一种大型停车场车辆引导系统及其引导方法技术领域
本发明涉及停车场引导技术领域，尤其涉及一种大型停车场车辆
引导系统及其引导方法。
背景技术
随着城市化的快速发展，近年来国内的大中城市出现了大量的
MALL(商业综合体)，这些MALL一般都配备有大型的停车场，停
车场可能会有多达上千个车位，有些还不止一层。车主对停车场地形
不熟，需要花费大量的时间找停车位，由于每个停车位并没有事先进
行分配，有时还会出现争抢停车位的情况。
发明内容
本发明的目的是克服在大型停车场，车主花费大量的时间找停车
位，有时还会出现争抢停车位情况的技术问题，提供了一种大型停车
场车辆引导系统及其引导方法，其给每个需要停车的车辆指定一个空
闲的停车位，并通过指示装置引导车主找到该停车位，节省了车主的
时间，避免了争抢停车位情况的出现。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种大型停车场车辆引导系统，包括管理服务器、指示
装置和设置在停车位上的车位锁，所述车位锁包括底座以及驱动底座
转动的驱动电机，所述底座上设有升降器，所述升降器的顶端设有沿
横向设置的挡板，所述挡板一侧设有与挡板垂直的纵板，所述底座上
设有中央处理单元、第一无线通信模块、第一电子罗盘模块和第一
UWB定位传感器，所述挡板上设有第二UWB定位传感器和第三
UWB定位传感器，所述纵板上设有第四UWB定位传感器，所述第
一UWB定位传感器和第二UWB定位传感器的连线与底座垂直，所
述第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器的连线与底座平行，
所述第二UWB定位传感器和第四UWB定位传感器的连线与底座平
行，且与第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器的连线垂直，
所述指示装置包括控制器、第二无线通信模块、UWB定位标签、显
示屏、按键组和第二电子罗盘模块，所述中央处理单元分别与驱动电
机、升降器、第一无线通信模块、第一电子罗盘模块、第一UWB定
位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB
定位传感器电连接，所述控制器分别与第二无线通信模块、UWB定
位标签、显示屏、按键组和第二电子罗盘模块电连接，所述第一无线
通信模块、第二无线通信模块和管理服务器通过无线网络无线连接。
在本技术方案中，管理服务器可通过移动互联网与用户智能手机
进行通信，车主可查询停车场是否有空闲车位。车主在停车场入口从
管理人员处取得指示装置，通过指示装置向管理服务器发出停车请求，
停车请求信息中包含有该指示装置自身的特定编号。管理服务器接收
到停车请求后从空闲的停车位中选取一个停车位分配给车主使用，将
该停车位标记为使用状态，发送启动指令给该停车位上的车位锁，启
动指令中包含有指示装置的特定编号。
该停车位上的车位锁接收到启动指令后开始工作，发送停车位信
息给指示装置，停车位信息包括停车位的位置及编号，指示装置接收
到被分配的停车位信息后，通过显示屏显示停车位信息，通过UWB
定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号给该车位锁。该车位锁
通过第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定
位传感器和第四UWB定位传感器接收UWB定位标签发送的UWB
信号，该车位锁的中央处理单元通过第一电子罗盘模块获取地磁正北
的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁正北方向为Y轴正
方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向为X轴正方向，以
第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器的方向(即竖直向
上方向)为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系，第一UWB定
位传感器和第二UWB定位传感器的连线与Z轴重合。
然后，中央处理单元通过驱动电机驱动底座转动，使得挡板与地
磁正北方向平行，即第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器
连成的直线与地磁正北方向平行，第三UWB定位传感器的X轴坐标
为0，第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，第四UWB定位传感
器的X轴坐标为x3，第四UWB定位传感器的Y轴坐标为0，由于
挡板处于最高位置，第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器
和第四UWB定位传感器的Z轴坐标都为z1，此时，第一UWB定位
传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，
z1)，第三UWB定位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位
传感器的坐标为(x3，0，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与
UWB定位标签之间的距离为R0，第二UWB定位传感器检测到其与
UWB定位标签之间的距离为R1，第三UWB定位传感器检测到其与
UWB定位标签之间的距离为R2，第四UWB定位传感器检测到其与
UWB定位标签之间的距离为R3，假设UWB定位标签的坐标为(x，
