室內停車場車輛定位及導航系統的設計

謝宏蘭

摘要：近年來，各種地圖導航應用的出現，大大便利了人們的生活。隨著室外定位技術的成熟，人們對室內定位的需求也正在逐漸增加。在室內停車場中，由于車位眾多，地形復雜，時常出現車主在尋找車輛時，無法確認位置，從而浪費大量時間的情況。室內停車場車輛定位及導航能為車主提供一個室內導航的幫助，使得車主在該應用的幫助下能快速找到自己的車輛，節省了車主的時間。本系統的主要應用場景為室內停車場，主要用于在室內對人員和車輛進行定位，方便人們在復雜的室內停車場環境下快速地找到自己的車輛。

關鍵詞：定位;導航;室內停車場

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0219-02

1前言

現如今，越來越多的人擁有了自己的汽車，汽車已經成為人們出行的主要方式之一，使人們的出行生活變得更加方便，快捷。但人們自己開車出行就必須面臨停車的問題，車主們時常遇到找不到停車場，車位不足，車位收費價格不合理等眾多問題，停車已經成為廣大車主的一大難題。車主們不僅在停車時會遇到問題，取車時，車主們也會遇到各種各樣的困難。隨著停車場的逐漸規范化，越來越多的停車場轉移到了室內空間。然而，室內空間環境復雜，為車主找車帶來了困難。一方面，各位車主難以準確的記住自己車的位置。另一方面，車主即使能夠記住，而在復雜的室內環境下，車主也難以準確判斷出自己的當前位置，更無法快速準確地找到自己的車輛。本文旨在建立一個室內停車場車輛定位及導航系統，解決廣大車主停車難的問題，為人們的出行生活帶來便利。

2系統概述

本文設計的室內停車場車輛定位及導航系統主要完成如下功能：

1）方便車主停車：在停車時，為車主提供附近停車場信息，車位數量，收費標準等，供車主選擇，讓車主能夠找到合適的停車場，停放車輛。

2）方便車主尋找車輛：在車主尋找車輛時，系統提供位置確定和路徑導航服務，幫助車主快速找到自己的車輛，節省車主的時間。

3）停車場信息展示：在用戶需要停車時，為用戶展示停車場的詳細信息，包括實時車位數，收費標準，停車場樓層信息，及停車場地圖等，供用戶選擇。

4）停車位記錄：當車主停好車后，根據停車場地圖選擇自己的停車位，并將信息保存在手機中，以便找車時使用。

5）室內定位：找車時，當車主進入停車場后，接收到WiFi信號，根據WiFi的信號強度（WiFi值）計算出距離，實現定位。

6）路徑導航：以定位結果為起點，以記錄的停車位為終點，運用廣度優先遍歷算法，計算出最短路徑，為車主提供路徑導航。

本系統設計中，采用了Client/Server架構，通過合理分配任務到客戶端和服務端，降低系統的通訊開銷，客戶端需要安裝相應軟件才可進行管理操作，系統架構如圖1所示。

在本系統中，使用MySQL數據庫存儲停車場數據，服務端用Struts2框架搭建，使用JDBC技術連接MySQL數據庫，主要實現與客戶端進行停車場數據傳輸的功能。Android客戶端通過HttpURLConnection技術實現訪問服務端，獲取停車場的數據信息，之后根據相應的停車場信息和接收到的WiFi熱點信息，進行計算，實現定位功能。系統中的WiFi熱點需要設置在停車場的固定位點，并記錄在數據庫中，在數據傳輸時，發送至Android客戶端，便于進行定位運算。

本系統主要分為兩個工作流程，停車操作和找車操作。在停車過程中主要實現停車場信息展示和車位記錄的功能，在找車過程中主要實現室內定位和路徑導航的功能。在停車過程中，客戶端會先展示數據庫中的停車場的基本信息，在用戶點擊選擇后，進入查看該停車場的詳細信息，并顯示該停車場的具體樓層。在用戶選擇樓層后，即進入相應的停車場地圖，地圖上會顯示車位分布及狀態等，在車主停好車后，選擇相應車位，經系統驗證后，車位信息則被記錄在本地，完成停車過程。在找車過程中，系統會先檢查是否有停車位記錄，當系統有停車位記錄時，跳轉至找車界面，用戶開啟定位后，系統根據接收到的WiFi熱點信息，計算出當前位置，系統加載相應樓層地圖并顯示出當前位置，完成定位功能。之后，用戶點擊路徑顯示后，系統根據當前位置和車位記錄，使用廣度優先遍歷計算出最短路徑，實現路徑導航的功能。考慮到系統的實用性，添加了部分實用功能。在停車和找車時，都加入了常用地圖應用（高德地圖，百度地圖）軟件的跳轉功能，便于車主找到停車場。同時，還加入了實時車位的功能，停車或找車操作完成后，相應車位狀態發生改變。在找車過程還加入了路徑信息詳情的功能，根據路徑計算出相應距離及方向，更加方便車主找車。

