CN106846889A - 一种室内外停车定位系统及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种室内外停车定位系统及其方法，本发明室外卫星定位模块利用北斗卫星导航；室内Zigbee定位模块采用基于测距的RSSI定位算法进行室内定位，并利用卡尔曼滤波对定位数据进行优化处理，最后采用几何三边定位算法获取室内定位模块的室内位置；室内外定位融合切换模块根据室内外定位通信信号的强度，基于粒子滤波器，对室内外定位方式进行融合、切换和集成，以实现室内外定结果平滑的过度；定位结果以室外二维电子地图及室内平面图为基础，显示定位结果。本发明可以在室内外使用，室内应用场所主要为大型地下停车场，该系统复杂度较低，定位精度可以满足汽车行驶导航与停车定位要求。

Description

一种室内外停车定位系统及定位方法
技术领域
本发明涉及室内外汽车停车寻位以及定位的服务技术领域，特别是一种集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位系统及其方法。
背景技术
随着GPS、北斗、GLONASS等全球卫星定位导航定位系统的日益成熟，人们享受到卫星定位系统在室外活动中带来的快速、准确的定位服务。对于室外空旷的环境而言，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)被广泛应用，而在诸多室内环境下，由于受水泥墙体的阻挡等影响，卫星信号就会被严重衰减而无法实现在室内的定位及导航作用。
当下的中国，室外行驶的汽车已经越来越离不开GPS或者北斗卫星导航功能，室外的卫星导航功能的确是为汽车行驶带来了极大的便利。但是一旦到了室内卫星导航功能便不再工作了，特别是在大规模的地下停车场内，由于汽车数量众多，停车场的空闲停车位往往不会被一眼发现，此时如果能有一套室内定位模块可以寻找停车场内的空闲车位并规划最优路径，并且当人们再次在停车场寻车时还可以进行室内导航，便可以为人们节省很多时间并带来极大的方便。
针对室内环境下的定位问题，目前已发展出应用红外线、超声波、RFID、蓝牙、超宽带、Zigbee和无线Wifi等作为媒介的室内定位技术。但仍然有很多问题需要解决，比如：系统定位复杂度高、实现成本高、精度差等
基于IEEE802.15.4标准的Zigbee技术是一种低成本、低功耗、低速率的短距离无线通信技术。室内Zigbee定位模块是基于测距的RSSI定位算法进行室内定位，将室内Zigbee定位模块的接收端固定到汽车内，当有Zigbee接收端进入室内Zigbee节点信号覆盖区时，即可实现汽车定位与数据传输，并在滤波和定位算法等方面技术细节上做改进，以提高定位的速度和准确性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提出了一种集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位系统及其方法，实现室内外汽车行驶导航的无缝切换。
一种集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位系统，包括：一室外卫星北斗定位模块、一室内Zigbee定位模块、一室内外定位融合切换模块及一定位结果显示模块；
所述室外北斗卫星定位模块用于通过北斗卫星导航系统进行室外空间定位，其体系已经非常完善，输出的是北斗卫星导航信号定位数据；
所述室内Zigbee定位模块用于通过基于测距的RSSI定位算法进行室内定位，并利用卡尔曼滤波对定位数据进行优化处理，然后针对定位数据采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，完成室内空间定位，输出的是Zigbee信号定位数据；
所述室内外定位融合切换模式用于通过采用基于粒子滤波器的方式，建立基于所述北斗卫星导航信号定位数据与Zigbee定位数据的融合模型，对室内外定位方式进行融合；
所述定位结果显示模块，在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图来显示室内外定位结果。
进一步地，本发明还提供了一种集成卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位的定位方法，按照如下步骤实现：
步骤(1)、所述定位系统根据所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号或所述室内Zigbee定位模块接收到的Zigbee通信信号的强度选择该定位系统的定位方式；若所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号，则转入步骤(2)；若所述室内Zigbee定位模块接收到室内布设的Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，则转入步骤(3)；若所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号且所述室内Zigbee定位模块接收到室内布设的Zigbee基站发出的Zigbee通信信号，则转入步骤(4)；
步骤(2)、所述室外卫星北斗定位模块通过北斗卫星导航系统进行室外定位，输出北斗卫星导航信号的定位数据，并转入步骤(6)；
步骤(3)、所述室内Zigbee定位模块检测各个Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，采用无线信号随传播距离衰减的数学模型获取所述定位系统与各个Zigbee节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述定位系统与各个Zigbee节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，输出Zigbee通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(6)；
