CN105654766A - 一种基于ZigBee指纹定位技术的地下停车场寻车系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统，帮助车主泊车离开，长时间返回停车场后，能够快速找到自己的停车位，提升停车场的使用效率，节省车主的时间与精力；？本发明能尽快帮助车主找到自己的停车位，节省了车主的时间和精力，也提高了提车场的使用效率；提高了寻车的自动化程度，自动实现在位登记（绑定）、定位和离开注销（去绑定）过程。最大程度地减少了车主寻车过程的手动操作过程；考虑了多人同时泊车和多人同时寻车时的情况，超声波测距传感器准确检测出停车位的同时，ZigBee无线网络节点定位手持停车卡，并将两者绑定，避免多人同时停车时，车位与停车卡绑定混乱。

Description

一种基于ZigBee指纹定位技术的地下停车场寻车系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用ZigBee无线传感器网络及其指纹定位系统，帮助用户在地下大型停车场泊车后，返回时准确寻车的引导系统及控制方法。

背景技术

近年，随着社会经济的快速发展，汽车拥有量倍增，人们在用车的过程中，不仅有行车、停车的不便，也存在寻车的困难，即在车主泊车，走出停车场，经过相当长时间后，记不清自己的车到底停在什么地方，要费时、费力地在停车场内寻找自己的车位。

在大型地下停车场内，寻车困难尤为明显，现有的大型地下停车场面积越来越大，又由于停车场在地下，建筑结构比较相似，记忆车位的可用参考点不多，车主泊车后，到地上的商场或办公地点逗留很长时间后，根据已经忘记了自己原来的停车位在哪里。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：设计开发一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统，帮助车主泊车离开，长时间返回停车场后，能够快速找到自己的停车位，提升停车场的使用效率，节省车主的时间与精力。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下方案：

一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统，其特征在于它包括一个无线传感器网络平台、手持停车卡、液晶显示屏、后台服务中心;

1)无线传感器网络平台由布置在停车场顶上或层间的ZigBee传感器节点和安装在每个车位上的超声波测距节点组成，节点之间通过网络协议和通信协议构建无线传感网络平台，无线传感网络将手持停车卡上的无线信号强度指示信号RSSI传回后台服务中心，由后台服务中心计算车主及手持停车卡的实际位置;

2)手持停车卡：手持停车卡实际上也是个ZigBee传感器节点，当用户在某一位置时，停车卡测量停车场上方布置的ZigBee传感器节点的无线信号强度RSSI值，并且将这些RSSI值经过停车场上方的ZigBee传感器节点传回后台服务中心，再由后台服务中心按照指纹定位算法得到停车卡和车主自身所在的位置;

3)后台服务中心由计算机、编程板与ZigBee传感器网络根节点集成，通过CTP协议接收其他节点检测的车位信息，再通过串口发送给计算机，形成停车场的整体车位信息图，ZigBee传感器网络根节点通过编程板与计算机相连，后台服务中心负责实时收集停车场的车位情况，并且显示在液晶显示屏幕上，后台服务中心还根据车主当前的位置，选择路径引导车主到自己车位。

4)液晶显示屏:安装在停车场的关键交叉口处，通过有线方式与后台服务器进行数据交互，接收后台服务中心的方向引导数据，指示车主到停车位。

进一步地，每个车位上方布置一个ZigBee传感器节点和超声波测距传感器，并且将ZigBee传感器节点通过接口与超声波测距传感器进行集成，超声波传感器信号通过ZigBee无线网络传回到后台服务中心。

一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统控制方法，其特征在于利用ZigBee指纹算法进行定位，停车场上方的大量的ZigBee传感器节点构成锚节点，车主手中的停车卡是待定位节点，根据指纹定位算法得到停车卡及车主所在的位置。

进一步地，车主在泊车时，自动登记车位，手持停车卡与车位绑定，车主离开车位时，系统自动注销用户，手持停车卡与车位的解除绑定。

进一步地，车主泊车时，超声波测距传感器检测到车位停车信号，通过无线传感网络传回后台，得到车位号；并且ZigBee节点利用指纹定位法在后台计算手持卡位置；在后台将车位号与手持停车卡编号绑定。

进一步地，车主寻车时，无线网络检测到有新的停车卡出现在停车场入口，开始定位该停车卡，并且在后台，根据停车卡现在位置、停车位，计算引导路径，显示在停车场关键路口的显示屏上。

本发明具有的优点和效果在于：1）本发明能尽快帮助车主找到自己的停车位，节省了车主的时间和精力，也提高了提车场的使用效率；2）本发明提高了寻车的自动化程度，自动实现在位登记（绑定）、定位和离开注销（去绑定）过程。最大程度地减少了车主寻车过程的手动操作过程；3）本发明考虑了多人同时泊车和多人同时寻车时的情况，超声波测距传感器准确检测出停车位的同时，ZigBee无线网络节点定位手持停车卡，并将两者绑定，避免多人同时停车时，车位与停车卡绑定混乱。

