CN109255977A - 一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，包括移动导航终端、定位信号接收设备、转发设备、定位设备；所述移动导航终端用于向处于其辐射范围内的定位信号接收设备发送信标数据包；所述定位信号接收设备接收所述信标数据包并测量出所述信标数据包所对应的无线电信号的信号强度；所述定位设备用于确定移动导航终端的位置。本发明提供了一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，可实现停车场内的实时导航定位，成本低，定位准确，有效地解决了无法在室内使用卫星信号进行导航的问题，为处于大型室内停车场的用户提供了高质量的导航服务。

Description

一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统

技术领域

本发明涉及导航领域，具体涉及一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统。

背景技术

随着社会的发展，越来越多市民开始拥有自己的私家车，据公安部统计，截止2017年底，全国机动车保有量达3.1亿辆，车辆数目巨大，停车需求也巨大，特别是在一些人员密集的地方，如大型商超、机场、酒店、博物馆、会展中心等，都会设置有大型的地下停车场。但是目前地下停车场的导航却是十分的不到位，主要是现在的地下停车场越来越大，而我们平时在室外使用的卫星定位导航方法无法在地下停车场使用。因此，我们需要一种能在地下停车场导航的系统。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，包括移动导航终端、定位信号接收设备、转发设备、定位设备；

所述移动导航终端用于向处于其辐射范围内的定位信号接收设备发送信标数据包，所述信标数据包包括所述移动导航终端的唯一识别信息；

所述定位信号接收设备设置于地下停车场内，其接收所述信标数据包，并测量出所述信标数据包所对应的无线电信号的信号强度，将所述信号强度发送至所述转发设备；

所述转发设备设置于地下停车场内，用于对所述信号强度进行压缩处理，并根据压缩处理的结果，得到发往所述定位设备的转发数据包；

所述定位设备用于分析所述转发数据包，确定移动导航终端的位置，并将所述位置发送至所述移动导航终端；

所述移动导航终端用于根据所述位置得到导航数据和显示导航数据。

优选地，所述定位信号接收设备通过无线通信的方式与所述转发设备进行通信。

优选地，所述转发设备与所述定位设备通过互联网进行通信。

优选地，所述定位设备还用于控制所述定位信号接收设备的时间同步。

优选地，所述定位信号接收设备的位置已经存储在所述定位设备中。

优选地，所述移动导航终端包括输入单元、输出单元、通信单元和定位数据发送单元；所述输入单元用于监测用户的输入指令；所述输出单元用于显示导航数据；所述通信单元用于移动导航终端与定位设备通信；所述定位数据发送单元用于以固定的功率发送信标数据包。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，可实现停车场内的实时导航定位，成本低，定位准确，有效地解决了无法在室内使用卫星信号进行导航的问题，为处于大型室内停车场的用户提供了高质量的导航服务。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1示出了本发明一个示例性实施例的导航模块框架结构图。

附图标记：

移动导航终端1、定位信号接收设备2、转发设备3、定位设备4。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，该系统包括移动导航终端1、定位信号接收设备2、转发设备3、定位设备4；

所述移动导航终端1用于向处于其辐射范围内的定位信号接收设备2发送信标数据包；所述信标数据包包括所述移动导航终端1的唯一识别信息；

所述定位信号接收设备2设置于地下停车场内各位置，其接收所述信标数据包并测量出所述信标数据包所对应的无线电信号的信号强度，将所述信号强度发送至所述转发设备3；

所述转发设备3设置于地下停车场内，用于对所述信号强度进行压缩处理，并根据压缩处理的结果得到发往所述定位设备4的转发数据包；

所述定位设备4用于分析所述转发数据包，确定移动导航终端1的位置，并将所述位置发送至所述移动导航终端1；

所述移动导航终端1用于根据所述位置得到导航数据和显示导航数据。

在一个实施例中，所述定位信号接收设备2通过无线通信的方式与所述转发设备3进行通信。

在一个实施例中，所述转发设备3与所述定位设备4通过互联网进行通信。

在一个实施例中，所述定位设备4还用于控制所述定位信号接收设备2的时间同步。

在一个实施例中，所述定位信号接收设备2的位置已经存储在所述定位设备4中。

在一个实施例中，所述移动导航终端1包括输入单元、输出单元、通信单元和定位数据发送单元；所述输入单元用于监测用户的输入指令；所述输出单元用于显示导航数据；所述通信单元用于移动导航终端1与定位设备4通信；所述定位数据发送单元用于以固定的功率发送信标数据包。

本发明上述实施例提供了一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，可实现停车场内的实时导航定位，成本低，定位准确，有效地解决了无法在室内使用卫星信号进行导航的问题，为处于大型室内停车场的用户提供了高质量的导航服务。

