機(jī)場車輛管理及預(yù)測系統(tǒng)探究

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本文以機(jī)場停車場為背景，為了實(shí)現(xiàn)有效、快速及均載分流的出入管理，設(shè)計(jì)出機(jī)場車輛出入管理及預(yù)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)去人工化程度高，可以節(jié)省大量的人力成本，其采用的QT開發(fā)平臺(tái)具有跨平臺(tái)開發(fā)和可視化開發(fā)管理特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)，使該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢以及數(shù)據(jù)跟蹤功能，跳出數(shù)據(jù)孤島化，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)，同時(shí)引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使該系統(tǒng)向智能化、高效化進(jìn)行一步發(fā)展。

1總體設(shè)計(jì)分析

1.1功能需求分析

機(jī)場車輛管理主要分為三類，機(jī)場職工等工作人員內(nèi)部車輛管理、社會(huì)車輛管理、出租車輛管理。一個(gè)完善的車輛管理系統(tǒng)應(yīng)該具有管理員信息、員工信息、車輛信息、停車位狀態(tài)信息和停車場歷史日志信息等。該系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能為：（1）專用車位申請管理，申請人可通過申請界面提出申請專用車位使用，轉(zhuǎn)為臨時(shí)工作人員狀態(tài)。（2）員工和車位信息存儲(chǔ)與查詢，車位的狀態(tài)被標(biāo)記并存儲(chǔ)，采用“0”和“1”分別表示空閑與占用狀態(tài)，同時(shí)本軟件可以通過操作界面查詢到車輛信息以及員工信息。（3）具有數(shù)據(jù)分析功能，基于時(shí)間流的車位占用數(shù)據(jù)集的學(xué)習(xí)，預(yù)測接下來幾天車輛停入情況。（4）系統(tǒng)管理維護(hù)，系統(tǒng)管理員可以查詢、增加、刪除和修改員工信息、管理員信息、車場信息和車位申請信息等，以靈活應(yīng)對人員對出行以及機(jī)場車輛各種情況的變動(dòng)。

1.2系統(tǒng)總體框架

根據(jù)前面小節(jié)關(guān)于功能需求的分析，將客運(yùn)車輛管理系統(tǒng)分成了5個(gè)模塊。機(jī)場車輛出入管理及預(yù)測系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)圖1所示。

1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫

采用MYSQL。根據(jù)本系統(tǒng)的需求分析以及系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)，機(jī)場車輛管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表包括管理員信息表、人員信息表、車輛信息表、車位申請信息表、車場狀態(tài)信息表、數(shù)據(jù)分析訓(xùn)練信息表，對應(yīng)的表為sys_worker表、sys_passenger表、sys_cars表、sys_reserve表、sys_parkstatus表和sys_dataanaly表等。

2RNN模型建立及應(yīng)用

本系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)機(jī)場車輛管理系統(tǒng)高效的運(yùn)行，我們分析了常規(guī)前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積網(wǎng)絡(luò)以及循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。分析發(fā)現(xiàn)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（以下簡稱“RNN”）與前面兩種網(wǎng)絡(luò)比較，RNN采用新架構(gòu)，數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間方向上流動(dòng)，在時(shí)間上具有記憶功能，對于具有時(shí)間流的數(shù)據(jù)分析具有很好的預(yù)測特性。綜上所述，本系統(tǒng)引入RNN循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，依賴時(shí)間方向上車場停入車輛的數(shù)據(jù)，構(gòu)建日期與車位占用數(shù)量的數(shù)據(jù)集，利用RNN模型針對數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，預(yù)測接下來五天車輛入場情況，進(jìn)一步提升機(jī)場場面管理系統(tǒng)的綜合化、自動(dòng)化和智能化程度。

3軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1程序流程設(shè)計(jì)

本機(jī)場車輛管理系統(tǒng)分為訪客和管理員二種登錄類型，管理員能獲得更高的管理權(quán)限，這樣分等級(jí)的管理模式能夠?qū)C(jī)場車輛管理系統(tǒng)進(jìn)行安全高效的管理。機(jī)場車輛管理系統(tǒng)流程為：（1）系統(tǒng)初始化；（2）登錄驗(yàn)證（訪客或者管理員）；（3）訪客登錄成功，進(jìn)入訪客頁面可以進(jìn)行專用車位申請；（4）管理員登錄成功，進(jìn)入管理員界面，可以進(jìn)行車場、車輛、人員以及數(shù)據(jù)分析信息管理。

