一種大型停車場車輛定位系統(tǒng)及其定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大型停車場車輛定位系統(tǒng)及其定位 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化的快速發(fā)展，近年來國內(nèi)的大中城市出現(xiàn)了大量的MALL(商業(yè)綜合 體），這些MALL-般都配備有大型的停車場，停車場可能會有多達上千個車位，有些還不止 一層。車主在停車場泊車完畢后，要找回時，有些人會忘了自己的車具體停在哪個位置。為 找回車子，車主往往會花費大量的時間和精力。如果有一種便攜型、離線式的車輛定位系 統(tǒng)，能幫助車主準(zhǔn)確、快速地鎖定自己車輛的所在位置，并在找回的過程中給予導(dǎo)引，這必 將極大地提高找回車輛的效率，節(jié)省車主的時間和精力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服車主有時忘了車輛具體的停車位置后需要花費大量時間才 能找到汽車，尤其是在大型停車場內(nèi)，需要花費的時間和精力更多的技術(shù)問題，提供了一種 大型停車場車輛定位系統(tǒng)及其定位方法，其能夠幫助車主快速準(zhǔn)確的鎖定車輛的位置，并 給予車主引導(dǎo)，使車主能夠快速的找到自己的汽車，節(jié)省了車主的時間和精力。
[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0005] 本發(fā)明的一種大型停車場車輛定位系統(tǒng)，包括設(shè)置在汽車上的定位裝置和用戶攜 帶的指示裝置，所述定位裝置包括底座以及可帶動底座上下左右轉(zhuǎn)動的電動云臺，所述底 座上設(shè)有升降器，所述升降器的頂端設(shè)有可水平轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上設(shè)有可 沿水平方向伸縮運動的第一伸縮桿，所述底座上設(shè)有中央處理單元、電子水平儀、第一無線 通信模塊、第一電子羅盤模塊和第一UWB定位傳感器，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上設(shè)有第二UWB定位傳 感器，所述第一伸縮桿前端設(shè)有第三UWB定位傳感器，所述第一UWB定位傳感器和第二UWB 定位傳感器的連線與底座垂直，所述第二UWB定位傳感器和第三UWB定位傳感器的連線與 底座平行，所述指示裝置包括控制器、第二無線通信模塊、UWB定位標(biāo)簽、顯示屏、按鍵組和 第二電子羅盤模塊，所述中央處理單元分別與電動云臺、升降器、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、第一伸縮桿、電 子水平儀、第一無線通信模塊、第一電子羅盤模塊、第一UWB定位傳感器、第二UWB定位傳感 器和第三UWB定位傳感器電連接，所述控制器分別與第二無線通信模塊、UWB定位標(biāo)簽、顯 示屏、按鍵組和第二電子羅盤模塊電連接。
[0006] 在本技術(shù)方案中，當(dāng)用戶在大型停車場內(nèi)忘了車輛具體的停車位置時，啟動隨身 攜帶的指示裝置工作，控制器通過第二無線通信模塊向定位裝置發(fā)送定位指令。
[0007] 定位裝置接收到定位指令后，中央處理單元先通過電子水平儀檢測底座是否水 平，如果底座不水平，則中央處理單元控制電動云臺將底座轉(zhuǎn)動到水平位置。接著，中央處 理單元通過第一電子羅盤模塊獲取地磁正北的方向，以第一UWB定位傳感器為原點，以地 磁正北方向為Y軸正方向，以Y軸在水平面順時針轉(zhuǎn)動90度后的指向為X軸正方向，以豎 直向上方向為Z軸正方向，建立XYZ三維直角坐標(biāo)系，第一UWB定位傳感器和第二UWB定位 傳感器的連線與Z軸重合。然后，中央處理單元控制升降器將旋轉(zhuǎn)機構(gòu)升到設(shè)定的高度，使 得第二UWB定位傳感器和第三UWB定位傳感器的Z軸坐標(biāo)都為zl，接著控制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)將第 一伸縮桿轉(zhuǎn)動到指向地磁正北的方向，控制第一伸縮桿伸長設(shè)定的長度，使得第三UWB定 位傳感器的Y軸坐標(biāo)為y2,此時，第一UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0,0,0)，第二UWB定位傳 感器的坐標(biāo)為（〇,〇，zl)，第三UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0，y2，zl)，第一UWB定位傳感器檢 測到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R。，第二UWB定位傳感器檢測到其與UWB定位標(biāo)簽之 間的距離為&，第三UWB定位傳感器檢測到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R2，最后控制旋 轉(zhuǎn)機構(gòu)將第一伸縮桿沿順時針轉(zhuǎn)動60度，得到第三UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（x3,y3,zl)， 第三UWB定位傳感器檢測到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R3，假設(shè)UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo) 為（X，y，z)，建立方程組，計算出X，y，z的值，得到UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值。
[0008] 中央處理單元根據(jù)X，y的值計算出UWB定位標(biāo)簽在X軸和Y軸所在的平面上的投 影指向第一UWB定位傳感器的方向與Y軸正方向（即地磁正北方向）之間的角度值α，將 該角度值α和UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值發(fā)送到指示裝置?？刂破魍ㄟ^第二電子羅盤模塊獲 取地磁正北的方向，根據(jù)地磁正北的方向和接收到的角度值α確定顯示屏上顯示的指針 的指向，顯示屏顯示出指針，該指針的指向與地磁正北之間的角度值始終為α?？刂破鞲?據(jù)ζ的值確定UWB定位標(biāo)簽與第一UWB定位傳感器在豎直方向上的距離，以UWB定位標(biāo)簽 為原點，豎直向上為距離正方向，顯示屏顯示該距離D，該距離D= -ζ，距離D為正數(shù)表示汽 車在車主上方，距離D為負數(shù)表示汽車在車主下方。
