第一指导教师主要成果:谢亮,软件与物联网工程学院教师,长期指导学生参加各类大学生创新创业类竞赛,获得国家级省级奖项100多项,多次获得全国一等奖、江西省历史最佳、全国第一名的成绩。其中,在全国最权威的“挑战杯”、“创青春”和“互联网+”三大比赛中,获得全国金奖在内的奖项40多项,包揽全校所有科技发明类国奖,国奖总数占全校的50%左右,三大比赛最好成绩均是校史最佳成绩,并获得了校史唯一的挑战杯全国优秀指导老师奖。指导国家级大学生创新创业训练计划项目9项,获得江西省历史唯一的全国大学生创新创业年会奖励——最佳创意项目奖。
一、申请理由:
1、成员兴趣及特长
杨俊彩:热爱创新,喜欢探索技术的核心原理,曾自己购买零部件组装一台FPV穿越机。善于在已知条件下最大化的进行创新优化,对于创新项目具有浓厚的兴趣和极大的热情。大一参与课题立项,有一定的竞赛经验。团队的交流核心,思想的汇集点与力量的凝聚点。在省级刊物上以第一作者身份发表论文并被知网、维普收录,申请并获得软件著作权,且为第一版权人。现担任第十五届挑战杯科技发明类泊乐项目负责人,并获省赛答辩资格。
徐畅:个人热爱实践,对待新知识有求知、钻研的欲望,有浓厚的软件编程兴趣,写代码亲力亲为,勤于思考。在科技方面,自己有着对科技的热爱与相关的实践经验,曾参加浙江省青少年科技创新大赛并获奖。
韩诺亚:成绩专业第一,热爱学习,喜欢钻研事物的本质发展规律。脑海中有许多小点子,极富创造力和想象力,向往着能把所思所想变成现实。热爱实践,善于发现并找到问题的关键所在。自学了多门编程语言,对通信原理方面具有较为深入的了解。
常妍:有一定的动手能力,参与过项目的开发,并取得过成绩,对软件的开发充满兴趣,自学了相关语言,并学习硬件的相关书籍。
周志轩:品学兼优,积极向上,有一定的动手实践能力,对科研有浓厚的兴趣,并自学了一些语言,获得过"优秀团员""三好学生"等称号。
2、成员专业知识基础
团队成员均来自物联网专业,有一定的理论知识和专业基础,动手能力强,有一定的项目开发经验。成员品学兼优,有严谨的学习态度及良好的学习方法。专业基础课程都在90分以上,对于编程语言,软件设计开发方面都远超同专业其他学生。对于项目相关专业的知识储备较为充足,自学能力强,有恒心,有毅力。
3、成员实验科研能力
已学实验课程中,全员的平均实验课程得分均在95+。全体成员动手实践能力强,对于器件的组装以及数据调整具有较强的实践能力,在原理和实际操作方面具有较大的优势。成员大都课外自学多门编程语言,对软、硬件的开发具有浓厚的兴趣。在学院和社团活动中表现突出,4人为学生会委员,1人为班级团支书,项目成员均在学院、学校社团获得诸多的荣誉,突出了团队成员的协调配合能力和个人实践能力,为良好的团队科研能力打下稳定的基础。
二、项目方案:
1、研究背景
(1)国内外研究现状及研究意义
随着新时代社会主义的不断前进,国内外技术交流变的便捷与频繁。在当前技术背景下,国内外的定位技术主要分为GPS(全球定位系统)、红外感应技术、超声波定位技术、射频识别技术、Wifi无线定位、Bluetooth蓝牙无线定位、UWB(超宽带)无线定位技术、Zigbee(紫蜂协议)无线定位技术八种。
① 国内外研究环境对比
国外人口密度普遍较小,发达国家大都地广人稀少。所以在国外,停车难问题几乎不存在。在中国国内,大城市人口密度大,车流量大,车位需求大;中小城市人口密度较小,但是对应的车位和车库数量也随之减少,对于车位仍是需求大于供给。
国内外社会因素的不同造成了国内外研究环境的极大不同。国外偏向于室外的大范围长距离导航,如GPS的研究发展;而中国国内则偏向于室内的小范围短距离导航,如UWB、Zigbee等。在这样的研究环境之下,国内的室内定位方法及算法数不胜数,但大都纸上谈兵,没有真正大型的实际应用产品来根治停车难、找车难问题。
② 研究现状
国外室内导航的研究比较成熟,尤其是Google、Appie等大公司,这些公司都是原有GPS系统的布道者,促使室外定位和导航的普及。室内定位和导航的技术基本没有问题,关键在于室内地图,即便是Google这样的公司也仅仅提供了部分百货公司、机场的室内详细布局。室内地图是制约室内导航发展的主要因素,虽然Google提供了SketchUp和Google Maps等软件方便用户添加各种建筑的室内楼层规划图,但是室内地图的构建还是比较麻烦。
国内室内导航研究相比国外研究不够成熟,原有的数字地图公司如高德、百度等凭借原有地图基础和经验,迅速涉足室内导航领域,这些公司主要是从室内地图入手。这些公司提供的室内地图主要还是基于原有的楼层中的电子版的室内地图,与普通的地图生成不同,并且仅限于几家百货商场。
通过大量文献资料、网络数据、纸质书籍考证,停车定位导航融合共享车位的商业模式在全球范围内仍没有一人提出,也没有任何组织或团体有过类似的商业理念。在一个空白的领域,其所包含的商业价值不言而喻。
③ 研究意义
为了更好的解决国内停车难问题,我们团队自主设计研发了无线停车定位导航系统。本项目意在改善有限停车资源的分配,缓解停车压力,可为停车用户提供精准的室内导航定位服务,以及更好的智能化停车体验。在有效的设备引导下提高停车效率,进一步提高车位的利用率。通过共享经济理念,将闲置车位资源充分利用,从源头和进程两方面解决停车难、找车难问题。
(2)项目已有的基础
电子实验箱一台,经费1000元,DWM1000芯片4块,CC2530芯片15块。
(3)已备条件和欠缺之处
室内定位技术的种种类别已经被前人提出,但是知网上的相关论文大都泛泛而谈,没有实际意义和应用价值。我们在前人的理论基础上开拓创新,使其更有市场容错性和实用性,而非纸上空谈兵。
(4)已取得的成绩
在省级刊物发表论文一篇,刊号ISSN 1008-6609/CN44-1606/TN,03期;
成功申请软件著作权,流水号2019R11L507559;
参加挑战杯全国大学生课外科技发明竞赛获得省赛答辩资格;
已成功组建8基站定位网络。
2、项目研究目标及主要内容
系统主要分为数据采样端(协调器,锚节点,盲节点),数据分析端(上位机、PC端),数据反馈端(数据分析处理)和用户端(手机应用)。
数据采集端由ZigBee模块组成:协调器组建整个ZigBee无线传感器网络,盲节点(即待测节点)与用户端绑定,锚节点(即信标节点)位置固定,坐标已知,根据接收信号强度RSSI定位原理,定位盲节点。协调器收集锚节点对盲节点的定位数据,通过串口传输给数据分析端(PC端的上位机)进行定位处理,再由数据反馈端将PC端数据传输给用户端,显示出盲节点的定位结果。
