室內(nèi)停車場(chǎng)停車導(dǎo)航系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

廖世芳 杜快樂 趙玉梅 易家偉 吳芳芳 潘育萌 楊豪

摘要：目前，常常用于定位服務(wù)的技術(shù)大多數(shù)都是基于全球定位系統(tǒng)，但這種技術(shù)一般只適合于室外定位，但是隨著社會(huì)的發(fā)展，室內(nèi)定位的問題也變的越來越迫切，而目前提供室內(nèi)定位的應(yīng)用相對(duì)較少且布設(shè)成本過高，所以本課題主要是研究一種簡單而有效的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)，使其能利用智能手機(jī)掃描二維碼獲取精確的用戶室內(nèi)位置，并結(jié)合地下停車場(chǎng)對(duì)其定位的精度進(jìn)行驗(yàn)證。

Abstract： At present， most of the technologies often used for location services are based on global positioning systems， but this technology is generally only suitable for outdoor positioning， but with the development of society， the problem of indoor positioning has become more and more urgent. At present， there are relatively few applications for indoor positioning and the cost of deployment is too high. Therefore， this topic mainly studies a simple and effective indoor navigation system， which can obtain an accurate user's indoor location through a smart phone scanning a two-dimensional code， and combines with the underground parking lot to verify the accuracy of its positioning.

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位;二維碼;智能手機(jī);地下停車場(chǎng)

Key words： indoor positioning;two-dimensional code;smart phone;underground parking lot

中圖分類號(hào)：P228.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）07-0162-03

0 ?引言

近幾年來，GPS在室外導(dǎo)航的應(yīng)用發(fā)展越來越成熟了，因此衍生了像谷歌地圖、百度地圖、高德地圖等一系列定位導(dǎo)航軟件[1]。然而，在室外導(dǎo)航技術(shù)漸漸趨于成熟化時(shí)，室內(nèi)導(dǎo)航并沒有得到其應(yīng)有的發(fā)展。隨著人類需求的增加，各種內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑正逐步占據(jù)城市中心，人們往往在到達(dá)建筑外部后不知道如何準(zhǔn)確到達(dá)建筑內(nèi)部的某個(gè)具體點(diǎn)。利用傳統(tǒng)的路標(biāo)或人工指引顯然已不能滿足人們對(duì)快速定位和尋徑的需要，室內(nèi)導(dǎo)航具有極強(qiáng)的發(fā)展前景[2]。隨著越來越多超大規(guī)模停車場(chǎng)的建設(shè)，方便快速找到停車場(chǎng)中自己汽車的需求越來越大，對(duì)于一種價(jià)格合理，安裝簡單，方便操作的室內(nèi)定位系統(tǒng)已經(jīng)是許多人迫切需要的。

主要是研究一種簡單而有效的室內(nèi)定位系統(tǒng)，使其能利用智能手機(jī)掃描二維碼獲取精確的用戶室內(nèi)位置，意圖是在幫助車主或者用戶在大型停車場(chǎng)能夠快速準(zhǔn)確的找到自己的停車位置。

1 ?基于二維碼室內(nèi)停車場(chǎng)定位系統(tǒng)的可行性分析

1.1 室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和不足

傳統(tǒng)定位技術(shù)通常用于室外，室內(nèi)定位技術(shù)使得它又得到了發(fā)展，開辟了一片新的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)有Wi-Fi、藍(lán)牙、傳感器、紅外線等，定位精度不等，但都有一些不足之處，概況起來為：1）在室內(nèi)進(jìn)行定位，室內(nèi)環(huán)境對(duì)定位還是有很大的影響的，因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境復(fù)雜，結(jié)構(gòu)緊湊，有許多的墻壁對(duì)信號(hào)遮擋，而且室內(nèi)的干擾源比室外要多很多，精度會(huì)略有下降，并且定位也會(huì)有一些波動(dòng);2）室內(nèi)的環(huán)境有時(shí)候無法獲得，這會(huì)造成定位困難或者定位出現(xiàn)偏差;3）室內(nèi)定位的成本以及建成以后的維護(hù)成本都比較高，這樣就會(huì)造成用戶的使用價(jià)格增高，是推廣道路上很大的阻礙[3];4）信號(hào)的覆蓋不能面面俱到，當(dāng)下技術(shù)還不能做到室內(nèi)任何一個(gè)角落都有信號(hào)。他們這些固有的性質(zhì)對(duì)室內(nèi)定位系統(tǒng)的開發(fā)是很大的一個(gè)絆腳石，但他們這些固有的屬性很難改變。

