阅读说明：本技术 一种基于数字孪生的室内停车方法及停车系统 (Indoor parking method and parking system based on digital twinning ) 是由 郭磊 田富君 张燕龙 陈亮希 魏一雄 周红桥 陈兴玉 张红旗 周金文 李广 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于数字孪生的室内停车系统及停车方法,包括数字孪生停车管理系统,所述数字孪生停车管理系统包括移动端APP、云服务器,所述移动端APP与云服务器通信连接,所述云服务器包括数字孪生模型库、状态监控模块、信息采集模块、数据处理模块、设备驱动模块、车辆引导模块、费用支付模块、显示器模块、健康管理模块、故障诊断与维修模块。本发明构建了物理车库的数字实时镜像,实现了现实车库与数字孪生车库的实时映射,实现车主停车过程的车辆和车位等状态信息的实时监测,并解决了车库设备的健康管理、故障诊断与维护等问题,保证室内停车过程的实时监控与智能管理。(The invention relates to an indoor parking system and a parking method based on digital twins, and the system comprises a digital twins parking management system, wherein the digital twins parking management system comprises a mobile terminal APP and a cloud server, the mobile terminal APP is in communication connection with the cloud server, and the cloud server comprises a digital twins model library, a state monitoring module, an information acquisition module, a data processing module, an equipment driving module, a vehicle guiding module, a fee payment module, a display module, a health management module and a fault diagnosis and maintenance module. The invention constructs the digital real-time mirror image of the physical garage, realizes the real-time mapping of the real garage and the digital twin garage, realizes the real-time monitoring of the state information of vehicles, parking spaces and the like in the parking process of a vehicle owner, solves the problems of health management, fault diagnosis, maintenance and the like of garage equipment, and ensures the real-time monitoring and intelligent management of the indoor parking process.)

一种基于数字孪生的室内停车方法及停车系统

技术领域

本发明涉及室内停车技术领域，尤其涉及的是一种基于数字孪生的室内停车方法及停车系统。

背景技术

近年来，随着生活水平的不断提高，开车出行成为了人们外出的主要交通工具。但由于室内停车场的车位有限以及停车场的空车位位置、剩余车位数等信息更新不及时，导致车主停车难、停车场停车乱等问题频频发生。另外，根据公安部公布的数据显示，截止2019年6月，我国私家车的保有量为1.98亿辆，但是城市室内停车总量严重不足，使得停车位供需与车辆拥有量的矛盾日益突出，严重影响了城市的交通安全以及人们的生活质量。同时，在具有上百个停车位的室内停车场，车主取车时，通常需要花费大量的时间寻车和寻找出口路线，这给车主造成了极大地困难。

现有的停车场中车位信息无法实时更新；特别对于大型室内停车场，无法动态引导车主停取车；无法实现对室内停车过程的实时监控与管理；导致停车场的管理效率低。

申请号为“CN201410223425.9”的发明专利申请公开了一种车库的智能化泊车方法及装置，包括以下步骤：车库系统根据驾驶车辆的用户终端发出的泊车请求信息，对车库当前泊车状况信息进行查询；车库系统根据查询结果，生成泊车引导图，并将其发送给所述用户终端，以便用户按照泊车引导图进行泊车操作；当所述车辆离开车库时，车库系统根据泊车时间生成泊车费通知，并将其发送给所述用户终端，以便用户终端通过移动支付方式向所述车库系统支付泊车费；但是该专利方案并无法实时采集车辆的状态信息，无法给车主不同视角(如：第一视角、跟随视角、全局视觉等)的路线查询和动态停车引导，特别是无法引导车主取车操作；此外该专利方案无法实现车主商场消费抵停车费的功能，以及对车库设备的健康管理、故障预警和预测性维护，无法满足对室内停车过程的实时监控与管理的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于数字孪生的室内停车方法及停车系统，构建物理车库的数字实时镜像，以解决无法对车主停取车过程的状态实时监测的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种基于数字孪生的室内停车系统，包括数字孪生停车管理系统，所述数字孪生停车管理系统中包括移动端APP、云服务器，