3.2程序及界面詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)在Windows7系統(tǒng)下運(yùn)行QtCreator4.3.1，創(chuàng)建的工程文件包含Headers、Sources、Forms以及Resources文件夾，其中Headers和Sources文件夾為主程序存放區(qū)，采用模塊化程序設(shè)計(jì)，分別創(chuàng)建main.cpp、mainwindow.cpp、database.cpp、run.cpp、paramjson.cpp以及view.cpp等模塊程序代碼實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后端數(shù)據(jù)的接入和算法的實(shí)現(xiàn)。Forms和Resources文件夾主要存放前面界面相關(guān)代碼，系統(tǒng)主要構(gòu)建login.ui和mainwindow.ui分別為登錄驗(yàn)證界面以及主界面，其中主界面中采用QTabWidget可視化控件實(shí)現(xiàn)專用車申請、車輛管理、人員管理以及數(shù)據(jù)分析人機(jī)交互功能。

3.3功能驗(yàn)證

（1）登錄驗(yàn)證界面前面的章節(jié)完成了對系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，本小節(jié)對功能模塊進(jìn)行驗(yàn)證測試，如圖2所示，打開系統(tǒng)進(jìn)入到系統(tǒng)登錄界面，本系統(tǒng)的登錄界面權(quán)限分為訪客和管理員。測試采用訪客賬號(hào)“User-k007”，由管理員分配，管理員賬號(hào)為“SuperUse-rk007”，初始密碼為“123456”，點(diǎn)擊“登錄”按鈕進(jìn)入系統(tǒng)，賬號(hào)和密碼正確則跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的界面。（2）訪客登錄界面本文某機(jī)場模擬數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，進(jìn)行系統(tǒng)功能的測試，以訪客身份登錄，進(jìn)入到車位申請界面，進(jìn)行專用車位申請。（3）管理員界面以管理員身份登錄，管理員可以車輛和人員管理界面對數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、減、查等操作。本文根據(jù)前25天車場車位占用數(shù)量，對后5天的車場車位占用情況進(jìn)行一個(gè)預(yù)測，將學(xué)習(xí)率設(shè)置為“0.01”，隱層的神經(jīng)元數(shù)量設(shè)置為“5”，迭代次數(shù)為“20000”，生成損失函數(shù)以及預(yù)測曲線，車位占用數(shù)量預(yù)測曲線橫坐標(biāo)為日期（天），縱坐標(biāo)為車位占用數(shù)量（個(gè)），預(yù)測值為未來五天車位占用數(shù)量，見預(yù)測曲線圖中未標(biāo)點(diǎn)的曲線。圖2為系統(tǒng)登錄以及車位占用數(shù)據(jù)分析管理界面。

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)開發(fā)基于QT的機(jī)場車輛管理系統(tǒng)，具體的工作包括設(shè)計(jì)了：（1）管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，利用MYSQLServer5.5軟件，根據(jù)機(jī)場車輛管理系統(tǒng)的功能需求，建立6個(gè)數(shù)據(jù)表，進(jìn)一步地建立了后臺(tái)機(jī)場車輛管理系統(tǒng)；（2）利用QTCreader軟件，采用C++語言完成前后端設(shè)計(jì)。描述了程序設(shè)計(jì)和界面設(shè)計(jì)的分析流程及思路，將登錄人員分為訪客和管理員，分別取得不同的任務(wù)權(quán)限，以便于安全高效的完成機(jī)場車輛管理系統(tǒng)的管理。分析引入RNN循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了超級(jí)管理員對后續(xù)5天車場車位占用數(shù)量預(yù)測，提高了車站管理的智能化。（3）最后，將上述工作進(jìn)行了效果的驗(yàn)證，根據(jù)軟件運(yùn)行結(jié)果顯示本設(shè)計(jì)的機(jī)場車輛管理系統(tǒng)滿足預(yù)期功能需求。下一步的研究工作，將結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示車輛運(yùn)行中的位置和車況，完成車輛從進(jìn)場到出場的全車程周期管理。

作者:梁亢 李涵文 張江 單位:四川九洲空管科技有限責(zé)任公司