1.2 可行性分析

二維碼技術(shù)是一種集信息編碼、信息傳輸、圖像處理和數(shù)據(jù)加密于一體的新型條碼技術(shù)。當(dāng)今社會(huì)，二維碼技術(shù)應(yīng)用越來越成熟，越來越多的領(lǐng)域開始使用二維碼，在許多國家，包括中國，在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用[4]。普通的條形碼正確率通常為98%，二維碼的正確率非常高，可以達(dá)到99.9%。安全性好：如果二維碼信息需要保密，可以對(duì)其進(jìn)行加密處理，具有很好的保密性和防偽性。作成本比較低，而且制作起來也很容易，可以保持長期清晰的存在。通過二維碼來進(jìn)行室內(nèi)定位的地下停車場(chǎng)，可以在各個(gè)區(qū)域的關(guān)鍵醒目位置布設(shè)二維碼，并將相應(yīng)的具體位置等信息存入位于該點(diǎn)的二維碼中，在停車場(chǎng)無線局域網(wǎng)環(huán)境下，當(dāng)使用者進(jìn)入停車場(chǎng)以后，掃描身邊的二維碼，便可以從數(shù)據(jù)庫中獲得如何從剛才所掃描的二維碼位置到自己停車的那個(gè)二維碼位置，這樣就可以找到自己的車輛了。

2 ?基于二維碼室內(nèi)停車場(chǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)建

整個(gè)系統(tǒng)組成主要是由二維碼識(shí)別、車位定位、路線導(dǎo)航這三個(gè)模塊（如圖1）。進(jìn)行導(dǎo)航過程時(shí)，如果車主對(duì)自己現(xiàn)在所處與的地理位置產(chǎn)生疑問，可重復(fù)上述過程，重新掃描附近新的二維碼并獲取最新位置和路徑信息[5]。

室內(nèi)停車場(chǎng)二維碼定位系統(tǒng)可以分成兩個(gè)部分：一部分是定位功能;另一部分導(dǎo)航功能。導(dǎo)航的準(zhǔn)確取決于定位的精度。定位系統(tǒng)的功能主要包括：在使用者完成自己的事情，回到停車場(chǎng)準(zhǔn)備尋找自己的車輛時(shí)，用戶使用手機(jī)掃描就近柱子等特定位置上的二維碼，以便準(zhǔn)確獲取自己目前所在地理位置。

2.2 設(shè)計(jì)室內(nèi)平面圖

首先進(jìn)行平面圖的測(cè)量工作，再應(yīng)用autocad軟件進(jìn)行室內(nèi)停車場(chǎng)的繪制。

2.2.1 測(cè)量工作

用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量。

①先設(shè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

②設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角[6]。

③設(shè)置棱鏡常數(shù)。

④設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。

⑤量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。

⑥照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測(cè)量鍵，全站儀開始測(cè)距并計(jì)算顯示測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)[7]。

2.2.2 繪圖工作

將數(shù)據(jù)導(dǎo)入cad中，進(jìn)行平面圖的繪制（如圖2）。

2.3 二維碼生成

二維碼的生成就是運(yùn)用二維碼生成器（如圖3），首先將停車場(chǎng)車位的各種信息，例如車位區(qū)域、車位照片、車位地理坐標(biāo)、車位編號(hào)、等進(jìn)行采集，也對(duì)停車場(chǎng)的樓梯口，電梯口，出入口進(jìn)行信息采集，然后把這些信息通過一系列處理，利用編碼軟件生成帶有信息的二維碼圖像，使用相關(guān)的設(shè)備將二維碼打印出來，然后就可以在相應(yīng)的車位進(jìn)行粘貼了，以便以后進(jìn)行識(shí)別讀取[8]。

2.4 室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過在ArcGis中的網(wǎng)絡(luò)分析，能夠得到最佳的導(dǎo)航路（如圖4）。網(wǎng)絡(luò)分析能夠創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各式各樣的網(wǎng)絡(luò)分析。它由四部分組成，分別為：

