高亮
摘要:隨著車輛人均擁有率的迅猛提升,智能停車場(chǎng)是當(dāng)前科技研究的熱點(diǎn),特別是一些大型商圈的大型室內(nèi)停車庫,需要實(shí)現(xiàn)車位預(yù)約車位,車輛導(dǎo)航,智能找車等功能,而車庫內(nèi)車輛定位技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)智能車庫的核心技術(shù)。本文首先對(duì)當(dāng)前各種車輛定位技術(shù)進(jìn)行分析,并對(duì)比各種關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),然后提出一種無需攜帶傳感器的具有自組網(wǎng)通訊和機(jī)器學(xué)習(xí)功能的車庫內(nèi)車輛定位系統(tǒng)方案。
關(guān)鍵詞:智能停車場(chǎng);車輛定位技術(shù);自組網(wǎng)通訊;機(jī)器學(xué)習(xí)
近年來,汽車的個(gè)人擁有量倍增,隨之也帶來了大量的交通管理和擁堵的問題。解決此問題一方面是需要供應(yīng)大量新的車位;另一方面,通過對(duì)現(xiàn)有車庫的信息化建設(shè),提高現(xiàn)有車位的利用率及附加消費(fèi)能。雖然目前我國(guó)基本上已推廣智能停車場(chǎng),但還存在智能化程度不夠、信息化集成度低、無場(chǎng)內(nèi)車輛信息定位跟蹤等缺點(diǎn)。大部分停車場(chǎng)的建設(shè)更注重收費(fèi)的自動(dòng)化,而忽視了車輛的定位和車位信息采集的自動(dòng)化。因此在地下停車場(chǎng)要進(jìn)行車輛定位,就需要在地下停車場(chǎng)內(nèi)建立一個(gè)適合室內(nèi)環(huán)境應(yīng)用的定位系統(tǒng)。
一、目前國(guó)內(nèi)外室內(nèi)定位技術(shù)研究現(xiàn)狀
近年來,為了解決室外定位導(dǎo)航“最后一公里”的問題,國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在室內(nèi)定位技術(shù)方面開展了大量的研究。從傳感器技術(shù)及感知方式分類來看,常見的定位感知方式有無線局域網(wǎng)(wi-fi)、射頻標(biāo)簽(RFID)、UWB(超寬帶)、Zigbee、藍(lán)牙(Bluctooth,BT)、視屏圖像識(shí)別、地磁等,其它還有偽衛(wèi)星、紅外定位、LED光跟蹤定位、超聲波定位等。這些技術(shù)有些是以導(dǎo)航定位為專門或主要用途,例如偽衛(wèi)星;有些則主要用于通信,但同時(shí)也能提供定位服務(wù),例如無線局域網(wǎng)。
(一)UWB(超寬帶)脈沖信號(hào),由多個(gè)傳感器采用TDOA和AOA定位算法對(duì)標(biāo)簽位置進(jìn)行分析,多徑分辨能力強(qiáng)、精度高,定位精度可達(dá)厘米級(jí)。但UWB難以實(shí)現(xiàn)大范圍室內(nèi)覆蓋,且手機(jī)不支持UWB,定位成本非常高。
(二)RFID的定位,采用刷卡方式,根據(jù)閱讀器位置對(duì)刷卡人員或設(shè)備進(jìn)行區(qū)間定位。主要應(yīng)用在倉庫、工廠、商場(chǎng)廣泛使用在貨物、商品流轉(zhuǎn)定位上、ETC、辦公考勤等,無法進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,定位精確度低,不具有通信能力,抗干擾能力較差。
(三)ZigBec室內(nèi)定位技術(shù)通過若干個(gè)待定位的盲節(jié)點(diǎn)和一個(gè)己知位置的參考節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間形成組網(wǎng),每個(gè)微小的盲節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)調(diào)通信以實(shí)現(xiàn)全部定位。作為一個(gè)低功耗和低成本的通信系統(tǒng),ZigBee的信號(hào)傳輸受多徑效應(yīng)和移動(dòng)的影響都很大,而且定位精度取決于信道物理品質(zhì)、信號(hào)源密度、環(huán)境和算法的準(zhǔn)確性,造成定位軟件的成本較高,提高空間還很大。ZigBee室內(nèi)定位己經(jīng)被很多大型的工廠和車間作為人員在崗管理系統(tǒng)所采用。
(四)超聲波定位應(yīng)用案例的代表是Shopkic,在商店內(nèi)安裝超聲波信號(hào)盒,手機(jī)麥克風(fēng)檢測(cè)到聲波,從而實(shí)現(xiàn)定位,主要用于店鋪的簽到。超聲波在空氣中的衰減較大,不適用于大型場(chǎng)合,加上反射測(cè)距時(shí)受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大,造成需要精確分析計(jì)算的底層硬件設(shè)施投資,成本太高。
(五)LED定位系統(tǒng)通過往天花板上的LED燈具實(shí)現(xiàn),燈具發(fā)出像莫斯電報(bào)密碼一樣的閃爍信號(hào),再由用戶智能手機(jī)照相機(jī)接收并進(jìn)行檢測(cè),定位精度可以在1米之內(nèi)。LED定位需要改造LED燈具,增加芯片,增加成本,紅外線只能視距傳播,穿透性極差也極易受燈光、煙霧等環(huán)境因素影響明顯,定位效果有限。
表1為各類室內(nèi)定位感知方式性能比較:
二、本文提出的新型定位技術(shù)方案
(一)通過在室內(nèi)(車庫)布置無線通訊節(jié)點(diǎn),建立自組網(wǎng)通訊的集群控制系統(tǒng),并由上位機(jī)或客戶端遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及控制;同時(shí),各無線通訊節(jié)點(diǎn)均能接受到由其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來信號(hào)強(qiáng)度值-RSSI (Received SignalStrength Indicator)。
(二)在實(shí)現(xiàn)(一)基礎(chǔ)上,研究基于典型特征識(shí)別技術(shù)的定位原理。在本項(xiàng)目中,移動(dòng)目標(biāo)(車輛)不需要攜帶任何傳感器,當(dāng)目標(biāo)在室內(nèi)(車庫)中移動(dòng)時(shí),由于其對(duì)通訊節(jié)點(diǎn)發(fā)出電磁波的遮擋或吸收,對(duì)應(yīng)接收通訊節(jié)點(diǎn)所收到的電磁波信號(hào)強(qiáng)度都會(huì)有特征性波動(dòng),通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法可提取出相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度的典型特征,建立移動(dòng)對(duì)象定位預(yù)測(cè)模型,利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,可預(yù)測(cè)移動(dòng)對(duì)象的位置,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)對(duì)象的定位。
三、結(jié)語
本文首先對(duì)目前的車庫內(nèi)車輛定位技術(shù)進(jìn)行研究,并分析對(duì)比各自的優(yōu)劣。在此基礎(chǔ)上提出了一種無需攜帶傳感器的具有自組網(wǎng)通訊和機(jī)器學(xué)習(xí)功能的車庫內(nèi)車輛定位系統(tǒng)方案。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來,實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)導(dǎo)航與定位系統(tǒng),完善停車場(chǎng)智能化管理對(duì)建設(shè)智慧城市也具有重大意義。
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