优选地，所述定位信号接收设备2将所述信号强度发送至所述转发设备3，包括：

定位信号接收设备通过接力的方式将信号强度传输到转发设备，其中，

第一定位信号接收设备在往第二定位信号接收设备发送所述信号强度前，先进入冲突监听阶段，通过监听信道的无线电信号功率来计算信道否空闲，若信道空闲，第一定位信号接收设备则广播一条deliver消息，然后转入待发送阶段，若信道不空闲，第一定位信号接收设备等待一个随机时间TS1后，重新通过监听信道的无线电信号功率计算信道是否空闲，其中，该deliver消息包含自身识别信息的第一ID和第二定位信号接收设备识别信息；

所述第二定位信号接收设备成功接收到deliver消息后，通过监听信道的无线电信号功率来计算信道否空闲，若信道空闲，则广播一条确认收到deliver消息的ackdeliver消息，然后转入待接收阶段，所述ackdeliver消息包括所述第一ID，若信道不空闲，则等待一个随机时间TS2后，重新通过监听信道的无线电信号功率计算信道是否空闲；第一定位信号接收设备在收到ackdeliver消息后，再次通过监听信道的无线电信号功率计算信道是否空闲，若信道空闲，第一定位信号接收设备便开始往第二定位信号接收设备发送所述信号强度，若信道不空闲，则等待一个随机时间TS3后，重新通过监听信道的无线电信号功率计算信道是否空闲；

若定位信号接收设备处于待发送阶段超过等待阈值时间TS4，则重新进入冲突监听阶段。

在本优选实施例中，创造性地引入了随机等待时间机制，有效地降低了发生发送冲突的概率，保持了定位信号接收设备所处环境的通信信道的长期通畅，从而有效降低了导航系统的数据传输时延，能有效提高本导航系统定位的速度。

优选地，所述转发设备3对所述信号强度进行压缩处理，包括：

(1)转发设备3采用固定周期对来自多个定位信号接收设备2的所述信号强度进行接收；

(2)转发设备3利用下面的函数对所述信号强度进行压缩处理：

α_Final＝β_N×M×γ_N×1

式中，N为定位信号接收设备2的总数，M为转发设备3在固定周期内收到的所述信号强度对应的移动导航终端1的总数，α_Final为预处理结果矩阵，β_N×M为数据矩阵，β_N×M中的元素为a_nm，a_nm表示第n个定位信号接收设备2接收第m个移动导航终端1发出的定位信号并测得的定位信号的信号强度，n∈[1,N],m∈[1,M],γ_N×1为节点感知矩阵，节点感知矩阵中的元素为x_n，x_n表示第n个定位信号接收设备2是否接收到移动导航终端1发送的定位信号，如果第n个定位信号接收设备2接收到移动导航终端1发送的定位信号，则x_n＝1，否则x_n＝0；

在本优选实施例中，创造性地将定位信号设备接收所述信号强度按周期进行处理，这样，一个周期内收到的所述信号强度总量有限的，就可以根据有限的所述信号强度数据生成数据矩阵，然后对数据矩阵进行运算，压缩其体积，这就减小了系统中通信网络传输数据时的传输压力，确保了导航系统中数据的快速传输，取得了意向不到的有益效果。

优选地，所述定位设备4还用于控制所述定位信号接收设备2的时间同步，包括：

(1)定位设备4通过向所有的定位信号接收设备2发送分区指令来将所有的定位信号接收设备2划分为若干个分区，每个区由一个中心定位信号接收设备2负责时间同步；

(2)进行分区内时间同步，中心定位信号接收设备2接收属于同一个分区的定位信号接收设备2发送过来的时间数据，从接收到的第2个定位信号接收设备22的时间数据t_ndx开始，当t_ndx使下述不等式成立时，中心定位信号接收设备2将错误的时间数据丢弃：

式中，t_ndx表示第ndx个定位信号接收设备2的时间数据，ndx表示分区内定位信号接收设备2的数量，D为控制参数，用来控制中心定位信号接收设备2接收时间数据的精确度，中心定位信号接收设备2算出分区内定位信号接收设备2的时间的平均值，以这个平均值作为该分区的时间；

(3)进行中心定位信号接收设备2间的时间同步，所有的中心定位信号接收设备2将自己的时间数据发送到定位设备4，定位设备4根据所有的中心定位信号接收设备2的时间数据算出当前时间数据平均值，然后定位设备4将当前时间数据平均值作为此次时间同步的最终时间发送到各个中心定位信号接收设备2；

