CN103310657A - 一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，该方法首先通过协调点、路由节点和终端节点构建ZigBee无线网络，并根据路由节点将网络划分为多个区域，将终端节点分为环境参考节点和普通节点，所述的环境参考节点设在非车位处，所述的普通节点设在车位上，与终端节点连接的光强传感器采集光强值，并依次通过终端节点、路由节点将光强值传输给协调点，协调点根据环境参考节点和普通节点的光强值判断当前所处环境，并比较环境参考节点和普通节点的光强差值与所处环境下阈值的关系检测车位是否空闲。与现有技术相比，本发明具有自适应性强、可靠性高等优点。

Description

一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法

技术领域

本发明涉及一种停车场车位检测方法，尤其是涉及一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法。

背景技术

中国进入汽车时代后，大型停车场相继出现，对于停车场内的车位的精细诱导需求日益明显，近年来，出现了很多停车场车位监控系统。车位监控系统主要由车位检测系统，空闲车位查询系统构成。在车位检测系统内部，传感设备采集与车位状态相关信息，之后这些信息送入停车场中央控制器。

从车位检测系统内的信息传送介质来看，停车场车位检测系统经历了两个发展阶段：有线车位检测系统和无线车位检测系统。有线车位检测系统代价昂贵，对市场的大量应用产生了制约；布设繁琐，需要在停车场内搭建大量额外的固定设施；维护检修困难，无形中增加维护人员工作量。无线车位检测系统通过运用无线传感网络有效解决了有线车位检测系统的不足，不仅系统造价降低，布设灵活，而且功耗也大大下降，维护检修也更方便。

目前，无线车位检测系统根据使用无线技术的不同可分为：一种是基于315MHZ和433MHZ的传感网络。它的致命弱点是系统通信技术落后，安全保密性差，很容易被攻击，被破译；频道非常拥挤，环境干扰特别大，对讲机，车载通信设备，业余通信设备等，都集中在这里，因而环境干扰非常大；功耗大，发射机和天线体积庞大；另外组网也不方便。一种是基于ZigBee的传感网络。ZigBee是一种短距离、架构简单、低消耗功率与低传输速率之无线通讯技术，其传输距离约为数十公尺。它具有功耗低，可靠度高，网络扩展性强的优点。

根据传感器种类的不同选择大致可分为：一种使用超生波传感器，它通过比较传感器到遮挡物距离与传感器到地面距离的绝对差值是否小于预置的停车阈值来判断车位是否空闲。一种使用地磁传感器，它是通过比较停车位地磁值与该停车位的标定的地磁值的绝对差值是否小于预置的停车阀值来判断车位是否空闲。一种是使用光强传感器，它是通过比较停车位光强值是否小于预置的停车阀值来判断车位是否空闲。它们共有的缺点是自适应能力差，由于阈值的单一化，当系统所处的环境发生变化，可能就会对车位是否被占出现误判；可靠性低，当环境中温度、湿度、电磁辐射等发生突变均可能导致系统出现大量虚报误报的情况。因此怎样提高系统的自适应性，使其不仅适用于室内停车场、室外停车场，并且将环境变化带来的误判降到最低，怎样提高系统的可靠性，使其在干扰环境中仍然正常运行，这些都尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自适应性强、可靠性高的基于ZigBee技术的自适应车位检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，该方法首先通过协调点、路由节点和终端节点构建ZigBee无线网络，并根据路由节点将网络划分为多个区域，将终端节点分为环境参考节点和普通节点，所述的环境参考节点设在非车位处，所述的普通节点设在车位上，与终端节点连接的光强传感器采集光强值，并依次通过终端节点、路由节点将光强值传输给协调点，协调点根据环境参考节点和普通节点的光强值判断当前所处环境，并比较环境参考节点和普通节点的光强差值与所处环境下阈值的关系检测车位是否空闲。

