基于UWB的地下停車場車輛定位系統設計與實現

周偉江

（同致電子科技（廈門）有限公司，福建廈門，361006）

汽車是當前社會交通運行中非常重要的代步工具，對于現代社會運行和發展也起到了一定的作用。并且隨著現代社會的發展，汽車車輛逐漸增加，為了滿足汽車車輛停位，在商場、建筑住宅區以及公共設施周邊都設置有大型地下停車場，而在現代化停車場建設中，車輛定位系統的建設和使用極為關鍵，對于停車場服務效率提升有重要的作用。

1 停車場車輛定位系統的建設和發展

在當前地下停車場建設中，選擇使用UWB（超寬帶）定位系統，UWB定位技術研究采用頻譜帶寬信號進行實際的信息交流傳達，并實現了地下環境內的信息高效傳達，解決了GPS技術應用中定位偏差以及信息傳播效率較差的問題。根據多次試驗檢測證明，UWB技術可以實現多層掌握之間的距離測定和位置測定，非常適合應用于現代化停車場定位系統設計當中。

2 基于UWB定位系統地下停車場車輛定位系統設計

UWB定位系統能夠在較為封閉的環境下實現定位以及定位信息傳達，所以在現代化地下停車場定位系統研究的過程中，相關專家開始研究利用地下UWB技術在地下停車場當中應用，保證停車應用更加高效。

以下是本文筆者進行基于UWB定位系統地下停車場車輛定位系統設計的具體總結。

■2.1 UWB地下停車定位系統的整體模塊設計

UWB地下停車場車輛定位系統設計，其設計目標是為了實現停車場的汽車車輛定位，從而實現地下停車場的高效率運行。而在實際的UWB地下停車定位系統設計中，其主要包括有手機智能終端模塊、上位機和無線網絡模塊以及標簽節點模塊等共同組成，通過各部分模塊的良好設計，保證地下停車定位系統工作運行能夠更加高效。圖1為地下停車場車輛UWB定位系統中各組織框架。

在UWB地下停車場車輛定位系統設計的過程中，其設計功能主要包括有定位功能以及導航功能兩大模塊，保證系統工作運行更有效率。首先，UWB地下停車場車輛定位系統的定位功能是其應用過程中的重要系統，在其具體應用的過程中，定位系統的核心工作組件是系統內部的標簽節點。其次，在系統進行導航的過程中，其主要是汽車停車場內的標簽節點發揮作用，在上位機系統獲取汽車數據后，同時對停車場內部的標簽信息進行采集，并使停車場內部最近的三個錨節點測量信息傳輸到上位機系統當中，上位機系統當中利用內部距離計算系統進行實際的計算，通過計算位置和距離信息，保證系統定位系統能夠對汽車進行和定位和最近錨節點位置信息導航。

圖1 地下停車場車輛UWB定位系統框架圖

■2.2 UWB地下停車場車輛測距定位系統

UWB地下停車場車輛定位設計過程中，錨節點定位距離測量是非常重要的組成部分，而在實際的系統設計中，應該注重對系統的測距定位方法進行設計。在本文研究的UWB地下停車場車輛定位設計過程中，去設計的無線傳輸模塊為DWM1000，而為了保證實際的工作運行中網絡傳輸良好，在我具體網絡協議設計中采用了IEEE 802.15.4-2011 網絡協議，通過網絡協議的設定保證系統工作運行更加有效。在實際的系統運行中，DWM1000是距離測定的重要組成部分，直接關系到距離測定的質量，對于其工作效率也有非常重要的作用。采用DWM1000無線測距系統的測距距離達到300m左右，其理論最大測距精度可以達到±10cm，其測距距離可以滿足現代大中型停車場的需求，同時其精度也符合定位要求，以下是對UWB測距模塊進行的具體分析。