y，z)，建立方程组，计算出x，y，z的值，得到UWB定位标签的
坐标值。
中央处理单元根据x，y的值，以Y轴正方向为起始，逆时针转
动为角度增大方向，计算出Y轴正方向与第一UWB定位传感器指向
UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影的方向之间的角度
值θ，从而计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影
指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向(即地磁正北方向)
之间的角度值α，车位锁将计算出的角度值α以及UWB定位标签的坐
标值发送到指示装置。控制器通过第二电子罗盘模块获取地磁正北的
方向，以地磁正北方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，根据接
收到的角度值α确定显示屏上显示的指针的指向，显示屏显示出指针，
该指针的指向与地磁正北之间的角度值始终为α。车位锁实时检测角
度值α和UWB定位标签的坐标值，并发送到指示装置，指示装置实
时调整指针方向。
当车主根据显示屏上指针的指向找到停车位时，车主通过指示装
置向停车位上的车位锁发送使用车位请求，使用车位请求信息中包含
有该指示装置自身的特定编号，该车位锁接收到使用车位请求后，将
使用车位请求信息中的特定编号与管理服务器发送的特定编号比对，
如果比对成功，则通过升降器将挡板降下，车主可使用该停车位；当
车主驾车离开停车位后，通过指示装置向停车位上的车位锁发送车位
使用完毕请求，该车位锁接收到车位使用完毕请求后通过升降器将挡
板升到最高位置，阻止车辆停放，同时发送空闲状态信息给管理服务
器，管理服务器将该停车位标记为空闲状态。
作为优选，所述指示装置还包括语音输出模块，所述语音输出模
块与控制器电连接。语音输出模块可以输出语音提示。
作为优选，每个指示装置都具有唯一的特定编号。
本发明的一种大型停车场车辆引导系统的引导方法，包括以下步
骤：
S1：车主在停车场入口从管理人员处取得指示装置，通过指示装
置向管理服务器发出停车请求，停车请求信息中包含有该指示装置自
身的特定编号；
S2：管理服务器接收到停车请求后从空闲的停车位中选取一个停
车位分配给车主使用，将该停车位标记为使用状态，发送启动指令给
该停车位上的车位锁，启动指令中包含有指示装置的特定编号；
S3：该停车位上的车位锁接收到启动指令后开始工作，发送停车
位信息给指示装置，指示装置接收到被分配的停车位信息后，通过显
示屏显示停车位信息，通过UWB定位标签发送带有自身特定编号的
UWB信号给该车位锁；
S4：该车位锁通过第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感
器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器接收UWB定位
标签发送的UWB信号，该车位锁的中央处理单元通过第一电子罗盘
模块获取地磁正北的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁
正北方向为Y轴正方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向
为X轴正方向，以第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器
的方向为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系；
S5：中央处理单元通过驱动电机驱动底座转动，使得挡板与地磁
正北方向平行，即第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器连
成的直线与地磁正北方向平行，第三UWB定位传感器的X轴坐标为
0，第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，由于第二UWB定位传
感器和第四UWB定位传感器的连线与第二UWB定位传感器和第三
UWB定位传感器的连线垂直，第四UWB定位传感器的X轴坐标为
x3，第四UWB定位传感器的Y轴坐标为0，由于挡板处于最高位置，
第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传
感器的Z轴坐标都为z1，此时，第一UWB定位传感器的坐标为(0，
0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB定
位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为(x3，
0，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R0，第二UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R1，第三UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R2，第四UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R3，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：
R
0
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
0
)
2
R
1
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
R
2
