室内定位部分

1. 目的

随着我国汽车拥有量的上升,地库的数量、车位也在不断地增多。虽然这仍然不能满足人们的需求,但是立体化,大型化,复杂化的发展趋势,使得地库的环境越来越复杂和多样化,成为了限制地库应用效率提高的主要瓶颈。现代大型地库的停车位数超过400个。以上海浦东96广场为例,地下车库建筑面积超过20000㎡。一份网络上针对车迷(都市固定居民)的调查显示,约40% 的人无法准确在地库中找到自己的车辆。而这个比例在普通人群中将会更高。而随着寻车难和泊车难的不断出现和我国的城市化进程不断发展,更为复杂的地下停车系统将会越来越多的出现于城市之中。

所以我们需要让人们在最短的时间内寻找到自己的车辆。同时,快速而准确地地下(室内)车辆定位技术也是地库车辆导航的技术支撑点,如果不能准确定位当前车辆的所在位置,地库的导航规划就无法开展,在停车场的逆向寻车更是无从谈起。

2. 国内外现状

目前的室内定位技术由于室内缺乏 GPS 信号的引导,主要分为两类:

(一)无线技术

无线技术包括许多不同种类的技术类型,但其主要的原理都为利用现有的广播通信设备来进行室内定位。

  1. 基于 WiFi 的定位系统

    基于 WiFi 的定位系统主要是通过测量用户设备到几个不同的接入点的信号强度,通过信号的衰减程度,并结合设备的广播模式来进行定位[1]
    同时也有通过测量信号强度,生成一个相关数据(称为 WiFi 指纹),当位置移动时,比对数据,找出相似度最高的数据解析后进行定位[2]

    但是,由于 WiFi 信号的衰减模型不确定,特别是在大型,立体化等复杂的地下车库和停车场中,由于存在行驶的汽车,使得信号的衰减呈现出动态随机的,使得定位的精度和可靠性较差。

  2. 基于蓝牙、手机信号等大部分无线信号的定位系统

    基于蓝牙和其他无线信号(如 GSM/CDMA 等手机电信信号),由于信号穿透力不强,或地库系统过于复杂导致的信号覆盖率差,设备部署难等问题,其普遍的定位精度和可靠性都不是很高[3]

  3. 基于被动式射频识别的定位系统

    被动式的射频识别系统通过在室内设置一些被动式射频识别设备,在接收到足够强的信号后,通过向读取器发送数据来向车辆反馈当前位置。

    被动式射频设别较为便宜,但由于射频信号的特点,需要较为狭窄的通道才能达到良好的定位效果,这在一些较为广阔的地下停车场适用性不强。

    同时,由于地下车库的立体化发展,当车辆在向下运动的过程中,射频定位就起不到相应的效果。

(二)非广播技术

非广播技术是指不依靠现有的广播通信设备来进行室内定位的技术。

  1. 磁场定位技术

    磁场定位技术是利用手机等移动设备的磁场感应器来获取磁场数据(包括建筑本身的磁场数据和地磁数据),从而进行室内定位的技术。由于其摆脱了对广播信号的依赖,较为适用于一些没有或者广播信号较为衰弱的场所。

    但是,在 2012 年的室内定位和室内导航(IPIN)的国际峰会上,Binghao Li, Thomas Gallagher, Andrew G Dempster,Chris Rizos 共同发表的一篇文章[4]指出,室内的磁场会受到移动的金属物体的干扰。在大型地下停车场中,存在着较多的行驶的汽车和移动的升降梯,此时,仅仅依靠磁场定位的效果不良好。

  2. 惯性定位技术

    惯性定位技术即使用移动设备的加速度感应器,获取物体的加速度信息,并通过速度和位置推算,从而进行室内定位的技术。

    这种技术只能在物体移动时才能起到效果,在车辆停止时,由于缺乏加速度信息,因而无法进行位置推算。

3. 问题求解

基于我国目前城市中地下车库不断大型化,立体化,复杂化,同时,我国的电信建设仍有不足,地下深层停车场的手机信号差等特点。地下车库的车辆定位应摒弃蓝牙和手机信号等定位技术的使用。

基于上述特征,和目前现有技术的优缺点,我们决定通过智能手机中丰富的传感器资料,采用多种技术来进行地下车辆定位和相互验证。

当车辆在地库某一层时,通过获取气压和磁场数据,并结合贝叶斯算法从而确定车辆所在的地库层数,通过射频识别技术来获取大概位置,并通过结合磁场技术和加速度检测等惯性技术来对位置进行校正。

当车辆在行驶时,通过使用手机的加速度等传感器,在经过手机的姿态检测处理,消除手机姿态误差后,使用位置推算、路标和减速带碰撞处理等技术,并结合线性蒙特卡洛生成树算法来对车辆进行实时追踪演算,对原有定位数据进行校正。

当车辆进行转弯、上下层等运动时,通过采集手机的陀螺仪和气压变化和磁场变化数据判断车辆当前所进行的动作和位置。


  1. “Indoor Localization Using Improved RSS-Based Lateration Methods” Yang, Jie; Chen, Yingying (2009-11-01) ↩︎

  2. P. Bahl and V. N. Padmanabhan, “RADAR: an in-building RF-based user location and tracking system,” in Proceedings of 19th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies (INFOCOM ’00), vol. 2, pp. 775–784, Tel Aviv.Israel, March 2000. ↩︎

  3. Survey of Wireless Based Indoor Localization Technologies Junjie Liu (2014-05-05) ↩︎

  4. How feasible is the use of magnetic field alone for indoor positioning? Binghao Li, Thomas Gallagher, Andrew G Dempster,Chris Rizos (13-15 Nov. 2012) ↩︎