一种基于WiFi的智能泊车及找回的系统与方法与流程

【技术领域】

本发明涉及一种基于wifi的智能泊车及找回的系统与方法。

背景技术：

随着社会发展，人们的生活水平提高。汽车作为一种便捷交通工具进入了千家万户。但是人们在开车外观购物、办事等等时，却面临找停车位难的问题。有时候好不容易找到了停车位，但是现在的停车场又分多层，导致拿车时，又由于停车场较大，一时找不到自己的汽车。例如当驾车去大型超市大润发或沃尔玛时，大润发的停车场就像一个“非”字易进出；而沃尔玛的地下停车场就像迷宫一样，因此存在找车难的问题。而针对上述问题，传统的解决方案有如下几种情况：

1.车位探测指引模式(偏于泊车)。这种是当前以昆明王府井、万达广场等为代表的运用最广泛的解决方案，它通过在出入口自动识别车牌照计时收费，在停车场架设空车及停车探测指示系统指引停车，特点有以下4点：

(1)在整个停车场敷设吊顶桥架布置电源线、信号线，关键技术核心是在每个车位的正上方安装距离探测器(用超声波或红外线)，车位前方廊道上空设置红绿灯(空闲时为绿灯)。如果有车辆停入，则探测到距离小于预设值并触发信号输出，该信号通过信号线传送变绿灯为红灯，表示该处无车位。

(2)效果很有限，也就只减轻了司机眼前十几米或几十米的查找动作。

(3)可能只解决了司机全环节需求的约10％的问题。

(4)工程及设备投资巨大，管理维护困难(高架作业)。

2.显示器指引模式(偏于找回)。在停车场墙上安装若干个显示器(带读卡器)，车辆入场后领取一张ic卡，停好车后就近找个显示器刷卡以记录大概停车位置；返回时则可以在任一屏幕处刷卡以显示车辆位置导航图。但记性不好或运气不佳时要刷多处。

3.parking+系统。这个系统国外用得比较多一点，它的定位技术基于gps,用途限于找回车辆，特点主要有以下3点：

(1)要求车辆必须有gps定位系统并开启。

(2)适用露天停车场，室内或地下停车场不行。

(3)误差很大(10米以上)。

4.zigbee手持显示器定位模式(偏于泊车)。需要在停车场内安装许多的信号发射源及建立车位数据库系统，车辆入场后管理员要给每车发一台信号机用闪烁亮点显示车头与空车位两者间距离远近关系(就像电影《碟中谍4》的追踪场景)，出场时要把信号机交回去，它的主要特点如下：

(1)定位极精确，可以达到厘米级别。

(2)局部方便停车指引，但没有其他功能。

(3)功能扩展性差，未见实际商业运用。

(4)使用、管理不便，系统造价昂贵。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于wifi的智能泊车及找回的系统与方法。

本发明所述的一种基于wifi的智能泊车及找回的系统与方法，它采用如下的技术方案：

步骤一：移动中的车辆，使用具有wifi功能的智能手机来进行定位；其步骤如下：

3)rssi定义说明：其意思为：接收的信号强度指示，表示手机扫描到的路由器(ap)wifi信号强度，它与手机和路由器之间的距离l存在数学关系：

rssi＝-(10nlog10d+a)

式中，n为信号衰减因子，一般取值2～4；d为的距离，单位为米；a为待测点与基准点之间距离为1米时测得的rssi值；

4)在停车场安装若干无线路由器，组成无线信号网；

3)根据手机检测到的固定wifi信号源的rssi值，代入公式得到终端与信号源之间的距离，然后运用三角定位法计算并修正后，得出该终端在此时刻的位置；

其中：公式如下：

式中各个变量定义，参见参考文献中《基于+wifi+无限区域定位精确度影响因子研究》。

其中：三角定位方法如下：

i.测出与三个固定信号源的距离后，实际位置必然就处于三个信号圆环相交的区域内；每个圆环是信号源为中心形成的信号圈；三个信号圆环相交区域即为实际位置区域；该区域的最大值可近似为边长为4米的正方形；根据同向误差原则，待测位置应该位于正方形中心；用这个三角定位方法校正后位置理论精度误差约2米固定信号源的距离后，实际位置必然就处于三个圆环相交的区域内；

