CN101110161A - 一种车型自动识别和车流量自动检测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车流量和车型识别系统，包括一个或一组用来检测车辆静止或者运行对地球磁场扰动信号的磁传感器，对信号进行放大的信号放大单元，对放大后的信号进行滤波的滤波单元，将模拟信号转换为数字信号的采集单元，对数字信号进行车型分类识别和车流量自动检测的信号处理单元，显示识别结果的显示单元。经试验证明，本发明能够准确反映不同车辆特征，能准确做出车流量和车型识别结果，且系统具有不受外界天气、气候干扰等影响，具有很高的识别率。

Description

一种车型自动识别和车流量自动检测系统及其方法

技术领域

本发明涉及车流量检测技术领域，特别是提供了一种车型自动识别和车流量自动检测系统及其方法，根据在系统中采集到的数据，自动识别车流量、车型。

背景技术

车辆检测和车型识别系统即交通信息采集系统是高速公路和城市道路监控系统中不可缺少的基本组成部分，交通信息采集系统技术水平的高低直接影响到高速公路和城市道路监控系统的整体运行和管理水平。随着经济的发展，世界各国越来越重视这方面的研究。从上世纪70年代开始，本领域的相关技术人员分别研究了利用各种技术的车流量和车型识别系统。例如较为成熟的有基于红外线、雷达、超声波等为主的系列车型识别方法，目前，利用视频和图像处理技术为基础的车型识别系统也在研究中。但是，这些系统由于本身无法克服的影响因素导致识别率低。例如，红外线识别技术，通过检测发动机的热辐射或者通过反射红外线进行检测，这个缺点是受外界干扰较大以及非车辆热源对识别结果有很大影响。雷达检测与识别是通过反射的微波信号识别车辆的类型。它的缺点是车辆速度很慢或者静止时，识别系统就会失效。利用图像处理技术的识别系统，由于受到天气和气候等影响，目前发展也受到一定限制。

另外，从战场侦察角度来说，战场侦察是一切作战行动的起点，既极为重要又极度危险，传统的人工侦察往往要付出很大代价，并且有很多不利因素，而无人侦察具有零伤亡、风险小、效益高、隐蔽性好和适应性强等诸多优势，更为适合担当战场侦察这一重任。无人值守地面战场侦察传感器系统是一种可以全天候对战区地面部队、武器、车辆和直升机等目标进行监视的系统，具有良好的隐蔽性。因此，受到世界各国科技人员广泛关注，也被许多国家列为各种装备研制计划的优先发展项目之一。

综合以上，对于车辆检测系统来说，所设计的车辆检测器应该技术不复杂，可测较多的参数，监测灵敏度应该较高，使用的适应性应该较大，安装应该不太复杂，同时应该不受昼夜影响可以确保在任何环境下对车辆进行稳定可靠的监控，工程应用方便，免维护，成本也不应该很高。

地球表面为一个地磁场，地球磁场在很广阔的区域内(大约几公里)是一定的。当铁材料的物体(例如车辆)在地球表面静止或者移动时，对周围地磁场产生扰动，引起地磁场的变化，不同类型的车辆对地磁场的影响不同，通过传感器感知地磁场的变化，可以描述出车辆的非常详细的磁特征，从而可以对车辆进行分类识别。

申请号为200410027326.x，公开号为1700261A，名称为“道路交通状况数据采集系统”的中国发明专利申请公开说明书，公开了一种采用磁阻传感器的道路交通状况数据采集系统，包括信号的采集预处理，以及根据地磁场的变化判断车速和车辆是否有撞红灯的现象，不涉及车型的分类与识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车型自动识别和车流量自动检测系统及其方法，其具有监测灵敏度应该高，使用的适应性应该大，安装不太复杂，同时不受昼夜影响可以确保在任何环境下对车辆进行稳定可靠的监控，工程应用方便，免维护，成本不高。

本发明提出的道路交通的车型自动识别和车流量自动检测系统，包括：电源单元、信号检测装置、采集单元、信号处理单元以及显示单元。采集单元连接于信号检测装置，信号处理单元连接于信号采集单元，并且显示单元连接于信号处理单元。信号检测装置检测的模拟电压信号传入到采集单元，经采集单元采集后变成数字信号传入到信号处理单元，信号处理单元处理后在显示单元显示。电源单元连接于信号检测装置、采集单元、信号处理单元、以及显示单元，为信号检测装置、采集单元、信号处理单元以及显示单元提供工作必须的电压。

其中，信号检测装置包括传感器电路、信号放大单元以及滤波单元。信号放大单元连接于传感器电路部分，并且滤波单元连接于信号放大单元。传感器电路用以检测车辆对地球磁场的扰动信号，其输出的信号一般为模拟电压信号；由于传感器输出的信号一般比较小，约为毫伏级，因此传感器电路输出的信号输入到放大单元进行放大到适合采集单元采集的电压，由于车辆对地球磁场的扰动信号为低频信号，因此经过放大单元放大的信号输入到滤波单元进行滤波，滤除高频杂波及其干扰。

