CN102289939A

CN102289939A - 一种基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法

Info

Publication number: CN102289939A
Application number: CN2011101859517A
Authority: CN
Inventors: 杨波; 尼文斌; 肖佳; 邹富强; 邓硕; 黄耀达
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明涉及一种基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法，包括以下步骤：校准或标定三轴磁阻传感器；获取无车时环境磁场强度、获取有车经过时磁场强度；采用Kaiser法设计FIR滤波器对所测磁场强度数据进行滤波得到数据序列；数据序列进行二值化处理；有无车判断；无车时干扰判断；有车时干扰判断；车辆离开判断；车辆判断完毕后软件强制复位三轴磁阻传感器。其特征在于，该方法综合了三轴磁场信息，能全面反映车辆经过时对地磁场的扰动信息，传感器可以任意摆放，采用软件复位方法能够有效克服车辆连续经过时产生的磁阻传感器信号漂移问题，通过车辆进入、干扰、车辆离开等判断，可以确保检测精度高，抗干扰能力强，该方法易于实现、适用于交通道路、桥梁、广场、隧道等的车辆/车流量检测，也可用于停车场的车辆检测，以便实施智能化管理。

Description

一种基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法

技术领域

本发明涉及一种智能交通等领域的车辆/车流量检测，具体而言是一种利用三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法。

背景技术

随着经济的高速发展和汽车数量的激增，交通拥挤、交通事故频发等造成了越来越多的时间浪费、财产损失和环境污染，交通问题已成为包括我国在内的世界各国政府共同面临的难题之一。为了缓解经济发展给交通运输带来的压力，使现有资源发挥出最大效应，我国政府加大了对智能交通系统的研究和建设力度，而车辆/车流量检测是智能交通系统中最为基础和关键的研究。

国际上常用的车辆/车流量检测方法主要有环形线圈、视频和微波。环形线圈精度高、结构简单，但由于安装维护需要凿路等原因无法推广使用；视频检测器成本高且在夜间与恶劣天气环境下检测精度低；微波大多应用于高速路段的车速检测，安装方便，但容易受周围环境影响，不易推广。

近年来基于磁阻传感器的车辆/车流量检测方法得到了广泛重视，但是目前已有的基于磁阻传感器的车辆/车流量检测研究都是使用模拟信号的单轴或双轴传感器，受其限制，车辆/车流量检测算法主要基于地磁场垂直分量Z轴分量展开的，也有基于磁偏角D研究的；由于磁传感器安装在车道中间，若车辆从磁传感器正上方通过，上述方法能取得较好效果，但若车辆从磁传感器旁边经过，磁场距Z轴较远而距X或Y轴更近，此时Z轴信号则会线性衰减以至于不能检测到信号，而X轴或Y轴磁场则会线性增加，因此基于Z轴的检测精度会降低；而且采用现有方法检测传感器摆放需要确保Z轴垂直于车辆，实际应用时很难实现，会影响检测精度；此外，目前的检测方法无法解决车辆首尾相接连续经过时，传感器信号输出漂移问题，导致检测精度下降。

发明内容

本发明的目的在于解决上述基于磁阻传感器的车辆/车流量检测方法现存的技术问题，提供一种基于三轴磁阻传感器的简单便捷，检测精度高，便于实施的车辆/车流量检测方法。

实现上述发明目的的技术方案如下：

一种基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、对采用的三轴磁阻传感器进行校准或标定；

步骤二、利用校准或标定后的三轴磁阻传感器，获取X、Y、Z三轴合成的环境磁场强度

步骤三、利用校准或标定后的三轴磁阻传感器，获取X、Y、Z三轴合成的车辆经过时产生的磁场强度

步骤四、利用Kaiser窗法设计FIR滤波器，对步骤三中获得的磁场强度

与步骤二中获得的磁场强度

的差值

进行滤波处理，得到数据序列f(k)；

步骤五、f(k)二值化处理：根据测试数据设置车辆阈值T，当f(k)＞T时，设置车辆判断标志u(k)＝1，否则设置u(k)＝0，其中u(k)一直保持为0时，表示没有车辆经过，u(k)变为1时，表示有可能有车辆经过；

步骤六、有车判断：当车辆判断标志u(k)由0变为1时，有车计数器T1从0开始计数，在u(k)维持为1的过程中，如果有车计数器T1的计数值大于或等于预先设定的有车计数阈值N1，则认为有一辆车经过，转到步骤九，判断车辆何时离开，以防止对同一辆车多次计数，否则执行步骤七；

步骤七、无车干扰判断：在u(k)维持为1的过程中，有车计数器T1的计数值小于预先设定的有车计数阈值N1，则在u(k)变为0时，将有车计数器T1清零，干扰计数器T2从0开始计数，在u(k)维持为0的过程中，如果干扰计数器T2的计数值大于或等于预先设定的干扰阈值N2，则认为步骤六中u(k)变为1的过程是外界干扰，实际并没有车辆经过，将干扰计数器T2清零，跳转到步骤二，否则执行步骤八；