步骤(4)、所述室外卫星北斗定位模块通过北斗卫星导航系统进行室外定位，输出北斗卫星导航信号的定位数据；所述室内Zigbee定位模块检测各个Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，采用无线信号随传播距离衰减的数学模型获取所述定位系统与各个Zigbee节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述定位系统与各个Zigbee节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，输出Zigbee通信信号定位数据，完成室内空间定位，转入步骤(5)
步骤(5)、所述室内外定位融合切换模式用于通过采用基于粒子滤波器的方式，对室内和室外定位方式进行融合、切换和集成，完成室内外的平滑过渡，以提高所示定位系统的定位精度。
步骤(6)、所述定位结果显示模块是在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图，通过结合步骤(5)融合模块输出的融合定位数据，来显示室内外定位结果，返回步骤(1)。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明所提出的一种集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位系统及其方法，基于Zigbee定位节点，可以大大减小定位系统的成本及复杂度问题，通过对Zigbee定位数据进行卡尔曼滤波处理优化提高的室内定位精度，通过结合北斗卫星导航实现一体化的室内外汽车行驶停车定位功能，通过粒子滤波融合室外的卫星定位和室内的Zigbee定位数据，使得室内外导航定位数据平滑过渡，解决了以往移动设备在大型建筑内无法定位或定位精度低的问题，特别为仓库存储、室内导航、车库寻位等提供更准确的位置服务。
附图说明
图1是本发明的集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位系统中各个模块示意图。
图2是本发明的集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明的整体思路是采用基于北斗室外定位方案和基于Zigbee的室内定位方案，实现室内外汽车行驶导航及停车定位功能。本发明包括两种定位方法，即：基于北斗卫星导航定位方法和基于Zigbee室内定位方法；室外导航模块搭载于车载导航中，而室内定位模块搭载于室内Zigbee定位模块接收机上。
本发明的目的在于提供一种集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位系统，如图1所示，包括：一室外卫星北斗定位模块、一室内Zigbee定位模块、一室内外定位融合切换模块及一定位结果显示模块；
所述室外北斗卫星定位模块用于通过北斗卫星导航系统进行室外空间定位，其体系已经非常完善，输出的是北斗卫星导航信号定位数据；
所述室内Zigbee定位模块用于通过基于测距的RSSI定位算法进行室内定位，并利用卡尔曼滤波对定位数据进行优化处理，然后针对定位数据采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，完成室内空间定位，输出的是Zigbee信号定位数据；
所述室内外定位融合切换模式用于通过采用基于粒子滤波器的方式，建立基于所述北斗卫星导航信号定位数据与Zigbee定位数据的融合模型，对室内外定位方式进行融合；
所述定位结果显示模块，在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图来显示室内外定位结果。
进一步地，在本实例中，为了让本领域技术人员了解发明所提出的一种集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位的定位系统，还提供一种集成北斗卫星导航与Zigbee技术的室内外停车定位的定位方法，如图2所示，按照如下步骤实现：
步骤(1)、所述定位系统根据所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号或所述室内Zigbee定位模块接收到的Zigbee通信信号的强度选择该定位系统的定位方式；若所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号，则转入步骤(2)；若所述室内Zigbee定位模块接收端接收到室内布设的Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，则转入步骤(3)；若所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号且所述室内Zigbee定位模块接收端接收到室内布设的Zigbee基站发出的Zigbee通信信号，则转入步骤(4)；
步骤(2)、所述室外卫星北斗定位模块通过北斗卫星导航系统进行室外定位，输出北斗卫星导航信号的定位数据，并转入步骤(6)；
步骤(3)、所述室内Zigbee定位模块接收端检测各个Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，采用无线信号随传播距离衰减的数学模型获取所述定位系统与各个Zigbee节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述定位系统与各个Zigbee节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，输出Zigbee通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(6)；