所述移动端APP为数字孪生监控系统，通过云服务器分配权限提供用户停车过程使用；所述数字孪生监控系统包括三维车辆模型库、三维车库模型库、交互模块、地图库和监控及可视化模块，且所述三维车辆模型库、三维车库模型库、交互模块、地图库和监控及可视化模块与云服务器通信连接；

所述三维车辆模型库用于用户选取所停车辆的三维模型；

所述三维车库模型库用于用户选取停车场和停车位，三维车库模型库包括车库三维建筑模型和车库三维设备模型；

所述三维车辆模型库、三维车库模型库通过模型处理得到数字孪生车库；

所述交互模块用于用户根据不同视角查看数字孪生车库；

所述地图库用于规划用户车辆行驶路线；

所述监控及可视化模块用于用户监控和查询车库和车辆状态信息。

移动端APP是一种基于数据驱动的数字孪生监控系统，是数字孪生停车管理系统的子系统，通过分配权限提供用户停车过程使用；移动端APP 的数字孪生监控系统，通过构建物理对象的镜像，实现了现实车库与数字孪生车库的实时映射，保证室内停车过程的实时监控。

作为本发明进一步的方案：所述云服务器上安装有数字孪生停车管理系统，该系统包括数字孪生模型库、状态监控模块、信息采集模块、数据处理模块、设备驱动模块、车辆引导模块、费用支付模块、显示器模块、健康管理模块、故障诊断及维修模块，

所述数字孪生模型库用于管理三维车库模型、三维车辆模型及线路模型，所述线路模型是一种状态模型，通过输入车辆起始点、车位号规划行驶路径；

所述状态监控模块用于实时监测车辆停车过程中的状态信息，并控制车库内的设备工作；

所述信息采集模块用于接收移动端APP发送的消息、车轮定位器的压力信号、RFID卡信息、车库和车辆状态信息等；

所述数据处理模块用于对接收的信息进行处理，生成线路模型，并支持车库的健康管理、设备故障点的诊断与维修；

所述设备驱动模块用于控制机械臂、摄像机、停车场入口处的挡车杆等设备；

所述车辆引导模块用于根据车主位置信息推送取车路线，并实时指导车主到达停车位；

所述费用支付模块用于通过移动端上传消费记录单，或通过第三方移动支付平台完成消费认证以及停车费的缴纳；

所显示器模块用于显示更新车库内的车位信息，包括车库入口处的显示器以及数字孪生车库上的车位信息更新；

所述健康管理模块用于对车库各设备的状态进行监测，并定出预测维护计划，确定维护保障资源，给出维护活动的时间、地点、人员和内容等信息；

所述故障诊断及维修模块根据诊断模型判断设备是否处于故障状态，并显示故障点，制定维修策略，同时通知车库相关设备维护员及时进行设备维修。

作为本发明进一步的方案：所述三维车辆模型库和三维车库模型的构建方法如下构建方法如下：

首先根据实际尺寸构建高保真的轻量化三维模型，所述轻量化三维模型包括车库内外的各种设备模型、车辆模型和车库建筑模型，从而得到所述三维车辆模型库和所述三维车库模型；

然后对所述三维车辆模型库和所述三维车库模型进行贴图、光顺化等一系列处理，并通过数据格式转换导出为数字孪生系统平台或工具能够识别的数据格式文件。

将数据格式转化后的模型集成到数字孪生系统平台或工具中，统一轻量化三维模型与物理车库及车库内设备的坐标系，并添加约束脚本、驱动脚本等信息。

所述数字孪生车库通过实时采集车库各种设备的数据驱动数字孪生车库同步运行，实现停车过程的无人化实时动态监控。

作为本发明进一步的方案：所述地图库的构建方法包括数字孪生城市地图，则接入所述数字孪生停车管理系统中，通过移动端APP的定位系统获取车辆的位置信息，并规划车辆行驶路线图，引导车主驶向停车库入口处。

作为本发明进一步的方案：所述地图库的构建方法还包括提取第三方平台离线场景地图，通过轻量化处理嵌入所述数字孪生停车管理系统中，通过车辆定位系统或移动端定位系统获取车辆的位置信息，并规划车辆行驶路线图，引导车主驶向停车库入口处。