步骤二：步骤一中的2)中的无线信号网组建，采用如下步骤：

2)固定wifi路由器信号源阵列中两两ap之间距离小于40米，目的是为保证待测点信号强度；

2)每相邻三个路由器空间位置垂直投影为等边三角形；

3)测定rssi值：由步骤一中的3)中的公式进行计算得到相关数据；

步骤三：针对步骤一、步骤二出现误差，其处理方法采用如下步骤：

2)单位时间采样周期rssi误差校正：

由于某一空间点测得的每秒rssi值存在波动，因此，要进行多次采样后求取平均值。每次时间周期开始，扫描wifi信号源，从得到的列表(按强度降序排列)中取前4个信号源的rssi值分别记录，重复操作直到本次周期结束；去掉波动幅度最大、最小的数据后取算术平均值，根据这个值来计算距离；

2)二次三角定位及交叉同向误差校正：

上述4个信号源每3个一组组合，用三角测距定位法得出中心位置坐标，共得到4个点坐标；以该4个点中最大距离的两点为直径画圆，圆心坐标就是定位值；这样得到的值连续记录成为车辆(智能手机)的运动轨迹；

步骤四：步骤二中的1)中的ap阵列形成，采用如下步骤：

1)ap阵列设计同样根据gps卫星在地球上空的分布规律，所不同的是把运动者和静止者的角色倒了过来：在某个定位的瞬间，可以想象为卫星是不动的，那卫星就有个空间坐标(经纬度)；同样的，路由器也需要坐标，就可以用来定位移动中的车辆(智能手机)；

2)直角坐标系对位置的定义及计算在编程时会有很大的简化作用，因此，设计了整个停车场位于直角坐标系的方法；这样ap的坐标对定位计算就简多了。

3)命名规则：因为路由器ssid可以允许24个字符的长度，为了将来在互联网上的扩展运用不产生冲突，就需要制定ssid取名规则；

其中：ssid取名规则如下：初步设计前8位用来定义商场名字，9、10位表示停车场楼层，接着的4个用来表示横坐标，再后4位表示纵坐标；其余6位备用；

步骤五：移动车辆中的定位用的智能手机与后台数据交换的步骤如下：

移动车辆中定位用的智能手机通过商场停车场wifi(无线信息网)接入网络，ap阵列就像gps卫星的作用，智能手机只要能收到ap的wifi信号进行定位。

采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种基于wifi的智能泊车及找回的系统与方法，它采用在停车场安装由若干无线路由器组成的ap阵列的无线信息网，利用移动车辆中的智能手机进行定位，找寻停车位目标；它具有使用方便，定位快，精确度高，配合导航地图，极大地提高停车泊车找车效率。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明中的单一信号源测距的结构示意图；

图2是本发明中的三个信号源的结构示意图；

图3是本发明中的模拟停车场的结构示意图；

图4是本发明中的坐标系设置的结构示意图；

图5是本发明中的实时测量rssi值及距离的变化的工具示意图；

图6是本发明中的rssi与距离的变化关系的坐标图；

图7是本发明中的停车场置入坐标系全景示意图；

图8是本发明中的停车场叠加ap阵列示意图；

图9是本发明中的停车场车辆通道及方向指引示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1-图9所示，本具体实施方式所述的一种基于wifi的智能泊车及找回的系统与方法，步骤一：移动中的车辆，使用具有wifi功能的智能手机来进行定位；其步骤如下：

5)rssi定义说明：的全拼为receivedsignalstrengthindication，其意思为：接收的信号强度指示，表示手机扫描到的路由器(ap)wifi信号强度，它与手机和路由器之间的距离l存在数学关系：

rssi＝-(10nlog10d+a)

