室內停車場停車導航系統的方案設計

廖世芳 杜快樂 趙玉梅 易家偉 吳芳芳 潘育萌 楊豪

摘要：目前，常常用于定位服務的技術大多數都是基于全球定位系統，但這種技術一般只適合于室外定位，但是隨著社會的發展，室內定位的問題也變的越來越迫切，而目前提供室內定位的應用相對較少且布設成本過高，所以本課題主要是研究一種簡單而有效的室內導航系統，使其能利用智能手機掃描二維碼獲取精確的用戶室內位置，并結合地下停車場對其定位的精度進行驗證。

Abstract： At present， most of the technologies often used for location services are based on global positioning systems， but this technology is generally only suitable for outdoor positioning， but with the development of society， the problem of indoor positioning has become more and more urgent. At present， there are relatively few applications for indoor positioning and the cost of deployment is too high. Therefore， this topic mainly studies a simple and effective indoor navigation system， which can obtain an accurate user's indoor location through a smart phone scanning a two-dimensional code， and combines with the underground parking lot to verify the accuracy of its positioning.

關鍵詞：室內定位;二維碼;智能手機;地下停車場

Key words： indoor positioning;two-dimensional code;smart phone;underground parking lot

中圖分類號：P228.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）07-0162-03

0 ?引言

近幾年來，GPS在室外導航的應用發展越來越成熟了，因此衍生了像谷歌地圖、百度地圖、高德地圖等一系列定位導航軟件[1]。然而，在室外導航技術漸漸趨于成熟化時，室內導航并沒有得到其應有的發展。隨著人類需求的增加，各種內部結構復雜的建筑正逐步占據城市中心，人們往往在到達建筑外部后不知道如何準確到達建筑內部的某個具體點。利用傳統的路標或人工指引顯然已不能滿足人們對快速定位和尋徑的需要，室內導航具有極強的發展前景[2]。隨著越來越多超大規模停車場的建設，方便快速找到停車場中自己汽車的需求越來越大，對于一種價格合理，安裝簡單，方便操作的室內定位系統已經是許多人迫切需要的。

主要是研究一種簡單而有效的室內定位系統，使其能利用智能手機掃描二維碼獲取精確的用戶室內位置，意圖是在幫助車主或者用戶在大型停車場能夠快速準確的找到自己的停車位置。

1 ?基于二維碼室內停車場定位系統的可行性分析

1.1 室內定位技術應用現狀和不足

傳統定位技術通常用于室外，室內定位技術使得它又得到了發展，開辟了一片新的應用領域，現有的室內定位技術有Wi-Fi、藍牙、傳感器、紅外線等，定位精度不等，但都有一些不足之處，概況起來為：1）在室內進行定位，室內環境對定位還是有很大的影響的，因為室內環境復雜，結構緊湊，有許多的墻壁對信號遮擋，而且室內的干擾源比室外要多很多，精度會略有下降，并且定位也會有一些波動;2）室內的環境有時候無法獲得，這會造成定位困難或者定位出現偏差;3）室內定位的成本以及建成以后的維護成本都比較高，這樣就會造成用戶的使用價格增高，是推廣道路上很大的阻礙[3];4）信號的覆蓋不能面面俱到，當下技術還不能做到室內任何一個角落都有信號。他們這些固有的性質對室內定位系統的開發是很大的一個絆腳石，但他們這些固有的屬性很難改變。

1.2 可行性分析

二維碼技術是一種集信息編碼、信息傳輸、圖像處理和數據加密于一體的新型條碼技術。當今社會，二維碼技術應用越來越成熟，越來越多的領域開始使用二維碼，在許多國家，包括中國，在許多領域發揮著重要的作用[4]。普通的條形碼正確率通常為98%，二維碼的正確率非常高，可以達到99.9%。安全性好：如果二維碼信息需要保密，可以對其進行加密處理，具有很好的保密性和防偽性。作成本比較低，而且制作起來也很容易，可以保持長期清晰的存在。通過二維碼來進行室內定位的地下停車場，可以在各個區域的關鍵醒目位置布設二維碼，并將相應的具體位置等信息存入位于該點的二維碼中，在停車場無線局域網環境下，當使用者進入停車場以后，掃描身邊的二維碼，便可以從數據庫中獲得如何從剛才所掃描的二維碼位置到自己停車的那個二維碼位置，這樣就可以找到自己的車輛了。

2 ?基于二維碼室內停車場導航系統的方案設計

2.1 系統構建

整個系統組成主要是由二維碼識別、車位定位、路線導航這三個模塊（如圖1）。進行導航過程時，如果車主對自己現在所處與的地理位置產生疑問，可重復上述過程，重新掃描附近新的二維碼并獲取最新位置和路徑信息[5]。

室內停車場二維碼定位系統可以分成兩個部分：一部分是定位功能;另一部分導航功能。導航的準確取決于定位的精度。定位系統的功能主要包括：在使用者完成自己的事情，回到停車場準備尋找自己的車輛時，用戶使用手機掃描就近柱子等特定位置上的二維碼，以便準確獲取自己目前所在地理位置。

2.2 設計室內平面圖

首先進行平面圖的測量工作，再應用autocad軟件進行室內停車場的繪制。

2.2.1 測量工作

用全站儀進行坐標測量。

①先設定測站點的三維坐標。

②設定后視點的坐標或設定后視方向的水平度盤讀數為其方位角。當設定后視點的坐標時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設定后視方向的水平度盤讀數為其方位角[6]。