作为本发明进一步的方案：所述地图库的构建方法还包括通过授权将第三方平台的地图的链接嵌入所述数字孪生停车管理系统，在规划车主初始位置到停车场入口路线时，直接跳转到第三方地图上，完成车主行驶路线的规划，引导车主驶向停车库入口处，并实时获取车辆位置信息。

一种基于所述的基于数字孪生的室内停车系统的停车方法，包括以下步骤：

S201、车主登录移动端APP的数字孪生监控系统，登记车辆信息，然后通过数字孪生车库查看停车场的车位分布以及剩余停车位数，并预约车位，之后定位车辆起始点并输入线路模型中，获取行驶路线；

S202、当车辆到达停车场入口时，云服务器接收到车轮定位的压力信号，控制摄像机获取车辆信息，并将车主的停车信息写入RFID卡，车主根据移动APP上的语音提示和地面引导线将车辆开到发卡处，机械臂装置将 RFID卡寄给车主；

S203、车辆进入停车库后，车库上设置的RFID读卡器会读取RFID卡片信息，然后车辆引导模块引导车主驶向停车位；另外车主可通过交互模块实时查看车辆位置信息和路线信息；

S204、车辆到达停车位后，车轮定位器受车轮压力作用，停车位前的挡车杆升起来，车主完成停车操作。此时，车库入口处的设置有的显示器以及数字孪生车库上的车位信息均进行实时更新；

S205、当停车结束后，车主发送取车请求，云服务器根据车主位置信息推送取车路线，并实时指导车主到达停车位，车主通过移动端上传消费记录单，或通过第三方移动支付平台完成消费认证以及停车费的缴纳；

S206、车主根据推送路线离开车库，并在出口处归还RFID卡，之后升降杆降下，车主将车辆从停车场出口开出。

本发明的优点在于：

1、本发明中移动端APP是一种基于数据驱动的数字孪生监控系统，是数字孪生停车管理系统的子系统，通过分配权限提供用户停车过程使用；移动端APP能够通过数字孪生车库查看车辆停车过程的全部状态信息，保证了室内停车过程的实时监控与智能管理。

2、本发明中，构建了数字孪生车库，实现了更加高效的停车动态引导，以及对车库设备的健康管理、故障预警和预测性维护，是数字孪生城市建设的重要组成部分。

3、本发明中，车主可提前选择室内停车场并预约车位，并通过线路模型规划行驶路线并引导车主驶向停车位，完成停车操作。另外车主取车时，可通过移动端发送取车请求，并根据数字孪生车库地图导航，完成取车操作和缴费。

4、本发明通过采集RFID状态数据，实现了停车和取车一次性成功，优化了室内停车场的管理。同时在RFID卡上加装显示屏与相关控制单元，扩展了RFID卡的交互功能，提升基于RFID卡的位置信息采集和停取车引导功能。

附图说明

图1为本发明实施例中移动端APP的结构方框图。

图2为本发明实施例中云服务器的结构方框图。

图3为本发明实施例中一种基于数字孪生的室内停车方法的流程示意图。

图中，100-移动端APP，101-三维车辆模型库，102-三维车库模型库， 103-交互模块，104-地图库，105-监控及可视化模块，200-云服务器，201- 数字孪生模型库，202-状态监控模块，203-信息采集模块，204-数据处理模块，205-设备驱动模块，206-车辆引导模块，207-费用支付模块，208-显示器模块，209-健康管理模块，210-故障诊断与维修模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1及图2，图1为本发明实施例中移动端APP的结构方框图，图2 为本发明实施例中云服务器的结构方框图；

一种基于数字孪生的室内停车系统，包括移动端APP100、云服务器 200，所述移动端APP与云服务器通信连接，所述移动端APP100为数字孪生监控系统，所述云服务器200为数字孪生停车管理系统，所述数字孪生监控系统为数字孪生停车管理系统的子系统，所述数字孪生监控系统通过数字孪生停车管理系统分配权限发布到移动端APP100上，提供给用户停车过程使用；

