基于UWB技术的地下停车场车辆定位系统解决方案

赵俊岩，刘俊，2，岳慧慧

（1.商洛学院电子信息与电气工程学院，陕西商洛，726000；2.人工智能研究中心，陕西商洛，726000）

关键字：超宽带（UWB）；停车场；定位；解决方案

0 引言

随着经济社会的快速发展，追求生活品质的提高成了人民的关注重点，其中汽车的购置成为提升生活质量的必备资产之一。截止2020年底，全国汽车的保有量达到2.81亿辆，汽车驾驶人达4.18亿人。随之而来的“停车难”“行车难”成为道路交通亟待解决的问题，其中城市中地下或地上立体停车库的建设是重要的问题解决方案之一。目前已经使用的众多停车场管理系统主要关注计时、收费的自动化，而忽视停车场内车辆定位、位置信息的人机交互等智能化。

为了提高停车场的智能化、信息化水平，多位学者从车库定位角度做了一定的研究。王锬[1]提出了基于无线局域网（WLAN）的地下停车场定位导航系统，并在技术和算法上做了较深研究，在车辆定位精度和建设成本上有较大优势。蔡章林等[2]、孙丽娟等[3]利用RFID的定位技术实现室内停车场的车辆定位，该方法实时性较差，定位精度较低。丁智晶等[4]、郑立玲等[5]采用ZigBee技术实现车位的定位和车位信息传输，能够解决较好的定位精度问题，但该技术的定位精度易受环境、算法、信号源密度影响。谢强宝[6]为了提高停车和寻车的便捷性，采用超声波技术实现车辆定位，由于超声波在空气中的衰减较大，所以该技术主要应该用在小型停车场。

针对以上问题，本文将具有高精度定位和较强穿透能力的UWB技术应用到地下停车场的车辆定位，并结合车位感应系统、手机客户端和服务端技术、ArcGis平台等实现车位预定、车场内车位导航等功能。

1 UWB定位原理

超宽带（UWB）技术是采用极窄的脉冲信号实现无载波无线通信，在较封闭的环境下可以实现定位和信息高效传输，具有抗干扰能力强，功耗低、进度高等特点[7]。本系统采用基于TDOA（到达时间差）定位算法的UWB定位技术，TDOA定位不需要目标与基站之间时钟严格同步，因此有广泛的应用。基于UWB技术的车辆定位模型如图1所示，UWB基站安装在车库内高处适当位置，定位标签放置于车辆内。

图1 基于UWB技术的车辆定位模型

2 系统总体架构

本系统基于UWB技术的地下停车场车辆定位系统，主要包括设备层、传输层、服务层和应用层，架构如图2所示。

图2 系统架构图

（1）设备层主要由车位感应器、UWB标签、UWB基站、摄像机等构成。UWB标签不间断将自身ID编号信息无线传输给UWB基站，然后由UWB基站将该信号和对应信号的时间戳通过传输层传输到服务层进行解算，从而获得车辆的位置信息。车位感应器用于感测车位的状态。

（2）传输层采用光纤和Wi-Fi通信方式，负责设备层与服务层之间的数据传输。

（3）服务层主要是用于车辆位置解算，向客户端提供路线导航等资源，保存人机交互数据等功能。

（4）应用层包括设备管理软件、车库运行状态软件、手机客户端、计费系统等。设备管理软件是对车库中相关设备进行参数设置、故障诊断等服务。车库运行状态软件主要功能包括车辆位置显示、车位状态显示（已占用、预订中、未占用）、信息查询存储等。手机客户端可提供车位预定、车位导航、空位查询、停车费支付等功能。

3 系统硬件方案

图3为基于UWB技术的地下停车场车辆定位系统的硬件布局图，主要包含UWB基站、UWB标签、车位感应器、后台服务器、车位状态显示屏、客户端APP、车位锁和传输网络。车位感应器置于每一个实际车位处，可以将感测到的车位编号、车位状态等车位信息传送后台服务器。UWB基站和UWB标签将车辆位置数据传送给后台服务器，用于车辆位置的实时定位。后台服务器会根据车位信息和解算出的车辆位置信息共享到客户端APP，还可以利用ArcGis系统平台进行网络分析，提供车场内最佳车位导航路线，以及根据客户操作要求提供相应实时计算数据。当某一车位为“已预订”状态时，对应车位的车位锁抬起，只有预订车主通过客户端APP或者车场管理者可以打开。

图3 硬件布局图

4 结语

本文提出基于UWB技术的地下车库车辆定位方案，在车库所有车位区域内至少保证有3个UWB基站能够接收UWB标签发射的信号。后台服务器采用TDOA方法将接收到的基站信号解算出车辆坐标信息。再根据车位感测器获得的车位状态信息和客户端APP的请求数据，综合给出合理的车场内车位导航路线。基于UWB的定位方案能够有效提高的定位精度和时效性，为智慧停车场实现反向寻车、车位图形展示等功能提供了技术保障。