式中，n为信号衰减因子，一般取值2～4；d为的距离，单位为米；a为待测点与基准点之间距离为1米时测得的rssi值；

6)在停车场安装若干无线路由器，组成无线信号网；

3)根据手机检测到的固定wifi信号源的rssi值，代入公式得到终端与信号源之间的距离，然后运用三角定位法计算并修正后，得出该终端在此时刻的位置；

其中：公式如下：

式中各个变量定义，参见参考文献中《基于+wifi+无限区域定位精确度影响因子研究》。

其中：三角定位方法如下：

i.测出与三个固定信号源的距离后，实际位置必然就处于三个信号圆环相交的区域内；每个圆环是信号源为中心形成的信号圈；三个信号圆环相交区域即为实际位置区域；该区域的最大值可近似为边长为4米的正方形；根据同向误差原则，待测位置应该位于正方形中心；用这个三角定位方法校正后位置理论精度误差约2米固定信号源的距离后，实际位置必然就处于三个圆环相交的区域内；

步骤二：步骤一中的2)中的无线信号网组建，采用如下步骤：

3)固定wifi路由器信号源阵列中两两ap之间距离小于40米，目的是为保证待测点信号强度；

2)每相邻三个路由器空间位置垂直投影为等边三角形；

3)测定rssi值：由步骤一中的3)中的公式进行计算得到相关数据；

步骤三：针对步骤一、步骤二出现误差，其处理方法采用如下步骤：

3)单位时间采样周期rssi误差校正：

由于某一空间点测得的每秒rssi值存在波动，因此，要进行多次采样后求取平均值。每次时间周期开始，扫描wifi信号源，从得到的列表(按强度降序排列)中取前4个信号源的rssi值分别记录，重复操作直到本次周期结束；去掉波动幅度最大、最小的数据后取算术平均值，根据这个值来计算距离；

2)二次三角定位及交叉同向误差校正：

上述4个信号源每3个一组组合，用三角测距定位法得出中心位置坐标，共得到4个点坐标；以该4个点中最大距离的两点为直径画圆，圆心坐标就是定位值；这样得到的值连续记录成为车辆(智能手机)的运动轨迹；

步骤四：步骤二中的1)中的ap阵列形成，采用如下步骤：

1)ap阵列设计同样根据gps卫星在地球上空的分布规律，所不同的是把运动者和静止者的角色倒了过来：在某个定位的瞬间，可以想象为卫星是不动的，那卫星就有个空间坐标(经纬度)；同样的，路由器也需要坐标，就可以用来定位移动中的车辆(智能手机)；

2)直角坐标系对位置的定义及计算在编程时会有很大的简化作用，因此，设计了整个停车场位于直角坐标系的方法；这样ap的坐标对定位计算就简多了。

3)命名规则：因为路由器ssid可以允许24个字符的长度，为了将来在互联网上的扩展运用不产生冲突，就需要制定ssid取名规则；

其中：ssid取名规则如下：初步设计前8位用来定义商场名字，9、10位表示停车场楼层，接着的4个用来表示横坐标，再后4位表示纵坐标；其余6位备用；

步骤五：移动车辆中的定位用的智能手机与后台数据交换的步骤如下：

移动车辆中定位用的智能手机通过商场停车场wifi(无线信息网)接入网络，ap阵列就像gps卫星的作用，智能手机只要能收到ap的wifi信号进行定位。

本发明以具体实施例来进行说明：

本设计里陈述的ap是指无线路由器。ap陈列是指在停车场安装若干ap形成的无线路由网络。

停车场中的ap网络的建设如下：

1)如图7所示，把停车场置入坐标系全景示意图；

2)如图8所示，在停车场坐标全景示意图上叠加ap阵列形成ap阵列示意图；

3)如图9所示，建立停车场车辆通道及方向指引示意图；

4)上述1)、2)、3)中形成数据库。

本发明验证测试如下：

智能手机基本上只有安卓及苹果两大系统，对应的软件操作系统分别是android及ios。因其用wifi通讯的原理是一样的，开发环境平台也大致通用，故只用安卓系统的手机来做试验；为避免意外的干扰、反射信号、扰动造成过多的偶然误差，测试场地应尽可能空旷、低洼。按要求测试数据至少要做三组以上；

