機場車輛管理及預測系統(tǒng)探究

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本文以機場停車場為背景，為了實現有效、快速及均載分流的出入管理，設計出機場車輛出入管理及預測系統(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)平臺具有跨平臺開發(fā)和可視化開發(fā)管理特點，結合數據庫開發(fā)技術，使該系統(tǒng)具有數據存儲、數據查詢以及數據跟蹤功能，跳出數據孤島化，實現信息的互聯(lián)，同時引入神經網絡技術，使該系統(tǒng)向智能化、高效化進行一步發(fā)展。

1總體設計分析

1.1功能需求分析

機場車輛管理主要分為三類，機場職工等工作人員內部車輛管理、社會車輛管理、出租車輛管理。一個完善的車輛管理系統(tǒng)應該具有管理員信息、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，轉為臨時工作人員狀態(tài)。（2）員工和車位信息存儲與查詢，車位的狀態(tài)被標記并存儲，采用“0”和“1”分別表示空閑與占用狀態(tài)，同時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）具有數據分析功能，基于時間流的車位占用數據集的學習，預測接下來幾天車輛停入情況。（4）系統(tǒng)管理維護，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，以靈活應對人員對出行以及機場車輛各種情況的變動。

1.2系統(tǒng)總體框架

根據前面小節(jié)關于功能需求的分析，將客運車輛管理系統(tǒng)分成了5個模塊。機場車輛出入管理及預測系統(tǒng)的總體框架設計圖1所示。

1.3數據庫設計數據庫

采用MYSQL。根據本系統(tǒng)的需求分析以及系統(tǒng)總體功能設計，機場車輛管理系統(tǒng)數據庫中的數據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、數據分析訓練信息表，對應的表為sys_worker表、sys_passenger表、sys_cars表、sys_reserve表、sys_parkstatus表和sys_dataanaly表等。

2RNN模型建立及應用

本系統(tǒng)為了實現機場車輛管理系統(tǒng)高效的運行，我們分析了常規(guī)前饋神經網絡、卷積網絡以及循環(huán)神經網絡。分析發(fā)現循環(huán)神經網絡（以下簡稱“RNN”）與前面兩種網絡比較，RNN采用新架構，數據在空間和時間方向上流動，在時間上具有記憶功能，對于具有時間流的數據分析具有很好的預測特性。綜上所述，本系統(tǒng)引入RNN循環(huán)神經網絡，依賴時間方向上車場停入車輛的數據，構建日期與車位占用數量的數據集，利用RNN模型針對數據集進行訓練，預測接下來五天車輛入場情況，進一步提升機場場面管理系統(tǒng)的綜合化、自動化和智能化程度。

3軟件應用設計

3.1程序流程設計

本機場車輛管理系統(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限，這樣分等級的管理模式能夠對機場車輛管理系統(tǒng)進行安全高效的管理。機場車輛管理系統(tǒng)流程為：（1）系統(tǒng)初始化；（2）登錄驗證（訪客或者管理員）；（3）訪客登錄成功，進入訪客頁面可以進行專用車位申請；（4）管理員登錄成功，進入管理員界面，可以進行車場、車輛、人員以及數據分析信息管理。

3.2程序及界面詳細設計與實現

本系統(tǒng)在Windows7系統(tǒng)下運行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)，采用模塊化程序設計，分別創(chuàng)建main.cpp、mainwindow.cpp、database.cpp、run.cpp、paramjson.cpp以及view.cpp等模塊程序代碼實現系統(tǒng)后端數據的接入和算法的實現。Forms和Resources文件夾主要存放前面界面相關代碼，系統(tǒng)主要構建login.ui和mainwindow.ui分別為登錄驗證界面以及主界面，其中主界面中采用QTabWidget可視化控件實現專用車申請、車輛管理、人員管理以及數據分析人機交互功能。

3.3功能驗證

（1）登錄驗證界面前面的章節(jié)完成了對系統(tǒng)的軟件設計，本小節(jié)對功能模塊進行驗證測試，如圖2所示，打開系統(tǒng)進入到系統(tǒng)登錄界面，本系統(tǒng)的登錄界面權限分為訪客和管理員。測試采用訪客賬號“User-k007”，由管理員分配，管理員賬號為“SuperUse-rk007”，初始密碼為“123456”，點擊“登錄”按鈕進入系統(tǒng)，賬號和密碼正確則跳轉到相應的界面。（2）訪客登錄界面本文某機場模擬數據為數據源，進行系統(tǒng)功能的測試，以訪客身份登錄，進入到車位申請界面，進行專用車位申請。（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據進行增、刪、減、查等操作。本文根據前25天車場車位占用數量，對后5天的車場車位占用情況進行一個預測，將學習率設置為“0.01”，隱層的神經元數量設置為“5”，迭代次數為“20000”，生成損失函數以及預測曲線，車位占用數量預測曲線橫坐標為日期（天），縱坐標為車位占用數量（個），預測值為未來五天車位占用數量，見預測曲線圖中未標點的曲線。圖2為系統(tǒng)登錄以及車位占用數據分析管理界面。

4結語

本文設計開發(fā)基于QT的機場車輛管理系統(tǒng)，具體的工作包括設計了：（1）管理系統(tǒng)數據庫，利用MYSQLServer5.5軟件，根據機場車輛管理系統(tǒng)的功能需求，建立6個數據表，進一步地建立了后臺機場車輛管理系統(tǒng)；（2）利用QTCreader軟件，采用C++語言完成前后端設計。描述了程序設計和界面設計的分析流程及思路，將登錄人員分為訪客和管理員，分別取得不同的任務權限，以便于安全高效的完成機場車輛管理系統(tǒng)的管理。分析引入RNN循環(huán)神經網絡實現了超級管理員對后續(xù)5天車場車位占用數量預測，提高了車站管理的智能化。（3）最后，將上述工作進行了效果的驗證，根據軟件運行結果顯示本設計的機場車輛管理系統(tǒng)滿足預期功能需求。下一步的研究工作，將結合物聯(lián)網技術，實時監(jiān)控顯示車輛運行中的位置和車況，完成車輛從進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任公司