[0009] 作為優(yōu)選，所述指示裝置還包括語音輸出模塊，所述語音輸出模塊與控制器電連 接。語音輸出模塊可以輸出語音提示。
[0010] 作為優(yōu)選，指示裝置還包括紅外測距儀，所述紅外測距儀與控制器電連接。車主可 通過指示裝置上的紅外測距儀檢測停車場一層的高度，控制器根據(jù)距離D估算出汽車與車 主之間相隔的樓層數(shù)，供車主參考。
[0011] 作為優(yōu)選，所述定位裝置設(shè)置在汽車頂部。
[0012] 作為優(yōu)選，所述汽車頂部還設(shè)有用于放置定位裝置的盒體，所述盒體頂部開口，所 述開口處設(shè)有可水平移動的蓋板，所述盒體上設(shè)有可驅(qū)動蓋板水平移動打開或關(guān)閉盒體的 驅(qū)動機構(gòu)，所述中央處理單元與驅(qū)動機構(gòu)電連接。不使用時，盒體關(guān)閉，保護定位裝置，使用 時，蓋板水平移動打開盒體，定位裝置開始工作。
[0013] 本發(fā)明的一種大型停車場車輛定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：
[0014] S1 :啟動指示裝置工作，控制器通過第二無線通信模塊向定位裝置發(fā)送定位指 令；
[0015] S2 :定位裝置接收到定位指令后，中央處理單元通過電子水平儀檢測底座是否水 平，如果底座不水平，則中央處理單元控制電動云臺將底座轉(zhuǎn)動到水平位置；
[0016] S3中央處理單元通過第一電子羅盤模塊獲取地磁正北的方向，以第一UWB定位傳 感器為原點，以地磁正北方向為Υ軸正方向，以Υ軸在水平面順時針轉(zhuǎn)動90度后的指向為X 軸正方向，以第一UWB定位傳感器指向第二UWB定位傳感器的方向為Ζ軸正方向，建立ΧΥΖ 三維直角坐標(biāo)系；
[0017] S4 :中央處理單元控制升降器將旋轉(zhuǎn)機構(gòu)升到設(shè)定的高度，使得第二UWB定位傳 感器和第三UWB定位傳感器的Z軸坐標(biāo)都為zl，接著控制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)將第一伸縮桿轉(zhuǎn)動到指 向地磁正北的方向，控制第一伸縮桿伸長設(shè)定的長度，使得第三UWB定位傳感器的Y軸坐標(biāo) 為y2,此時，第一UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0,0,0)，第二UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0,0， zl)，第三UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0,y2,zl)，第一UWB定位傳感器檢測到其與UWB定位 標(biāo)簽之間的距離為R。，第二UWB定位傳感器檢測到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為&，第三 UWB定位傳感器檢測到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R2，然后控制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)將第一伸縮 桿轉(zhuǎn)動設(shè)定的角度值m，0 <m< 180,得到第三UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（x3,y3,zl)，第三 UWB定位傳感器檢測到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R3，假設(shè)UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)為（x， y，z)，得到方程組：
[0018]
[0019] 采用基于泰勒級數(shù)展開的最小二乘法進行迭代求解，求出X，y，Z的值，得到UWB定 位標(biāo)簽的坐標(biāo)值；
[0020] S5 :中央處理單元根據(jù)UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值，以Y軸正方向為起始，逆時針轉(zhuǎn)動 為角度增大方向，計算出Y軸正方向與第一UWB定位傳感器指向UWB定位標(biāo)簽在X軸和Y 軸所在的平面上的投影的方向之間的角度值Θ，從而計算出UWB定位標(biāo)簽在X軸和Y軸所 在的平面上的投影指向第一UWB定位傳感器的方向與Y軸正方向之間的角度值α，定位裝 置將計算出的角度值α以及UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值發(fā)送到指示裝置；
[0021] S6 :控制器通過第二電子羅盤模塊獲取地磁正北的方向，以地磁正北方向為起始， 逆時針轉(zhuǎn)動為角度增大方向，根據(jù)接收到的角度值α確定顯示屏上顯示的指針的指向，顯 示屏顯示出指針，該指針的指向與地磁正北之間的角度值始終為α。
[0022] 作為優(yōu)選，所述步驟S4中求出X，y，ζ的值之后還執(zhí)行以下步驟：中央處理單元控 制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)再將第一伸縮桿轉(zhuǎn)動設(shè)定的角度值m，得到第三UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（x4， y4,zl)，第三UWB定位傳感器檢測到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R4，得到方程組：
[0023]
[0024] 求出X，y，ζ的值，接著再將第一伸縮桿轉(zhuǎn)動設(shè)定的角度值m，求出新的X，y，ζ的 值，如此循環(huán)η次，對求的所有X值取平均，所有y值取平均，所有ζ值取平均，得到的平均 值為UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值。
[0025] 作為優(yōu)選，所述步驟S6還包括以下步驟：控制