③設置棱鏡常數。

④設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。

⑤量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。

⑥照準目標棱鏡，按坐標測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標[7]。

2.2.2 繪圖工作

將數據導入cad中，進行平面圖的繪制（如圖2）。

2.3 二維碼生成

二維碼的生成就是運用二維碼生成器（如圖3），首先將停車場車位的各種信息，例如車位區域、車位照片、車位地理坐標、車位編號、等進行采集，也對停車場的樓梯口，電梯口，出入口進行信息采集，然后把這些信息通過一系列處理，利用編碼軟件生成帶有信息的二維碼圖像，使用相關的設備將二維碼打印出來，然后就可以在相應的車位進行粘貼了，以便以后進行識別讀取[8]。

2.4 室內導航系統設計

通過在ArcGis中的網絡分析，能夠得到最佳的導航路（如圖4）。網絡分析能夠創建網絡數據集，并在此基礎上進行各式各樣的網絡分析。它由四部分組成，分別為：

①創建網絡數據集的向導（在ArcCatalog中）。

②網絡分析窗口（在ArcMap中）。

③網絡分析工具條（在ArcMap中）。

④ArcToolbox中的大量Geoprocessing工具。創建網絡數據集向導能夠引導你怎樣在GDB的要素中進行網絡數據集的配置，利用shapefile數據對其進行設置也可以[9]。在這個過程中，可以對要素所扮演的角色進行規定，例如源頭在哪里，對網絡中的連通性進行制定，讀取網絡屬性等等。網絡分析窗口對輸入的數據和最終分析結果進行管理，能夠顯示諸如barriers，stops和routes等對象。網絡分析工具條和常用的軟件工具欄別無他樣，都是一些菜單和按鈕聚集在一起構成了工具欄，可以進行一些操作，比如對網絡地址的增減以及改變，方向的生成，對網絡要素進行識別，創建網絡以及執行基于網絡數據集的各種分析網絡分析擴展模塊也可以創建和使用ArcMap中的圖層，包括網絡數據集圖層和網絡分析圖層[9]。

最佳的路徑確定方法如下：

①打開數據集，以便于進行網絡分析;

②在工具欄中找到“分析”，然后選擇里邊的“網絡分析”，找到“環境設置”，點擊，彈出設置窗口，對相關的參數進行一些設置;

③新建一個最佳路徑追蹤分析的實例。在“網絡分析”中尋找“最短路徑追蹤分析”項，進行創建操作，成功以后會有實例管理窗口彈出來;

④在剛才彈出來的管理窗口點擊“參數設置”，進行一系列相關參數的設置;

⑤在活動的網絡圖層中添加結點或者弧段。依據第四部的要素類型以及分析類型，對起始結點、結束點或者起始弧段、起始弧段進行添加。結點的添加使用鼠標或者導入兩種方式都可以實現。但是弧段不可以用導入的方式進行添加了;

⑥做完上述準備工作以后，就可以對案例進行執行了，點擊“網絡分析”中的“執行”按鈕，就可以進行分析了。也可以通過實例管理窗口中的“執行”按鈕實現執行分析的任務。分析結果一出來就立馬顯示到了地圖中。結果也可以存儲在數據庫中，這樣以后再使用的話直接調出來就可以了，極大的提高了效率。

2.5 應用

當車主駛入地下停車場，停好車準備離開時，為了方便回來時找到車輛所在位置，保存距離該車位最近的二維碼，車主返回停車場找車時，從樓梯口或者電梯口到達地下停車場，可以使用手機上的app掃描離自己最近位置的二維碼來獲取當前位置，因為之前停車時已保存車位的二維碼，兩次二維碼掃描過后在地圖上得到最短路徑，通過此種方式我們便可以順利找到車所在的位置（如圖5）。

3 ?總結

隨著私人車輛的增多，停車場也逐漸增多，使用頻率也快速上升，停車場的綜合功能也要隨著提高，對停車場的管理也要更加合理。二維碼室內停車定位系統意圖是在幫助車主或者用戶在大型停車場能夠快速準確的找到自己的停車位置。大型停車場各個車位極其形似，在地下停車場也很容易迷失方向，這樣就會造成很大的時間浪費，也很有可能為此耽誤了正常事務，二維碼室內停車導航系統能夠很好地解決這個問題，讓用戶根據定位方便的找到自己的車輛，極大的提高了效率，節省了找車的時間，避免了以往對停車場不熟悉，只能靠運氣來找到自己車輛的弊端，車主快速的找到自己的車輛并駛離停車場，加大了停車場的使用率，顧客也得到了滿意的體驗感。

參考文獻：

[1]許國昌.GPS理論、算法與應用[M].北京：清華大學出版社，2011：2-5.

[2]劉虎林，閆浩文，劉濤.空間數據變化檢測研究進展[J].測繪與空間地理信息，2014（9）：25-28.

[3]阮陵，張翎，許越等.室內定位分類、方法與應用綜述[J].地理信息世界，2015，22（2）：8-14.

[4]楊軍，劉艷，杜彥蕊.關于二維碼的研究和應用[J].應用科技，2002，29（11）：11-13.

[5]王駿飛，周廷剛，沈敬偉，等.基于二維碼和空間數據庫的室內定位導航方法研究與實現.

[6]王萬青.全站儀在房建中的應用[D].汕頭：廣東省汕頭市國土房產測繪大隊，2009.

[7]李艷.淺談全站儀在測繪中的應用[J].科學之友，2010（23）：16-17.

[8]李偉.二維條碼（DataMatrix）圖像處理及識別[D].北京：中國地質大學，2008.

[9]馮德程.ArcGIS在安全生產監管系統中的應用研究[D].上海：東華大學，2013.