Android設(shè)備停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題研究

李 懷 鋒

(上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海 200092)

1 概述

某國(guó)際汽車(chē)碼頭是國(guó)內(nèi)最大的汽車(chē)碼頭，用于停放進(jìn)出口車(chē)輛，碼頭停車(chē)場(chǎng)共占地面積接近13萬(wàn)m2，管理車(chē)位近萬(wàn)個(gè)，如圖1所示，因?yàn)檐?chē)位眾多和日常進(jìn)出流量大，既有傳統(tǒng)的作業(yè)方式效率低下且經(jīng)常出錯(cuò)，如移車(chē)司機(jī)開(kāi)錯(cuò)車(chē)輛、停錯(cuò)車(chē)位，車(chē)位和車(chē)輛的狀態(tài)不能得到及時(shí)準(zhǔn)確的更新。

Android系統(tǒng)是一種基于Linux內(nèi)核(不包含GNU組件)的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，因其開(kāi)放性、穩(wěn)定性，深受開(kāi)發(fā)者喜愛(ài)和使用者的認(rèn)可，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)移動(dòng)智能終端。2016年5月，Google公司宣布從Android 7.0版本起，對(duì)外開(kāi)放GNSS的偽距觀測(cè)值、載波觀測(cè)值、多普勒觀測(cè)值和載噪比等原始觀測(cè)信息。

當(dāng)前，隨著GPS技術(shù)的廣泛使用，絕大多數(shù)移動(dòng)終端設(shè)備均具備GPS導(dǎo)航功能，標(biāo)稱(chēng)定位精度在5 m～10 m[1,2]，空曠區(qū)域且內(nèi)置專(zhuān)業(yè)測(cè)量型GPS定位精度可優(yōu)于5 m，部分可達(dá)2 m[3-5],足以滿(mǎn)足停車(chē)場(chǎng)車(chē)位管理的需要；為提升作業(yè)效率和管理水平，迫切需要一套完整的數(shù)字化、信息化解決方案，現(xiàn)提出基于GPS，GIS技術(shù)在搭載Android 系統(tǒng)智能終端研發(fā)一套停車(chē)場(chǎng)車(chē)位管理系統(tǒng)，通過(guò)GPS衛(wèi)星定位技術(shù)結(jié)合停車(chē)場(chǎng)車(chē)位GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，供移車(chē)司機(jī)使用，可動(dòng)態(tài)更新車(chē)位狀態(tài)，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者已在此技術(shù)方向有類(lèi)似研究[6,7]。

2 關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

搭載Android系統(tǒng)的智能終端內(nèi)置專(zhuān)業(yè)測(cè)量型的GPS，因停車(chē)場(chǎng)場(chǎng)地空曠、多路徑效應(yīng)影響較小，觀測(cè)條件良好，移動(dòng)終端設(shè)備可提供實(shí)時(shí)的精確地理位置(L,B)，通過(guò)高斯投影正算將大地坐標(biāo)系(L,B)計(jì)算至高斯平面直角坐標(biāo)系(x1,y1)，再通過(guò)平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至停車(chē)場(chǎng)車(chē)位GIS庫(kù)坐標(biāo)系(x2,y2)，與對(duì)應(yīng)的停車(chē)場(chǎng)車(chē)位GIS庫(kù)進(jìn)行匹配，核心部分流如下：

通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備，獲取當(dāng)前車(chē)輛GPS經(jīng)緯度(L,B)→將手持GPS經(jīng)緯度(L,B)通過(guò)高斯投影正算至高斯平面坐標(biāo)(x1,y1)→通過(guò)平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至停車(chē)場(chǎng)車(chē)位GIS庫(kù)坐標(biāo)系(x2,y2)→更新車(chē)位、車(chē)輛狀態(tài)(是否有停車(chē)，停車(chē)車(chē)位編號(hào))，同時(shí)上傳數(shù)碼照片。

其中獲取智能終端的GPS大地坐標(biāo)經(jīng)緯度(L,B)代碼如下：

通過(guò)調(diào)用Android系統(tǒng)Location服務(wù)中的函數(shù)getLatitude()和函數(shù)getLonggitude()方法可以分別獲取位置信息中的緯度和經(jīng)度，代碼如下：

Bool bIsOpen=myLocationManager.isProviderEnabled(LocationManager.GPS_PROVIDER);//使用GPS定位

String provider=myLocationManager.getBestProvider(criteria,true);//獲取GPS信息

Location location=myLocationManager.getLastKnownLocation(provider);//獲取當(dāng)前位置

B=location.getLatitude();//獲取緯度

L=location.getLongitude();//獲取經(jīng)度

2.2 高斯投影正算

移動(dòng)智能終端內(nèi)置GPS實(shí)時(shí)提供的只是大地坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度(L,B)，先通過(guò)高斯投影正算至WGS-84橢球，計(jì)算出高斯平面直角坐標(biāo)(x1,y1)，中央子午線(xiàn)選在城市坐標(biāo)系的原點(diǎn)；平面直角坐標(biāo)系原點(diǎn)在經(jīng)度L0的子午線(xiàn)與赤道的交點(diǎn)，L0所在子午線(xiàn)投影為坐標(biāo)系x軸，赤道投影為坐標(biāo)系y軸，高斯投影正算理論公式已非常成熟，在此不再列出。