该方法具体包括以下步骤：

1)协调点组建ZigBee无线网络；

2)协调点向该ZigBee无线网络内的路由节点发送数据请求信号，路由节点应答协调点的请求后向终端节点发送数据请求信号；

3)终端节点在收到由路由节点发出的数据请求信号后，与其连接的光强传感器开始采集数据，并将采集的光强值传输给终端节点；

4)终端节点对采集的光强值进行类粒子滤波处理，并将滤波后的光强值传输给路由节点，路由节点判断是否接收到来自环境参考节点的光强值，若是，则将该区域内的所有光强值加上前缀1后发送给协调点，若否，则将该区域内的所有光强值加上前缀0后发送给协调点，返回步骤2)；

5)协调点根据前缀的不同区分出环境参考节点和普通节点的数据，并根据接收到的光强值执行占位算法，检测车位空闲情况；

6)协调点显示车位空闲检测结果和长期前缀为0的区域，返回步骤2)。

所述的协调点组建ZigBee无线网络具体为：

协调点发出入网请求信息，一定区域内符合条件的路由节点和终端节点在接收到请求信息后与协调点建立连接，构建ZigBee无线网络。

所述的类粒子滤波处理具体为：

假设一段时间内光强传感器采集n次光强值，每次为Light_i，则这段时间内光强值均值为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Light}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Light}}_i$

通过以下公式获得滤波后的光强值

其中m为滤波系数。

所述的步骤5)中的占位算法具体为：

协调点综合环境参考节点与普通节点的光强差值及环境参考节点的光强值判断所处环境是室内还是室外停车场，然后将所处环境下阈值与光强差值进行比较，若光强差值大于阈值，则车位空闲，若光强差值小于阈值，则车位被占。

所述的阈值Th与环境参考节点光强值L的关系为：

Th＝0.2*L。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、自适应性强：加入环境参考终端节点，且将阈值设定为与环境参考节点采集相关的变量，使该系统可以用在室内外停车场且不受环境光照强度的影响，从而提高系统的自适应性；

2、可靠性高：采用类粒子滤波算法，滤去一些由于环境变化导致的不准确的值，从而提高系统的可靠性，该粒子滤波算法是通过寻找一组在状态空间传播的随机样本对概率密度函数进行近似，以样本均值代替积分运算，从而获得状态最小方差分布的过程；它在非线性、非高斯系统表现出来的优越性；

3、可扩展性强：由于采用ZigBee技术，组网便捷，因此可以方便的增加终端节点数量，从而使系统具有良好的扩展性；

4、可持续性强：使用ZigBee网络，网络中各节点功耗低且相对于其它无线局域网络它的搭建成本低，从而提高经济效益，增强了可持续性。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明构建的ZigBee无线网络结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，该方法首先通过协调点、路由节点和终端节点构建ZigBee无线网络，并根据路由节点将网络划分为多个区域，将终端节点分为环境参考节点和普通节点，所述的环境参考节点设在非车位处，所述的普通节点设在车位上，与终端节点连接的光强传感器采集光强值，并依次通过终端节点、路由节点将光强值传输给协调点，协调点根据环境参考节点和普通节点的光强值检测车位是否空闲。

如图1所示，该方法包括ZigBee传感网络搭建、光感数据采集、数据滤波处理，ZigBee网络内的数据传递、数据处理五部分，具体包括以下步骤：

在步骤s101中，系统初始化，协调点组建ZigBee无线网络；

在步骤s102中，协调点发出入网请求信息，一定区域内符合条件的路由节点和终端节点在接收到请求信息后依次与协调点建立连接，建立ZigBee无线网络；

在步骤s103中，协调点向该ZigBee无线网络内的路由节点发送数据请求信号；

在步骤s104中，路由节点应答协调点的请求后向终端节点发送数据请求信号；

在步骤s105中，终端节点在收到由路由节点发出的数据请求信号后，与其连接的光强传感器开始采集数据，并将采集的光强值传输给终端节点；

在步骤s106中，终端节点对采集的光强值进行类粒子滤波处理；

在步骤s107中，终端节点将滤波后的光强值传输给路由节点；

在步骤s108中，路由节点判断是否接收到来自环境参考节点的光强值，若是，则将该区域内的所有光强值加上前缀1后执行步骤s109，若否，则将该区域内的所有光强值加上前缀0后执行步骤s109，返回步骤s104；

