CN102496287B - 弱磁数字传感车辆检测系统及其所采用的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属道路车辆信息检测领域，尤其涉及一种弱磁数字传感车辆检测系统及其所采用的检测方法，它包括两个弱磁数字传感器端机及一个无线接收端机；弱磁数字传感器端机以无线方式与无线接收端机通信；弱磁数字传感器端机包括弱磁数字传感器、探头射频模块及电源；无线接收端机包括接收射频模块及数据传送模块。本发明将两个弱磁数字传感探头端机，以距离S沿着车辆行驶的方向埋设于被测车道的中央；车辆驶入首位时，弱磁数字传感探头端机将信息传至无线接收端机；无线接收端机开始计时；当驶入次位时，弱磁数字传感探头端机停止计时，得到时间T，车辆速度V=S/T。本发明对路面破坏小，系统维护成本低，可靠性高，抗干扰能力强，稳定性好。

Description

弱磁数字传感车辆检测系统及其所采用的检测方法

技术领域

本发明属道路车辆信息检测领域，尤其涉及一种弱磁数字传感车辆检测系统及其所采用的检测方法。

背景技术

近年来，随着国家经济的快速发展，特别是国家政策对汽车行业发展的扶持，汽车保有辆急剧增加，但是交通基础设施建设跟不上，进一步加剧供需矛盾，由此引发的交通拥堵，交通事故的上升，交通环境的恶化等一系例问题，严重影响了城市的发展。

车辆信息的检测为交通系统提供了车辆行驶时的、车速、行驶方向、车长等数据，以保障交通系统运行的正常。传统的车辆检测方法主要采用雷达和线圈两种方法。雷达测速易于安装，但单车道识别能力差，当多辆车同时行驶过测速点时，无法确定所测速度对应的车辆，触发位置不确定，有些道路因为环境干扰而无法使用。雷达设备还存在成本也较高，稳定性差的问题，而线圈测速单车道识别能力强，但不易安装，须大面积损坏路面，安装成本和维护成本都很高，对公路本身会造成较大的破坏。现有的磁阻传感器检测车辆的方法，对路面破坏小，安装容易，成本低，维护方便，受环境影响小，不少公司还处于基于磁阻传感器的研发当中，也取得了一定的成绩，因磁阻传感器输出的是微弱的电压信号，必需要有放大电路，滤波电路和磁阻复位电路及采样电路等，这就使稳定性和可靠性变差，功耗和体积也很难做得很小，所以很难形成产品化，现有产品普遍存在体积较大、电池供电工作时间短，容易产生误触发、测速精确度差等缺陷，所以目前此类产品都没有大规模投入使用。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种对路面破坏小，系统维护成本低，可靠性高，抗干扰能力强，稳定性好的弱磁数字传感车辆检测系统。

本发明还提供一种与上述系统配套的弱磁数字传感车辆检测方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：弱磁数字传感车辆检测系统，它包括两个弱磁数字传感器端机及一个无线接收端机；所述弱磁数字传感器端机以无线方式与无线接收端机通信；所述弱磁数字传感器端机包括弱磁数字传感器、探头射频模块及电源；所述无线接收端机包括接收射频模块及数据传送模块；所述探头射频模块的传输端口与弱磁数字传感器的端口相接；所述接收射频模块的传输端口与数据传送模块的传输端口相接。

作为一种优选方案，本发明所述数据传送模块可采用RS232通信模块。

上述的弱磁数字传感车辆检测系统所采用的检测方法，可按如下步骤实施：（1）将两个弱磁数字传感探头端机，以一定距离S沿着车辆行驶的方向埋设于被测车道的中央；（2）当车辆驶入首位时，首位弱磁数字传感探头端机采集数据并将该信息传至无线接收端机；无线接收端机开始计时；当驶入次位时，次位弱磁数字传感探头端机停止计时，得到时间T，输出车辆速度V=S/T；（3）对驶入车辆进行计数。

作为一种优选方案，本发明可依据触发首位弱磁数字传感探头端机或次位弱磁数字传感探头端机的先后，确定车辆行驶方向。

作为另一种优选方案，本发明当车辆驶出两个弱磁数字传感器端机时，无线接收端机分别得到两个车辆的存在时间t₁和t₂，依据所述车辆的存在时间及车辆速度V，得出车辆的长度l=(t1*V+t2*V)/2。