附图说明

图1是本发明寻车系统总体结构；

图2是停车场寻车系统网络结构；

图3是指纹定位的两个阶段示意图；

图4是手持停车卡与车位的绑定过程；

图5是手持停车卡于车位的解除绑定过程。

具体实施方式

图１是停车场寻车系统总体结构图。主要包括无线传感器网络平台、手持停车卡、液晶显示屏、后台服务中心四个部分。

无线传感器网络平台由布置在停车场顶上或层间的ZigBee传感器节点和安装在每个车位上的超声波测距节点组成，ZigBee传感器节点内部运行TinyOS操作系统，节点之间通过网络协议和通信协议构建无线传感网络平台，无线传感网络将手持停车卡上的无线信号强度指示信号RSSI传回后台服务中心，由后台服务中心计算车主及手持停车卡的实际位置。

每个车位上方布置一个ZigBee传感器节点和超声波测距传感器，并且将ZigBee传感器节点通过51针接口与超声波测距模块进行集成，超声波传感器信号通过ZigBee无线网络传回到后台服务中心。

车主泊车时，超声波传感器检测到车位停车信号，通过无线传感网络传回后台，得到车位号；并且ZigBee传感器节点利用指纹定位法在后台计算手持卡位置；在后台将车位号与手持停车卡编号绑定。

车主寻车时，无线网络检测到有新的停车卡出现在停车场入口，开始定位该停车卡，并且在后台，根据停车卡现在位置、停车位，计算引导路径，显示在停车场关键路口的显示屏上。

停车场服务系统在用户取车时为用户提供导航服务，导航服务主要由停车场内的重要交叉口处的电子显示屏组成。

无线传感器网络平台利用传感器（这里采用超声波测距传感器）感受车位是否已被占用还是空置，集成超声波测距模块与无线传感器节点，部署在车位顶端，通过测距判断车位的空置状态。并利用无线传感器网络平台将位置占用情况送到后台服务器中的车位分布系统。无线传感器网络平台还与手持停车卡相互作用，利用RSSI指纹定位技术确定用户在停车场的位置，并引导用户正确地走到自己的车位。

手持停车卡：手持停车卡实际上也是个ZigBee网络节点，当用户在某一位置时，手持停车卡测量停车场上方布置的ZigBee传感器节点的无线信号强度RSSI值，并且将这些RSSI值经过停车场上方的ZigBee传感器节点传回后台服务中心，再由后台服务中心按照指纹定位算法得到停车卡和车主自身所在的位置。

手持停车卡在汽车进入停车场时，用户在入口处领取随身携带，用户返回取车时，与周围的无线传感器节点进行信息交互，利用指纹定位算法对手持停车卡进行定位。

后台服务中心，实时接收传感器节点发送的车位占用信息，对数据解析之后，存储在数据库中并实时更新；后台服务中心还在智能导引阶段，计算用户到自己的轿车的最佳路径，并引导用户找到自己的车位。后台服务中心由计算机、编程板与ZigBee传感器节点集成，ZigBee传感器节点作为无线传感器网络根节点，通过CTP协议接收其他节点检测的车位信息，再通过串口发送给计算机，形成停车场的整体车位信息图。ZigBee传感器节点通过编程板与计算机相连。后台服务中心负责实时收集停车场的车位情况，并且显示在液晶显示屏幕上，后台服务中心还根据车主当前的位置，选择路径引导车主到自己车位。

液晶显示屏:安装在停车场的关键交叉口处，通过有线方式与后台服务中心进行数据交互，接收后台服务中心的方向引导数据，指示车主到停车位。

图2为本发明中寻车系统采用的网络结构，主要分为三个部分：无线传感器网络平台采用开源的TinyOS操作系统，在无线传感节点间采用数据汇聚协议CTP（CollectionTreeProtocol）进行路由转发；CTP协议是一种基于TinyOS的应用于无线传感器网络的数据汇聚协议。寻车系统与手持停车卡进行点对点通信；停车场服务系统电子显示屏与后台之间采用有线连接。

图３为本发明中的ZigBee指纹定位技术的流程图，一般可以分为两个阶段：第一阶段为离线训练阶段。首先，需要在目标定位区域均匀选取参考点，并采集参考点位置的来自各个接入点的无线信号强度RSSI样本向量。每个参考点的位置坐标与对应的无线信号强度RSSI样本向量集合构成一个位置指纹。然后，将所有指纹信息存储在数据库中，即构成RadioMap。第二阶段为在线定位阶段。首先，通过用户终端实时测量无线信号强度RSSI向量样本。然后，将实时RSSI向量样本与RadioMap中的位置指纹进行匹配，或者直接输入已构建好的定位函数，得出定位结果。利用ZigBee指纹算法进行定位，停车场上方的大量的ZigBee传感器节点构成锚节点，车主手中的停车卡是待定位节点，根据指纹定位算法得到停车卡及车主所在的位置。