系统在大范围区域内定位时使用网格定位,即将所需定位的区域划分为区域块,定位盲节点所在的区域块,由相应区域块内布置的锚节点进行定位。地磁传感器预判盲节点的行驶方向后,定位节点进行组播通信唤醒下一个区域块内的锚节点定位盲节点,直至盲节点到达目的区域块。
3、项目创新特色概述
(1)融合GPS、Zigbee、UWB三种技术定位和地磁传感技术
GPS坐标信息是接收卫星直射下来的信号,在室内定位的精度不高,Zigbee无线通信技术可有效弥补精度问题。本作品融合两种定位技术,实时感测节点室内位置,结合用户手机自带的地磁传感器判断用户行驶方向,在手机端生成一张“室内地图”,进行停车定位导航。
(2)信号强度矩阵中心仲裁路径规划算法
将停车场划分为区域块,每个区块布置锚节点,锚节点呈网格状分布。根据信号强度定位盲节点所在区域块,可应用于大范围停车场中。
(3)利用定位卡实现用户与无线传感网络的通信
关于无线定位导航系统,市场上有很多纸上谈兵的策划,并没有成熟的系统用于商业。本系统利用定位卡提供用户的位置信息,有效解决用户与无线传感网络之间的数据交互问题,实现定位导航。
(4)共享闲置车位资源,适应时代潮流
在这共享经济的时代,闲置车位资源也能够得到共享。车位主可以在APP发布车位的空闲时间段,租赁者通过APP接收信息,有效整合车位资源,给车位主带来更多的经济效益,便于商业化与市场推广,有助于推动国内停车行业的进一步发展。
4、项目研究技术路线
①实现三点定位,研究小区域块内的定位问题;
②通过Zigbee的自组网原理,研究无线通讯的协议栈,模拟构建UWB协议栈,增强其组网能力;
③通过地磁技术来预判运动趋势,通过深度学习算法来对误差值进行回归矫正;
④实地测量的地理环境分析,设计参数和环境变量函数。
5、研究进度安排及分工
1
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2018年9月至2018年10月
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项目报告申请
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全体成员
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2
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2018年11月至2019年6月
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项目技术可行性技术研究及参加各种科技比赛
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全体成员
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3
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2019年7月至9月
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项目测试与完善
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全体成员
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4
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2019年10月
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发表论文
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杨俊彩
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5
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2019年12月
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作出成品
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全体成员
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三、学校提供条件:
1、实验实训情况
充分利用实验室仪器设备、图书馆相关技术资料项目作品计划将软硬件相结合,两部分均需在实验室利用相关编程软件与仪县设备进行开发和调试。项目申请者所就读的江西财经大学软件与物联网工程学院拥有丰富的科研资源,是项目研发的基础:
(1)图书馆图书种类丰富,藏书接近200万册;
(2)为了扩大学生的阅读量,所订阅的长期中外期刊2200 余种;
(3)拥有10个大型期刊室,其中电子图书十分丰富;
(4)我们实验室拥有研究生以及从大一到大四各个阶段的学生相互学习相互进取,所以我们拥有很好的人力资源。
(5)科研师资力量强大,软件学院有专职教师43人,其中教授3人,副教授12人,讲师28人,具有高水平的指导研发老师。
以上则对项目组在学术研究工作上提供了丰富的资源和材料以及帮助。
除此之外,我们软件学院在枫林园校区设有电子综合实验室,为项目的实物研发提供了场所; 在实验室内有学生使用的电脑,我们可以利用电脑编写程序代码和进行软件开发; 项目用到的wifi信号定位原理,基站系统,蓝牙定位等相关知识,都是各成员在图书馆及各大网站搜索相关资料进行系统地学习和整合,并自购器材设备、自己开发软件进行测试、编译、连接和调试。另外,还道请了谢亮老师作为我们的技术顾问,解决我们在实验室调试过程中出现的问题,对作品进行更进一步的资源配置和优化。
软件开发成功后可在学校图书馆安装设备进行精准的室内定位,做到利己利校的社会价值。
2、配套经费
学校已下发1000元初始启动资金,指导老师会适当资助经费。
3、相关扶持政策
学校大力鼓励同学参加大学生创新创业项目中来,对表现优秀的团体和个人给予校级奖励和资金补助。