其中信号处理单元对采集单元输出的信号进行预处理、特征提取、建立车型特征库，最后将装置检测到的待识别车辆的信息参数对照车型数据库的特征参数，给出识别结果。

本发明中所述的车型自动识别和车流量自动检测系统，所述的信号检测装置采用预埋在道路中间或者道路旁边的磁传感器采集车辆静止或者行驶时对地球磁场造成的影响，上述的磁传感器采用磁阻传感器，为各向异性磁阻传感器(AMR)，特别是MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)传感器，这种传感器适合工作在地球磁场范围。通常将传感器连接成惠斯通电桥的形式感知地磁场的变化，在电桥的输出端输出电压信号，经过放大单元、滤波单元后进入采集单元进行采集，并且采集的信息参数为传感器输出电压的变化情况，采集后的信号输入到信号处理单元进行分类分析处理，做出分类判别，最终在输出单元给出判别结果。

本发明的车型识别和车流量检测的方法包括建立完备的车型数据库、分类器设计和车型识别三部分。在进行车型识别前首先要建立一个完备的车型数据库。此数据库是建立在多次试验基础上的，车型数据库保存的是各种车型的特征。通过信号处理单元分析传感器采集的已知车型的信号，对信号进行预处理，包括自适应阈值分析，平滑滤波，归一化等，再提取不同已知车型的不同特征，包括时域特征、频域特征以及时频域特征。

本发明将分类器设计为最小值规则，即将被识别对象的特征与数据库中各种已知对象的特征进行比较，若在误差阈值范围内则输出识别结果。

车型识别时，将采集到的信号输入到信号处理单元，待识别信号首先进行预处理，包括自适应阈值分析、平滑滤波、归一化等；然后进行提取特征，包括时域特征、频域特征以及时频域特征；最后将其与数据库中各类车型的特征进行比较，计算被测信号和库存中标准车型参数之间的相似性，如果和某种类型的车辆参数相似性最高，则这种车型就是识别输出结果。

附图说明

图1为根据本发明的一个具体实施例的车流量和车型自动识别系统框图。

图2为根据本发明的一个具体实施例中的数据采集装置以及信号预处理电路原理框图。

图3为根据本发明的一个具体实施例中的置位/复位电路图。

图4为根据本发明的一个具体实施例中的识别原理框图。

图5为根据本发明的一个具体实施例中的车辆识别流程图。

图6为根据本发明的一个具体实施例中的显示单元示意图。

图7为根据本发明的一个具体实施例的安装示意图。

具体实施方式

本发明的一个具体实施方式采用磁传感器感测出车辆静止或者运行时对地磁场的扰动，通过对信号的处理，分析出不同车辆对地磁场扰动的规律，从而做出最终识别，并且在显示单元显示结果。

图1描述了根据本发明的一个具体实施例的系统框图。电源单元给其他单元提供工作必须的电压。预埋在马路下或者道路旁边的磁传感器检测车辆静止或者运行时对地磁场的扰动，经过信号放大单元以及滤波单元，将信号送到采集单元经过A/D转换成数字信号，数字信号经过信号处理单元处理，做出识别结果，并在显示单元给出识别结果。上述的地磁场传感器为各向异性磁阻传感器(AMR)，如美国Honeywell公司的磁阻传感器，它是一种MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)传感器，可以工作于地球磁场范围的磁阻传感器。它既可以检测直流静态地磁场，也可以检测地磁场的强度和方向，通常将磁阻的敏感元件连接成惠斯通电桥的形式，当磁阻的敏感元件暴露于变化的地磁场时，其电阻值发生变化，引起输出电压的变化。变化的信号经过信号放大、滤波即信号预处理后，经过A/D转换后，送到信号处理单元处理，做出分类判别。其中信号处理单元可以采用微机形式，也可以采用专用的信号处理单元，如数字信号处理器(DSP)或者单片机等。

图2描述了根据本发明的一个具体实施例中的数据采集装置与信号预处理电路原理框图。磁敏感元件连接成电桥的形式位于磁阻传感器11中，当外界的地磁场由于车辆的静止或通行引起变化时，在磁阻传感器11的电桥输出端输出变化的差分电压V+和V-，由于磁阻传感器输出的电压为mV级，放大单元将变化的信号放大到适合采集的数值，经过滤波单元滤波，输出信号Vo到采集单元。上述的放大单元放大的信号为微弱信号，为了在恶劣的环境中将有用信号放大，本实施例中采用了仪表放大器，它与运算放大器相比，具有线性误差低，噪声低等特点。由于车辆扰动引起的地磁场输出信号为低频信号，通过滤波单元滤除高频信号。环境中的强磁场会导致磁传感器输出信号失真或者没有输出，为了消除这种影响和使输出信号达到最大，应用一种磁开关技术(SR+和SR-)来抵消磁滞。图2中的置位/复位电路用来提供2μs的脉冲用来抵消磁滞。从信号处理单元DSP输入到置位/复位电路一个方波信号，在输出端输出2μs的脉冲信号，输入到磁阻传感器的置位/复位电流带(图中没有显示)。