步骤(4)、所述室外卫星北斗定位模块通过北斗卫星导航系统进行室外定位，输出北斗卫星导航信号的定位数据；所述室内Zigbee定位模块检测各个Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，采用无线信号随传播距离衰减的数学模型获取所述定位系统与各个Zigbee节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述定位系统与各个Zigbee节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，输出Zigbee通信信号定位数据，完成室内空间定位，转入步骤(5)
步骤(5)、所述室内外定位融合切换模块用于通过采用基于粒子滤波器的方式，对室内和室外定位方式进行融合、切换和集成，完成室内外的平滑过渡，以提高所示定位系统的定位精度。
步骤(6)、所述定位结果显示模块是在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图，通过结合步骤(5)融合模块输出的融合定位数据，来显示室内外定位结果，返回步骤(1)。
本发明实施例适用流程如下：当汽车在室外环境下行驶时，此刻室外卫星北斗定位模块接收到的是北斗导航卫星信号，则通过车载导航进行室外行驶导航，输出北斗卫星导航信号的定位数据；当汽车即将进入地下车库时，若所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号且所述室内Zigbee定位模块接收端接收到室内布设的Zigbee基站发出的Zigbee通信信号，此刻所述室外卫星北斗导航模块输出北斗卫星导航信号的定位数据，与此同时所述室内Zigbee定位模块接受端开始输出Zigbee通信信号定位数据，所述室内外定位融合切换模块对室内和室外定位方式进行融合、切换和集成，完成室内外的导航定位数据的平滑过渡；当汽车完全驶入地下停车场内部时，所述室内Zigbee定位模块接收端检测到各个Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，通过滤波处理及定位算法，最后输出Zigbee通信信号定位数据，完成车库内汽车定位功能。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所做的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种室内外停车定位系统，其特征在于，包括：一室外卫星北斗定位模块、一室内Zigbee定位模块、一室内外定位融合切换模块和一定位结果显示模块；室外卫星北斗定位模块的信号输出端、室内Zigbee定位模块的信号输出端与室内外定位融合切换模块的信号输入端连接，室内外定位融合切换模块的信号输出端与定位结果显示模块连接；
所述室外北斗卫星定位模块用于通过北斗卫星导航系统进行室外空间定位，输出北斗卫星导航信号定位数据；
所述室内Zigbee定位模块用于通过基于测距的RSSI定位算法进行室内定位，并利用卡尔曼滤波对定位数据进行优化处理，然后针对定位数据采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，完成室内空间定位，输出的是Zigbee信号定位数据；
所述室内外定位融合切换模块用于通过采用基于粒子滤波器的方式，建立基于所述北斗卫星导航信号定位数据与Zigbee定位数据的融合模型，对室内外定位方式进行融合；
所述定位结果显示模块，在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图来显示室内外定位结果。
2.根据权利要求1所述的一种室内外停车定位系统的定位方法，按照如下步骤实现：
步骤(1)、定位系统根据室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号或室内Zigbee定位模块接收到的Zigbee通信信号的强度选择该定位系统的定位方式；若所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号，则转入步骤(2)；若所述室内Zigbee定位模块接收到室内布设的Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，则转入步骤(3)；若所述室外卫星北斗定位模块接收到的北斗导航卫星信号且所述室内Zigbee定位模块接收到室内布设的Zigbee基站发出的Zigbee通信信号，则转入步骤(4)；
步骤(2)、所述室外卫星北斗定位模块通过北斗卫星导航系统进行室外定位，输出北斗卫星导航信号的定位数据，并转入步骤(6)；
步骤(3)、所述室内Zigbee定位模块检测各个Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，采用无线信号随传播距离衰减的数学模型获取所述定位系统与各个Zigbee节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述定位系统与各个Zigbee节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，输出Zigbee通信信号定位数据，完成室内空间定位，并转入步骤(6)；
步骤(4)、所述室外卫星北斗定位模块通过北斗卫星导航系统进行室外定位，输出北斗卫星导航信号的定位数据；所述室内Zigbee定位模块检测各个Zigbee节点发出的Zigbee通信信号，采用无线信号随传播距离衰减的数学模型获取所述定位系统与各个Zigbee节点的距离，并采用卡尔曼滤波器对所获取的所述定位系统与各个Zigbee节点的距离值进行滤波优化处理，再采用几何三边定位算法获取室内定位系统的室内位置，输出Zigbee通信信号定位数据，完成室内空间定位，转入步骤(5)；
步骤(5)、所述室内外定位融合切换模式用于通过采用基于粒子滤波器的方式，对室内和室外定位方式进行融合、切换和集成，完成室内外的平滑过渡；
步骤(6)、所述定位结果显示模块是在室外通过二维电子地图而在室内则通过室内平面图或通过结合步骤(5)融合模块输出的融合定位数据，来显示室内外定位结果；返回步骤(1)。
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