(4)中心定位信号接收设备2将最终时间发送到分区内的所有定位信号接收设备2。

在本优选实施例中，对所有的定位信号接收设备2进行时间同步，保证了定位设备4正确识别接收到的所述信号强度是否属于错误信息。因为数据在网络中传输时，有时候会因为种种原因而出现较大的延迟，这样，定位设备4有可能接收到已经失效的所述信号强度，在发送所述信号强度的时候附上一个时间戳就可以解决这个问题，因此，定位信号接收设备2之间进行时间同步就保证了系统能准确地传输数据。

优选地，所述定位设备4通过向所有的定位信号接收设备2发送分区指令来将所有的定位信号接收设备2划分为若干个分区，每个分区由一个中心定位信号接收设备2负责时间同步，包括：

先进行中心定位信号接收设备2的选取，对于第n个定位信号接收设备2，采用下面的函数计算其成为中心定位信号接收设备2的概率P_h(n)，

其中，

式中，E_sy表示定位信号接收设备2当前能量剩余，E_cs为定位信号接收设备2刚开始的时候的能量，total为当前分区的总次数，n∈[1,N],N为定位信号接收设备2的总数,T为定位信号接收设备2作为中心定位信号接收设备2的累计次数，mid为计算P_h(n)时的中间值，d_ave为该定位信号接收设备2与通信范围内的定位信号接收设备2的平均距离，εa为自由空间路径损耗，E_ave为定位信号接收设备2的收发一次数据的平均能量消耗，当P_h(n)>P_dxth时，该定位信号接收设备2成为中心定位信号接收设备2，其中P_dxth为成为中心定位信号接收设备2的门槛值，λ₁、λ₂为设定的权重系数，且λ₁+λ₂＝1；

在选出中心定位信号接收设备2后，中心定位信号接收设备2广播一条包含有效期T_dead字段和分区识别码字段的分区消息；定位信号接收设备2收到分区消息后，先检查是否已经记录有分区识别码，如果没有，则查看有效期T_dead字段，若该分区消息还在有效期内，则记下是哪一个定位信号接收设备2发送分区消息给它，同时将分区识别码记录下来，然后将分区消息广播出去，这样，在分区消息有效期内收到分区消息的且未记录有分区识别码的定位信号接收设备2则成为同一个分区的成员。

在本优选实施例中，采用上述方法进行中心定位信号接收设备2的选取，由于考虑了定位信号接收设备2剩余能量以及其定位信号接收设备2成为中心定位信号接收设备2的累计次数，避免了某个定位信号接收设备2多次成为中心定位信号接收设备2，提高了定位信号接收设备2的寿命，本方法平衡了同步精度跟定位信号接收设备2功耗之间的关系，提高了中心定位信号接收设备2选取的效率。

优选地，所述定位设备4用于分析所述转发数据包，确定移动导航终端1的位置，包括：

设定用边长为length的标定正方形把所有定位信号接收设备2能接收到定位信号的范围组成的区域包含在里面，使得所述区域全都落在标定正方形里面；设定i为当前运算次数，i的初始值为1；设定当前正在计算的正方形为运算正方形，运算正方形边长为l_i，l_i初始值为length，即运算正方形的初始化为标定正方形；设定误差控制值为TSH，对于第m个移动导航终端1位置的计算，包括：

(1)将第m个移动导航终端1的坐标初始化为运算正方形的中心的坐标，移动导航终端1的坐标记为(x_m,i,y_m,i)；

(2)运用下面的函数算出第m个移动导航终端1到第n个定位信号接收设备2的距离RANGE_n,m：

RANGE_n,m＝[(x_m,i-λ_n)²+(y_m，i-v_n)²]^1/2

式中，(λn,vn)为第n个定位信号接收设备2的坐标；

(3)运用下面的函数计算出第m个移动导航终端1发出的信标数据包被第n个定位信号接收设备2测到的信标数据包对应的无线电信号的信号强度SI_nm：

式中，Str₀为在定位信号接收设备2跟移动导航终端1距离为D₀时，定位信号接收设备2接收到的信标数据包对应的无线电信号的平均信号强度，σ为信号衰弱指数；

(4)然后解出下述函数的优化问题，便可以得到对比节点感知矩阵CONTRASTX_N×1:

式中，CONTRASTΦ_N×M为对比数据矩阵，对比数据矩阵的元素为SI_nm，α_Final为传回来的预处理结果矩阵,CONTRASTX_N×1中的元素为contrastx_n；