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
y
2
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
R
3
2
=
(
x
-
x
3
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
]]>
采用基于泰勒级数展开的最小二乘法进行迭代求解，求出x，y，
z的值，得到UWB定位标签的坐标值；
S6：中央处理单元根据UWB定位标签的坐标值，以Y轴正方向
为起始，逆时针转动为角度增大方向，计算出Y轴正方向与第一UWB
定位传感器指向UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影
的方向之间的角度值θ，从而计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所
在的平面上的投影指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向之
间的角度值α，车位锁将计算出的角度值α以及UWB定位标签的坐标
值发送到指示装置；
S7：控制器通过第二电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以地磁
正北方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，根据接收到的角度值
α确定显示屏上显示的指针的指向，显示屏显示出指针，该指针的指
向与地磁正北之间的角度值始终为α；
S8：当车主根据显示屏上指针的指向找到停车位时，车主通过指
示装置向停车位上的车位锁发送使用车位请求，使用车位请求信息中
包含有该指示装置自身的特定编号，该车位锁接收到使用车位请求后，
将使用车位请求信息中的特定编号与管理服务器发送的特定编号比
对，如果比对成功，则通过升降器将挡板降下，车主可使用该停车位；
当车主驾车离开停车位后，通过指示装置向停车位上的车位锁发送车
位使用完毕请求，该车位锁接收到车位使用完毕请求后通过升降器将
挡板升到最高位置，阻止车辆停放，同时发送空闲状态信息给管理服
务器，管理服务器将该停车位标记为空闲状态。
作为优选，指示装置根据UWB定位标签的坐标值确定UWB定
位标签与第一UWB定位传感器在竖直方向上的距离及方位，根据停
车位所在楼层和每层楼的高度计算出自身所在的楼层，指示装置的显
示屏显示自身当前所在楼层、停车位所在楼层及位置。
作为优选，指示装置根据UWB定位标签的坐标值计算出指示装
置与停车位在水平面上的直线距离，显示屏显示该距离。
作为优选，所述停车位信息包括停车位的位置及编号。
本发明的实质效果是：监控停车场内所有停车位的使用状态，给
每个需要停车的车辆指定一个空闲的停车位，并通过指示装置引导车
主快速找到该停车位，节省了车主的时间，避免了争抢停车位情况的
出现。
附图说明
图1本发明的一种电路原理连接框图；
图2是车位锁的一种结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是以第一UWB定位传感器为原点建立的XYZ三维直角坐
标系；
图5是第一UWB定位传感器与UWB定位标签的一种位置关系；
图6是第一UWB定位传感器与UWB定位标签的一种位置关系。
图中：1、管理服务器，2、指示装置，3、车位锁，4、底座，5、
驱动电机，6、升降器，7、挡板，8、中央处理单元，9、第一无线通
信模块，10、第一电子罗盘模块，11、第一UWB定位传感器，12、
第二UWB定位传感器，13、第三UWB定位传感器，14、第四UWB
定位传感器，15、控制器，16、第二无线通信模块，17、UWB定位
标签，18、显示屏，19、按键组，20、第二电子罗盘模块，21、语音
输出模块，22、感应器，23、指示灯，24、蜂鸣器，25、纵板。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具
体的说明。
实施例1：本实施例的一种大型停车场车辆引导系统，如图1、
图2、图3所示，包括管理服务器1、指示装置2和设置在停车位上
的车位锁3，车位锁3包括底座4以及驱动底座4转动的驱动电机5，
底座4上设有升降器6，升降器6的顶端设有沿横向设置的挡板7，
挡板7一侧中部设有与挡板7垂直的纵板25，底座4上设有中央处
理单元8、第一无线通信模块9、第一电子罗盘模块10和第一UWB
定位传感器11，挡板7上设有第二UWB定位传感器12和第三UWB
定位传感器13，纵板25上设有第四UWB定位传感器14，第一UWB
定位传感器11和第二UWB定位传感器12的连线与底座4垂直，第
二UWB定位传感器12和第三UWB定位传感器13的连线与底座平
行，第二UWB定位传感器12和第四UWB定位传感器14的连线与
底座4平行，且与第二UWB定位传感器12和第三UWB定位传感
器13的连线垂直，指示装置2包括控制器15、第二无线通信模块16、
UWB定位标签17、显示屏18、按键组19和第二电子罗盘模块20，
中央处理单元8分别与驱动电机5、升降器6、第一无线通信模块9、
第一电子罗盘模块10、第一UWB定位传感器11、第二UWB定位传
感器12、第三UWB定位传感器13和第四UWB定位传感器14电连
接，控制器15分别与第二无线通信模块16、UWB定位标签17、显
示屏18、按键组19和第二电子罗盘模块20电连接，第一无线通信
模块9、第二无线通信模块16和管理服务器1通过无线网络无线连
接。
管理服务器可通过移动互联网与用户智能手机进行通信，车主可
查询停车场是否有空闲车位。车主在停车场入口从管理人员处取得指
