專利名稱：一種基于三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能交通等領(lǐng)域的車輛/車流量檢測，具體而言是一種利用三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和汽車數(shù)量的激增，交通擁擠、交通事故頻發(fā)等造成了越來越多的時間浪費、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染，交通問題已成為包括我國在內(nèi)的世界各國政府共同面臨的難題之一。為了緩解經(jīng)濟發(fā)展給交通運輸帶來的壓力，使現(xiàn)有資源發(fā)揮出最大效應(yīng)，我國政府加大了對智能交通系統(tǒng)的研究和建設(shè)力度，而車輛/車流量檢測是智能交通系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的研究。國際上常用的車輛/車流量檢測方法主要有環(huán)形線圈、視頻和微波。環(huán)形線圈精度高、結(jié)構(gòu)簡單，但由于安裝維護需要鑿路等原因無法推廣使用；視頻檢測器成本高且在夜間與惡劣天氣環(huán)境下檢測精度低；微波大多應(yīng)用于高速路段的車速檢測，安裝方便，但容易受周圍環(huán)境影響，不易推廣。近年來基于磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法得到了廣泛重視，但是目前已有的基于磁阻傳感器的車輛/車流量檢測研究都是使用模擬信號的單軸或雙軸傳感器，受其限制，車輛/車流量檢測算法主要基于地磁場垂直分量Z軸分量展開的，也有基于磁偏角D 研究的；由于磁傳感器安裝在車道中間，若車輛從磁傳感器正上方通過，上述方法能取得較好效果，但若車輛從磁傳感器旁邊經(jīng)過，磁場距Z軸較遠(yuǎn)而距X或Y軸更近，此時Z軸信號則會線性衰減以至于不能檢測到信號，而X軸或Y軸磁場則會線性增加，因此基于Z軸的檢測精度會降低；而且采用現(xiàn)有方法檢測傳感器擺放需要確保Z軸垂直于車輛，實際應(yīng)用時很難實現(xiàn)，會影響檢測精度；此外，目前的檢測方法無法解決車輛首尾相接連續(xù)經(jīng)過時，傳感器信號輸出漂移問題，導(dǎo)致檢測精度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述基于磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法現(xiàn)存的技術(shù)問題，提供一種基于三軸磁阻傳感器的簡單便捷，檢測精度高，便于實施的車輛/車流量檢測方法。實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案如下—種基于三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一、對采用的三軸磁阻傳感器進行校準(zhǔn)或標(biāo)定；步驟二、利用校準(zhǔn)或標(biāo)定后的三軸磁阻傳感器，獲取X、Y、Z三軸合成的環(huán)境磁場強度兩；步驟三、利用校準(zhǔn)或標(biāo)定后的三軸磁阻傳感器，獲取X、Y、Z三軸合成的車輛經(jīng)過時產(chǎn)生的磁場強度污；步驟四、利用Kaiser窗法設(shè)計FIR濾波器，對步驟三中獲得的磁場強度朽與步驟二中獲得的磁場強度M的差值巧進行濾波處理，得到數(shù)據(jù)序列f(k)；步驟五、f(k) 二值化處理根據(jù)測試數(shù)據(jù)設(shè)置車輛閾值T，當(dāng)f(k) >T時，設(shè)置車輛判斷標(biāo)志u(k) = 1，否則設(shè)置u(k) =0，其中u(k) —直保持為0時，表示沒有車輛經(jīng)過， u(k)變?yōu)?時，表示有可能有車輛經(jīng)過；步驟六、有車判斷當(dāng)車輛判斷標(biāo)志u(k)由0變?yōu)?