其中，为了能够更好地保证停车秩序，用户需通过实名注册才能使用所述移动端APP100，且所述移动端APP100支持实名且具有良好信誉的支付宝芝麻信用和微信认证登录。

所述数字孪生监控系统包括三维车辆模型库101、三维车库模型库102、交互模块103、地图库104和监控及可视化模块105，且所述地图库104、监控及可视化模块105还与云服务器200通信连接；

所述三维车辆模型库101和三维车库模型库102用于用户停车过程中的车辆和停车场及车位选择，三维车库模型库102包括车库三维建筑模型 (也即环境模型)和车库三维设备模型；其中，所述三维车辆模型库101 和三维车库模型102的构建方法如下：

首先对已有的车辆三维模型进行简化，删除不影响数字孪生监控系统和用户使用的几何特征或信息等，对无法直接格式转换和没有的几何模型进行1：1的模型重构，从而获得轻量化三维模型；所述轻量化三维模型包括车库内外的各种设备模型、车辆模型和车库建筑模型，这样既可得到三维车辆模型库101和三维车库模型102；

然后对所述三维车辆模型库101和所述三维车库模型102进行贴图、光顺化等一系列处理，并通过数据格式转换导出为数字孪生系统平台或工具(如：Unity 3D等)能够识别的数据格式文件(如：FBX等)；接着将数据格式转换后的模型集成到数字孪生系统平台或工具中，统一轻量化三维模型与物理车库及车库内设备的坐标系，并添加约束脚本、驱动脚本等信息；

最后，通过网络协议等方式提取现实的物理车库各设备数据驱动所述三维车辆模型库101、三维车库模型库102同步运行；得到数字孪生车库。

所述交互模块103用于用户根据不同视角查看数字孪生车库；

需要说明的是，所述数字孪生车库是物理车库的虚拟映射，可实现车库状态的实时监控，同时用户可通过不同的视角(全局视角、漫游视角、监控视角等)查看车库的实时状态信息(如剩余停车位、停车收费)；

具体的，本实施例中，按照实际车库停车流程中各设备运行的主随动关系(即各设备运动的先后顺序)，通过添加约束建立所述三维车库设备和车辆之间的耦合关系，并基于摄像机和各种传感器等设备的网络通信协议，实时采集各种设备数据，并通过通信模块进行数据解析，以通用的数据格式(如：JSON(JavaScript Object Notation，对象简谱)、XLM(Extensible Markup Language，扩展标记语言)等)保存；之后所述轻量化三维模型根据这些实时数据完成与实际车库中对应设备的同步动作，即可得到数字孪生车库。

本实施例中，所述设备数据包括车辆进入先后的时间、位置等。

所述地图库104用于规划用户车辆行驶路线；

所述地图库104的构建方法如下：

若已有数字孪生城市地图，则接入所述数字孪生停车管理系统中，通过移动端(如手机)定位系统获取车辆的位置信息，并规划车辆行驶路线图，引导车主驶向停车库入口处；

若没有，则可以提取第三方平台离线场景地图，通过轻量化处理嵌入所述数字孪生停车管理系统中，通过车辆定位系统或移动端定位系统获取车辆的位置信息，并规划车辆行驶路线图，引导车主驶向停车库入口处；

还可通过授权将第三方平台的地图的链接嵌入所述数字孪生停车管理系统，在规划车主初始位置到停车场入口路线时，直接跳转到第三方地图上，完成车主行驶路线的规划，引导车主驶向停车库入口处，并实时获取车辆位置信息；

需要说明的是，轻量化处理主要是删除不影响数字孪生车库表达的几何特征等信息，尽量使模型数据量少，面片精度高，而移动端APP100为安装于车主手机上的APP软件，移动端APP100是一种数字孪生监控系统；

监控及可视化模块105用于用户监控和查询车库和车辆状态等信息。

具体使用时，用户登录移动端APP100，打开三维车辆模型库101和三维车库模型102，并借助交互模块103以不同视角查看数字孪生车库，选择目的地室内停车的停车位；然后打开地图库104，借助线路模型进行路线规划，并进行线路导航；通过监控及可视化模块105实时查询车辆的状态信息及停车场的车位信息等；