示装置，通过指示装置向管理服务器发出停车请求，停车请求信息中
包含有该指示装置自身的特定编号，每个指示装置都具有唯一的特定
编号。管理服务器接收到停车请求后从空闲的停车位中选取一个停车
位分配给车主使用，将该停车位标记为使用状态，发送启动指令给该
停车位上的车位锁，启动指令中包含有指示装置的特定编号。
该停车位上的车位锁接收到启动指令后开始工作，发送停车位信
息给指示装置，停车位信息包括停车位的位置及编号，指示装置接收
到被分配的停车位信息后，通过显示屏显示停车位信息，通过UWB
定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号给该车位锁。该车位锁
通过第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定
位传感器和第四UWB定位传感器接收UWB定位标签发送的UWB
信号，该车位锁的中央处理单元通过第一电子罗盘模块获取地磁正北
的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁正北方向为Y轴正
方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向为X轴正方向，以
第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器的方向(即竖直向
上方向)为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系，第一UWB定
位传感器和第二UWB定位传感器的连线与Z轴重合。
然后，中央处理单元通过驱动电机驱动底座转动，使得挡板与地
磁正北方向平行，即第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器
连成的直线与地磁正北方向平行，第三UWB定位传感器的X轴坐标
为0，第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，由于第二UWB定位
传感器和第四UWB定位传感器的连线与第二UWB定位传感器和第
三UWB定位传感器的连线垂直，第四UWB定位传感器的X轴坐标
为x3，第四UWB定位传感器的Y轴坐标为0，由于挡板处于最高位
置，第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定
位传感器的Z轴坐标都为z1，此时，第一UWB定位传感器的坐标为
(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB
定位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为
(x3，0，z1)，第一UWB定位传感器通过TOA方法测量检测到其
与UWB定位标签之间的距离为R0，第二UWB定位传感器通过TOA
方法检测到其与UWB定位标签之间的距离为R1，第三UWB定位传
感器通过TOA方法检测到其与UWB定位标签之间的距离为R2，第
四UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与UWB定位标签之间
的距离为R3，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，建立方程组，
计算出x，y，z的值，得到UWB定位标签的坐标值。
如图4所示，中央处理单元根据x，y的值，以Y轴正方向为起
始，逆时针转动为角度增大方向，计算出Y轴正方向与第一UWB定
位传感器指向UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影的
方向之间的角度值θ，从而计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在
的平面上的投影指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向(即
地磁正北方向)之间的角度值α，车位锁将计算出的角度值α以及UWB
定位标签的坐标值发送到指示装置。控制器通过第二电子罗盘模块获
取地磁正北的方向，以地磁正北方向为起始，逆时针转动为角度增大
方向，根据接收到的角度值α确定显示屏上显示的指针的指向，显示
屏显示出指针，该指针的指向与地磁正北之间的角度值始终为α。车
位锁实时检测角度值α和UWB定位标签的坐标值，并发送到指示装
置，指示装置实时调整指针方向。
指示装置根据UWB定位标签的坐标值确定UWB定位标签与第
一UWB定位传感器在竖直方向上的距离及方位，根据停车位所在楼
层和每层楼的高度计算出自身所在的楼层，指示装置的显示屏显示自
身当前所在楼层、停车位所在楼层及位置。如z＝-3.5m，则UWB定
位标签位于第一UWB定位传感器下方，UWB定位标签与第一UWB
定位传感器在竖直方向上的距离为3.5m，楼层高度为4m，车位锁位
于2楼，则指示装置当前位于1楼。指示装置根据UWB定位标签的
坐标值计算出指示装置与停车位在水平面上的直线距离，显示屏显示
该距离。
当车主根据显示屏上指针的指向找到停车位时，车主通过指示装
置向停车位上的车位锁发送使用车位请求，使用车位请求信息中包含
有该指示装置自身的特定编号，该车位锁接收到使用车位请求后，将
使用车位请求信息中的特定编号与管理服务器发送的特定编号比对，
如果比对成功，则通过升降器将挡板降下，车主可使用该停车位；当
车主驾车离开停车位后，通过指示装置向停车位上的车位锁发送车位
使用完毕请求，该车位锁接收到车位使用完毕请求后通过升降器将挡
板升到最高位置，阻止车辆停放，同时发送空闲状态信息给管理服务
器，管理服务器将该停车位标记为空闲状态。