時，有車計數(shù)器Tl從0開始計數(shù)，在u (k)維持為1的過程中，如果有車計數(shù)器Tl的計數(shù)值大于或等于預(yù)先設(shè)定的有車計數(shù)閾值Ni，則認(rèn)為有一輛車經(jīng)過，轉(zhuǎn)到步驟九，判斷車輛何時離開，以防止對同一輛車多次計數(shù)，否則執(zhí)行步驟七；步驟七、無車干擾判斷在u(k)維持為1的過程中，有車計數(shù)器Tl的計數(shù)值小于預(yù)先設(shè)定的有車計數(shù)閾值W，則在u (k)變?yōu)?時，將有車計數(shù)器Tl清零，干擾計數(shù)器T2從 0開始計數(shù)，在U (k)維持為0的過程中，如果干擾計數(shù)器T2的計數(shù)值大于或等于預(yù)先設(shè)定的干擾閾值N2，則認(rèn)為步驟六中u (k)變?yōu)?的過程是外界干擾，實際并沒有車輛經(jīng)過，將干擾計數(shù)器T2清零，跳轉(zhuǎn)到步驟二，否則執(zhí)行步驟八；步驟八、有車干擾判斷在u(k)維持為0的過程中，干擾計數(shù)器T2的計數(shù)值小于預(yù)先設(shè)定的干擾閾值N2，則認(rèn)為步驟七中u (k)變?yōu)?的過程是外界干擾，實際有可能有車輛正在經(jīng)過，此時將干擾計數(shù)器T2清零，轉(zhuǎn)到步驟六，重新判斷是否有車輛經(jīng)過；步驟九、車輛離開判斷當(dāng)u(k)變?yōu)?時，有車計數(shù)器Tl清零，車輛離開計數(shù)器T3 開始計數(shù)，在u (k)維持為0的過程中，如果車輛離開計數(shù)器T3大于或等于預(yù)先設(shè)定的車輛離開閾值N3，則認(rèn)為車輛已經(jīng)離開，車輛離開計數(shù)器T3清零，轉(zhuǎn)到步驟二 ；步驟十、軟件復(fù)位設(shè)置強制復(fù)位計數(shù)器T4和強制復(fù)位閾值Q，當(dāng)u (k)變?yōu)?時， 強制復(fù)位計數(shù)器T4開始計數(shù)，如果u (k)變?yōu)?之前，計數(shù)值達到強制復(fù)位閾值Q，則強制復(fù)位三軸磁阻傳感器，否則將強制復(fù)位計數(shù)器T4清零；其中，步驟一中的對三軸磁阻傳感器進行校準(zhǔn)或標(biāo)定，在標(biāo)稱磁場難以得到的情況下仍然可以操作，其步驟如下Step 101 檢測環(huán)境磁場，獲取磁場強度Μ;Step 102 設(shè)置三軸磁阻傳感器的寄存器A為正偏置模式，Guass自測試磁場增益為Kl ；Step 103 再次獲取磁場強度遠(yuǎn)；Step 104:檢驗乂印103中獲得的磁場強度遠(yuǎn)與乂印101中獲得的磁場強度M 之差是否為Guass自測試磁場設(shè)定值與增益Kl的乘積，如果是則校準(zhǔn)完畢，否則應(yīng)該加減差值然后再進行校準(zhǔn)；其中，步驟二中獲取的磁場強度兩和步驟三中獲取的磁場強度污均為X、Y、Z三軸合成的總磁場強度，其模值計算公式為-.F = ^X2+Y2+Z2 ；車輛/車流量的檢測精度主要由車輛閾值T以及有車計數(shù)器m共同決定，閾值T 越高抗干擾能力越強，然而也越容易漏檢從旁邊經(jīng)過的車輛，經(jīng)過實驗得出5 < T < 45時， 檢測精度較高；
fC. T有車計數(shù)閾值m的計算方法為Nl=——/，其中，Nl-可采點的個數(shù)(個)，L_車
V
