一種基于Wi-Fi的智能泊車及找回系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

云南大學(xué)附屬中學(xué)高二（5班）劉星宇

輔導(dǎo)老師：張長(zhǎng)勝

該項(xiàng)目榮獲第32屆云南省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)

相信很多開(kāi)車的人都有這樣的苦惱，每次到一個(gè)新的大型商業(yè)區(qū)地下停車場(chǎng)時(shí)，總面臨找車位→找樓層→找回愛(ài)車→找出口……不停繞圈、出錯(cuò)，浪費(fèi)時(shí)間和精力，繞半天好不容易停好車了，可怎么去到要去的A、B、C、D或者E座呢？又得轉(zhuǎn)，又得問(wèn)人！那么，我們是否可以基于互聯(lián)網(wǎng)+在社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的運(yùn)用，從降低建設(shè)成本、實(shí)現(xiàn)多方面的功能、提供用戶舒適體驗(yàn)著手，解決地下停車場(chǎng)停車麻煩的實(shí)際問(wèn)題呢？

如今，智能手機(jī)幾乎已成了每個(gè)人的隨身物品，APP應(yīng)用也無(wú)處不在。但我不僅在網(wǎng)上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，就連詢問(wèn)了國(guó)內(nèi)多處停車場(chǎng)管理人員乃至經(jīng)常出國(guó)的親朋，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能完整有效解決停車難的方案。

雖然檢索到了許多種解決實(shí)例或思路，但要么只解決了一個(gè)或兩個(gè)環(huán)節(jié)，要么使用不方便，有實(shí)用性的也是造價(jià)高昂。知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)和對(duì)信息技術(shù)的愛(ài)好，使我感到只要解決了關(guān)鍵的移動(dòng)定位問(wèn)題，前述的問(wèn)題都可以迎刃而解。在指導(dǎo)老師的支持下，我開(kāi)始了研究之旅。

本項(xiàng)目也設(shè)想了未來(lái)的一些擴(kuò)展運(yùn)用。比如把整個(gè)城市定義為一個(gè)大型停車場(chǎng)，為人們外出辦事尋找最方便的停車位；將來(lái)自動(dòng)駕駛技術(shù)成熟后，可以為車輛指引停車位，從而解決車找空位、空位等車的兩難問(wèn)題，一定程度上也能緩解停車難的現(xiàn)象。

啟發(fā)

1.顧客的需要：解決顧客停車、找車、找出口的麻煩，就是商場(chǎng)獲取顧客芳心的鑰匙！

2.商場(chǎng)招攬客戶的本能：大型商場(chǎng)為什么花那么大的代價(jià)來(lái)指引停車，但卻沒(méi)有有效地解決找停車位的問(wèn)題呢？

3.冰火兩重天：通過(guò)對(duì)許多大型商業(yè)區(qū)的實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)典型的案例就是景洪的大潤(rùn)發(fā)和一街對(duì)面的沃爾瑪。大潤(rùn)發(fā)的停車場(chǎng)就像一個(gè)“非”字，易進(jìn)出；而沃爾瑪?shù)牡叵峦＼噲?chǎng)就像迷宮一樣，親朋反映進(jìn)去后要出來(lái)非得出一身大汗！結(jié)果就是，大潤(rùn)發(fā)生意興隆，沃爾瑪超市半死不活！

調(diào)查

我在“泊車及找回”這個(gè)關(guān)鍵字下，為了盡可能全面地了解已有的方法及解決方案，擴(kuò)展運(yùn)用了這些搜索關(guān)鍵字：泊車找回、找回泊車、定位、Wi-Fi定位、泊車、停車、導(dǎo)航、找車位、泊車導(dǎo)航、泊車指引、停車指引。

用一些搜索引擎搜索后，我向老師、親朋請(qǐng)教咨詢，在實(shí)際已經(jīng)有的停車場(chǎng)運(yùn)用模式、理論上的系統(tǒng)解決方案或局部解決實(shí)踐及研究等可能相似的方面作了大量查詢，并且經(jīng)過(guò)專利代理公司在中國(guó)專利網(wǎng)作了專業(yè)檢索，結(jié)果大致有以下五類：

