室内停车场停车导航系统的方案设计

廖世芳 杜快乐 赵玉梅 易家伟 吴芳芳 潘育萌 杨豪

摘要：目前，常常用于定位服务的技术大多数都是基于全球定位系统，但这种技术一般只适合于室外定位，但是随着社会的发展，室内定位的问题也变的越来越迫切，而目前提供室内定位的应用相对较少且布设成本过高，所以本课题主要是研究一种简单而有效的室内导航系统，使其能利用智能手机扫描二维码获取精确的用户室内位置，并结合地下停车场对其定位的精度进行验证。

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.

关键词：室内定位;二维码;智能手机;地下停车场

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

中图分类号：P228.1                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）07-0162-03

0  引言

近几年来，GPS在室外导航的应用发展越来越成熟了，因此衍生了像谷歌地图、百度地图、高德地图等一系列定位导航软件[1]。然而，在室外导航技术渐渐趋于成熟化时，室内导航并没有得到其应有的发展。随着人类需求的增加，各种内部结构复杂的建筑正逐步占据城市中心，人们往往在到达建筑外部后不知道如何准确到达建筑内部的某个具体点。利用传统的路标或人工指引显然已不能满足人们对快速定位和寻径的需要，室内导航具有极强的发展前景[2]。随着越来越多超大规模停车场的建设，方便快速找到停车场中自己汽车的需求越来越大，对于一种价格合理，安装简单，方便操作的室内定位系统已经是许多人迫切需要的。

主要是研究一种简单而有效的室内定位系统，使其能利用智能手机扫描二维码获取精确的用户室内位置，意图是在帮助车主或者用户在大型停车场能够快速准确的找到自己的停车位置。

1  基于二维码室内停车场定位系统的可行性分析

1.1 室内定位技术应用现状和不足

传统定位技术通常用于室外，室内定位技术使得它又得到了发展，开辟了一片新的应用领域，现有的室内定位技术有Wi-Fi、蓝牙、传感器、红外线等，定位精度不等，但都有一些不足之处，概况起来为：1）在室内进行定位，室内环境对定位还是有很大的影响的，因为室内环境复杂，结构紧凑，有许多的墙壁对信号遮挡，而且室内的干扰源比室外要多很多，精度会略有下降，并且定位也会有一些波动;2）室内的环境有时候无法获得，这会造成定位困难或者定位出现偏差;3）室内定位的成本以及建成以后的维护成本都比较高，这样就会造成用户的使用价格增高，是推广道路上很大的阻碍[3];4）信号的覆盖不能面面俱到，当下技术还不能做到室内任何一个角落都有信号。他们这些固有的性质对室内定位系统的开发是很大的一个绊脚石，但他们这些固有的属性很难改变。

1.2 可行性分析

二维码技术是一种集信息编码、信息传输、图像处理和数据加密于一体的新型条码技术。当今社会，二维码技术应用越来越成熟，越来越多的领域开始使用二维码，在许多国家，包括中国，在许多领域发挥着重要的作用[4]。普通的条形码正确率通常为98%，二维码的正确率非常高，可以达到99.9%。安全性好：如果二维码信息需要保密，可以对其进行加密处理，具有很好的保密性和防伪性。作成本比较低，而且制作起来也很容易，可以保持长期清晰的存在。通过二维码来进行室内定位的地下停车场，可以在各个区域的关键醒目位置布设二维码，并将相应的具体位置等信息存入位于该点的二维码中，在停车场无线局域网环境下，当使用者进入停车场以后，扫描身边的二维码，便可以从数据库中获得如何从刚才所扫描的二维码位置到自己停車的那个二维码位置，这样就可以找到自己的车辆了。

2  基于二维码室内停车场导航系统的方案设计

2.1 系统构建

整个系统组成主要是由二维码识别、车位定位、路线导航这三个模块（如图1）。进行导航过程时，如果车主对自己现在所处与的地理位置产生疑问，可重复上述过程，重新扫描附近新的二维码并获取最新位置和路径信息[5]。

室内停车场二维码定位系统可以分成两个部分：一部分是定位功能;另一部分导航功能。导航的准确取决于定位的精度。定位系统的功能主要包括：在使用者完成自己的事情，回到停车场准备寻找自己的车辆时，用户使用手机扫描就近柱子等特定位置上的二维码，以便准确获取自己目前所在地理位置。

2.2 设计室内平面图

首先进行平面图的测量工作，再应用autocad软件进行室内停车场的绘制。

2.2.1 测量工作

用全站仪进行坐标测量。

①先设定测站点的三维坐标。

②设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角[6]。

③设置棱镜常数。

④设置大气改正值或气温、气压值。

⑤量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

⑥照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标[7]。

2.2.2 绘图工作

将数据导入cad中，进行平面图的绘制（如图2）。

2.3 二维码生成

二维码的生成就是运用二维码生成器（如图3），首先将停车场车位的各种信息，例如车位区域、车位照片、车位地理坐标、车位编号、等进行采集，也对停车场的楼梯口，电梯口，出入口进行信息采集，然后把这些信息通过一系列处理，利用编码软件生成带有信息的二维码图像，使用相关的设备将二维码打印出来，然后就可以在相应的车位进行粘贴了，以便以后进行识别读取[8]。