进一步地，本发明无线接收端机接收数字传感器探头端机传回的数据，并依据两个弱磁数字传感器端机的发回的数据计算出结果，实时传给抓拍设备。

更进一步地，本发明所述弱磁数字传感探头端机对所采集的数据依次进行数字滤波、自动平衡及曲线阈值处理后再传至无线接收端机。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：（1）本发明解决了传统道路交通检测系统存在的对路面破坏大，系统维护成本高，可靠性低，受环境影响大，精度不高等问题。

（2）本发明解决了磁阻传感器检测系统存在的电路复杂（必需要有放大电路、滤波电路、磁阻复位电路及采样电路）等问题。

（3）本发明具有功耗低，体积小，便于产业化等特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明原理框图。

图2为本发明弱磁数字传感器检测端机工作流程图。

图3为本发明无线接收端机工作流程图。

图4为本发明的道路安装示意图。

具体实施方式

如图所示，弱磁数字传感车辆检测系统，它包括两个弱磁数字传感器端机及一个无线接收端机；所述弱磁数字传感器端机以无线方式与无线接收端机通信；所述弱磁数字传感器端机包括弱磁数字传感器、探头射频模块及电源；所述无线接收端机包括接收射频模块及数据传送模块；所述探头射频模块的传输端口与弱磁数字传感器的端口相接；所述接收射频模块的传输端口与数据传送模块的传输端口相接。

本发明所述数据传送模块采用RS232通信模块。

上述弱磁数字传感车辆检测系统所采用的检测方法，可按如下步骤实施：（1）将两个弱磁数字传感探头端机，以一定距离S沿着车辆行驶的方向埋设于被测车道的中央；（2）当车辆驶入首位时，首位弱磁数字传感探头端机采集数据并将该信息传至无线接收端机；无线接收端机开始计时；当驶入次位时，次位弱磁数字传感探头端机停止计时，得到时间T，输出车辆速度V=S/T；（3）对驶入车辆进行计数。

本发明可依据触发首位弱磁数字传感探头端机或次位弱磁数字传感探头端机的先后，确定车辆行驶方向。

本发明当车辆驶出两个弱磁数字传感器端机时，无线接收端机分别得到两个车辆的存在时间t₁和t₂，依据所述车辆的存在时间及车辆速度V，得出车辆的长度l=(t1*V+t2*V)/2。

本发明无线接收端机接收数字传感器探头端机传回的数据，并依据两个弱磁数字传感器端机的发回的数据计算出结果，实时传给抓拍设备。

参见图1，本发明研制的弱磁数字传感车辆检测系统，由两个弱磁数字传感器端机和一个无线接收端机组成，两个弱磁数字传感器端机以无线方式与无线接收端机通信；弱磁数字传感器端机包括弱磁数字传感器与带嵌入式处理功能的探头射频模块及电池；无线接收端机由嵌入式处理功能的接收射频模块单独组成。

弱磁数字传感器将采集的地磁数字信号，直接传给射频模块中的嵌入式处理单元，通过嵌入式处理器中的算法，计算出车辆驶入驶出的信息，并将该信息通过无线模块实时传给无线接收端机。

 无线接收端机接收弱磁数字传感器传回的数据，并根据两个弱磁数字传感器端机的发回的数据计算出结果，实时传给抓拍设备。

 参见图2及图3，本发明所述弱磁数字传感车辆检测方法为：将两个弱磁数字传感端机（1-1号与1-2号），以一定距离S沿着车辆行驶的方向埋设于被测车道的中央，当车辆驶入时，1-1号弱磁数字传感器端机实时将该信息传给无线接收端机，无线接收端机开始计时，当驶入1-2号弱磁数字传感器端机计时停止，得到时间T，输出车辆速度V=S/T。

根据先触发哪个传感器探测端机得到车辆行驶方向，及车辆计数N即车流量。当车辆驶出时两个弱磁数字传感器端机时，无线接收端机分别得到两个车辆的存在时间t1和t2，根据车辆的存在时间和计算得到的速度V，计算出车辆的长度l=(t1*V+t2*V)/2。因为弱磁数字传感端机全部为数字器件，没有模拟电路，具有极强的抗干扰能力与超低的功耗。由本发明构成的测速系统具有测速精准，车辆触发位置准确，灵敏度可调，无须布线，对路面破坏微小，维护成本低等特点。弱磁数字传感探头端机基本上免维护，适用性强。