1.車位探測(cè)指引模式（偏于泊車）。這是當(dāng)前以昆明王府井、萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)等為代表的運(yùn)用最廣泛的解決方案，它通過(guò)在出入口自動(dòng)識(shí)別車牌照計(jì)時(shí)收費(fèi)，在停車場(chǎng)架設(shè)空車及停車探測(cè)指示系統(tǒng)指引停車，特點(diǎn)有以下4點(diǎn)：

（1）在整個(gè)停車場(chǎng)敷設(shè)吊頂橋架布置電源線、信號(hào)線，關(guān)鍵技核心術(shù)是在每個(gè)車位的正上方安裝距離探測(cè)器（用超聲波或紅外線），車位前方廊道上空設(shè)置紅綠燈（空閑時(shí)為綠燈）。如果有車輛停入，則探測(cè)到距離小于預(yù)設(shè)值并觸發(fā)信號(hào)輸出，該信號(hào)通過(guò)信號(hào)線傳送變綠燈為紅燈，表示該處無(wú)車位。

（2）效果很有限，只減少了司機(jī)眼前十幾米或幾十米的查找動(dòng)作。

（3）可能只解決了司機(jī)全環(huán)節(jié)需求的約10%的問(wèn)題。

（4）工程及設(shè)備投資巨大，管理維護(hù)困難（高架作業(yè)）。

2.顯示器指引模式（偏于找回）。在停車場(chǎng)墻上安裝若干個(gè)顯示器（帶讀卡器），車輛入場(chǎng)后領(lǐng)取一張IC卡，停好車后就近找個(gè)顯示器刷卡以記錄大概停車位置；返回時(shí)則可以在任一屏幕處刷卡以顯示車輛位置導(dǎo)航圖。

3.PARKING+系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)國(guó)外用得比較多，它的定位技術(shù)基于GPS，用途限于找回車輛，特點(diǎn)主要有以下3點(diǎn)：

（1）要求車輛必須有GPS定位系統(tǒng)并開(kāi)啟。

（2）適用于露天停車場(chǎng)，室內(nèi)或地下停車場(chǎng)不行。

（3）誤差很大（10米以上）。

4.無(wú)線通訊技術(shù)（Zigbee）手持顯示器定位模式（偏于泊車）。需要在停車場(chǎng)內(nèi)安裝許多的信號(hào)發(fā)射源并建立車位數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，車輛入場(chǎng)后管理員要給每車發(fā)一臺(tái)信號(hào)機(jī)用閃爍亮點(diǎn)顯示車頭與空車位兩者間距離遠(yuǎn)近關(guān)系，出場(chǎng)時(shí)要把信號(hào)機(jī)交回去，它的主要特點(diǎn)如下：

（1）定位極精確，可以達(dá)到厘米級(jí)別。

（2）局部方便停車指引，但沒(méi)有其他功能。

（3）功能擴(kuò)展性差，未見(jiàn)實(shí)際商業(yè)運(yùn)用。

（4）使用、管理不便，系統(tǒng)造價(jià)昂貴。

5.其他基于WiFi、GPS、藍(lán)牙的文獻(xiàn)基本均只限于定位精度的理論探討。

思路

我們經(jīng)常用到的導(dǎo)航，無(wú)處不在的路由器，還有涉及我們生活中方方面面的手機(jī)APP，都啟發(fā)了我的研究思路。高德導(dǎo)航的基本原理告訴我們，只要能確定我和“它”的準(zhǔn)確位置，就能給你提供導(dǎo)航路徑指引。而車位是固定的，所以，只要能確定車的位置，上面的一系列指引（導(dǎo)航）難題不就都可以解決了嗎？！

目前我們手機(jī)上的定位功能可以運(yùn)用的就是GPS、藍(lán)牙、Wi-Fi。經(jīng)過(guò)多方比較各信號(hào)系統(tǒng)的定位精度、目的功能要求、系統(tǒng)配套組成設(shè)備，在權(quán)衡兼顧APP開(kāi)發(fā)運(yùn)用的廣泛性、硬件系統(tǒng)及建設(shè)成本、軟件編寫(xiě)難度等關(guān)鍵方面后，認(rèn)為基于Wi-Fi方向的解決思路最具可行性。

而Wi-Fi的固有弱點(diǎn)是信號(hào)傳播距離短，一般也就幾十米；且運(yùn)用Wi-Fi信號(hào)定位的精度一般也就在3～4米。有專家質(zhì)疑并很專業(yè)地指出其致命問(wèn)題：