需要说明的是，本实施例中的监控及可视化模块105包括若干监控装置，如采用摄像机，将摄像机螺栓固定设置在车库内的立柱上、车库的入口出口处等地方，保证能够实时监控到车库内的每个角落；

进一步的，本实施例中，所述数字孪生监控系统还可与第三方支付平台(如支付宝、微信等)和地图平台(如高德地图、百度地图等)相互授权关联，以优化车辆到达停车场的路线，提高停车费支付效率。

进一步的，所述数字孪生监控系统还可以建立信用诚信名单，并关联个人诚信系统，支持车主进行先停车后支付。

具体的，所述信用诚信名单中，对于车库乱扔垃圾、违规停车等的情况，停车管理系统将会降低个人信用等级；当达到一定次数时，将被拉入停车管理系统黑名单，若干个月内不得在停车管理系统中预约停车位，本实施例中优选为三个月；之后若干个月内没有不良记录的系统自动从黑名单中消除，本实施例中优选为六个月。对于损害车库设施等造成经济损失，且多次沟通拒不赔付的，移交司法系统，并且个人永远拉入黑名单，同时上报个人征信系统。

所述云服务器200上安装有数字孪生停车管理系统，所述数字孪生停车管理系统包括数字孪生模型库201、状态监控模块202、信息采集模块203、数据处理模块204、设备驱动模块205、车辆引导模块206、费用支付模块 207、显示器模块208、健康管理模块209、故障诊断与维修模块210。

所述数字孪生模型库201用于管理三维车辆模型101、三维车库模型 102；所述数字孪生模型库201还可以管理线路模型；其中，所述线路模型是一种状态模型，通过输入车辆起始点、车位号规划行驶路径；

所述状态监控模块202用于实时监测车辆停车过程中的状态信息(如：预约时间、入库时间、停车时长等)，并控制车库内的设备工作；

所述信息采集模块203用于接收移动端APP100发送的消息、车轮定位器的压力信号、RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)卡信息、摄像机采集的车库和车辆信息等；所述车轮定位器为若干个，分别布置于停车位上，用于检测车轮的挤压压力，辅助车主在规定区域停车；

所述数据处理模块204用于对接收的信息进行处理，生成线路模型，并支持车库的健康管理、设备故障点的诊断与维修；

所述设备驱动模块205用于控制机械臂、摄像机、发卡装置、刷卡装置、收卡装置、停车场入口处以及车位处固定设置的挡车杆等设备；

需要说明的是，本实施例中，所述发卡装置布置于停车场入口处，所述收卡装置布置于停车场出口处；所述发卡装置和收卡装置均包括触控显示器模块、扫码模块、视觉识别模块、机械臂模块、语音交互模块和指示灯模块；

所述触控显示器用于输入现场个人停车信息；

所述扫码模块用于扫描移动端APP生成的二维码，自动将车主停车信息写入RFID卡中；

所述视觉识别模块用于对车主进行身份认证；

所述机械臂模块用于将RFID卡从发卡装置的卡槽中取出并送给车主，车主还卡时将RFID卡送回到收卡装置的卡槽中；

所述语音交互模块用于操作提示以及车主与管理员之间通话；

所述指示灯模块用于工作、故障、待机状态的显示。

所述刷卡装置螺栓固定设置于车位处，所述刷卡装置包括读卡模块、显示模块、扫码模块、人脸识别模块、投币模块；

所述读卡模块用于识别RFID卡，支持刷RFID卡支付；

所述显示模块用于显示车牌码、停车时间、停车费用以及支付方式；

所述扫码模块用于移动扫码支付；

所述人脸识别模块用于人脸识别支付；

所述投币模块用于纸币或硬币支付。

优选的，本实施例中，所述RFID卡内还设有方向传感器、加速度传感器和蓝牙模块；根据需求和成本，所述RFID卡可添加触控显示模块和光控模块。

本实施例中，还包括RFID读卡器，所述RFID读卡器设置于车库内，具体位置可以根据实际情况需要设计，如通过螺栓固定设置于车库内进口处的墙壁上，所述RFID读卡器用于读取RFID卡片信息；