参见图1，本发明所述弱磁数字传感车辆检测系统由弱磁数字传感器检测端机1-1和弱磁数字传感器检测端机1-2（另一车道为弱磁数字传感器端机2-1及弱磁数字传感器端机2-2）与一个无线接收端机相连。弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2在物理结构和软件算法上完全相同。

弱磁数字传感器端机1-1包括弱磁数字传感器、带数据处理器的探头射频模块、电池模块。弱磁数字传感器端机1-2包括弱磁数字传感器、带数据处理器的探头射频模块、电池模块。无线接收端机包括带数据处理单元的接收射频模块及数据传送模块。

带数据处理单元的探头射频模块实时读取弱磁数字传感器的地磁信号的实时数据，并通过处理单元中内部的算法,实时计算出车辆的驶入驶出信息，处理单元中内部的算法具有自动判断车辆经过时引起磁场变化的曲线。通过内部数字滤波算法去除磁场中的干扰，先进的车辆判断算法精准的计算出车辆的驶入驶出信息。

弱磁数字传感器端机1-1将车辆驶入驶出信息实时送入弱磁数字传感器端机1-1的探头射频模块。弱磁数字传感器端机1-2将车辆驶入驶出信息实时送入弱磁数字传感器端机1-2的探头射频模块。

弱磁数字传感器端机1-1的探头射频模块与无线接收端机通过数字无线通信的方式进行数据传输。弱磁数字传感探器端机1-2的探头射频模块与无线接收端机通过数字无线通信的方式进行数据传输。

无线接收端机通过弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2发来的实时车辆驶入驶出信息，计算出车辆的在通过弱磁数字传感器检测端机1-1和弱磁数字传感器检测端机1-2相隔距离的时间，并计算出车辆的速度、行进方向、车辆长度等信息，并实时将信息传给无线接收端机RS232通信模块。

参见图2及图3，本发明所述弱磁数字传感车辆检测系统的检测方法为：弱磁数字传感器端机1-1及弱磁数字传感器端机1-2以一定的距离S安装于与车辆行驶方向的道路中央。弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2之间的距离S通常小于4米，S小则大大减小漏检误检的情况。无线接收端机以一定高度安装于路边，当车辆从弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2上面经过时，弱磁数字传感探器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2计算出车辆的驶入驶出信息，并实时传给无线接收端机，无线接收端机在收到弱磁数字传感器端机1-1的驶入信息开始计时，在收到弱磁数字传感器端机1-2的驶出信息时，保存计时值为T,T即为车辆在弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2之间的通过时间，根据在收到弱磁数字传感器端机1-1的驶出信息时，保存计时值为t₁,在收到弱磁数字传感器端机1-2的驶出信息时，保存计时值为t₂，计时停止，t₁、t₂分别为车辆在弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2上的存在时间。根弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器检测端机1-2之间的距离S和经过时间T，实时计算出速度V=S/T，同时也对车辆进行计数。根据触发弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2的先后顺序，即可得到车辆行驶方向，根据车辆的在弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2上存在时间t₁、t₂和计算得到的速度V，计算出车辆的长度l=(t₁*V+t₂*V)/2,并实时能过无线接收端机的R232通信模块发出车辆信息，实现实时触发抓拍。

本发明在使用过程中采用了数字滤波算法、自动平衡磁场算法、曲线阈值算法，无线数据差错延时校正算法，全部采用数字电路设计具有极强的抗干扰能力，基本不受其它信号影响。数字滤波算法可滤除由车辆引起的磁场变化以外的其它磁干扰信号。自动平衡无车磁场算法，分析数字滤波后的磁场数据，自动平衡环境磁场的均值，分离出有车经过时的磁场曲线。曲线阈值算法，根据设定的阈值分析，有车经过时的磁场曲线计算出车辆的驶入、驶出信息，并实现灵敏度可调。无线数据差错延时校正算法，无线数字传输时分析数据发送频率是否被占用，发送完成后是否有应答，还要判断数据是否到达，采用重发数据包带时间戳的方式，以保证数据到达的时间确定性。

弱磁数字传感器端机1-1、弱磁数字传感器端机1-2和无线接收端机的射频模块工作中频率为433M，具有8个信道，信道间隔带宽200K，数据传输数率可调，最大250Kbps，发射功率10dBm,安装在路面以下的断层中时有效传输距离可达200米。