第一、Wi-Fi傳播距離短。GPS為什么能定位？為什么要幾十顆衛(wèi)星？反過(guò)來(lái)看，一顆衛(wèi)星再怎么也沒(méi)法準(zhǔn)確定位。所以，我用多個(gè)路由器組成陣列。

第二、干擾大。這也是困擾了我很久的、最頭痛的問(wèn)題，并且早就深有體會(huì)：家里6M的寬帶用Wi-Fi玩游戲時(shí)?？ǖ梦液軕嵟镁W(wǎng)線接路由器時(shí)就非?？欤≡诓檎覇?wèn)題原因的過(guò)程中，Wi-Fi分析儀，讓我大吃一驚，幾乎所有信道都密密麻麻有網(wǎng)絡(luò)！從而得知這是同頻干擾的結(jié)果。但是，我細(xì)細(xì)查看Wi-Fi分析儀的服務(wù)集標(biāo)識(shí)（SSID）接入點(diǎn)列表后發(fā)現(xiàn)，雖然信道圖被占滿了，可SSID的值依然能顯示出來(lái)。而我設(shè)想的熱點(diǎn)（無(wú)線訪問(wèn)接入點(diǎn)俗稱熱點(diǎn)）陣列本來(lái)就只是用來(lái)作定位的（只是為了節(jié)省成本而兼顧通訊）。打個(gè)形象的比方，就像一個(gè)大房間里很多人同時(shí)講話，雖沒(méi)法聽(tīng)清內(nèi)容，但聲音大小是感覺(jué)得出來(lái)的。聲音大小與接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）不就是同樣的道理嗎！

經(jīng)過(guò)向?qū)＜仪蠼?，我從理論上弄清楚了手機(jī)用的是1700Mhz至2500Mhz高頻波段，用調(diào)頻方式傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)生干擾時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)被破壞，但載波的振幅（信號(hào)強(qiáng)度）基本沒(méi)什么影響。再進(jìn)一步設(shè)想，我只要把空車位坐標(biāo)及導(dǎo)航路徑在車輛進(jìn)入之前就發(fā)到手機(jī)上，后面的干擾對(duì)我的RSSI掃描計(jì)算就無(wú)法生產(chǎn)影響。初步調(diào)查了一些商場(chǎng)后，證實(shí)停車場(chǎng)入口處SSID基本都很弱或沒(méi)有。也就是說(shuō)，安裝在這里的用于通訊的路由器基本不受干擾的影響。

第三、精度差。3～4米的定位精度，確實(shí)很可能把左手邊的空車位誤指到右手邊。但是這對(duì)要找空車位的司機(jī)來(lái)說(shuō)不是個(gè)大問(wèn)題。況且，還可以想辦法修正誤差再提高精度。有的文獻(xiàn)介紹就用指數(shù)模型把精度誤差調(diào)到了2米以下。

本項(xiàng)目的核心是“指引”，換句話說(shuō)是指示“方向”，精度相對(duì)而言變成了次要問(wèn)題。出于定位技術(shù)而又不拘泥于定位，或許就是許多設(shè)計(jì)者的思維盲區(qū)。

第四、如何指引司機(jī)。我在搜索查詢過(guò)程中了解到，很多系統(tǒng)研究或設(shè)計(jì)者共有的一個(gè)思路就是要發(fā)一張磁卡、IC卡或者某種手持設(shè)備給車輛。這當(dāng)然也很合理，否則，缺乏一個(gè)紐帶，停車場(chǎng)方?jīng)]法與駕車司機(jī)發(fā)生關(guān)系。

在我前期構(gòu)想如何解決的過(guò)程中，同樣也曾經(jīng)陷在如何構(gòu)建那個(gè)“紐帶”的漩渦里很久。但就像凱庫(kù)勒發(fā)現(xiàn)苯環(huán)那樣突然靈光一閃，司機(jī)的智能手機(jī)不就是那個(gè)紐帶——既能定位又能指引的設(shè)備嗎?。?/p>

圖1

圖2

理論模型

1.移動(dòng)中的車輛（手機(jī)）定位方法的簡(jiǎn)要說(shuō)明

（1）RSSI（Received Signal Strength Indication），即接收的信號(hào)強(qiáng)度指示，表示手機(jī)掃描到的路由器（AP）Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度，它與手機(jī)和路由器之間的距離L存在數(shù)學(xué)關(guān)系。