所述车辆引导模块206用于根据车主位置信息推送取车路线，并实时指导车主到达停车位；

所述车辆引导模块206包括指示模块、语音模块，所述指示模块、语音模块布置于停车场内；所述指示模块为地面引导线，所述地面引导线布置于地面，同时还可以配上文字说明，来指示行驶方向；

所述语音模块布置于停车场墙壁上，与指示模块共同作用，引导车主行驶路径。

所述费用支付模块207用于通过移动端APP100上传消费记录单，或通过第三方移动支付平台完成消费认证以及停车费的缴纳；

所述显示器模块208用于显示更新车库内的车位信息，本实施例中，所述显示器模块208包括显示器，所述显示器设置于停车场入口处。所述显示器实时显示停车场信息，包括总车位数、已预订车位数、已停车位数、剩余车位数、方向指针、入口位置等信息；同时所述显示器通过车库数字孪生模型动态展示空车位。

工作原理：当车辆到达停车场入口时，云服务器接收到车轮定位的压力信号，控制摄像机获取车辆信息，车主根据语音提示和地面引导线将车辆开到发卡装置处，机械臂装置将RFID卡寄给车主；

车辆进入停车库后，车库上设置的RFID读卡器会读取RFID卡片信息，然后车辆引导模块206引导车主驶向停车位；另外车主可通过交互模块103 实时查看车辆位置信息和路线信息；

车辆到达停车位后，车轮定位器受车轮压力作用，停车位前的挡车杆升起来，车主完成停车操作。此时，车库入口处的设置有的显示器以及数字孪生车库上的车位信息均进行更新；

当停车结束后，车主发送取车请求，云服务器200根据车主位置信息推送取车路线，并实时指导车主到达停车位，车主通过移动端APP100上传消费记录单，或通过第三方移动支付平台完成消费认证以及停车费的缴纳；

车主根据推送路线离开车库，并在出口处归还RFID卡，之后车库的升降杆降下，车主将车辆从停车场出口开出。此时，车库入口处的显示器以及数字孪生车库上的车位信息更新。

实施例2

如图3，图3为本发明实施例中一种基于数字孪生的室内停车方法的流程示意图。

一种基于数字孪生的室内停车方法，包括实施例1所述的基于数字孪生的室内停车系统，还包括如下步骤，

S201、车主登录移动端APP100，登记车辆信息，所述车辆信息包括车型、车身尺寸、车牌号以及车颜色等；再进行预约车位，预约车位包括选择停车场、停车时间及停车位；如果车主不选择停车位，则所述移动端 APP100自行分配并规划最佳行驶路线；

车主可以通过数字孪生车库查看停车场的车位分布以及剩余停车位数，并预约车位，选择行驶路线；

需要说明的是，当车主成功预约停车位后，所述移动端APP100仅免费保留十分钟(具体免费保留时间可以进行调整)，之后开始计费；车主每天仅可以免费预约停车位若干次，本实施例中优选为三次，之后开始的预约收费；

S202、当车辆到达停车场入口时，云服务器接收到车轮定位的压力信号，控制摄像机获取车辆信息，车主根据语音提示和地面引导线将车辆开到发卡装置处，机械臂装置将RFID卡寄给车主；

S203、车辆进入停车库后，车库上设置的RFID读卡器会读取RFID卡片信息，然后车辆引导模块204引导车主驶向停车位；另外车主可通过交互模块102实时查看车辆位置信息和路线信息；

S204、车辆到达停车位后，车轮定位器受车轮压力作用，停车位前设置的挡车杆升起来，车主完成停车操作。此时，车库入口处的设置有的显示器以及数字孪生车库上的车位信息均进行更新；

S205、当停车结束后，车主发送取车请求，云服务器200根据车主位置信息推送取车路线，并实时指导车主到达停车位，车主通过移动端 APP100上传消费记录单，或通过第三方移动支付平台完成消费认证以及停车费的缴纳；

S206、车主根据推送路线离开车库，并在出口处归还RFID卡，之后升降杆降下，车主将车辆从停车场出口开出。此时，车库入口处的显示器以及数字孪生车库上的车位信息更新。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。