(5)因为CONTRASTX_N×1中最理想结果是只有1和0，所以采用下面的公式计算CONTRASTX_N×1的偏离值Er：

对CONTRASTX_N×1中所有的元素进行排序，找出其中位数contrastx_zw，CONTRASTX_N×1中第n个元素的偏差PC_n可以通过下式求得：

(6)如果Er<TSH，则将(x_m,i,y_m，i)作为第m个移动导航终端1的坐标,否则，进入(7)；

(7)将正运算方形平均分为面积相等的四个小正方形α_i、β_i、γ_i、δ_i，每个小正方形的边长为length/2ⁱ，然后对于每个小正方形，分别执行(1)到(5)，每个小正方形都操作完毕后，进入(8)；

(8)将Er最小的小正方形选为运算正方形，然后将i的值加上1，将l_i的值更新为length/2^i-1，然后执行(1)到(6)。

在本优选实施例中，对来自转发设备的转发数据包进行处理，算出对比监测节点感知矩阵，然后再与对比监测节点感知矩阵的最理想结果对比，算出对比监测节点感知矩阵偏差小于等于误差阈值的移动导航终端的坐标结果，这样就可以确定移动导航终端的位置，定位精度高，而且可以对多个移动导航终端同时进行定位，同时，由于转发设备在一个固定周期内接收到的信号强度数据经过转发设备的处理后体积被压缩，降低了系统的通信压力，然后定位设备针对性地根据转发数据包中的预处理结果矩阵进行定位运算从而确定所述导航终端的位置，转发设备和定位设备配合实现了本发明中的地下停车场导航系统的数据压缩传输。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，其特征在于，包括移动导航终端、定位信号接收设备、转发设备、定位设备；

所述移动导航终端用于向处于其辐射范围内的定位信号接收设备发送信标数据包，所述信标数据包包括所述移动导航终端的唯一识别信息；

所述定位信号接收设备设置于地下停车场内，其接收所述信标数据包，并测量出所述信标数据包所对应的无线电信号的信号强度，将所述信号强度发送至所述转发设备；

所述转发设备设置于地下停车场内，用于对所述信号强度进行压缩处理，并根据压缩处理的结果，得到发往所述定位设备的转发数据包；

所述定位设备用于分析所述转发数据包，确定移动导航终端的位置，并将所述位置发送至所述移动导航终端；

所述移动导航终端用于根据所述位置得到导航数据和显示导航数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，其特征在于，所述定位信号接收设备通过无线通信的方式与所述转发设备进行通信；所述转发设备与所述定位设备通过互联网进行通信。

3.根据权利要求2所述的一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，其特征在于，所述定位设备还用于控制所述定位信号接收设备的时间同步。

4.根据权利要求3所述的一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，其特征在于，所述定位信号接收设备的位置已经存储在所述定位设备中。

5.根据权利要求4所述的一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，其特征在于，所述移动导航终端包括输入单元、输出单元、通信单元和定位数据发送单元；所述输入单元用于监测用户的输入指令；所述输出单元用于显示导航数据；所述通信单元用于移动导航终端与定位设备通信；所述定位数据发送单元用于以固定的功率发送信标数据包。

6.根据权利要求5所述的一种基于室内定位技术的地下停车场导航系统，其特征在于，所述定位信号接收设备将所述信号强度发送至所述转发设备，包括：

定位信号接收设备通过接力的方式将信号强度传输到转发设备，其中，

第一定位信号接收设备在往第二定位信号接收设备发送所述信号强度前，先进入冲突监听阶段，通过监听信道的无线电信号功率来计算信道否空闲，若信道空闲，第一定位信号接收设备则广播一条deliver消息，然后转入待发送阶段，若信道不空闲，第一定位信号接收设备等待一个随机时间TS1后，重新通过监听信道的无线电信号功率计算信道是否空闲，其中，该deliver消息包含自身识别信息的第一ID和第二定位信号接收设备识别信息；

所述第二定位信号接收设备成功接收到deliver消息后，通过监听信道的无线电信号功率来计算信道否空闲，若信道空闲，则广播一条确认收到deliver消息的ackdeliver消息，然后转入待接收阶段，所述ackdeliver消息包括所述第一ID，若信道不空闲，则等待一个随机时间TS2后，重新通过监听信道的无线电信号功率计算信道是否空闲；第一定位信号接收设备在收到ackdeliver消息后，再次通过监听信道的无线电信号功率计算信道是否空闲，若信道空闲，第一定位信号接收设备便开始往第二定位信号接收设备发送所述信号强度，若信道不空闲，则等待一个随机时间TS3后，重新通过监听信道的无线电信号功率计算信道是否空闲；

若定位信号接收设备处于待发送阶段超过等待阈值时间TS4，则重新进入冲突监听阶段。