指示装置2还包括语音输出模块21，语音输出模块21与控制器
15电连接，语音输出模块可以输出语音提示。
本实施例的一种大型停车场车辆引导系统的引导方法，适用于上
述的一种大型停车场车辆引导系统，包括以下步骤：
S1：车主在停车场入口从管理人员处取得指示装置，通过指示装
置向管理服务器发出停车请求，停车请求信息中包含有该指示装置自
身的特定编号；
S2：管理服务器接收到停车请求后从空闲的停车位中选取一个停
车位分配给车主使用，将该停车位标记为使用状态，发送启动指令给
该停车位上的车位锁，启动指令中包含有指示装置的特定编号；
S3：该停车位上的车位锁接收到启动指令后开始工作，发送停车
位信息给指示装置，停车位信息包括停车位的位置及编号，指示装置
接收到被分配的停车位信息后，通过显示屏显示停车位信息，通过
UWB定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号给该车位锁；
S4：该车位锁通过第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感
器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器接收UWB定位
标签发送的UWB信号，该车位锁的中央处理单元通过第一电子罗盘
模块获取地磁正北的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁
正北方向为Y轴正方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向
为X轴正方向，以第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器
的方向(即竖直向上方向)为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标
系；
S5：中央处理单元通过驱动电机驱动底座转动，使得挡板与地磁
正北方向平行，即第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器连
成的直线与地磁正北方向平行，第三UWB定位传感器的X轴坐标为
0，第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，由于第二UWB定位传
感器和第四UWB定位传感器的连线与第二UWB定位传感器和第三
UWB定位传感器的连线垂直，第四UWB定位传感器的X轴坐标为
x3，第四UWB定位传感器的Y轴坐标为0，由于挡板处于最高位置，
第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传
感器的Z轴坐标都为z1，此时，第一UWB定位传感器的坐标为(0，
0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB定
位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为(x3，
0，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R0，第二UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R1，第三UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R2，第四UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R3，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：
R
0
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
0
)
2
R
1
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
R
2
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
y
2
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
R
3
2
=
(
x
-
x
3
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
]]>
采用基于泰勒级数展开的最小二乘法进行迭代求解，求出x，y，
z的值，得到UWB定位标签的坐标值；
S6：中央处理单元根据UWB定位标签的坐标值，以Y轴正方向
为起始，逆时针转动为角度增大方向，计算出Y轴正方向与第一UWB
定位传感器指向UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上(即水
平面上)的投影的方向之间的角度值θ，
当x＝0，y＞0时，θ＝0；
当x＝0，y＜0时，θ＝180；
当x＞0，y＝0时，θ＝270；
当x＜0，y＝0时，θ＝90；
当x＞0，y＞0时，
θ
=
270
+
a
r
c
t
g
(
y
x
)
;
]]>
当x＜0，y＞0时，
θ
=
a
r
c
t
g
(
y
-
x
)
;
]]>
当x＜0，y＜0时，
θ
=
90
+
a
r
c
t
g
(
y
x
)
;
]]>
当x＞0，y＜0时，
θ
=
180
+
a
r
c
t
g
(
-
y
x
)
;
]]>
从而计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影
指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向之间的角度值α；如