2.4 室内导航系统设计

通过在ArcGis中的网络分析，能够得到最佳的导航路（如图4）。网络分析能够创建网络数据集，并在此基础上进行各式各样的网络分析。它由四部分组成，分别为：

①创建网络数据集的向导（在ArcCatalog中）。

②網络分析窗口（在ArcMap中）。

③网络分析工具条（在ArcMap中）。

④ArcToolbox中的大量Geoprocessing工具。创建网络数据集向导能够引导你怎样在GDB的要素中进行网络数据集的配置，利用shapefile数据对其进行设置也可以[9]。在这个过程中，可以对要素所扮演的角色进行规定，例如源头在哪里，对网络中的连通性进行制定，读取网络属性等等。网络分析窗口对输入的数据和最终分析结果进行管理，能够显示诸如barriers，stops和routes等对象。网络分析工具条和常用的软件工具栏别无他样，都是一些菜单和按钮聚集在一起构成了工具栏，可以进行一些操作，比如对网络地址的增减以及改变，方向的生成，对网络要素进行识别，创建网络以及执行基于网络数据集的各种分析网络分析扩展模块也可以创建和使用ArcMap中的图层，包括网络数据集图层和网络分析图层[9]。

最佳的路径确定方法如下：

①打开数据集，以便于进行网络分析;

②在工具栏中找到“分析”，然后选择里边的“网络分析”，找到“环境设置”，点击，弹出设置窗口，对相关的参数进行一些设置;

③新建一个最佳路径追踪分析的实例。在“网络分析”中寻找“最短路径追踪分析”项，进行创建操作，成功以后会有实例管理窗口弹出来;

④在刚才弹出来的管理窗口点击“参数设置”，进行一系列相关参数的设置;

⑤在活动的网络图层中添加结点或者弧段。依据第四部的要素类型以及分析类型，对起始结点、结束点或者起始弧段、起始弧段进行添加。结点的添加使用鼠标或者导入两种方式都可以实现。但是弧段不可以用导入的方式进行添加了;

⑥做完上述准备工作以后，就可以对案例进行执行了，点击“网络分析”中的“执行”按钮，就可以进行分析了。也可以通过实例管理窗口中的“执行”按钮实现执行分析的任务。分析结果一出来就立马显示到了地图中。结果也可以存储在数据库中，这样以后再使用的话直接调出来就可以了，极大的提高了效率。

2.5 应用

当车主驶入地下停车场，停好车准备离开时，为了方便回来时找到车辆所在位置，保存距离该车位最近的二维码，车主返回停车场找车时，从楼梯口或者电梯口到达地下停车场，可以使用手机上的app扫描离自己最近位置的二维码来获取当前位置，因为之前停车时已保存车位的二维码，两次二维码扫描过后在地图上得到最短路径，通过此种方式我们便可以顺利找到车所在的位置（如图5）。

3  总结

随着私人车辆的增多，停车场也逐渐增多，使用频率也快速上升，停车场的综合功能也要随着提高，对停车场的管理也要更加合理。二维码室内停车定位系统意图是在帮助车主或者用户在大型停车场能够快速准确的找到自己的停车位置。大型停车场各个车位极其形似，在地下停车场也很容易迷失方向，这样就会造成很大的时间浪费，也很有可能为此耽误了正常事务，二维码室内停车导航系统能够很好地解决这个问题，让用户根据定位方便的找到自己的车辆，极大的提高了效率，节省了找车的时间，避免了以往对停车场不熟悉，只能靠运气来找到自己车辆的弊端，车主快速的找到自己的车辆并驶离停车场，加大了停车场的使用率，顾客也得到了满意的体验感。

参考文献：

[1]许国昌.GPS理论、算法与应用[M].北京：清华大学出版社，2011：2-5.

[2]刘虎林，闫浩文，刘涛.空间数据变化检测研究进展[J].测绘与空间地理信息，2014（9）：25-28.

[3]阮陵，张翎，许越等.室内定位分类、方法与应用综述[J].地理信息世界，2015，22（2）：8-14.

[4]杨军，刘艳，杜彦蕊.关于二维码的研究和应用[J].应用科技，2002，29（11）：11-13.

[5]王骏飞，周廷刚，沈敬伟，等.基于二维码和空间数据库的室内定位导航方法研究与实现.

[6]王万青.全站仪在房建中的应用[D].汕头：广东省汕头市国土房产测绘大队，2009.

[7]李艳.浅谈全站仪在测绘中的应用[J].科学之友，2010（23）：16-17.

[8]李伟.二维条码（DataMatrix）图像处理及识别[D].北京：中国地质大学，2008.

[9]冯德程.ArcGIS在安全生产监管系统中的应用研究[D].上海：东华大学，2013.