3地圖數據設計及定位導航原理

室內停車場車輛定位及導航系統需要進行定位操作，所以需要繪制地圖，設計地圖數據結構等相關操作，良好的地圖數據結構是完成定位導航功能的基礎。在本系統的開發過程中，地圖在Eclipse中進行繪制，使用Java語言，運用Bufferedlmage和Graphics相關技術進行地圖的繪制，繪制完成后再將內容生成圖片，寫入文件即可。地圖的數據結構設計則相對于較為復雜，需要考慮到定位和導航功能等的實現。地圖設計中，需要對地圖建立坐標系，即X（橫坐標）和Y（縱坐標），同時考慮到減少數據傳輸，建立Point類，有x，y和id 3個屬性，x，y分別表示橫縱坐標，id則為坐標轉換后的數據，在數據庫和數據傳輸過程中，只有id屬性，具體運算時再還原為相應坐標，減少數據存儲和傳輸。通過Point類的建立，地圖中每個點則都有對應的數據表示。之后，即可將具體車位位置，WiFi熱點位置，電梯位置等與相應位點進行對應，也可將定位結果顯示在地圖上。

此時，雖然已經完成定位功能，但路徑導航的實現，還需要其他規則。在系統中，定義roadpoint為路徑遍歷點，endpoint路徑遍歷端點，在進行路徑導航時，先計算出起點和終點對應的最近的路徑遍歷點，再以這兩個遍歷點為起點和終點，運用廣度優先遍歷算法即可找出最短路徑，遍歷結束后再進行回溯，找出路徑的各個關鍵點（包括起點，起點對應的遍歷點，遍歷過程中的路徑端點，終點對應的遍歷點，終點），將各個關鍵點按順序連接，即可找出最短路徑，顯示在地圖上，實現路徑導航功能。圖示如下：

如圖2，圖中黑色點p1，p2，p3，p4，p5，p6即為endpoint路徑遍歷端點，藍色線上的點（包括黑色點）即為roadpoint為路徑遍歷點。如圖3，圖中黑色點即為路徑關鍵點，令pl為起點，p7為終點，則p2為起點對應的路徑遍歷點，p6為終點對應的路徑遍歷點，p3，p4，p5即為遍歷過程中的路徑端點。將路徑關鍵點依次連接，即可得到最短路徑（藍色直線）。

4停車流程設計

本系統的停車流程如圖4所示。首先，用戶在點擊停車后，跳轉至停車場選擇頁面，界面UI主要由一個ListView構成，應用從服務器獲得停車場名和實時車位信息，并顯示在界面上，供用戶選擇。待用戶點擊選擇停車場后，進入樓層選擇頁面，此界面UI由TextView，ImageButton和ListView構成，Text-View用于顯示停車場詳細信息，ImageButton用于提供按鈕跳轉第三方地圖應用導航至該停車場，ListView則用于顯示樓層和各個樓層的車位數量。當用戶點擊選擇樓層后，進入停車位選擇頁面，此界面UI主要由ImageView，Spinner和Button構成，ImageView用于顯示地圖，Spinner列表選擇框供用戶選擇停車位，Button進行停車位確定記錄操作，車位記錄使用SharedPref-erences完成，同時為便于找車過程，還會將需要的停車場信息也記錄。停車流程的每個頁面都需要進行網絡通信，從服務端獲取停車場數據，同時還要完成地圖下載的功能。

5找車流程設計

本系統的找車流程如圖5所示。在用戶點擊找車后，系統會根據SharedPreferences中的信息先判斷是否有停車位記錄，如果沒有，則會顯示Toast提示信息。如果有車位記錄則會彈出一個PopupMenu，提供進入停車場和導航至停車場兩個選擇。在用戶選擇點擊進入停車場后，正式進入找車流程。在此頁面中有查看車位信息，開始定位，顯示路徑和導航詳情四個功能，UI界面中主要使用了Button，ImageView和AlertDialog三個控件。在用戶點擊查看車位信息后，系統取出找車流程中用SharedPreferences記錄的停車位信息，并彈出一個AlertDialog顯示給用戶。

6小結

本室內停車場車輛定位及導航系統對整個停車過程和找車過程涉及的功能都進行了設計，且對系統的核心功能定位導航，也都較好的設計了。整個應用界面簡潔、美觀、操作方便、意義明確，給用戶提供良好的人機交互體驗。同時，在用戶進行誤操作或進行敏感操作時，給予相應的提示信息，給出相應提示及確認操作，確保系統安全性。