图４为车主在泊车时手持停车卡与车位的绑定过程(自动登记车位)，具体的匹配绑定步骤如下：

a)当车主在泊车时，位于停车位上方的超声波测距传感器节点探测发现有车辆停入，向周围的手持停车卡（在停车场同时停车的车辆）发送定位请求消息；同时，停车位上方超声波测距传感器节点向后台服务中心发送停车位状态变更信息。

b)手持停车卡接收到定位请求消息后，记录被触发的锚节点ID。并向周围的锚节点发送定位请求消息。

c)周围锚节点接收到停车卡的定位请求消息后，计算停车卡的信号接收强度RSSI，然后将<锚节点ID,RSSI>发送给该停车卡。

d)手持停车卡接收锚节点发回的RSSI信息后，利用接收到的组值信息形成指纹信息，并按照降序排列，设置阀值d或者时间超过t，将大于d的RSSI保留作为指纹，停车卡将各锚点的指纹信息依次发给相应的锚节点。

e)锚节点接收到手持停车卡的指纹信息，发回后台，在后台进行模型匹配，计算得到与编码号为ID锚节点的距离r，即<锚节点ID，r>。根据得到的<锚节点ID，r>，通过质心法或者k-近邻法等方法进行停车卡定位计算。

f)找到离定位结果最近的车位，该车位是触发上述绑定流程若干车位中的一个，将该车位号与停车卡编号进行绑定。

g)后台发送绑定消息给距离最近的停车卡，最后停车卡记录绑定车位的ID，并置绑定标志位为1。

图５为车主在取车后驶离车位时手持停车卡与车位的解除绑定过程(自动注销用户)，具体的匹配绑定步骤如下：

a)车辆离开停车位后，触发位于停车位上方的超声波传感器节点状态，它向周围的手持停车卡发送解除绑定请求消息。同时，超声波传感器节点向后台服务中心发送停车位状态变更信息；删除后台服务中心中对应的导航信息。

b)手持停车卡接收到消息后，绑定标志位为1的手持停车卡解析该消息类型，并判断消息中被触发的锚节点ID是否为绑定的车位ID，若是则置绑定标志位为0，发送绑定解除确定；如锚节点ID与车位ID不符合，丢弃收到的消息即可。如绑定标记位已经为0，也丢弃该消息。

c)超声波传感器节点收到确定信息，完成解除绑定过程。否则，超时重发。

Claims (6)

1.一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统，其特征在于它包括一个无线传感器网络平台、手持停车卡、液晶显示屏、后台服务中心;

1）无线传感器网络平台由布置在停车场顶上或层间的ZigBee传感器节点和安装在每个车位上的超声波测距节点组成，节点之间通过网络协议和通信协议构建无线传感网络平台，无线传感网络将手持停车卡上的无线信号强度指示信号RSSI传回后台服务中心，由后台服务中心计算车主及手持停车卡的实际位置;

2）手持停车卡：手持停车卡实际上也是个ZigBee传感器节点，当用户在某一位置时，停车卡测量停车场上方布置的ZigBee传感器节点的无线信号强度RSSI值，并且将这些RSSI值经过停车场上方的ZigBee传感器节点传回后台服务中心，再由后台服务中心按照指纹定位算法得到停车卡和车主自身所在的位置;

3）后台服务中心由计算机、编程板与ZigBee传感器网络根节点集成，通过CTP协议接收其他节点检测的车位信息，再通过串口发送给计算机，形成停车场的整体车位信息图，ZigBee传感器网络根节点通过编程板与计算机相连，后台服务中心负责实时收集停车场的车位情况，并且显示在液晶显示屏幕上，后台服务中心还根据车主当前的位置，选择路径引导车主到自己车位；

4）液晶显示屏:安装在停车场的关键交叉口处，通过有线方式与后台服务器进行数据交互，接收后台服务中心的方向引导数据，指示车主到停车位。

2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统，其特征在于每个车位上方布置一个ZigBee传感器节点和超声波测距传感器，并且将ZigBee传感器节点通过接口与超声波测距传感器进行集成，超声波传感器信号通过ZigBee无线网络传回到后台服务中心。

3.如权利要求1所述的一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统控制方法，其特征在于利用ZigBee指纹算法进行定位，停车场上方的大量的ZigBee传感器节点构成锚节点，车主手中的停车卡是待定位节点，根据指纹定位算法得到停车卡及车主所在的位置。

4.如权利要求3所述的一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统控制方法，其特征在于车主在泊车时，自动登记车位，手持停车卡与车位绑定，车主离开车位时，系统自动注销用户，手持停车卡与车位的解除绑定。

5.如权利要求3所述的一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统控制方法，其特征在于车主泊车时，超声波测距传感器检测到车位停车信号，通过无线传感网络传回后台，得到车位号；并且ZigBee节点利用指纹定位法在后台计算手持卡位置；在后台将车位号与手持停车卡编号绑定。

6.如权利要求3所述的一种基于ZigBee指纹定位技术的大型地下停车场寻车系统控制方法，其特征在于车主寻车时，无线网络检测到有新的停车卡出现在停车场入口，开始定位该停车卡，并且在后台，根据停车卡现在位置、停车位，计算引导路径，显示在停车场关键路口的显示屏上。