身長(m)，ν-車速(Km/h)，f-采樣頻率(Hz)，K-3. 6 (單位換算系數(shù))，實際操作時，車速可以取道路的最高限速，車身長一般取小型車的車身長；干擾閾值N2和車輛離開閾值N3通常在有車計數(shù)閾值附的0. 8 4倍之間取值， 所述的強制復(fù)位閾值通常設(shè)置為有車計數(shù)閾值m的10倍以上；與現(xiàn)有的基于磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、綜合了三軸磁場信息，能全面反映車輛從旁邊經(jīng)過時對地磁場的擾動信息；2、采用此方法的三軸磁阻傳感器可以任意擺放；3、通過判斷車輛進入、有車/無車干擾、車輛離開等，提高方法的抗干擾能力，確保高檢測精度；4、采用軟件復(fù)位方法簡單有效，能夠克服車輛連續(xù)經(jīng)過時產(chǎn)生的磁阻傳感器信號的漂移問題，提高檢測精度；5、抗干擾能力強，魯棒性好，檢測性能不易受自然環(huán)境變化和路表障礙物的影響；6、此方法應(yīng)用范圍廣，適用于交通道路、橋梁、廣場、隧道等的車輛/車流量檢測， 也可應(yīng)用于停車場的車輛檢測，以便對停車場進行智能化管理；


圖1是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是本發(fā)明方法的應(yīng)用硬件平臺結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明方法的一次具體實驗測試結(jié)果；
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的方法包括如下幾個步驟步驟一、在步驟101中對采用的三軸磁阻傳感器進行校準(zhǔn)或標(biāo)定；步驟二、在步驟102中利用校準(zhǔn)或標(biāo)定后的三軸磁阻傳感器，獲取X、Y、Z三軸合成的環(huán)境磁場強度兩；步驟三、在步驟103中利用校準(zhǔn)或標(biāo)定后的三軸磁阻傳感器，獲取Χ、Υ、Ζ三軸合成的車輛經(jīng)過時產(chǎn)生的磁場強度朽；步驟四、在步驟104中利用Kaiser窗法設(shè)計FIR濾波器，對步驟三中獲得的磁場強度朽與步驟二中獲得的磁場強度M的差值巧進行濾波處理，得到數(shù)據(jù)序列f(k)；步驟五、在步驟105中對f (k) 二值化處理根據(jù)測試數(shù)據(jù)設(shè)置車輛閾值T，T范圍通常取為5彡T彡45，當(dāng)f(k) >1~時，設(shè)置u(k) = 1，否則設(shè)置u(k) =0，其中11(10 —直保持為0時，表示沒有車輛經(jīng)過，u (k)變?yōu)?時，表示有可能有車輛經(jīng)過；步驟六、在步驟106中進行有車判斷當(dāng)u(k)由0變?yōu)?時，有車計數(shù)器Tl從0 開始計數(shù)，在u (k)維持為1的過程中，如果有車計數(shù)器Tl的計數(shù)值大于或等于預(yù)先設(shè)定的有車計數(shù)閾值W，則認(rèn)為有一輛車經(jīng)過，轉(zhuǎn)到步驟九，判斷車輛何時離開，防止對同一輛車多次計數(shù)，否則執(zhí)行步驟七；步驟七、在步驟107中進行無車干擾判斷在u(k)維持為1的過程中，有車計數(shù)器 Tl的計數(shù)值小于預(yù)先設(shè)定的有車計數(shù)閾值m，則在u(k)變?yōu)棣蠒r，將有車計數(shù)器Tl清零， 干擾計數(shù)器T2從0開始計數(shù)，在u (k)維持為0的過程中，如果干擾計數(shù)器T2的計數(shù)值大于或等于預(yù)先設(shè)定的干擾閾值N2，則認(rèn)為步驟六中u(k)變?yōu)?的過程是外界干擾，實際并沒有車輛經(jīng)過，將干擾計數(shù)器T2清零，跳轉(zhuǎn)到步驟二，否則執(zhí)行步驟八；步驟八、在步驟108中進行有車干擾判斷在u(k)維持為0的過程中，干擾計數(shù)器T2的計數(shù)值小于預(yù)先設(shè)定的干擾閾值N2，則認(rèn)為步驟七中u(k)變?yōu)?的過程是外界干擾，實際有可能有車輛正在經(jīng)過，此時將干擾計數(shù)器T2清零，轉(zhuǎn)到步驟六，重新判斷是否有車輛經(jīng)過；步驟九、在步驟109中車輛離開判斷當(dāng)u(k)變?yōu)?