在步骤s109中，路由节点将数据发送给协调点；

在步骤s110中，协调点根据前缀的不同区分出环境参考节点和普通节点的数据，并根据接收到的光强值进行执行占位算法，检测车位空闲情况；

在步骤s111中，协调点显示车位空闲检测结果和长期前缀为0的区域，返回步骤s101。

所述的类粒子滤波处理具体为：

假设一段时间内光强传感器采集n次光强值，每次为Light_i，则这段时间内光强值均值为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Light}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Light}}_i$

通过以下公式获得滤波后的光强值

其中m为滤波系数。

所述的步骤s110中占位算法具体为：

协调点综合环境参考节点与普通节点的光强差值及环境参考节点的光强值判断所处环境是室内还是室外停车场，然后将所处环境下阈值与光强差值进行比较，若光强差值大于阈值，则车位空闲，若光强差值小于阈值，则车位被占。由于室外停车场与室内停车场有无车位时的两类终端节点的光强差不一样，环境光强不一样时有无车位时的光强差也不一样，所以分别处理即对不同情况设定不同的阈值，这些阈值Th与环境参考节点的光强值L有关，Th＝0.2*L。

如图2所示，上述组建ZigBee无线网络包括协调点1、路由节点2和终端节点3，终端节点可分为环境参考节点和普通节点，所述的环境参考节点设在非车位处，所述的普通节点设在车位上，每个终端节点上连接有一个光强传感器4。一个停车场按照地理位置分为若干区域，每个区域内有一个路由节点，若干终端节点。协调点负责网络的建立、数据处理显示。路由节点负责转发传感器采集的数据。中断节点负责数据采集、数据滤波处理。

Claims (6)

1.一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，其特征在于，该方法首先通过协调点、路由节点和终端节点构建ZigBee无线网络，并根据路由节点将网络划分为多个区域，将终端节点分为环境参考节点和普通节点，所述的环境参考节点设在非车位处，所述的普通节点设在车位上，与终端节点连接的光强传感器采集光强值，并依次通过终端节点、路由节点将光强值传输给协调点，协调点根据环境参考节点和普通节点的光强值判断当前所处环境，并比较环境参考节点和普通节点的光强差值与所处环境下阈值的关系检测车位是否空闲。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)协调点组建ZigBee无线网络；

2)协调点向该ZigBee无线网络内的路由节点发送数据请求信号，路由节点应答协调点的请求后向终端节点发送数据请求信号；

3)终端节点在收到由路由节点发出的数据请求信号后，与其连接的光强传感器开始采集数据，并将采集的光强值传输给终端节点；

4)终端节点对采集的光强值进行类粒子滤波处理，并将滤波后的光强值传输给路由节点，路由节点判断是否接收到来自环境参考节点的光强值，若是，则将该区域内的所有光强值加上前缀1后发送给协调点，若否，则将该区域内的所有光强值加上前缀0后发送给协调点，返回步骤2)；

5)协调点根据前缀的不同区分出环境参考节点和普通节点的数据，并根据接收到的光强值执行占位算法，检测车位空闲情况；

6)协调点显示车位空闲检测结果和长期前缀为0的区域，返回步骤2)。

3.根据权利要求2所述的一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，其特征在于，所述的协调点组建ZigBee无线网络具体为：

协调点发出入网请求信息，一定区域内符合条件的路由节点和终端节点在接收到请求信息后与协调点建立连接，构建ZigBee无线网络。

4.根据权利要求2所述的一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，其特征在于，所述的类粒子滤波处理具体为：

假设一段时间内光强传感器采集n次光强值，每次为Light_i，则这段时间内光强值均值为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Light}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Light}}_i$

通过以下公式获得滤波后的光强值

其中m为滤波系数。

5.根据权利要求2所述的一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，其特征在于，所述的步骤5)中的占位算法具体为：

协调点综合环境参考节点与普通节点的光强差值及环境参考节点的光强值判断所处环境是室内还是室外停车场，然后将所处环境下的阈值与光强差值进行比较，若光强差值大于阈值，则车位空闲，若光强差值小于阈值，则车位被占。

6.根据权利要求5所述的一种基于ZigBee技术的自适应车位检测方法，其特征在于，所述的阈值Th与环境参考节点光强值L的关系为：

Th＝0.2*L。

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