步骤八、有车干扰判断：在u(k)维持为0的过程中，干扰计数器T2的计数值小于预先设定的干扰阈值N2，则认为步骤七中u(k)变为0的过程是外界干扰，实际有可能有车辆正在经过，此时将干扰计数器T2清零，转到步骤六，重新判断是否有车辆经过；

步骤九、车辆离开判断：当u(k)变为0时，有车计数器T1清零，车辆离开计数器T3开始计数，在u(k)维持为0的过程中，如果车辆离开计数器T3大于或等于预先设定的车辆离开阈值N3，则认为车辆已经离开，车辆离开计数器T3清零，转到步骤二；

步骤十、软件复位：设置强制复位计数器T4和强制复位阈值Q，当u(k)变为1时，强制复位计数器T4开始计数，如果u(k)变为0之前，计数值达到强制复位阈值Q，则强制复位三轴磁阻传感器，否则将强制复位计数器T4清零；

其中，步骤一中的对三轴磁阻传感器进行校准或标定，在标称磁场难以得到的情况下仍然可以操作，其步骤如下：

Step 101：检测环境磁场，获取磁场强度

Step 102：设置三轴磁阻传感器的寄存器A为正偏置模式，Guass自测试磁场增益为K1；

Step 103：再次获取磁场强度

Step 104：检验Step 103中获得的磁场强度与Step 101中获得的磁场强度

之差是否为Guass自测试磁场设定值与增益K1的乘积，如果是则校准完毕，否则应该加减差值然后再进行校准；

其中，步骤二中获取的磁场强度

和步骤三中获取的磁场强度

均为X、Y、Z三轴合成的总磁场强度，其模值计算公式为：

车辆/车流量的检测精度主要由车辆阈值T以及有车计数器N1共同决定，阈值T越高抗干扰能力越强，然而也越容易漏检从旁边经过的车辆，经过实验得出5≤T≤45时，检测精度较高；

有车计数阈值N1的计算方法为

其中，N1-可采点的个数(个)，L-车身长(m)，v-车速(Km/h)，f-采样频率(Hz)，K-3.6(单位换算系数)，实际操作时，车速可以取道路的最高限速，车身长一般取小型车的车身长；

干扰阈值N2和车辆离开阈值N3通常在有车计数阈值N1的0.8～4倍之间取值，所述的强制复位阈值通常设置为有车计数阈值N1的10倍以上；

与现有的基于磁阻传感器的车辆/车流量检测方法相比，本发明具有如下优点：

1、综合了三轴磁场信息，能全面反映车辆从旁边经过时对地磁场的扰动信息；

2、采用此方法的三轴磁阻传感器可以任意摆放；

3、通过判断车辆进入、有车/无车干扰、车辆离开等，提高方法的抗干扰能力，确保高检测精度；

4、采用软件复位方法简单有效，能够克服车辆连续经过时产生的磁阻传感器信号的漂移问题，提高检测精度；

5、抗干扰能力强，鲁棒性好，检测性能不易受自然环境变化和路表障碍物的影响；

6、此方法应用范围广，适用于交通道路、桥梁、广场、隧道等的车辆/车流量检测，也可应用于停车场的车辆检测，以便对停车场进行智能化管理；

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明方法的应用硬件平台结构框图；

图3是本发明方法的一次具体实验测试结果；

具体实施方式

如图1所示，本发明的方法包括如下几个步骤：

步骤一、在步骤101中对采用的三轴磁阻传感器进行校准或标定；

步骤二、在步骤102中利用校准或标定后的三轴磁阻传感器，获取X、Y、Z三轴合成的环境磁场强度

步骤三、在步骤103中利用校准或标定后的三轴磁阻传感器，获取X、Y、Z三轴合成的车辆经过时产生的磁场强度

步骤四、在步骤104中利用Kaiser窗法设计FIR滤波器，对步骤三中获得的磁场强度

与步骤二中获得的磁场强度

的差值

进行滤波处理，得到数据序列f(k)；

步骤五、在步骤105中对f(k)二值化处理：根据测试数据设置车辆阈值T，T范围通常取为5≤T≤45，当f(k)＞T时，设置u(k)＝1，否则设置u(k)＝0，其中u(k)一直保持为0时，表示没有车辆经过，u(k)变为1时，表示有可能有车辆经过；

步骤六、在步骤106中进行有车判断：当u(k)由0变为1时，有车计数器T1从0开始计数，在u(k)维持为1的过程中，如果有车计数器T1的计数值大于或等于预先设定的有车计数阈值N1，则认为有一辆车经过，转到步骤九，判断车辆何时离开，防止对同一辆车多次计数，否则执行步骤七；