時，有車計數(shù)器Tl清零，車輛離開計數(shù)器T3開始計數(shù)，在u (k)維持為0的過程中，如果車輛離開計數(shù)器T3大于或等于預(yù)先設(shè)定的車輛離開閾值N3，則認(rèn)為車輛已經(jīng)離開，車輛離開計數(shù)器T3清零，轉(zhuǎn)到步驟二 ；步驟十、在步驟110中，設(shè)置強制復(fù)位計數(shù)器T4和強制復(fù)位閾值Q，當(dāng)u (k)變?yōu)? 時，強制復(fù)位計數(shù)器T4開始計數(shù)，如果u (k)變?yōu)?之前，計數(shù)值達到強制復(fù)位閾值Q，則強制復(fù)位三軸磁阻傳感器，否則將強制復(fù)位計數(shù)器T4清零；圖2所示是本發(fā)明方法的應(yīng)用硬件平臺主要由處理器模塊、三軸磁阻傳感器模塊、通信模塊和電源模塊組成，三軸磁阻傳感器模塊和處理器模塊通過本發(fā)明方法完成對車輛/車流量的檢測，處理器模塊通過通信模塊將處理結(jié)果傳送給其他設(shè)備，電源模塊負(fù)責(zé)為整個硬件平臺供電，應(yīng)用本方法的硬件裝置可以應(yīng)用于交通道路、橋梁、廣場、隧道等的車輛/車流量檢測，也可應(yīng)用于停車場的車輛檢測，以便對停車場進行智能化管理；圖3所示是本發(fā)明的一次具體實驗結(jié)果，實驗參數(shù)設(shè)置如下采樣點數(shù)
權(quán)利要求
1.一種基于三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、對采用的三軸磁阻傳感器進行校準(zhǔn)或標(biāo)定；步驟二、利用校準(zhǔn)或標(biāo)定后的三軸磁阻傳感器，獲取X、Y、Z三軸合成的環(huán)境磁場強度Fl ；步驟三、利用校準(zhǔn)或標(biāo)定后的三軸磁阻傳感器，獲取X、Y、Z三軸合成的車輛經(jīng)過時產(chǎn)生的磁場強度￥i-’步驟四、利用Kaiser窗法設(shè)計FIR濾波器，對步驟三中獲得的磁場強度污與步驟二中獲得的磁場強度兩的差值丙進行濾波處理，得到數(shù)據(jù)序列f(k)；步驟五、f(k) 二值化處理根據(jù)測試數(shù)據(jù)設(shè)置車輛閾值T，當(dāng)f(k) >1~時，設(shè)置u(k)= 1，否則設(shè)置u (k) = 0，其中u (k) —直保持為0時，表示沒有車輛經(jīng)過，u (k)變?yōu)?時，表示有可能有車輛經(jīng)過；步驟六、有車判斷當(dāng)u(k)由0變?yōu)?時，有車計數(shù)器Tl從0開始計數(shù)，在u(k)維持為1的過程中，如果有車計數(shù)器Tl的計數(shù)值大于或等于預(yù)先設(shè)定的有車計數(shù)閾值Ni，則認(rèn)為有一輛車經(jīng)過，轉(zhuǎn)到步驟九，判斷車輛何時離開，防止對同一輛車多次計數(shù)，否則執(zhí)行步驟七；步驟七、無車干擾判斷在u(k)維持為1的過程中，有車計數(shù)器Tl的計數(shù)值小于預(yù)先設(shè)定的有車計數(shù)閾值W，則在u (k)變?yōu)?時，將有車計數(shù)器Tl清零，干擾計數(shù)器T2從0開始計數(shù)，在u (k)維持為0的過程中，如果干擾計數(shù)器T2的計數(shù)值大于或等于預(yù)先設(shè)定的干擾閾值N2，則認(rèn)為步驟六中u (k)變?yōu)?的過程是外界干擾，實際并沒有車輛經(jīng)過，將干擾計數(shù)器T2清零，跳轉(zhuǎn)到步驟二，否則執(zhí)行步驟八；步驟八、有車干擾判斷在u(k)維持為0的過程中，干擾計數(shù)器T2的計數(shù)值小于預(yù)先設(shè)定的干擾閾值N2，則認(rèn)為步驟七中u(k)變?yōu)?的過程是外界干擾，實際有可能有車輛正在經(jīng)過，此時將干擾計數(shù)器T2清零，轉(zhuǎn)到步驟六，重新判斷是否有車輛經(jīng)過；步驟九、車輛離開判斷當(dāng)u(k)變?yōu)?