室内停车场环境下基于ZigBee网络的车辆定位方法技术

本发明专利技术公开了一种室内停车场环境下基于ZigBee网络的车辆定位方法，该方法通过在室内停车场内建立ZigBee无线传感网络，并对该网络进行分时分区域的划分来计算待定位车辆与定位终端结点间的距离，提高了距离的计算精度，进而提高了车辆定位的精度，有助于实现在室内停车场环境下对车辆的快速、准确引导。

【技术实现步骤摘要】
室内停车场环境下基于ZigBee网络的车辆定位方法
本专利技术属于车辆定位
，尤其涉及一种室内停车场环境下基于ZigBee网络的车辆定位方法。
技术介绍
智能交通在城市道路交通系统中占有非常重要的地位，针对城市交通进行合理的规划、控制、监测和诱导，对提高城市交通路网的效率以及提高城市居民的生活水平，具有重要的意义。车辆定位系统是智能交通的重要支撑技术之一，车辆作为移动结点的正确定位能够直观有效地对城市交通的运行状态进行观测和控制。为实现在大型室内停车场环境下将车辆自动引导至事先规划好的目的车位，需首先解决车辆在室内停车场行驶过程中的定位问题。由于在室内停车场环境下，导航仪所接收到的卫星信号通常比较微弱，降低了定位停车的效率和准确性。因此，越来越多的室内停车场选用多点间的无线通信技术来实现室内停车。目前，常用的无线通信技术包括：蓝牙、WIFI、RFID、ZigBee、超宽带通信、GPRS、3G、4G等，综合考虑成本、功耗、作用距离、精度、网络容量等多种因素，一般宜采用基于ZigBee无线传感网络技术的车辆定位方案。基于ZigBee无线传感网络的车辆定位技术是在车辆的智能手机上连接商业化的ZigBee模块，在车辆的移动过程中，该模块通过与车辆周围的ZigBee定位终端结点进行通信实现对车辆位置的定位，然后将位置信息传递给智能手机软件上的导航模块，导航模块利用车辆当前位置信息以及停车场的电子地图，最终实现对目的车位的路径引导。根据ZigBee技术中基于接收信号强度指示RSSI的定位技术理论及无线信号传输领域中的Shadowing模型，接收信号的强度与收发结点间距离的关系为：其中，d为发送端与接收端间的距离，单位为m；d0为参考距离，单位为m；PL(d)为接收端的接收信号功率，单位为dBm；PL(d0)为距离d0处的接收信号功率，单位为dBm；Xd是服从高斯分布的随机变量，均值为零，单位为dBm；n为路径衰减指数，它表示RSSI值随着距离增加而衰减的快慢。当进行大量、独立测量时，可令Xd＝0(dBm)，此时有：其中，为接收信号平均功率，单位为dBm；a为距发送端1m处的接收信号功率的相反数，单位为dBm。例如：如果在距发送端1m处的接收信号平均功率为-30dBm，则参数a的值为30，对上式进行变形后，可得：由此可见，若已知参数a和n的值，经多次测量取平均得到后，即可计算出收发结点间的距离，若具有3个以上的距离测量值，可根据三角形质心定位算法或极大似然估计法确定待定位结点的坐标。a和n的精度是决定测距乃至定位精度的关键因素，这两个参数的取值不仅与无线信号传输时的本地环境有关，还会随时间发生变化，因此给它们的测量带来了很大的困难。比较传统的方法是经验值法，即定位前在定位场合中进行大量的实验测量，通过线性回归的方法确定a和n的取值。具体实施过程为：在待定位区域，首先安装一个固定的发射装置，然后在某位置处摆放接收装置，精确测量发射装置与接收装置间的距离，采集一组RSSI值并求平均；接下来，按事先规划好的移动路线，将接收装置挪到另一位置，重复上述过程；这样的测量过程一直重复下去，直到整个区域被接收装置的移动路线所“覆盖”完毕。对应的系数计算公式为：式中，M为测量的点数，di为发射机与第i个接收点间的精确距离，为M个距离值取对数后的平均值，RSSIi为在第i个接收点进行的多次测量中获得的RSSI值的平均值，为M个RSSIi值的平均值。从上述测量过程可看出，传统方法的工作量非常大，并且也无法反应a和n随时间和空间的变化。由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
技术实现思路
本专利技术为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种室内停车场环境下基于ZigBee网络的车辆定位方法。本专利技术所采用的技术方案为：室内停车场环境下基于ZigBee网络的车辆定位方法，该方法包括以下步骤：步骤1：在室内停车场内设置ZigBee无线传感网络系统，ZigBee无线传感网络系统，包括一个ZigBee网络，在ZigBee网络中设置一个中心结点、若干个路由器结点以及数量更多的终端结点，终端结点包括用于对待定位车辆进行定位的定位终端结点；待定位车辆的驾乘者持有智能手机，智能手机上配有ZigBee模块，待定位车辆通过智能手机发出定位请求；步骤2：按照室内停车场中车位的分布，对上述定位终端结点进行区域划分，使之划分成若干个互不重叠的区域，并对各区域进行编号，每个区域呈三角形或四边形，定位终端结点安装在每个三角形或四边形的顶点上，各区域中，每个定位终端结点和与其临近的两个定位终端结点进行直接通信；步骤3：对上述每个区域的各定位终端结点的坐标进行精确测量后计算相邻两顶点间的距离，并根据下式推算得出区域中某一个定位终端结点周围环境的两个待定常数ai、ni：其中，di1和di2为区域中第i个定位终端结点与周围第1个和第2个相邻定位终端结点间的距离，和为区域中第i个定位终端结点收到周围第1个和第2个相邻定位终端结点所发送信号的平均功率；步骤4：根据计算出的距离值di1和di2，以及测量值和计算出ai和ni，并将区域内所有定位终端结点的ai和ni取平均作为该区域内a和n的取值，得出：其中，和为该区域内两个待定常数的平均值，L为该区域内定位终端结点的个数；当在停车场的入口或出口处检测到有车辆进入或离开时，由中心结点通过路由器结点向各定位终端结点发出命令，各定位终端结点与邻近的定位终端结点通信，对ai和ni的值进行更新，并重新计算得出的待定常数和待定位车辆提出定位请求后，所有与其处于能直接通信范围内的定位终端结点都会做出响应，向待定位车辆发送定位终端结点所处区域的a和n的平均值，因某些定位终端结点通常被划分至多个区域，所以这类定位终端结点会发送多个a和n的平均值以及所对应区域的编号，待定位车辆的智能手机接收到附近的定位终端结点反馈的信息后，选择编号出现次数最多的区域进行下一步骤；步骤5：通过下式计算进入某区域的待定位车辆与选定区域的定位终端结点间的距离d，其中，a和n取步骤4中的平均值，为接收信号平均功率。步骤6：计算出3个以上上述的待定位车辆与定位终端结点间的距离后，通过三角形质心定位算法或极大似然估计法计算出待定位车辆的坐标。各所述定位终端结点上均本文档来自技高网...