（2）根據(jù)手機(jī)檢測(cè)到的固定Wi-Fi信號(hào)源的RSSI值，代入相應(yīng)公式得到終端與信號(hào)源之間的距離，得出該終端在此時(shí)刻的位置。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，在空曠場(chǎng)地環(huán)境下，單一信號(hào)源時(shí)測(cè)距精度在RSSI不小于-75DB距離內(nèi)誤差不大于4米，即表示實(shí)際距離處于圖1所示的圓環(huán)內(nèi)。

（3）測(cè)出與三個(gè)固定信號(hào)源的距離后，實(shí)際位置必然就處于三個(gè)圓環(huán)相交的區(qū)域內(nèi)，見(jiàn)圖2。該區(qū)域的最大值可近似為邊長(zhǎng)為4米的正方形。根據(jù)同向誤差原則，待測(cè)位置應(yīng)該位于正方形中心。用這個(gè)三角定位方法校正后位置理論精度誤差約2米。

（4）本定位方法運(yùn)用于停車場(chǎng)泊車導(dǎo)航時(shí)，關(guān)鍵的作用在于指示車輛選擇方向，2米的精度已足夠標(biāo)示車輛前進(jìn)方向的路徑及目的停車位。

2.系統(tǒng)工作條件

（1）固 定Wi-Fi路由器信號(hào)源陣列中兩兩AP之間距離小于40米，目的是為保證待測(cè)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度。

（2）每相鄰三個(gè)路由器空間位置垂直投影為等邊三角形。

（3）根 據(jù)RSSI計(jì)算距離。

3.誤差處理

（1）單位時(shí)間采樣周期RSSI誤差校正。由于某一空間點(diǎn)測(cè)得的每秒RSSI值存在波動(dòng)，因此，要進(jìn)行多次采樣后求取平均值。每次時(shí)間周期開(kāi)始，掃描Wi-Fi信號(hào)源，從得到的列表（按強(qiáng)度降序排列）中取前4個(gè)信號(hào)源的RSSI值分別記錄，重復(fù)操作直到本次周期結(jié)束。去掉波動(dòng)幅度最大、最小的數(shù)據(jù)后取算術(shù)平均值，根據(jù)這個(gè)值來(lái)計(jì)算距離。

（2）二次三角定位及交叉同向誤差校正。上述4個(gè)信號(hào)源每3個(gè)一組組合，用三角測(cè)距定位法得出中心位置坐標(biāo)，共得到4個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)；以該4個(gè)點(diǎn)中最大距離的兩點(diǎn)為直徑畫(huà)圓，圓心坐標(biāo)就是定位值。將得到的值連續(xù)記錄成為車輛（智能手機(jī)）的運(yùn)動(dòng)軌跡。

4.復(fù)雜電磁環(huán)境下的RSSI指紋庫(kù)參照車輛軌跡修正

在系統(tǒng)建立時(shí)，預(yù)先準(zhǔn)確測(cè)量自停車場(chǎng)入口起，車輛行進(jìn)軌跡的每一點(diǎn)（以米為單位）相關(guān)AP信號(hào)源的RSSI值作為指紋庫(kù)。APP運(yùn)行時(shí)載入該指紋庫(kù)，智能手機(jī)（車輛）移動(dòng)時(shí)用測(cè)得的RSSI值的對(duì)照指紋庫(kù)修正自己的定位數(shù)據(jù)及運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)。修正程序還可以具有一定的智能算法，如推測(cè)、估計(jì)、倒回。

5.電子地圖

通過(guò)錄音建立語(yǔ)音提示文件，只需要三句話：請(qǐng)直走、請(qǐng)左轉(zhuǎn)、請(qǐng)右轉(zhuǎn)；發(fā)生異常時(shí)用一句話：請(qǐng)重新導(dǎo)航。加入電子地圖這個(gè)要素，更多的是為了顯得生動(dòng)、形象。

6.AP陣列

AP陣列設(shè)計(jì)同樣根據(jù)GPS衛(wèi)星在地球上空的分布規(guī)律，所不同的是我把運(yùn)動(dòng)者和靜止者的角色倒了過(guò)來(lái)：在某個(gè)定位的瞬間，可以想象為衛(wèi)星是不動(dòng)的，那衛(wèi)星就有個(gè)空間坐標(biāo)（經(jīng)緯度）。同樣的，路由器也需要坐標(biāo)，可以用來(lái)定位移動(dòng)中的車輛（智能手機(jī)）。