①創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的向?qū)Вㄔ贏rcCatalog中）。

②網(wǎng)絡(luò)分析窗口（在ArcMap中）。

③網(wǎng)絡(luò)分析工具條（在ArcMap中）。

④ArcToolbox中的大量Geoprocessing工具。創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集向?qū)軌蛞龑?dǎo)你怎樣在GDB的要素中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的配置，利用shapefile數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行設(shè)置也可以[9]。在這個(gè)過程中，可以對(duì)要素所扮演的角色進(jìn)行規(guī)定，例如源頭在哪里，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的連通性進(jìn)行制定，讀取網(wǎng)絡(luò)屬性等等。網(wǎng)絡(luò)分析窗口對(duì)輸入的數(shù)據(jù)和最終分析結(jié)果進(jìn)行管理，能夠顯示諸如barriers，stops和routes等對(duì)象。網(wǎng)絡(luò)分析工具條和常用的軟件工具欄別無他樣，都是一些菜單和按鈕聚集在一起構(gòu)成了工具欄，可以進(jìn)行一些操作，比如對(duì)網(wǎng)絡(luò)地址的增減以及改變，方向的生成，對(duì)網(wǎng)絡(luò)要素進(jìn)行識(shí)別，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)以及執(zhí)行基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的各種分析網(wǎng)絡(luò)分析擴(kuò)展模塊也可以創(chuàng)建和使用ArcMap中的圖層，包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集圖層和網(wǎng)絡(luò)分析圖層[9]。

最佳的路徑確定方法如下：

①打開數(shù)據(jù)集，以便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析;

②在工具欄中找到“分析”，然后選擇里邊的“網(wǎng)絡(luò)分析”，找到“環(huán)境設(shè)置”，點(diǎn)擊，彈出設(shè)置窗口，對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行一些設(shè)置;

③新建一個(gè)最佳路徑追蹤分析的實(shí)例。在“網(wǎng)絡(luò)分析”中尋找“最短路徑追蹤分析”項(xiàng)，進(jìn)行創(chuàng)建操作，成功以后會(huì)有實(shí)例管理窗口彈出來;

④在剛才彈出來的管理窗口點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置”，進(jìn)行一系列相關(guān)參數(shù)的設(shè)置;

⑤在活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)圖層中添加結(jié)點(diǎn)或者弧段。依據(jù)第四部的要素類型以及分析類型，對(duì)起始結(jié)點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)或者起始弧段、起始弧段進(jìn)行添加。結(jié)點(diǎn)的添加使用鼠標(biāo)或者導(dǎo)入兩種方式都可以實(shí)現(xiàn)。但是弧段不可以用導(dǎo)入的方式進(jìn)行添加了;

⑥做完上述準(zhǔn)備工作以后，就可以對(duì)案例進(jìn)行執(zhí)行了，點(diǎn)擊“網(wǎng)絡(luò)分析”中的“執(zhí)行”按鈕，就可以進(jìn)行分析了。也可以通過實(shí)例管理窗口中的“執(zhí)行”按鈕實(shí)現(xiàn)執(zhí)行分析的任務(wù)。分析結(jié)果一出來就立馬顯示到了地圖中。結(jié)果也可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，這樣以后再使用的話直接調(diào)出來就可以了，極大的提高了效率。

2.5 應(yīng)用

當(dāng)車主駛?cè)氲叵峦＼噲?chǎng)，停好車準(zhǔn)備離開時(shí)，為了方便回來時(shí)找到車輛所在位置，保存距離該車位最近的二維碼，車主返回停車場(chǎng)找車時(shí)，從樓梯口或者電梯口到達(dá)地下停車場(chǎng)，可以使用手機(jī)上的app掃描離自己最近位置的二維碼來獲取當(dāng)前位置，因?yàn)橹巴＼嚂r(shí)已保存車位的二維碼，兩次二維碼掃描過后在地圖上得到最短路徑，通過此種方式我們便可以順利找到車所在的位置（如圖5）。

3 ?總結(jié)

隨著私人車輛的增多，停車場(chǎng)也逐漸增多，使用頻率也快速上升，停車場(chǎng)的綜合功能也要隨著提高，對(duì)停車場(chǎng)的管理也要更加合理。二維碼室內(nèi)停車定位系統(tǒng)意圖是在幫助車主或者用戶在大型停車場(chǎng)能夠快速準(zhǔn)確的找到自己的停車位置。大型停車場(chǎng)各個(gè)車位極其形似，在地下停車場(chǎng)也很容易迷失方向，這樣就會(huì)造成很大的時(shí)間浪費(fèi)，也很有可能為此耽誤了正常事務(wù)，二維碼室內(nèi)停車導(dǎo)航系統(tǒng)能夠很好地解決這個(gè)問題，讓用戶根據(jù)定位方便的找到自己的車輛，極大的提高了效率，節(jié)省了找車的時(shí)間，避免了以往對(duì)停車場(chǎng)不熟悉，只能靠運(yùn)氣來找到自己車輛的弊端，車主快速的找到自己的車輛并駛離停車場(chǎng)，加大了停車場(chǎng)的使用率，顧客也得到了滿意的體驗(yàn)感。

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