李 懷 鋒

(上海同濟檢測技術(shù)有限公司，上海 200092)

1 概述

某國際汽車碼頭是國內(nèi)最大的汽車碼頭，用于停放進出口車輛，碼頭停車場共占地面積接近13萬m2，管理車位近萬個，如圖1所示，因為車位眾多和日常進出流量大，既有傳統(tǒng)的作業(yè)方式效率低下且經(jīng)常出錯，如移車司機開錯車輛、停錯車位，車位和車輛的狀態(tài)不能得到及時準(zhǔn)確的更新。

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

當(dāng)前，隨著GPS技術(shù)的廣泛使用，絕大多數(shù)移動終端設(shè)備均具備GPS導(dǎo)航功能，標(biāo)稱定位精度在5 m～10 m[1,2]，空曠區(qū)域且內(nèi)置專業(yè)測量型GPS定位精度可優(yōu)于5 m，部分可達2 m[3-5],足以滿足停車場車位管理的需要；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)一套停車場車位管理系統(tǒng)，通過GPS衛(wèi)星定位技術(shù)結(jié)合停車場車位GIS數(shù)據(jù)庫，供移車司機使用，可動態(tài)更新車位狀態(tài)，國內(nèi)諸多學(xué)者已在此技術(shù)方向有類似研究[6,7]。

2 關(guān)鍵問題

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

搭載Android系統(tǒng)的智能終端內(nèi)置專業(yè)測量型的GPS，因停車場場地空曠、多路徑效應(yīng)影響較小，觀測條件良好，移動終端設(shè)備可提供實時的精確地理位置(L,B)，通過高斯投影正算將大地坐標(biāo)系(L,B)計算至高斯平面直角坐標(biāo)系(x1,y1)，再通過平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至停車場車位GIS庫坐標(biāo)系(x2,y2)，與對應(yīng)的停車場車位GIS庫進行匹配，核心部分流如下：

通過移動終端設(shè)備，獲取當(dāng)前車輛GPS經(jīng)緯度(L,B)→將手持GPS經(jīng)緯度(L,B)通過高斯投影正算至高斯平面坐標(biāo)(x1,y1)→通過平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至停車場車位GIS庫坐標(biāo)系(x2,y2)→更新車位、車輛狀態(tài)(是否有停車，停車車位編號)，同時上傳數(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

移動智能終端內(nèi)置GPS實時提供的只是大地坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度(L,B)，先通過高斯投影正算至WGS-84橢球，計算出高斯平面直角坐標(biāo)(x1,y1)，中央子午線選在城市坐標(biāo)系的原點；平面直角坐標(biāo)系原點在經(jīng)度L0的子午線與赤道的交點，L0所在子午線投影為坐標(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)過高斯投影后的平面直角坐標(biāo)(x1,y1),與在碼頭停車場車位成圖的坐標(biāo)系坐標(biāo)不一致，該高斯平面直角坐標(biāo)需要經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)，計算出在碼頭停車場車位GIS庫的平面直角坐標(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)。

選取在整個碼頭停車場外輪廓區(qū)域若干點進行城市連續(xù)運行參考站的網(wǎng)絡(luò)RTK測量，同時獲取在高斯平面直角坐標(biāo)系和停車場車位GIS庫的坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)，平面定位精度：±2 cm，4個平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)通過不少于3個公共轉(zhuǎn)換點的坐標(biāo)，利用最小二乘方法進行計算得出[7-9]，理論公式很成熟，此處不再列舉。

2.4 停車場數(shù)字化成圖與地理信息數(shù)據(jù)庫

通過采用當(dāng)?shù)爻鞘羞B續(xù)運行參考站的網(wǎng)絡(luò)RTK測量技術(shù)，將整個碼頭停車場各個車位角點、場地特征點等進行采集，成圖坐標(biāo)系為某市城市地方坐標(biāo)系，之后通過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軟件建立停車場地理信息數(shù)據(jù)庫，同時分區(qū)域通過柵格化處理形成BMP位圖供管理系統(tǒng)軟件加載顯示使用，如圖4所示。

2.5 移動智能終端顯示

管理系統(tǒng)軟件通過移動智能終端設(shè)備加載顯示GIS庫制作而成的位圖，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)換問題，此處不再贅述。

3 實際應(yīng)用

3.1 過程數(shù)據(jù)

汽車碼頭停車場一期、二期一共13萬m2，為保證轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確，選取外圍輪廓區(qū)域觀測條件良好、均勻分布的6個公共轉(zhuǎn)換點，觀測標(biāo)識固定可靠；通過采用城市連續(xù)運行參考站的網(wǎng)絡(luò)RTK測量同時獲取在WGS84大地坐標(biāo)(L,B)和城市地方坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)，計算該場地范圍內(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個公共轉(zhuǎn)換點的大地坐標(biāo)、高斯投影坐標(biāo)、城市坐標(biāo)系坐標(biāo)見表1，其中WGS橢球基本參數(shù)的橢球長半軸a：6 378 137 m，橢球扁率f:1/298.257 223 563[10]，中央子午線定為121°39′XX″。

表1 6個公共轉(zhuǎn)換點的大地

計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，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算6個公共轉(zhuǎn)換點的轉(zhuǎn)換后的城市坐標(biāo)系坐標(biāo)、與網(wǎng)絡(luò)RTK測量的城市坐標(biāo)如表2所示。

表2 6個公共轉(zhuǎn)換點的實測城市坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)、較差 m

場地內(nèi)選取一系列地形特征點隨機進行外業(yè)復(fù)核，移動智能終端設(shè)備獲取的經(jīng)緯度、轉(zhuǎn)換后的城市坐標(biāo)與同一點采用城市連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡(luò)RTK實測的坐標(biāo)如表3所示。

表3 智能終端設(shè)備獲取的檢核點經(jīng)緯度、轉(zhuǎn)換后的城市坐標(biāo)與實測坐標(biāo)及較差

3.2 精度分析

從表2中的6個公共轉(zhuǎn)換點的城市實測坐標(biāo)與轉(zhuǎn)換坐標(biāo)的較差數(shù)據(jù)來計算，平面四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的內(nèi)符合精度估計公式如下：

(2)

(3)

(4)

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

外業(yè)檢測采用網(wǎng)絡(luò)RTK測量復(fù)核同一點，從表3數(shù)據(jù)看出最大較差4.2 m，其余檢測點較差均在5 m以內(nèi)，該精度滿足車位管理的使用需要。

4 結(jié)語

本文針對大型碼頭停車場車位管理中實際存在的困難問題，總結(jié)了研究本停車場車位管理系統(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，取得了令人滿意的應(yīng)用效果。