【技术保护点】
室内停车场环境下基于ZigBee网络的车辆定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：在室内停车场内设置ZigBee无线传感网络系统，ZigBee无线传感网络系统，包括一个ZigBee网络，在ZigBee网络中设置一个中心结点、若干个路由器结点以及数量更多的终端结点，终端结点包括用于对待定位车辆进行定位的定位终端结点；待定位车辆的驾乘者持有智能手机，智能手机上配有ZigBee模块，待定位车辆通过智能手机发出定位请求；步骤2：按照室内停车场中车位的分布，对上述定位终端结点进行区域划分，使之划分成若干个互不重叠的区域，并对各区域进行编号，每个区域呈三角形或四边形，定位终端结点安装在每个三角形或四边形的顶点上，各区域中，每个定位终端结点和与其临近的两个定位终端结点进行直接通信；步骤3：对上述每个区域的各定位终端结点的坐标进行精确测量后计算相邻两顶点间的距离，并根据下式推算得出区域中某一个定位终端结点周围环境的两个待定常数ai、ni：RSSI‾i1[dBm]=-(ai+10ni·lgdi1)RSSI‾i2[dBm]=-(ai+10ni·lgdi2)]]>其中，di1和di2为区域中第i个定位终端结点与周围第1个和第2个相邻定位终端结点间的距离，和为区域中第i个定位终端结点收到周围第1个和第2个相邻定位终端结点所发送信号的平均功率；步骤4：根据计算出的距离值di1和di2，以及测量值和计算出ai和ni，并将区域内所有定位终端结点的ai和ni取平均作为该区域内a和n的取值，得出：a‾=1LΣi=1Lain‾=1LΣi=1Lni]]>其中，和为该区域内两个待定常数的平均值，L为该区域内定位终端结点的个数；当在停车场的入口或出口处检测到有车辆进入或离开时，由中心结点通过路由器结点向各定位终端结点发出命令，各定位终端结点与邻近的定位终端结点通信，对ai和ni的值进行更新，并重新计算得出的待定常数和待定位车辆提出定位请求后，所有与其处于能直接通信范围内的定位终端结点都会做出响应，向待定位车辆发送定位终端结点所处区域的a和n的平均值，因某些定位终端结点通常被划分至多个区域，所以这类定位终端结点会发送多个a和n的平均值以及所对应区域的编号，待定位车辆的智能手机接收到附近的定位终端结点反馈的信息后，选择编号出现次数最多的区域进行下一步骤；步骤5：通过下式计算进入某区域的待定位车辆与选定区域的定位终端结点间的距离d，di=10-(a‾+RSSI‾i)10n‾]]>其中，a和n取步骤4中的平均值，为接收信号平均功率。步骤6：计算出3个以上上述的待定位车辆与定位终端结点间的距离后，通过三角形质心定位算法或极大似然估计法计算出待定位车辆的坐标。...

【技术特征摘要】
1.室内停车场环境下基于ZigBee网络的车辆定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：在室内停车场内设置ZigBee无线传感网络系统，ZigBee无线传感网络系统，包括一个ZigBee网络，在ZigBee网络中设置一个中心结点、若干个路由器结点以及数量更多的终端结点，终端结点包括用于对待定位车辆进行定位的定位终端结点；待定位车辆的驾乘者持有智能手机，智能手机上配有ZigBee模块，待定位车辆通过智能手机发出定位请求；步骤2：按照室内停车场中车位的分布，对上述定位终端结点进行区域划分，使之划分成若干个互不重叠的区域，并对各区域进行编号，每个区域呈三角形或四边形，定位终端结点安装在每个三角形或四边形的顶点上，各区域中，每个定位终端结点和与其临近的两个定位终端结点进行直接通信；步骤3：对上述每个区域的各定位终端结点的坐标进行精确测量后计算相邻两顶点间的距离，并根据下式推算得出区域中某一个定位终端结点周围环境的两个待定常数ai、ni：其中，di1和di2为区域中第i个定位终端结点与周围第1个和第2个相邻定位终端结点间的距离，和为区域中第i个定位终端结点收到周围第1个和第2个相邻定位终端结点所发送信号的平均功率；步骤4：根据计算出的距离值di1和di2，以及测量值和计算出ai和ni，并将区域内所有定位终端结点的ai和ni取平均作为该区域内a和n的取值，得出：其中，和为该区域内...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，魏英华，张鑫，赵健乐，刘希红，陈艳梅，戴永寿，李建风，吕正阳，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37