趙俊巖，劉俊，2，岳慧慧

（1.商洛學院電子信息與電氣工程學院，陜西商洛，726000；2.人工智能研究中心，陜西商洛，726000）

關鍵字：超寬帶（UWB）；停車場；定位；解決方案

0 引言

隨著經濟社會的快速發(fā)展，追求生活品質的提高成了人民的關注重點，其中汽車的購置成為提升生活質量的必備資產之一。截止2020年底，全國汽車的保有量達到2.81億輛，汽車駕駛人達4.18億人。隨之而來的“停車難”“行車難”成為道路交通亟待解決的問題，其中城市中地下或地上立體停車庫的建設是重要的問題解決方案之一。目前已經使用的眾多停車場管理系統(tǒng)主要關注計時、收費的自動化，而忽視停車場內車輛定位、位置信息的人機交互等智能化。

為了提高停車場的智能化、信息化水平，多位學者從車庫定位角度做了一定的研究。王錟[1]提出了基于無線局域網（WLAN）的地下停車場定位導航系統(tǒng)，并在技術和算法上做了較深研究，在車輛定位精度和建設成本上有較大優(yōu)勢。蔡章林等[2]、孫麗娟等[3]利用RFID的定位技術實現(xiàn)室內停車場的車輛定位，該方法實時性較差，定位精度較低。丁智晶等[4]、鄭立玲等[5]采用ZigBee技術實現(xiàn)車位的定位和車位信息傳輸，能夠解決較好的定位精度問題，但該技術的定位精度易受環(huán)境、算法、信號源密度影響。謝強寶[6]為了提高停車和尋車的便捷性，采用超聲波技術實現(xiàn)車輛定位，由于超聲波在空氣中的衰減較大，所以該技術主要應該用在小型停車場。

針對以上問題，本文將具有高精度定位和較強穿透能力的UWB技術應用到地下停車場的車輛定位，并結合車位感應系統(tǒng)、手機客戶端和服務端技術、ArcGis平臺等實現(xiàn)車位預定、車場內車位導航等功能。

1 UWB定位原理

超寬帶（UWB）技術是采用極窄的脈沖信號實現(xiàn)無載波無線通信，在較封閉的環(huán)境下可以實現(xiàn)定位和信息高效傳輸，具有抗干擾能力強，功耗低、進度高等特點[7]。本系統(tǒng)采用基于TDOA（到達時間差）定位算法的UWB定位技術，TDOA定位不需要目標與基站之間時鐘嚴格同步，因此有廣泛的應用?；赨WB技術的車輛定位模型如圖1所示，UWB基站安裝在車庫內高處適當位置，定位標簽放置于車輛內。

圖1 基于UWB技術的車輛定位模型

2 系統(tǒng)總體架構

本系統(tǒng)基于UWB技術的地下停車場車輛定位系統(tǒng)，主要包括設備層、傳輸層、服務層和應用層，架構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構圖

（1）設備層主要由車位感應器、UWB標簽、UWB基站、攝像機等構成。UWB標簽不間斷將自身ID編號信息無線傳輸給UWB基站，然后由UWB基站將該信號和對應信號的時間戳通過傳輸層傳輸到服務層進行解算，從而獲得車輛的位置信息。車位感應器用于感測車位的狀態(tài)。

（2）傳輸層采用光纖和Wi-Fi通信方式，負責設備層與服務層之間的數據傳輸。

（3）服務層主要是用于車輛位置解算，向客戶端提供路線導航等資源，保存人機交互數據等功能。

（4）應用層包括設備管理軟件、車庫運行狀態(tài)軟件、手機客戶端、計費系統(tǒng)等。設備管理軟件是對車庫中相關設備進行參數設置、故障診斷等服務。車庫運行狀態(tài)軟件主要功能包括車輛位置顯示、車位狀態(tài)顯示（已占用、預訂中、未占用）、信息查詢存儲等。手機客戶端可提供車位預定、車位導航、空位查詢、停車費支付等功能。

3 系統(tǒng)硬件方案

圖3為基于UWB技術的地下停車場車輛定位系統(tǒng)的硬件布局圖，主要包含UWB基站、UWB標簽、車位感應器、后臺服務器、車位狀態(tài)顯示屏、客戶端APP、車位鎖和傳輸網絡。車位感應器置于每一個實際車位處，可以將感測到的車位編號、車位狀態(tài)等車位信息傳送后臺服務器。UWB基站和UWB標簽將車輛位置數據傳送給后臺服務器，用于車輛位置的實時定位。后臺服務器會根據車位信息和解算出的車輛位置信息共享到客戶端APP，還可以利用ArcGis系統(tǒng)平臺進行網絡分析，提供車場內最佳車位導航路線，以及根據客戶操作要求提供相應實時計算數據。當某一車位為“已預訂”狀態(tài)時，對應車位的車位鎖抬起，只有預訂車主通過客戶端APP或者車場管理者可以打開。

圖3 硬件布局圖

4 結語

本文提出基于UWB技術的地下車庫車輛定位方案，在車庫所有車位區(qū)域內至少保證有3個UWB基站能夠接收UWB標簽發(fā)射的信號。后臺服務器采用TDOA方法將接收到的基站信號解算出車輛坐標信息。再根據車位感測器獲得的車位狀態(tài)信息和客戶端APP的請求數據，綜合給出合理的車場內車位導航路線?；赨WB的定位方案能夠有效提高的定位精度和時效性，為智慧停車場實現(xiàn)反向尋車、車位圖形展示等功能提供了技術保障。