图5所示，如果θ＜180，则α＝θ+180；如图6所示，如果θ≥180，则
α＝θ-180；车位锁将计算出的角度值α以及UWB定位标签的坐标值
发送到指示装置；当第一UWB定位传感器指向UWB定位标签在X
轴和Y轴所在的平面上的投影的方向与Y轴正方向同向时，角度值
θ＝0，α＝180；
S7：控制器通过第二电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以地磁
正北方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，根据接收到的角度值
α确定显示屏上显示的指针的指向，显示屏显示出指针，该指针的指
向与地磁正北之间的角度值始终为α；当指针指向地磁正北方向时，
角度值α＝0；
S8：当车主根据显示屏上指针的指向找到停车位时，车主通过指
示装置向停车位上的车位锁发送使用车位请求，使用车位请求信息中
包含有该指示装置自身的特定编号，该车位锁接收到使用车位请求后，
将使用车位请求信息中的特定编号与管理服务器发送的特定编号比
对，如果比对成功，则通过升降器将挡板降下，车主可使用该停车位；
当车主驾车离开停车位后，通过指示装置向停车位上的车位锁发送车
位使用完毕请求，该车位锁接收到车位使用完毕请求后通过升降器将
挡板升到最高位置，阻止车辆停放，同时发送空闲状态信息给管理服
务器，管理服务器将该停车位标记为空闲状态。
车位锁实时检测角度值α和UWB定位标签的坐标值，并发送到
指示装置，指示装置实时调整指针方向，实现实时指引的效果。指示
装置根据UWB定位标签的坐标值确定UWB定位标签与第一UWB
定位传感器在竖直方向上的距离及方位，根据停车位所在楼层和每层
楼的高度计算出自身所在的楼层，指示装置的显示屏显示自身当前所
在楼层、停车位所在楼层及位置。指示装置根据UWB定位标签的坐
标值计算出指示装置与停车位在水平面上的直线距离，显示屏显示该
距离。
实施例2：本实施例的一种大型停车场车辆引导系统，如图1、
图2、图3所示，包括管理服务器1、指示装置2和设置在停车位上
的车位锁3，车位锁3包括底座4以及驱动底座4转动的驱动电机5，
底座4上设有升降器6，升降器6的顶端设有沿横向设置的挡板7，
挡板7一侧设有与挡板7垂直的纵板25，底座4上设有中央处理单
元8、第一无线通信模块9、第一电子罗盘模块10、第一UWB定位
传感器11和用于检测车辆的感应器22，挡板7上设有第二UWB定
位传感器12和第三UWB定位传感器13，纵板上设有第四UWB定
位传感器14，第一UWB定位传感器11和第二UWB定位传感器12
的连线与底座4垂直，第二UWB定位传感器12和第三UWB定位
传感器13的连线与底座平行，第二UWB定位传感器12和第四UWB
定位传感器14的连线与底座4平行，且与第二UWB定位传感器12
和第三UWB定位传感器13的连线垂直，指示装置2包括控制器15、
第二无线通信模块16、UWB定位标签17、显示屏18、按键组19和
第二电子罗盘模块20，中央处理单元8分别与驱动电机5、升降器6、
第一无线通信模块9、第一电子罗盘模块10、第一UWB定位传感器
11、第二UWB定位传感器12、第三UWB定位传感器13、第四UWB
定位传感器14和感应器22电连接，控制器15分别与第二无线通信
模块16、UWB定位标签17、显示屏18、按键组19和第二电子罗盘
模块20电连接，第一无线通信模块9、第二无线通信模块16和管理
服务器1通过无线网络无线连接。
管理服务器可通过移动互联网与用户智能手机进行通信，车主可
查询停车场是否有空闲车位。车主在停车场入口从管理人员处取得指
示装置，通过指示装置向管理服务器发出停车请求，停车请求信息中
包含有该指示装置自身的特定编号，每个指示装置都具有唯一的特定
编号。管理服务器接收到停车请求后从空闲的停车位中选取一个停车
位分配给车主使用，将该停车位标记为使用状态，发送启动指令给该
停车位上的车位锁，启动指令中包含有指示装置的特定编号。
该停车位上的车位锁接收到启动指令后开始工作，发送停车位信
息给指示装置，停车位信息包括停车位的位置及编号，指示装置接收
到被分配的停车位信息后，通过显示屏显示停车位信息，通过UWB
定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号给该车位锁。该车位锁
通过第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定
位传感器和第四UWB定位传感器接收UWB定位标签发送的UWB
信号，该车位锁的中央处理单元通过第一电子罗盘模块获取地磁正北
的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁正北方向为Y轴正
方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向为X轴正方向，以
第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器的方向(即竖直向
上方向)为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系，第一UWB定
位传感器和第二UWB定位传感器的连线与Z轴重合。
然后，中央处理单元通过驱动电机驱动底座转动，使得挡板与地
磁正北方向平行，即第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器
连成的直线与地磁正北方向平行，第三UWB定位传感器的X轴坐标
为0，第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，由于第二UWB定位