步骤七、在步骤107中进行无车干扰判断：在u(k)维持为1的过程中，有车计数器T1的计数值小于预先设定的有车计数阈值N1，则在u(k)变为0时，将有车计数器T1清零，干扰计数器T2从0开始计数，在u(k)维持为0的过程中，如果干扰计数器T2的计数值大于或等于预先设定的干扰阈值N2，则认为步骤六中u(k)变为1的过程是外界干扰，实际并没有车辆经过，将干扰计数器T2清零，跳转到步骤二，否则执行步骤八；

步骤八、在步骤108中进行有车干扰判断：在u(k)维持为0的过程中，干扰计数器T2的计数值小于预先设定的干扰阈值N2，则认为步骤七中u(k)变为0的过程是外界干扰，实际有可能有车辆正在经过，此时将干扰计数器T2清零，转到步骤六，重新判断是否有车辆经过；

步骤九、在步骤109中车辆离开判断：当u(k)变为0时，有车计数器T1清零，车辆离开计数器T3开始计数，在u(k)维持为0的过程中，如果车辆离开计数器T3大于或等于预先设定的车辆离开阈值N3，则认为车辆已经离开，车辆离开计数器T3清零，转到步骤二；

步骤十、在步骤110中，设置强制复位计数器T4和强制复位阈值Q，当u(k)变为1时，强制复位计数器T4开始计数，如果u(k)变为0之前，计数值达到强制复位阈值Q，则强制复位三轴磁阻传感器，否则将强制复位计数器T4清零；

图2所示是本发明方法的应用硬件平台主要由处理器模块、三轴磁阻传感器模块、通信模块和电源模块组成，三轴磁阻传感器模块和处理器模块通过本发明方法完成对车辆/车流量的检测，处理器模块通过通信模块将处理结果传送给其他设备，电源模块负责为整个硬件平台供电，应用本方法的硬件装置可以应用于交通道路、桥梁、广场、隧道等的车辆/车流量检测，也可应用于停车场的车辆检测，以便对停车场进行智能化管理；

图3所示是本发明的一次具体实验结果，实验参数设置如下：采样点数

其中车长L设为4米，车速设为120km/h，采样频率设置为60Hz，则车辆通过检测装置大约需要0.12秒，三轴磁阻传感器可采样大约7个点，因此本文设计有车计数器阈值N1＝7，若需要采样更高速的车辆则需要提高采样频率；根据测试数据设计车辆阈值T＝40，干扰阈值N1及车辆离开阈值N2均设置为20，强制复位器阈值Q设置为200，实验结果表明本方法检测精度很高，并且能很可靠的辨别出车辆首尾相接连续经过时的情况。

Claims

1.一种基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、对采用的三轴磁阻传感器进行校准或标定；

与步骤二中获得的磁场强度

的差值

进行滤波处理，得到数据序列f(k)；

步骤五、f(k)二值化处理：根据测试数据设置车辆阈值T，当f(k)＞T时，设置u(k)＝1，否则设置u(k)＝0，其中u(k)一直保持为0时，表示没有车辆经过，u(k)变为1时，表示有可能有车辆经过；

步骤六、有车判断：当u(k)由0变为1时，有车计数器T1从0开始计数，在u(k)维持为1的过程中，如果有车计数器T1的计数值大于或等于预先设定的有车计数阈值N1，则认为有一辆车经过，转到步骤九，判断车辆何时离开，防止对同一辆车多次计数，否则执行步骤七；

步骤十、软件复位：设置强制复位计数器T4和强制复位阈值Q，当u(k)变为1时，强制复位计数器T4开始计数，如果u(k)变为0之前，计数值达到强制复位阈值Q，则强制复位三轴磁阻传感器，否则将强制复位计数器T4清零。

2.如权利要求1所述的基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法，其特征在于：所述步骤一中的对三轴磁阻传感器进行校准或标定，在标称磁场难以得到的情况下仍然可以操作，其步骤如下：

Step 101：检测环境磁场，获取磁场强度

Step 103：再次获取磁场强度

Step 104：检验Step 103中获得的磁场强度

与Step 101中获得的磁场强度

之差是否为Guass自测试磁场设定值与增益K1的乘积，如果是则校准完毕，否则应该加减差值然后再进行校准。

3.如权利要求1所述的基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法，其特征在于：所述步骤二中获取的磁场强度

和步骤三中获取的磁场强度均为X、Y、Z三轴合成的总磁场强度，其模值计算公式为：

。

4.如权利要求1所述的基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法，其特征在于：权利要求1所述的有车计数阈值

其中，N1-可采点的个数(个)，L-车身长(m)，v-车速(Km/h)，f-采样频率(Hz)，K-3.6(单位换算系数)。

5.如权利要求1所述的基于三轴磁阻传感器的车辆/车流量检测方法，其特征在于：权利要求1所述的干扰阈值N2和车辆离开阈值N3通常在有车计数阈值N1的0.8～4倍之间取值，所述的强制复位阈值通常设置为有车计数阈值N1的10倍以上。