弱磁数字传感器端机1-1、弱磁数字传感器端机1-2的具体安装，平行于车道的方向，以一定距离S埋入道路中央，弱磁数字传感器端机1-1、弱磁数字传感器端机1-2的上表面距地面5mm。弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2周围空隙和环氧脂胶填充固定。无线接收端机通常安装于抓拍设备中。

本发明所利用的弱磁数字传感技术检测辆信息的无线传感网络系统的原理是：地球磁场在很广阔的区域内（大约几公里）和长期的时间内（数千年）是一定的。在一个相对恒定的背景磁场下，如果出现了一个铁磁性物体（如汽车），无论它是运动的还是静止的，地球磁场都将会发生扰动。地磁传感器可检测由于车辆干扰而引起的地磁场的变化，分析车辆的相关状态（如驶入、驶出、停留等），进而完成测速、触发等工作。地磁测速是基于弱磁数字传感技术检测技术完成的。在车辆的行驶方向上的固定位置顺序安装两只弱磁数字传感器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2，车辆通过时磁数字传感探器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2通过内部算法将产生两个驶入驶出信息，并实时传给无线接收端机，两个驶入信息的间隔时间与车辆通过时的平均速度成反比。V=S/T因此，只要精确测量驶入驶出信息的间隔时间T和两只地磁探头之间的距离S，就可以测出车辆通过时的平均速度V。所有计时操作和车速、车长的信息的计算全部在无线接收端机中实时完成，无线接收端机内部高精度计时，无须与磁数字传感探器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2进行校时，进而保证了高精准测速，及实时触发车辆位置。

本发明的数字传感探器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2采用超低功耗设计，使用电池供电，内部有电源管理算法，弱磁数字传感探器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2实时工作时的平均功耗小于0.00005W，工作时的电流限为0.15mA，采用一节2号一次性电池可工作5年以上。根据实际情况的需要，弱磁数字传感探器端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2的敏灵度可调，可进一步降低功耗，达到更长的工作时间。

弱磁数字传感探器检探测端机1-1和弱磁数字传感器端机1-2采用内部嵌入处理器的无线射频数字芯片和弱磁数字传感探器芯片，无线接收端机采用内部嵌入处理器的无线射频数字芯片和R232接口芯片，其结构简单，稳定可靠，具有及小的体积（火柴盒大小）。无线接收端机同样采用超低功耗设计，工作时0.1W功率，特别适用于太阳能供电的车辆违章抓拍系统中。

本发明的系统可检测多个车道的车辆信息，一个无线接收端机可接收多个弱磁数字传感器端机的数据，每个车道安装两个弱磁数字传感器端机，即实现多个车道的车速测量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种弱磁数字传感车辆检测系统所采用的检测方法，依据触发首位弱磁数字传感探头端机或次位弱磁数字传感探头端机的先后，确定车辆行驶方向；其特征在于，按如下步骤实施：

（1）将两个弱磁数字传感探头端机，以一定距离S沿着车辆行驶的方向埋设于被测车道的中央；

（2）当车辆驶入首位时，首位弱磁数字传感探头端机采集数据并将该信息传至无线接收端机；无线接收端机开始计时；当驶入次位时，次位弱磁数字传感探头端机停止计时，得到时间T，输出车辆速度V=S/T；

（3）对驶入车辆进行计数；

当车辆驶出两个弱磁数字传感器端机时，无线接收端机分别得到两个车辆的存在时间t1和t2，依据所述车辆的存在时间及车辆速度V，得出车辆的长度l=(t1*V+t2*V)/2；

无线接收端机接收数字传感器探头端机传回的数据，并依据两个弱磁数字传感器端机的发回的数据计算出结果，实时传给抓拍设备；

所述弱磁数字传感探头端机对所采集的数据依次进行数字滤波、自动平衡及曲线阈值处理后再传至无线接收端机；

弱磁数字传感车辆检测系统包括两个弱磁数字传感器端机及一个无线接收端机；所述弱磁数字传感器端机以无线方式与无线接收端机通信；所述弱磁数字传感器端机包括弱磁数字传感器、探头射频模块及电源；所述无线接收端机包括接收射频模块及数据传送模块；所述探头射频模块的传输端口与弱磁数字传感器的端口相接；所述接收射频模块的传输端口与数据传送模块的传输端口相接；所述数据传送模块采用RS232通信模块。

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