传感器和第四UWB定位传感器的连线与第二UWB定位传感器和第
三UWB定位传感器的连线垂直，第四UWB定位传感器的X轴坐标
为x3，第四UWB定位传感器的Y轴坐标为0，由于挡板处于最高位
置，第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定
位传感器的Z轴坐标都为z1，此时，第一UWB定位传感器的坐标为
(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB
定位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为
(x3，0，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之
间的距离为R0，第二UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之
间的距离为R1，第三UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之
间的距离为R2，第四UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之
间的距离为R3，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，建立方程
组，计算出x，y，z的值，得到UWB定位标签的坐标值。
如图4所示，中央处理单元根据x，y的值，以Y轴正方向为起
始，逆时针转动为角度增大方向，计算出Y轴正方向与第一UWB定
位传感器指向UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影的
方向之间的角度值θ，从而计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在
的平面上的投影指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向(即
地磁正北方向)之间的角度值α，车位锁将计算出的角度值α以及UWB
定位标签的坐标值发送到指示装置。控制器通过第二电子罗盘模块获
取地磁正北的方向，以地磁正北方向为起始，逆时针转动为角度增大
方向，根据接收到的角度值α确定显示屏上显示的指针的指向，显示
屏显示出指针，该指针的指向与地磁正北之间的角度值始终为α。车
位锁实时检测角度值α和UWB定位标签的坐标值，并发送到指示装
置，指示装置实时调整指针方向。
指示装置根据UWB定位标签的坐标值确定UWB定位标签与第
一UWB定位传感器在竖直方向上的距离及方位，根据停车位所在楼
层和每层楼的高度计算出自身所在的楼层，指示装置的显示屏显示自
身当前所在楼层、停车位所在楼层及位置。如z＝-3.5m，则UWB定
位标签位于第一UWB定位传感器下方，UWB定位标签与第一UWB
定位传感器在竖直方向上的距离为3.5m，楼层高度为4m，车位锁位
于2楼，则指示装置当前位于1楼。指示装置根据UWB定位标签的
坐标值计算出指示装置与停车位在水平面上的直线距离，显示屏显示
该距离。
中央处理单元根据UWB定位标签的坐标值计算出指示装置与停
车位在水平面上的直线距离，当车主根据显示屏上指针的指向找到停
车位时，车位锁检测到指示装置与停车位在水平面上的直线距离小于
设定值D，车位锁的升降器将挡板降下，车主可使用该停车位；当车
主不需要使用该停车位时，车主驾车离开停车位，此时车位锁上的感
应器检测到车辆离开，车位锁的升降器将挡板升到最高位置，阻止车
辆停放，同时发送空闲状态信息给管理服务器，管理服务器将该停车
位标记为空闲状态。
指示装置2还包括语音输出模块21，语音输出模块21与控制器
15电连接，语音输出模块可以输出语音提示。挡板7上设有指示灯
23和蜂鸣器24，指示灯23和蜂鸣器24分别与中央处理单元8电连
接。当车辆与停车位距离小于设定值时，指示灯闪烁吸引车主注意。
当挡板下降或上升时，蜂鸣器鸣叫提醒车主注意。
本实施例的一种大型停车场车辆引导系统的引导方法，适用于上
述的一种大型停车场车辆引导系统，包括以下步骤：
S1：车主在停车场入口从管理人员处取得指示装置，通过指示装
置向管理服务器发出停车请求，停车请求信息中包含有该指示装置自
身的特定编号；
S2：管理服务器接收到停车请求后从空闲的停车位中选取一个停
车位分配给车主使用，将该停车位标记为使用状态，发送启动指令给
该停车位上的车位锁，启动指令中包含有指示装置的特定编号；
S3：该停车位上的车位锁接收到启动指令后开始工作，发送停车
位信息给指示装置，停车位信息包括停车位的位置及编号，指示装置
接收到被分配的停车位信息后，通过显示屏显示停车位信息，通过
UWB定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号给该车位锁；
S4：该车位锁通过第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感
器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器接收UWB定位
标签发送的UWB信号，该车位锁的中央处理单元通过第一电子罗盘
模块获取地磁正北的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁
正北方向为Y轴正方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向
为X轴正方向，以第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器