直角坐標(biāo)系對(duì)位置的定義及計(jì)算在編程時(shí)會(huì)有很大的簡(jiǎn)化作用，因此，我設(shè)計(jì)了整個(gè)停車場(chǎng)位于直角坐標(biāo)系的方法，這樣AP的坐標(biāo)對(duì)定位計(jì)算就簡(jiǎn)單多了。

因?yàn)槁酚善鱏SID可以允許24個(gè)字符的長(zhǎng)度，為了將來(lái)在互聯(lián)網(wǎng)上的擴(kuò)展運(yùn)用不產(chǎn)生沖突，就需要制定SSID取名規(guī)則。初步設(shè)計(jì)前8位用來(lái)定義商場(chǎng)名字，9、10位表示停車場(chǎng)樓層，接下來(lái)的4位用來(lái)表示橫坐標(biāo)，再后4位表示縱坐標(biāo)。其余6位備用。

7.手機(jī)與后臺(tái)數(shù)據(jù)交換

手機(jī)通過(guò)商場(chǎng)停車場(chǎng)Wi-Fi接入網(wǎng)絡(luò)。AP陣列的作用就像GPS衛(wèi)星的作用，只要能收到AP的Wi-Fi信號(hào)用來(lái)定位就行。當(dāng)然，下一步它們也可以用“信號(hào)中繼”的方法構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)以充分利用。畢竟，商場(chǎng)里很多地方都能連上Wi-Fi，交換數(shù)據(jù)應(yīng)該不成問(wèn)題。

驗(yàn)證測(cè)試

根據(jù)我所學(xué)到的知識(shí)，手機(jī)接收到的路由器的信號(hào)強(qiáng)度與它們之間的距離成反比。為了驗(yàn)證RSSI與距離的數(shù)學(xué)（線性）關(guān)系，設(shè)計(jì)了這個(gè)測(cè)試方案。

現(xiàn)在的智能手機(jī)基本上只有安卓和蘋(píng)果兩大系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的軟件操作系統(tǒng)分別是Android和iOS。因?yàn)樗鼈冇肳i-Fi通訊的原理是一樣的，開(kāi)發(fā)環(huán)境平臺(tái)也大致通用，所以只用安卓系統(tǒng)的手機(jī)來(lái)做試驗(yàn)。

為避免意外的干擾、反射信號(hào)、擾動(dòng)造成過(guò)多的偶然誤差，測(cè)試場(chǎng)地應(yīng)盡可能空曠、低洼。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）路由器（AP）：騰達(dá)N300，天線為全向天線。

（2）手機(jī)Wi-Fi分析儀：華為榮耀。

（3）手機(jī)視頻記錄儀：魅族5。

（4）12V移動(dòng)電源：自制。

（5）手機(jī)支架：改裝并聯(lián)。

（6）50m標(biāo)尺：自制。

2.實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地：云南大學(xué)東一院運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。

圖3

3.實(shí)驗(yàn)方法：

（1）坐標(biāo)系設(shè)置。以運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)，按射線布設(shè)50米刻度標(biāo)尺。（見(jiàn)圖4）

圖4

（2）用自制Wi-Fi分析及錄像設(shè)備同步實(shí)時(shí)測(cè)量RSSI值及距離的變化。（見(jiàn)圖5）

（3）制作該工具設(shè)備用途：能連續(xù)、直觀、數(shù)字化地記錄RSSI與距離的實(shí)時(shí)同步變化量。

（4）設(shè)備使用方法：位于下面的手機(jī)運(yùn)行Wi-Fi分析儀，上面的手機(jī)則同時(shí)視頻記錄移動(dòng)時(shí)標(biāo)尺刻度位置變化和Wi-Fi分析儀顯示的RSSI同步變化值。

圖5

4.實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）持Wi-Fi分析儀、視頻記錄儀勻速?gòu)脑c(diǎn)沿標(biāo)尺方向走遠(yuǎn)、返回，重復(fù)三次。