時，有車計數(shù)器Tl清零，車輛離開計數(shù)器T3開始計數(shù)，在u (k)維持為0的過程中，如果車輛離開計數(shù)器T3大于或等于預(yù)先設(shè)定的車輛離開閾值N3，則認(rèn)為車輛已經(jīng)離開，車輛離開計數(shù)器T3清零，轉(zhuǎn)到步驟二 ；步驟十、軟件復(fù)位設(shè)置強制復(fù)位計數(shù)器T4和強制復(fù)位閾值Q，當(dāng)u (k)變?yōu)?時，強制復(fù)位計數(shù)器T4開始計數(shù)，如果u (k)變?yōu)?之前，計數(shù)值達到強制復(fù)位閾值Q，則強制復(fù)位三軸磁阻傳感器，否則將強制復(fù)位計數(shù)器T4清零。
2.如權(quán)利要求1所述的基于三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法，其特征在于 所述步驟一中的對三軸磁阻傳感器進行校準(zhǔn)或標(biāo)定，在標(biāo)稱磁場難以得到的情況下仍然可以操作，其步驟如下Step 101 檢測環(huán)境磁場，獲取磁場強度Step 102 設(shè)置三軸磁阻傳感器的寄存器A為正偏置模式，Guass自測試磁場增益為Kl ；Step 103:再次獲取磁場強度冠；Step 104:檢驗乂印103中獲得的磁場強度歷與Mep 101中獲得的磁場強度瓦之差是否為Guass自測試磁場設(shè)定值與增益Kl的乘積，如果是則校準(zhǔn)完畢，否則應(yīng)該加減差值然后再進行校準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法，其特征在于 所述步驟二中獲取的磁場強度兩和步驟三中獲取的磁場強度污均為X、Y、Z三軸合成的總磁場強度，其模值計算公式為F = ^X2+Y2+Z2 ；。
4.如權(quán)利要求1所述的基于三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法，其特征在于fC. T權(quán)利要求1所述的有車計數(shù)閾值Nl=——/，其中，Nl-可采點的個數(shù)(個)，L-車身長V(m)，ν-車速(Km/h)，f-采樣頻率(Hz)，K-3. 6 (單位換算系數(shù))。
5.如權(quán)利要求1所述的基于三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法，其特征在于 權(quán)利要求1所述的干擾閾值N2和車輛離開閾值N3通常在有車計數(shù)閾值m的0. 8 4倍之間取值，所述的強制復(fù)位閾值通常設(shè)置為有車計數(shù)閾值m的10倍以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于三軸磁阻傳感器的車輛/車流量檢測方法，包括以下步驟校準(zhǔn)或標(biāo)定三軸磁阻傳感器；獲取無車時環(huán)境磁場強度、獲取有車經(jīng)過時磁場強度；采用Kaiser法設(shè)計FIR濾波器對所測磁場強度數(shù)據(jù)進行濾波得到數(shù)據(jù)序列；數(shù)據(jù)序列進行二值化處理；有無車判斷；無車時干擾判斷；有車時干擾判斷；車輛離開判斷；車輛判斷完畢后軟件強制復(fù)位三軸磁阻傳感器。其特征在于，該方法綜合了三軸磁場信息，能全面反映車輛經(jīng)過時對地磁場的擾動信息，傳感器可以任意擺放，采用軟件復(fù)位方法能夠有效克服車輛連續(xù)經(jīng)過時產(chǎn)生的磁阻傳感器信號漂移問題，通過車輛進入、干擾、車輛離開等判斷，可以確保檢測精度高，抗干擾能力強，該方法易于實現(xiàn)、適用于交通道路、橋梁、廣場、隧道等的車輛/車流量檢測，也可用于停車場的車輛檢測，以便實施智能化管理。
文檔編號G08G1/065GK102289939SQ20111018595
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者尼文斌, 楊波, 肖佳, 鄧碩, 鄒富強, 黃耀達 申請人:北京航空航天大學(xué)