無線定位逆向尋車系統(tǒng)設計

畢波 萬洪均 甘鑫 劉超 李攀 溫欣鵬

摘要：在當下，大型商場的地下車庫都是非常大、地理位置結構復雜、車庫內網(wǎng)絡信號不好，停車難、找車難現(xiàn)象非常突出，如何解決對車庫已停車輛進行定位，方便客戶取車，這是一個急需解決的問題。如何利用現(xiàn)有資源，綜合提升管理停車場，利用GPS定位技術、RFID技術，實現(xiàn)智慧停車場反向尋車，為車主提供尋車誘導，實現(xiàn)地下停車場智慧管理，縮短尋車時間，提高車庫車位使用效率，更好地服務于人民群眾的生活。

關鍵詞：GPS;RFID;逆向尋車;最優(yōu)路線算法

引言

在我國人口基數(shù)大、車輛基數(shù)大的大環(huán)境下，城市停車場是城市交通的核心，也是城市整體的重中之重，實現(xiàn)智慧停車場的反向引導系統(tǒng)是當下發(fā)展經濟提升城市競爭力的首要任務。構建一體化智慧停車場反向尋車系統(tǒng)可以加快經濟鏈條的驅動，解決我國大中城市經濟發(fā)展的瓶頸問題[1]。

現(xiàn)在的大型停車場空間龐大，有的還是多層，對于人來說，整個停車場是錯綜復雜的。在這種情況下，車主會容易忘記自己停車的位置，為了找到自己的愛車可能會花費很多不必要的時間。封閉的停車場環(huán)境、內部微弱的信號都是逆向尋車系統(tǒng)的障礙[2]。劉譯澤等[3]提出了智能車庫的概念，通過停車場內的指示燈引導車輛進入車位，確定停車位置，車主尋車時則依靠查詢器這類終端來找到愛車;郭芝源等[4]使用二維碼設計了停車場的逆向尋車系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡下載和上傳停車位信息。

以上的設計方法已經比較成熟，但可以繼續(xù)改進，如操作較多且對硬件設備要求高，比如尋車查詢器，這樣不僅使得停車場的管理成本加大也讓車主體驗不佳。本文討論了一種新的逆向尋車系統(tǒng)，降低停車場管理方成本的同時也提高了車主的使用體驗。

一、逆向尋車系統(tǒng)

室內無線逆向尋車系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是：

（一）人與車最優(yōu)路線算法，該算法的核心代碼主要實現(xiàn)的功能是根據(jù)人與車的位置信息，尋找人與車兩點之間最短的路徑，大量節(jié)省車主尋找到車的時間。

（二）停車位與車牌的綁定，該模塊的主要功能是不管來車為何，只要停在某一個停車位上，那么將經過RFID技術讀取該車輛車牌信息，進行綁定，這就代表了該車停在了該車位上，為最優(yōu)路徑算法提供了車的位置信息。

（三）GPS定位駕駛員的位置，該模塊主要是為了實時定位車主的位置信息，為人與車最優(yōu)路徑算法提供人的位置信息，方便計算。

系統(tǒng)運行如圖一，當需要尋車時，車主打開系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)GPS模塊實時獲取車主的位置信息，將此信息與車位信息作為最優(yōu)路徑算法的輸入，算法得出路線后再輸出，為車主進行導航。

二、逆向尋車各個部分實現(xiàn)

（一）基于蟻群算法的最優(yōu)路徑算法

2.1.1 人與車的最優(yōu)路徑算法采用蟻群算法有以下原因：

1）蟻群算法是根據(jù)模擬螞蟻尋找食物的最短路徑行為來設計的仿生算法。

2）蟻群算法已經十分成熟且優(yōu)化完善能夠適用于規(guī)劃人與車之間的最短路徑。

2.1.2 蟻群算法最短路徑規(guī)劃的具體步驟：

1：將停車場地圖轉化為二維矩陣形式變成柵格地圖，初始化信息素矩陣 Tau，最大迭代次數(shù)K，螞蟻個數(shù)M，表征信息素重要程度的參數(shù) 、表征啟發(fā)式信息重要程度的參數(shù) ，信息素蒸發(fā)系數(shù) ，信息素增加強度系數(shù)Q及啟發(fā)式信息矩陣

2：構建啟發(fā)式信息矩陣。計算每個柵格至目標點的距離，啟發(fā)式信息素取為至目標點距離的倒數(shù)，距離越短，啟發(fā)式因子越大，障礙物處的啟發(fā)式信息為0。建立矩陣D，用以存儲每個柵格點至各自相鄰無障礙柵格點的代價值。

3：對于每一只螞蟻，初始化螞蟻爬行的路徑及路徑長度，將禁忌列表全部初始化為1;螞蟻從起始點出發(fā)開始搜索路徑，找出當前柵格點的所有無障礙相鄰柵格點，再根據(jù)禁忌列表篩選出當前可選擇的柵格點。