（2）更換其他型號(hào)路由器重復(fù)操作。

（3）數(shù)據(jù)整理：查看視頻記錄儀視頻，記錄移動(dòng)到每個(gè)刻度時(shí)的RSSI值。

（4）根據(jù)視頻結(jié)果填RSSI與距離對(duì)照表。

5.數(shù)據(jù)記錄：

（1）原始視頻記錄：距離（標(biāo)尺）與RSSI對(duì)照曲線、視頻文件。

（2）填制RSSI與距離對(duì)照表（見(jiàn)表1）

表1 RSSI與距離對(duì)照表 路由器（AP）型號(hào)：TENDAN300

6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

（1）在沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理的情況下，前后每米相鄰距離點(diǎn)波動(dòng)值與兩組算數(shù)平均值的差小于5db，圖6描繪了RSSI與距離的變化關(guān)系，所有數(shù)據(jù)在一個(gè)通道里波動(dòng)。

圖6

（2）兩組連續(xù)離開(kāi)的值一致性較好；返回值則平均差較大，但偏差方向一致。

（3）用統(tǒng)計(jì)學(xué)的均方差方法對(duì)數(shù)據(jù)處理后，距離/RSSI數(shù)據(jù)曲線處于一個(gè)寬度折合約3.4米的通道內(nèi)，見(jiàn)圖6中波動(dòng)線之間的區(qū)域。

（4）與眾多參考文獻(xiàn)指出的約3米的誤差范圍基本吻合。

（5）引入波動(dòng)取舍、誤差修正方法后，誤差范圍可以進(jìn)一步減小。

（6）總體結(jié)論：

此方案基本可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)指引車輛到達(dá)空車位的功能。我認(rèn)為3～4米的誤差基本不影響對(duì)車輛前進(jìn)方向的指引。因?yàn)樾熊嚨奶囟ǚ较蛐?，只有在兩個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響：

①導(dǎo)航期間的轉(zhuǎn)彎方向指引偏差。這可以通過(guò)自動(dòng)或提示手動(dòng)重新導(dǎo)航來(lái)解決。

②到達(dá)空車位前后左右的偏差。這時(shí)的偏差就是向前或向后一個(gè)車身長(zhǎng)度、向左或向右一個(gè)車身寬度，這完全可以憑駕駛員的眼睛來(lái)完成修正。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在互聯(lián)網(wǎng)+大背景下，基于Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用肯定具有必然的優(yōu)勢(shì)，以及廣泛的配套設(shè)備的支撐。在Wi-Fi定位、導(dǎo)航需求、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理、APP運(yùn)用界面等環(huán)節(jié)經(jīng)各位老師指導(dǎo)設(shè)計(jì)如下。

1.總體系統(tǒng)構(gòu)成

（1）硬件部分：Wi-Fi信號(hào)源AP基準(zhǔn)點(diǎn)陣列、后臺(tái)管理網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、車牌識(shí)別收費(fèi)系統(tǒng)（可選購(gòu)）。

（2）軟件部分：智能手機(jī)APP、電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、車位數(shù)據(jù)庫(kù)、RSSI及對(duì)應(yīng)位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.各部分設(shè)計(jì)功能詳細(xì)說(shuō)明

（1）硬件部分的Wi-Fi信號(hào)源基準(zhǔn)點(diǎn)AP陣列。

①場(chǎng)內(nèi)固定設(shè)置若干按特定規(guī)則命名的AP信號(hào)源，數(shù)量要確保智能手機(jī)在停車場(chǎng)內(nèi)任何地方都能夠檢測(cè)到3個(gè)以上的信號(hào)源。

②AP間相互物理位置呈（水平面投影的）等邊三角形關(guān)系，全體AP構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

③相鄰兩個(gè)AP之間距離不大于L，該距離與路由器型號(hào)（發(fā)射功率）正相關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)初步確定L值為40米。

（2）硬件部分：用于后臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及業(yè)務(wù)管理的計(jì)算機(jī)。

（3）軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)。

①APP程序。在總體功能設(shè)計(jì)、算法和程序框圖確定后，將組織編寫(xiě)代碼。

②停車場(chǎng)的泊車導(dǎo)航電子地圖。根據(jù)商場(chǎng)對(duì)停車場(chǎng)車位、行車道的規(guī)劃，確定AP陣列位置后制作圖形、語(yǔ)音導(dǎo)航電子文件。