2.3 平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

經(jīng)過(guò)高斯投影后的平面直角坐標(biāo)(x1,y1),與在碼頭停車(chē)場(chǎng)車(chē)位成圖的坐標(biāo)系坐標(biāo)不一致，該高斯平面直角坐標(biāo)需要經(jīng)過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)，計(jì)算出在碼頭停車(chē)場(chǎng)車(chē)位GIS庫(kù)的平面直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x2,y2)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法見(jiàn)式(1)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖如圖2所示。

(1)

其中，x0,y0為平移參數(shù);α為旋轉(zhuǎn)角度;m為尺度參數(shù)。

選取在整個(gè)碼頭停車(chē)場(chǎng)外輪廓區(qū)域若干點(diǎn)進(jìn)行城市連續(xù)運(yùn)行參考站的網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量，同時(shí)獲取在高斯平面直角坐標(biāo)系和停車(chē)場(chǎng)車(chē)位GIS庫(kù)的坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)，平面定位精度：±2 cm，4個(gè)平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)通過(guò)不少于3個(gè)公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)的坐標(biāo)，利用最小二乘方法進(jìn)行計(jì)算得出[7-9]，理論公式很成熟，此處不再列舉。

2.4 停車(chē)場(chǎng)數(shù)字化成圖與地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)采用當(dāng)?shù)爻鞘羞B續(xù)運(yùn)行參考站的網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)，將整個(gè)碼頭停車(chē)場(chǎng)各個(gè)車(chē)位角點(diǎn)、場(chǎng)地特征點(diǎn)等進(jìn)行采集，成圖坐標(biāo)系為某市城市地方坐標(biāo)系，之后通過(guò)cass軟件制作成數(shù)字化地形圖，如圖3所示。

在數(shù)字化地圖基礎(chǔ)上，利用Mapinfo軟件建立停車(chē)場(chǎng)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)分區(qū)域通過(guò)柵格化處理形成BMP位圖供管理系統(tǒng)軟件加載顯示使用，如圖4所示。

2.5 移動(dòng)智能終端顯示

管理系統(tǒng)軟件通過(guò)移動(dòng)智能終端設(shè)備加載顯示GIS庫(kù)制作而成的位圖，分為橫屏、豎屏顯示，不同顯示方式下與不同縮放比例下顯示均為平面直角坐標(biāo)的平移、縮放，同為平面直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問(wèn)題，此處不再贅述。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 過(guò)程數(shù)據(jù)

汽車(chē)碼頭停車(chē)場(chǎng)一期、二期一共13萬(wàn)m2，為保證轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確，選取外圍輪廓區(qū)域觀測(cè)條件良好、均勻分布的6個(gè)公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)，觀測(cè)標(biāo)識(shí)固定可靠；通過(guò)采用城市連續(xù)運(yùn)行參考站的網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量同時(shí)獲取在WGS84大地坐標(biāo)(L,B)和城市地方坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)，計(jì)算該場(chǎng)地范圍內(nèi)的兩套平面直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中6個(gè)公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)的大地坐標(biāo)、高斯投影坐標(biāo)、城市坐標(biāo)系坐標(biāo)見(jiàn)表1，其中WGS橢球基本參數(shù)的橢球長(zhǎng)半軸a：6 378 137 m，橢球扁率f:1/298.257 223 563[10]，中央子午線(xiàn)定為121°39′XX″。

表1 6個(gè)公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)的大地

計(jì)算出的兩套平面直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)不便列出，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算6個(gè)公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)的轉(zhuǎn)換后的城市坐標(biāo)系坐標(biāo)、與網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量的城市坐標(biāo)如表2所示。

表2 6個(gè)公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)的實(shí)測(cè)城市坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)、較差 m

場(chǎng)地內(nèi)選取一系列地形特征點(diǎn)隨機(jī)進(jìn)行外業(yè)復(fù)核，移動(dòng)智能終端設(shè)備獲取的經(jīng)緯度、轉(zhuǎn)換后的城市坐標(biāo)與同一點(diǎn)采用城市連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)測(cè)的坐標(biāo)如表3所示。

表3 智能終端設(shè)備獲取的檢核點(diǎn)經(jīng)緯度、轉(zhuǎn)換后的城市坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)及較差

3.2 精度分析

從表2中的6個(gè)公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)的城市實(shí)測(cè)坐標(biāo)與轉(zhuǎn)換坐標(biāo)的較差數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算，平面四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的內(nèi)符合精度估計(jì)公式如下：

(2)

(3)

(4)

將表2的參數(shù)數(shù)據(jù)代入，計(jì)算的中誤差依次為：1.0 cm,1.5 cm,1.8 cm,可見(jiàn)殘差中誤差均較小，該區(qū)域范圍內(nèi)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型可靠，點(diǎn)位轉(zhuǎn)換的精度高,不會(huì)引起精度損失。

外業(yè)檢測(cè)采用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量復(fù)核同一點(diǎn)，從表3數(shù)據(jù)看出最大較差4.2 m，其余檢測(cè)點(diǎn)較差均在5 m以?xún)?nèi)，該精度滿(mǎn)足車(chē)位管理的使用需要。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)大型碼頭停車(chē)場(chǎng)車(chē)位管理中實(shí)際存在的困難問(wèn)題，總結(jié)了研究本停車(chē)場(chǎng)車(chē)位管理系統(tǒng)的必要性，探討了其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題并給出了解決方法，提升了作業(yè)效率和管理水平，取得了令人滿(mǎn)意的應(yīng)用效果。