基于UWB的地下停車場車輛定位系統(tǒng)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(fā)展也起到了一定的作用。并且隨著現代社會的發(fā)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(qū)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(tǒng)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(tǒng)的建設和發(fā)展

在當前地下停車場建設中，選擇使用UWB（超寬帶）定位系統(tǒng)，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(huán)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(tǒng)設計當中。

2 基于UWB定位系統(tǒng)地下停車場車輛定位系統(tǒng)設計

UWB定位系統(tǒng)能夠在較為封閉的環(huán)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(tǒng)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(tǒng)地下停車場車輛定位系統(tǒng)設計的具體總結。

■2.1 UWB地下停車定位系統(tǒng)的整體模塊設計

UWB地下停車場車輛定位系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(tǒng)中各組織框架。

在UWB地下停車場車輛定位系統(tǒng)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(tǒng)工作運行更有效率。首先，UWB地下停車場車輛定位系統(tǒng)的定位功能是其應用過程中的重要系統(tǒng)，在其具體應用的過程中，定位系統(tǒng)的核心工作組件是系統(tǒng)內部的標簽節(jié)點。其次，在系統(tǒng)進行導航的過程中，其主要是汽車停車場內的標簽節(jié)點發(fā)揮作用，在上位機系統(tǒng)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(jié)點測量信息傳輸到上位機系統(tǒng)當中，上位機系統(tǒng)當中利用內部距離計算系統(tǒng)進行實際的計算，通過計算位置和距離信息，保證系統(tǒng)定位系統(tǒng)能夠對汽車進行和定位和最近錨節(jié)點位置信息導航。

圖1 地下停車場車輛UWB定位系統(tǒng)框架圖

■2.2 UWB地下停車場車輛測距定位系統(tǒng)

UWB地下停車場車輛定位設計過程中，錨節(jié)點定位距離測量是非常重要的組成部分，而在實際的系統(tǒng)設計中，應該注重對系統(tǒng)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(xié)議設計中采用了IEEE 802.15.4-2011 網絡協(xié)議，通過網絡協(xié)議的設定保證系統(tǒng)工作運行更加有效。在實際的系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)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(tǒng)中的錨節(jié)點數顯發(fā)送廣播信息到標簽節(jié)點，并記錄相關時間。其次，在實際的系統(tǒng)使用中，從標簽節(jié)點發(fā)送到廣播信息送到錨節(jié)點，也同時計算時間。而通過標簽節(jié)點和錨節(jié)點信息發(fā)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(jié)點到錨節(jié)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(tǒng)工作過程中的重要模塊，對于系統(tǒng)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(tǒng)中，其系統(tǒng)工作模塊主要采用UWB無線收發(fā)模塊作為系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)現，DWM1000模塊系統(tǒng)中主要包括有模擬接收裝置模塊、模擬發(fā)射裝置模塊、核心芯片模塊、電源系統(tǒng)模塊、SPI通信接口設計，POL和PHA系統(tǒng)控制設計，保證系統(tǒng)設計應用能夠更加高效。從而保證系統(tǒng)能夠更加高效的完成工作運行。在實際的系統(tǒng)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(tǒng)的良好工作運行。

（3）UWB錨節(jié)點幾何優(yōu)化布局

圖2 DWM1000模塊內部組成結構圖

UWB錨節(jié)點幾何優(yōu)化布局也是系統(tǒng)建設過程中的重要組成部分，直接關系到系統(tǒng)的工作運行質量，保證系統(tǒng)運行能夠更加高效。而在實際的UWB錨節(jié)點幾何布局過程中，應該根據停車場的建設面積完成系統(tǒng)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(tǒng)定位過程中，UWB錨節(jié)點為固定位置，而實際的標簽節(jié)點是移動性，所以在具體錨節(jié)點布局規(guī)劃過程中應該保證錨節(jié)點布局后能夠覆蓋標簽節(jié)點在整個系統(tǒng)當中的錨點位置，保證標簽節(jié)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(jié)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(jié)點設計能夠符合案例停車場的優(yōu)化設計。圖3為具體的錨節(jié)點配置結構圖。根據圖3所示，錨節(jié)點選擇正六邊結合圖形，并選擇正六邊形的定點作為錨節(jié)點設計，保證其能夠覆蓋標簽節(jié)點的移動路徑，實現定位優(yōu)化精準。

3 停車場定位系統(tǒng)實際試驗測試分析

本文為了研究設計停車場UWB定位系統(tǒng)的實際功能性，在當前汽車定位系統(tǒng)工作中，進行了實際的系統(tǒng)測試。測試中選擇在某地下停車場內部設計12個錨節(jié)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(tǒng)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(jié)點布局規(guī)劃圖

4 結束語

通過本次UWB的地下停車場車輛定位系統(tǒng)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(tǒng)設計有所幫助。