③空停車位信息數(shù)據(jù)。根據(jù)車位規(guī)劃圖，按規(guī)定格式制作車位數(shù)據(jù)庫(kù)。

④RSSI與位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。AP陣列安裝完成后，按車輛行車軌跡測(cè)試每米處關(guān)聯(lián)AP信號(hào)點(diǎn)的RSSI值，反復(fù)平衡后建成指紋庫(kù)。

⑤其他服務(wù)指引。根據(jù)商場(chǎng)地下停車場(chǎng)要求完成。

設(shè)備組成

1.路由器：路由器按特定位置安裝在停車場(chǎng)天花板上，并按特定規(guī)則命名。

2.智能手機(jī)：既是一臺(tái)，也是無(wú)數(shù)臺(tái)。從系統(tǒng)建設(shè)者的角度看是“一臺(tái)”，但通過(guò)“借用”任何客戶的手機(jī)，在功能鏈上就把系統(tǒng)搞活了。

3.計(jì)算機(jī)：初期單獨(dú)工作時(shí)布置在停車場(chǎng)。將來(lái)在互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算需求下可以不需要。

APP開(kāi)發(fā)

1.適用智能手機(jī)操作系統(tǒng)：ios、Android。

2.APP開(kāi)發(fā)語(yǔ)言JavaSE。

3.用強(qiáng)制認(rèn)證門(mén)戶技術(shù)，連接Wi-Fi后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到指定用戶界面。我們?cè)跈C(jī)場(chǎng)或地鐵上就有這樣的運(yùn)用體驗(yàn)。主流的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：域名系統(tǒng)（DNS）攔截和超媒傳輸協(xié)議（HTTP）重定向。無(wú)論采用哪種技術(shù)，用戶只要進(jìn)入時(shí)在手機(jī)上點(diǎn)一下Wi-Fi名就可以自動(dòng)進(jìn)入地下停車場(chǎng)APP導(dǎo)航系統(tǒng)。

4.本項(xiàng)目先期決定在安卓平臺(tái)用JavaSE編寫(xiě)程序。

智能手機(jī)通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)下載數(shù)據(jù)（泊車導(dǎo)航電子地圖、空位信息、以及其他指引）。

5.智能手機(jī)APP運(yùn)用程序主要功能描述。

界面（UI）主菜單按鈕：泊車（導(dǎo)航）、OK（到位）、重找車位、回找車輛、出口選擇、其他輔助功能。

各模塊功能具體說(shuō)明如下。

①車輛（智能手機(jī)）在停車場(chǎng)入口進(jìn)入指定開(kāi)放Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)后，通過(guò)強(qiáng)制認(rèn)證門(mén)戶技術(shù)自動(dòng)進(jìn)入APP系統(tǒng)，同時(shí)調(diào)入地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、空車位數(shù)據(jù)庫(kù)、指紋庫(kù)。屏幕默認(rèn)顯示泊車導(dǎo)航圖。然后調(diào)用定位子程序和車輛狀態(tài)檢測(cè)子程序，以獲得車輛位置及狀態(tài)信息。

②定位子程序連續(xù)循環(huán)掃描周邊Wi-Fi信號(hào)源，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度按策略算法選取前4個(gè)信號(hào)源基點(diǎn)復(fù)合計(jì)算得到準(zhǔn)確位置坐標(biāo)，生成連續(xù)的車輛軌跡數(shù)據(jù)（含錯(cuò)誤判斷修正）；同時(shí)也傳送到車位數(shù)據(jù)庫(kù)；判斷軌跡將到路口時(shí)，調(diào)用語(yǔ)音數(shù)據(jù)模塊，提示直行或轉(zhuǎn)彎；狀態(tài)檢測(cè)子程序根據(jù)智能手機(jī)的加速度傳感器振動(dòng)（車輛震動(dòng)與人步行輸出電壓信號(hào)頻率及振幅大不相同）和話筒（拾音器）檢測(cè)到的停車關(guān)門(mén)聲對(duì)比判斷車輛處于行駛狀態(tài)還是停車狀態(tài)并重新賦值狀態(tài)變量；當(dāng)用戶點(diǎn)擊“OK”后，終止循環(huán)返回主程序；或當(dāng)車輛軌跡已進(jìn)入車位、狀態(tài)為“靜止”時(shí)，等待15秒后若用戶仍未點(diǎn)擊“OK”，把車輛軌跡隊(duì)列的終值對(duì)應(yīng)車位視為進(jìn)入的車位，然后終止循環(huán)返回主程序。