图3为根据本发明的一个具体实施例中的置位/复位电路电路图。为了提高传感器的灵敏度，必须提供一个2μs的脉冲给传感器。从DSP输出的方波信号通过互补的三极管的导通、闭合控制实现正负两个方向的脉冲，在实施例中，互补的三极管采用集成芯片IRF7105。从DSP输出的方波信号输入到IRF7105的2脚和4脚，在IRF7105的5脚、6脚、7脚和8脚得到图中所示的S/R脉冲，将此脉冲信号输入到磁阻传感器的置位端S/R+端，同时将复位端S/R-接地，以便消除磁滞，提高磁阻传感器的灵敏度。同时IRF7105的1脚接地，3脚接电源端。

图4为本发明的识别原理框图。根据本发明的一个具体实施例，分为三个步骤：(1)信号采集；(2)建立车型数据库；(3)识别车型和流量统计。信号检测装置就是采集各种车型的磁扰动信号，包括对信号进行放大、数据采集等等。建立车型数据库包括对信号的预处理，特征提取和特征选择等过程。识别车型就是将检测装置测到的信息参数对照车型数据库的特征参数，进而得出识别结果，同时根据检测的信号统计车流量。

图5为根据本发明的一个具体实施例中的车辆识别流程图。首先判断传感器测得的信号是否是车辆信号，如果是则进行识别和流量统计，否则拒识。然后对判断结果是属于某种车辆的信号进行预处理，预处理包括消除趋势项、平滑滤波、归一化等；然后，从检测曲线中提取车辆的特征信息，包括时域特征、频域特征以及时频域特征，如波峰、波谷、曲线变化速度以及变化时间等。根据最小值规则求出与被测信号特征最为接近的数据库信息，此信息相应的车型就是识别输出的结果。

图6为根据本发明的一个具体实施例中的显示单元界面示意图。显示单元通过RS-232与信号处理单元DSP连接，当信号处理单元DSP做出车流量和车型识别后，传输到显示单元，并在显示单元界面显示。其中，总的车流量在车流量后的框中显示，其余分类识别后的各种车型流量在各自框中显示。必须指出，此显示界面可以根据检测道路的不同特点，灵活设置待识别车辆的类型。

图7为根据本发明的一个具体实施例的安装示意图。图中显示的为具有4车道的道路，每条道路的路面下方安装有信号检测装置55，包括一个或者一组磁传感器、放大单元、滤波单元，上述的信号检测装置55采集车辆静止或者运行时对地球磁场的扰动信号，并且放大、滤波，适宜采集单元采集。将滤波后的信号传送到安装在路边的信号采集单元以及信号处理单元66，做出识别后，在安装路边的显示单元77上显示。

Claims (5)

1.一种车型自动识别和车流量自动检测系统，包括：电源单元、信号检测装置、采集单元、信号处理单元、以及显示单元；其特征在于，采集单元连接于信号检测装置，信号处理单元连接于信号采集单元，并且显示单元连接于信号处理单元；信号检测装置检测的模拟电压信号传入到采集单元，经采集单元采集后变成数字信号传入到信号处理单元，信号处理单元处理后在显示单元显示；电源单元连接于信号检测装置、采集单元、信号处理单元以及显示单元，为信号检测装置、采集单元、信号处理单元、以及显示单元提供工作必须的电压。

2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，信号检测装置包括传感器电路、信号放大单元以及滤波单元，信号放大单元连接于传感器电路，并且滤波单元连接于信号放大单元，传感器电路用以检测车辆对地球磁场的扰动信号，其输出的信号为模拟电压信号；传感器电路输出的信号输入到放大单元进行放大到采集单元采集的电压，经过放大单元放大的信号输入到滤波单元进行滤波，滤除高频杂波及其干扰。

3.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，信号处理单元对采集单元输出的信号进行预处理、特征提取、建立车型特征库，最后将装置检测到的待识别车辆的信息参数对照车型数据库的特征参数，给出识别结果。

4.按照权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的信号检测装置采用预埋在道路中间或者道路旁边的磁传感器采集车辆静止或者行驶时对地球磁场造成的影响，磁传感器采用磁阻传感器，为各向异性磁阻传感器。

5.一种采用权利要求1所述系统进行车型识别和车流量检测的方法，包括建立完备的车型数据库、分类器设计和车型识别三部分；其特征在于，在进行车型识别前首先要建立一个完备的车型数据库，此数据库是建立在多次试验基础上的，车型数据库保存的是各种车型的特征；通过信号处理单元分析传感器采集的已知车型的信号，对信号进行预处理，包括自适应阈值分析，平滑滤波，归一化，再提取不同已知车型的不同特征，包括时域特征、频域特征以及时频域特征；将被识别对象的特征与数据库中各种已知对象的特征进行比较，若在误差阈值范围内则输出识别结果；车型识别时，将采集到的信号输入到信号处理单元，待识别信号首先进行预处理，包括自适应阈值分析，平滑滤波，归一化；然后进行提取特征，包括时域特征、频域特征以及时频域特征；最后将其与数据库中各类车型的特征进行比较，计算被测信号和数据库中标准车型参数之间的相似性，如果和某种类型的车辆参数相似性最高，则这种车型就是识别输出结果。

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