4：如果起始點是目標點，且可選柵格點個數(shù)大于等于1，計算螞蟻從當前柵格點轉移到各相鄰柵格點的概率，并根據(jù)輪盤賭的方法選擇下一個柵格點。

5：更新螞蟻爬行的路徑、路徑長度、矩陣D及禁忌列表。

6：重復步驟4和5直到起始點為目標點或可選柵格點小于1，本次迭代中當前螞蟻尋路完畢，記錄該螞蟻的行走路線。

7：如果該螞蟻最后一步是目標點，則計算路徑長度并與當前已知的最短路徑長度作比較，若本次路徑長度小于當前已知的最短路徑長度，則更新當前最短路徑長度及最短路徑;如果該螞蟻最后一步不是目標的，則只將路徑長度記為0。

8：重復步驟3至步驟7直到M只螞蟻完成一輪路徑搜索，更新信息素。

9：判斷是否滿足終止條件K，是結束蟻群算法尋優(yōu)并繪制最優(yōu)規(guī)劃路徑，否則轉到步驟3。

（二） 停車位與車牌綁定

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

通過RFID識別技術，將RFID電子標簽與車牌信息綁定，同時停車位上添加RFID讀寫器，實現(xiàn)停車位的車牌識別能力。當車駛入車位時，停車位內的RFID讀寫器將讀出車牌信息，然后上傳至系統(tǒng)保存車位信息。

（三） GPS定位車主位置

利用GPS技術定位車主位置，并將車主位置信息傳給系統(tǒng)。

利用stm32單片機控制GPS模塊來模擬手機GPS信號。STM32通過串口得到GPS模塊的數(shù)據(jù)，然后再把數(shù)據(jù)傳給系統(tǒng)。

三、軟件設計

（一） 地圖設計

根據(jù)停車場地圖構建地圖模型。構建的原則：

1）車位形狀呈矩形;

2）停車場車位分布為垂直型，車道兩側各有一排，中間留有空地。

根據(jù)上述原則，我們利用矩陣構建平面地圖，在矩陣中“1”代表障礙物，“0”代表可以通行。

（二）代碼實現(xiàn)

利用MATLAB、C#和單片機進行了系統(tǒng)運行模擬，效果如圖2所示。

以下為部分系統(tǒng)軟件代碼。

MATLAB：

ROUTES{k，m}=Path;

if Path（end）==E

PL（k，m）=PLkm;

if PLkm

mink=k;minl=m;minkl=PLkm;

end

else

PL（k，m）=0;

end

end

Delta_Tau=zeros（N，N）;

for m=1：M

if PL（k，m）

ROUT=ROUTES{k，m};

TS=length（ROUT）-1;

PL_km=PL（k，m）;

for s=1：TS

x=ROUT（s）;

y=ROUT（s+1）;

Delta_Tau（x，y）=Delta_Tau（x，y）+Q/PL_km;

Delta_Tau（y，x）=Delta_Tau（y，x）+Q/PL_km;

end

end

end

單片機：

void parseGpsBuffer（）

{

char *subString;

char *subStringNext;

char i = 0;

if （Save_Data.isGetData）

{

Save_Data.isGetData = false;

for （i = 0 ; i <= 6 ; i++）

{

if （i == 0）

if （（subString = strstr（Save_Data.GPS_Buffer， "，"）） == NULL）

errorLog（1）;

else

{

subString++;

if （（subStringNext = strstr（subString， "，"）） ！= NULL）

{

char usefullBuffer[2];

subString = subStringNext;

Save_Data.isParseData = true;

if（usefullBuffer[0] == 'A'）

Save_Data.isUsefull = true;

else if（usefullBuffer[0] == 'V'）

Save_Data.isUsefull = false;

}

}

}

四、結語

本系統(tǒng)利用RFID識別車牌與綁定停車位，不用再通過微信掃碼或其它終端來確定停車位置，極大的提高了用戶的使用體驗，方便簡單。本系統(tǒng)通過電腦模擬運行，運行效果良好。

本設計還有可以繼續(xù)改進的地方：系統(tǒng)直接作用于手機，不再使用單獨的GPS模塊，這樣改進后可以增強本產品的實際使用價值，車主通過手機就可以查看愛車的位置信息與算法規(guī)劃好的路線，符合當下的導航模式;最優(yōu)路線算法盡管效果不錯，但從效果上看依然有改進的地方，算法規(guī)劃的路線不僅應該短還應該少走“冤枉”路。

參考文獻：

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[2]張宇. 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的室內停車場系統(tǒng)設計與核心技術研究[D]. 杭州： 浙江大學，2016.

[3]劉譯澤，孫杰，謝昊.車輛引導及反向尋車系統(tǒng)設計探討[J].現(xiàn)代建筑電氣，2013，7（ 11） ： 66-69.

[4]郭芝源，李臻，李維龍. 基于二維碼的停車場反向尋車系統(tǒng)設計[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術，2015，5（ 10） ： 42-43.

[5]彭金栓，舒麟棹，劉銀，孫鵬程，朱浩銘，劉珂. 基于藍牙識別的反向尋車系統(tǒng)[A].重慶交通大學學報（自然科學版），2019，38（ 3） ： 111-115.

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