（1）測距定位方法的設計

在本文研究中使用到的DWM1000無線傳輸采用TDOA方法進行合理定位，TDOA方法方法定位是指實際的定位中，考慮到定位點到各參照點的時間。在實際的標簽節點定位過程中，選擇使用到TDOA雙向距離測定。具體測定中，由系統中的錨節點數顯發送廣播信息到標簽節點，并記錄相關時間。其次，在實際的系統使用中，從標簽節點發送到廣播信息送到錨節點，也同時計算時間。而通過標簽節點和錨節點信息發送時間可以準確的計算出，廣播信息的傳播時間，而通過廣播信息的傳播速度就可以準確的計算出實際距離，測量出標簽節點到錨節點的傳輸距離。

（2）UWB定位模塊通信接口

UWB定位模塊通信接口模塊，也是系統工作過程中的重要模塊，對于系統工作運行起到了非常關鍵的作用。在本文研究的DWM1000無線傳輸系統中，其系統工作模塊主要采用UWB無線收發模塊作為系統的信息傳輸模塊，而在其通信結構設計中，選擇是應用SPI接口設計。保證了系統工作效率更加高效。圖2 為DWM1000模塊內部組成結構圖。從圖2中可以發現，DWM1000模塊系統中主要包括有模擬接收裝置模塊、模擬發射裝置模塊、核心芯片模塊、電源系統模塊、SPI通信接口設計，POL和PHA系統控制設計，保證系統設計應用能夠更加高效。從而保證系統能夠更加高效的完成工作運行。在實際的系統操作中，SPI接口模塊，實現了W1000模塊傳輸初始化、配置和測距數據，并同時實現了系統的良好工作運行。

（3）UWB錨節點幾何優化布局

圖2 DWM1000模塊內部組成結構圖

UWB錨節點幾何優化布局也是系統建設過程中的重要組成部分，直接關系到系統的工作運行質量，保證系統運行能夠更加高效。而在實際的UWB錨節點幾何布局過程中，應該根據停車場的建設面積完成系統的合理布局。本次試驗設計中選擇設計停車場面積為3511.68m2，其中停車場長度和寬度分別設置為94.4m以及37.2m，該停車場站內設置有103個停車位置。而在實際的系統定位過程中，UWB錨節點為固定位置，而實際的標簽節點是移動性，所以在具體錨節點布局規劃過程中應該保證錨節點布局后能夠覆蓋標簽節點在整個系統當中的錨點位置，保證標簽節點的實際的定位測量能夠更加精準。而在幾何布局的過程中，一般可以選擇正多變形方式進行錨節點設計，如三角形以及正六邊形等，根據有實際的停車場面積而定。而在本次研究過程中，選擇使用正六邊形進行錨節點設計能夠符合案例停車場的優化設計。圖3為具體的錨節點配置結構圖。根據圖3所示，錨節點選擇正六邊結合圖形，并選擇正六邊形的定點作為錨節點設計，保證其能夠覆蓋標簽節點的移動路徑，實現定位優化精準。

3 停車場定位系統實際試驗測試分析

本文為了研究設計停車場UWB定位系統的實際功能性，在當前汽車定位系統工作中，進行了實際的系統測試。測試中選擇在某地下停車場內部設計12個錨節點，其具體布置圖如圖4所示。試驗中對設計使用的DWM1000的測距性能進行試驗檢測，檢測中選擇使用DWM1000檢測以及激光測距兩種方法檢測，并進行合理的數據對比。在實際的試驗測試中，選擇進行就試驗數據對比，其中9次試驗中，UWB定位系統的測距與激光測距的最大差距為0.72m作用，從汽車停車寬度設計而言，不到一個停車為距離，其定位精度在接受范圍之內。另外，在試驗檢測過程中，還針對定位性能進行測試，在車速為5km/h情況下，其車輛定位足夠精準。

圖4 試驗中停車場錨節點布局規劃圖

4 結束語

通過本次UWB的地下停車場車輛定位系統設計定位以及測距都非常有效。希望本文能夠對UWB的地下停車場車輛定位系統設計有所幫助。