1)实验设备准备：

(1)路由器(ap)：腾达n300，天线为全向天线。

(2)手机wifi分析仪：华为荣耀。

(3)手机视频记录仪：meizu5。

(4)12v移动电源：市场上购买。

(5)50m标尺：自制。

2)实验场地：找学校的操场模拟停车场；

3)试验办法：

(1)如图4所示，坐标系设置：以运动场中心为坐标系原点，如下图4所示按射线布设50米刻度标尺。

(2)如图5所示，为自制测试工具；使用手机wifi分析仪及录像设备同步实时测量rssi值及距离的变化。

(3)使用(2)中的工具，能连续、直观、数字化的记录rssi与距离的实时同步变化量。

(4)上述(2)中工具的使用方法：位于下面的手机运行wifi分析仪，上面的手机则同时视频记录移动时标尺刻度位置变化和wifi分析仪显示的rssi同步变化值。

4)实验步骤如下：

(1)持wifi分析仪、视频记录仪匀速从原点沿标尺方向走远、返回，重复三次。

(2)更换其他型号路由器重复3步操作。

(3)数据整理：查看视频记录仪视频，记录移动到每个刻度时的rssi值。

(4)根据4项视频填rssi与距离对照表。

5)试验数据记录

(1)原始视频记录：距离(标尺)与rssi对照曲线、视频文件。

(2)填制rssi与距离对照表(见表1)

表1rssi与距离对照表路由器(ap)型号：tendan300

6)实验数据分析方法：

(1)通过对同一路由器的多次测试、不同路由器的横向对比，在个性、共性、稳定性、代表性等方面获取了原始数据供分析。

(2)采用统计学的方差方法对这些数据处理，尝试推导出简单代数表达式来体现rssi与距离的某种线性关系。

(3)由于wifi无线信号的本身的波动性和环境影响及干扰，实验数据的瞬间波动较大，要考虑过滤方法。

7)实验结论：

(1)在没有对数据进行任何处理的情况下，前后每米相邻距离点波动值与两组算数平均值的差小于5db，图6描绘了rssi与距离的变化关系，所有数据在一个通道里波动。

(2)两组连续离开的值一致性较好；返回值则平均差较大，但偏差方向一致。

(3)用统计学的均方差方法对数据处理后，距离/rssi数据曲线处于一个宽度折合约3.4米的通道内，见示意图5中波动线之间的区域。

(4)与众多参考文献指出的约3米的误差范围基本吻合。

(5)引入波动取舍、误差修正方法后，误差范围可以进一步减小。

(6)实际运用中，既可用测得的rssi值通过公式计算距离，也可通过表1的rssi与距离对照表查询距离。

本发明中，通ap阵列的实施，使得能实现自动指引空车位的功能。在实际应用中3～4米的误差基本不影响对车辆前进方向的指引；3～4米的误差在人的视野范围内，故不影响定位的准确。

本发明要说明二个问题，需要手动调整解决：

(1)导航期间的转弯方向指引偏差。这可以通过自动或提示手动重新导航来解决。

(2)到达真实空车位前后左右的偏差。这时的偏差就是向前或向后一个车身长度、向左或向右一个车身宽度，这完全可以凭驾驶员的眼睛来完成修正。

本发明中，具有如下的创新：

1)系统整合的解决方法。把我们现在司空见惯的智能手机、路由器、网络完整的结合在一起，解决了停车场几乎所有环节的需求。显著区别于其他方案只解决一个或两个环节的“单点”模式。

2)在硬件系统的构成环节上创造性的借用了一个不存在的、虚拟的设备作纽带在停车场管理方与车辆之间架通了桥梁。这特别成为思维模式上的重要创意。

3)把整个停车场放进直角坐标系的方法。通个这个方法，建立了简明的位置定义、计算标准，避免了引入过多的描述、表示方法、计算方法，在定位、计算编程时可以减少很多数据格式的转换工作。

4)ap阵列的菱形网状布局方法。这个方法确定了一个统一的标准，解决了不同停车场尺寸数据不一样时可能导致的编程困难。

本发明的应用：通过ap阵列定位，方便人们在大型商场的地下停车场停车、找车、找出口。

本发明所述的一种基于wifi的智能泊车及找回的系统与方法，它采用在停车场安装由若干无线路由器组成的ap阵列的无线信息网，利用移动车辆中的智能手机进行定位，找寻停车位目标；它具有使用方便，定位快，精确度高，配合导航地图，极大地提高停车泊车找车效率。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。