③主程序顯示指引用戶其他需求，經(jīng)點(diǎn)擊進(jìn)入相應(yīng)子程序：若用戶點(diǎn)擊“重找車位”，則以當(dāng)前坐標(biāo)重置初始位置參數(shù)調(diào)用上述②項(xiàng)；若用戶點(diǎn)擊“找回”，則根據(jù)當(dāng)前位置更換顯示回程導(dǎo)航電子地圖。

④若用戶點(diǎn)擊“出口選擇”，則顯示各出口與周邊街道交通允許示意圖，用戶點(diǎn)擊具體出口后調(diào)用顯示從當(dāng)前位置到選定出口的導(dǎo)航路徑。

⑤檢測(cè)不到指定Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后結(jié)束，退出APP運(yùn)用程序，或用戶終止程序。

本項(xiàng)目建設(shè)及使用方法

1.系統(tǒng)運(yùn)作思路。考慮到將來(lái)多個(gè)停車場(chǎng)的兼容性及擴(kuò)展性，由獨(dú)立的公司進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)管理。APP陣列由停車場(chǎng)投資管理。

2.客戶應(yīng)用流程。在停車場(chǎng)外部提示司機(jī)用手機(jī)接入停車場(chǎng)Wi-Fi，然后系統(tǒng)下載數(shù)據(jù)庫(kù)到手機(jī)，完成各種導(dǎo)航等服務(wù)功能。若用戶沒(méi)有在停車場(chǎng)入口選擇Wi-Fi呢？可以在后面不斷提醒，到網(wǎng)絡(luò)連通時(shí)就行了。

可以外購(gòu)嵌入車牌識(shí)別收費(fèi)系統(tǒng)、消費(fèi)免單抵扣、消費(fèi)服務(wù)鏈接以融入商業(yè)體系。將來(lái)在互聯(lián)網(wǎng)+運(yùn)用環(huán)境下可以把整個(gè)城市作為一個(gè)廣義的大停車場(chǎng)。

3.現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)方法（以某停車場(chǎng)為例說(shuō)明）

圖7

圖8

（1）把停車場(chǎng)置入坐標(biāo)系全景示意圖（見(jiàn)圖7）。

（2）停車場(chǎng)疊加AP陣列示意圖（見(jiàn)圖8）。

（3）停車場(chǎng)車輛通道及方向指引示意圖（見(jiàn)圖9）。

圖9

創(chuàng)新點(diǎn)

1.系統(tǒng)整合的解決方法。把我們現(xiàn)在司空見(jiàn)慣的智能手機(jī)、路由器、網(wǎng)絡(luò)完整的結(jié)合在一起，解決了停車場(chǎng)幾乎所有環(huán)節(jié)的需求。顯著區(qū)別于其他方案只解決一個(gè)或兩個(gè)環(huán)節(jié)的“單點(diǎn)”模式。

2.在硬件系統(tǒng)的構(gòu)成環(huán)節(jié)上創(chuàng)造性的借用了一個(gè)不存在的、虛擬的設(shè)備作紐帶，在停車場(chǎng)管理方與車輛之間架通了橋梁。這是思維模式上的重要?jiǎng)?chuàng)意。

3.把整個(gè)停車場(chǎng)放進(jìn)直角坐標(biāo)系的方法。通過(guò)這個(gè)方法，建立了簡(jiǎn)明的位置定義、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，避免了引入過(guò)多的描述、表示方法、計(jì)算方法，在定位、計(jì)算編程時(shí)可以減少很多數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換工作。

4.AP陣列的菱形網(wǎng)狀布局方法。這個(gè)方法確定了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，解決了不同停車場(chǎng)尺寸數(shù)據(jù)不一樣時(shí)可能導(dǎo)致的編程困難。

相比于目前所見(jiàn)的各種解決方案，本項(xiàng)目是成本最低、功能最全的系統(tǒng)解決方案，相信商場(chǎng)會(huì)很樂(lè)意采購(gòu)。我們今后在大型商場(chǎng)的地下停車場(chǎng)停車、找車、找出口將不再有煩惱，一點(diǎn)就搞定！下一步通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把城市連成廣義停車場(chǎng)后，出門(mén)辦事也不用像無(wú)頭蒼蠅似的到處亂找停車位，效率多高！