时间，改善了停车场内部的存取车运行效率，节约耗能和成本。同时，复杂的停车场环境也可以通过栅格化地图来表达，让停车场的管理更具可视化和智能化。

本申请的方法，结合智能停车系统，地面管理调度系统通过机载通讯系统向运输车辆机器人下达作业指令，通过上位机系统比对停车场内车位、车辆停放信息，之后智能停车场管理系统的主控计算机通过a*算法可迅速得到最佳车位并进行路径的规划，a*算法融合了dijkstra算法和bfs的算法的优点，具有经典性和启发性，更能适合现代智能停车场的需求。车载计算器接受其他系统获取到的环境信息和路径信息以及上位机系统控制信号所规划的路径。即agv将待存车从入口运输到某个停车位，再将该车从停车位运输到出口，整个过程两段路程之和是最短的。此优化方法将为我们节省更多的存取车时间，提高智能停车场的运行效率，减少运输车辆机器人的耗能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。