的方向(即竖直向上方向)为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标
系；
S5：中央处理单元通过驱动电机驱动底座转动，使得挡板与地磁
正北方向平行，即第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器连
成的直线与地磁正北方向平行，第三UWB定位传感器的X轴坐标为
0，第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，由于第二UWB定位传
感器和第四UWB定位传感器的连线与第二UWB定位传感器和第三
UWB定位传感器的连线垂直，第四UWB定位传感器的X轴坐标为
x3，第四UWB定位传感器的Y轴坐标为0，由于挡板处于最高位置，
第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传
感器的Z轴坐标都为z1，此时，第一UWB定位传感器的坐标为(0，
0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB定
位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为(x3，
0，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R0，第二UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R1，第三UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R2，第四UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距
离为R3，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：
R
0
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
0
)
2
R
1
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
R
2
2
=
(
x
-
0
)
2
+
(
y
-
y
2
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
R
3
2
=
(
x
-
x
3
)
2
+
(
y
-
0
)
2
+
(
z
-
z
1
)
2
]]>
采用基于泰勒级数展开的最小二乘法进行迭代求解，求出x，y，
z的值，得到UWB定位标签的坐标值；
S6：中央处理单元根据UWB定位标签的坐标值，以Y轴正方向
为起始，逆时针转动为角度增大方向，计算出Y轴正方向与第一UWB
定位传感器指向UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影
的方向之间的角度值θ，
当x＝0，y＞0时，θ＝0；
当x＝0，y＜0时，θ＝180；
当x＞0，y＝0时，θ＝270；
当x＜0，y＝0时，θ＝90；
当x＞0，y＞0时，
θ
=
270
+
a
r
c
t
g
(
y
x
)
;
]]>
当x＜0，y＞0时，
θ
=
a
r
c
t
g
(
y
-
x
)
;
]]>
当x＜0，y＜0时，
θ
=
90
+
a
r
c
t
g
(
y
x
)
;
]]>
当x＞0，y＜0时，
θ
=
180
+
a
r
c
t
g
(
-
y
x
)
;
]]>
从而计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影
指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向之间的角度值α；如
图5所示，如果θ＜180，则α＝θ+180；如图6所示，如果θ≥180，则
α＝θ-180；车位锁将计算出的角度值α以及UWB定位标签的坐标值
发送到指示装置；当第一UWB定位传感器指向UWB定位标签在X
轴和Y轴所在的平面上的投影的方向与Y轴正方向同向时，角度值
θ＝0，α＝180；
S7：控制器通过第二电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以地磁
正北方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，根据接收到的角度值
α确定显示屏上显示的指针的指向，显示屏显示出指针，该指针的指
向与地磁正北之间的角度值始终为α；当指针指向地磁正北方向时，
角度值α＝0；
S8：中央处理单元根据UWB定位标签的坐标值计算出指示装置
与停车位在水平面上的直线距离，当车主根据显示屏上指针的指向找
到停车位时，车位锁检测到指示装置与停车位在水平面上的直线距离
小于设定值D，车位锁的升降器将挡板降下，车主可使用该停车位；
当车主不需要使用该停车位时，车主驾车离开停车位，此时车位锁上
的感应器检测到车辆离开，车位锁的升降器将挡板升到最高位置，阻
止车辆停放，同时发送空闲状态信息给管理服务器，管理服务器将该
停车位标记为空闲状态。
车位锁实时检测角度值α和UWB定位标签的坐标值，并发送到
指示装置，指示装置实时调整指针方向，实现实时指引的效果。指示
装置根据UWB定位标签的坐标值确定UWB定位标签与第一UWB
定位传感器在竖直方向上的距离及方位，根据停车位所在楼层和每层
楼的高度计算出自身所在的楼层，指示装置的显示屏显示自身当前所
在楼层、停车位所在楼层及位置。指示装置根据UWB定位标签的坐
标值计算出指示装置与停车位在水平面上的直线距离，显示屏显示该
距离。