CN103794058A

CN103794058A - 基于状态机的车辆检测方法及装置

Info

Publication number: CN103794058A
Application number: CN201410077615.4A
Authority: CN
Inventors: 余茂荣
Original assignee: WUHAN HUILIAN UNLIMITED TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN HUILIAN UNLIMITED TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: CN103794058B

Abstract

本发明适用于车辆检测技术领域，提供一种基于状态机的车辆检测方法及装置，所述方法包括：获取原始地磁信号、滑动窗口滤波步骤；更新当前背景环境地磁信号步骤；二值化处理步骤；状态机输出步骤；车辆检测事件序列输出步骤。本发明技术方案能够自动更新背景环境的地磁信号，克服了地磁场随环境变化的漂移现象，而且本发明采用状态机检测方法，能有效提高车辆检测的准确性。

Description

基于状态机的车辆检测方法及装置

技术领域

本发明属于车辆检测技术领域，尤其涉及一种基于状态机的车辆检测方法及装置。

背景技术

智能交通系统是解决日益严重的道路交通问题的有效办法，而车辆检测传感器则是智能交通系统中最重要的交通数据采集设备之一。目前车辆检测传感器的信号来源包括声音、压力、地磁、视频等等。从生产成本、检测效率、部署难度等方面的因素综合考虑，使用基于地磁传感器的车辆检测是一个相对比较理想并且易于实现的。

传统的基于地磁信号处理的车辆检测技术方案往往采用固定阈值检测，当检测到得地磁信号大于固定阈值时，认定当前有车辆经过，否则认定当前有车辆经过。由于现有技术方案没有考虑到背景环境地磁信号漂移的影响，因此检测装置不能长时间稳定工作，而且检测精度较低。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于状态机的车辆检测方法及装置，旨在解决现有车辆检测技术方案由于没有考虑到环境地磁信号漂移的影响，使得检测装置不能长时间稳定工作，而且检测精度较低的技术问题。

一方面，所述基于状态机的车辆检测方法包括下述步骤：

实时获取无线地磁传感器输出的原始地磁信号r_i(k)，并进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)；

根据状态机当前输出状态以及所述平滑地磁信号a_i(k)更新当前背景环境地磁信号bi(k)；

计算所述平滑地磁信号a_i(k)与所述背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)；

将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)；

根据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)并输出，所述车辆检测事件序列用于表示当前是否有车。

另一方面，所述基于状态机的车辆检测装置包括：

信号采集滤波模块，用于实时获取无线地磁传感器输出的原始地磁信号r_i(k)，并进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)；

背景环境更新模块，用于根据状态机当前输出状态以及所述平滑地磁信号a_i(k)更新当前背景环境地磁信号bi(k)；

二值化处理输出模块，用于计算所述平滑地磁信号a_i(k)与所述背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)；

状态机输出模块，用于将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)；

车辆检测输出模块，用于据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)并输出，所述车辆检测事件序列用于表示当前是否有车。

本发明的有益效果是：由于在实际车辆检测过程中，背景环境地磁信号存在漂移现象，在本发明技术方案中，通过背景环境地磁信号的更新，能够自动适应环境变化，克服了背景环境地磁信号漂移的影响；而且本发明采用状态机检测方法，抗干扰能力强，鲁棒性好，检测精度高。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的基于状态机的车辆检测方法的流程图；

图2是本发明第一实施例提供的状态机各状态的跳转流程示意图；

图3是本发明第二实施例提供的基于状态机的车辆检测装置的结构方框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的基于状态机的车辆检测方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

如图1所示，本实施例提供的基于状态机的车辆检测方法包括下述步骤：

步骤S101、实时获取无线地磁传感器输出的原始地磁信号r_i(k)，并进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)。

本实施例采用三轴地磁传感器检测车辆，通常所述三轴地磁传感器安装于道路表面或内嵌于道路中，当道路上有车辆经过时，地磁信号发生改变，所述三轴地磁传感器采集到的原始地磁信号发生变化，本实施例通过获取原始地磁信号以及实时更新背景环境地磁信号，并结合具体的算法来检测是否有车辆经过。

具体的，在本步骤中，三轴地磁传感器具有XYZ三个轴方向，在安装三轴地磁传感器时，Z轴垂直于路面，X轴与车辆前进方向一致，在每个轴方向都有磁场强度输出。假设三轴地磁传感器输出的原始地磁信号为r_i(k)，其中i为XYZ三个轴方向的某一轴，在获取到原始地磁信号r_i(k)后，对原始地磁信号进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)。

优选的，作为一种具体实施方式，滑动窗口滤波计算方法如下：

a_{i} (k) = \{\begin{matrix} (Σ_{j = 1}^{s_{buf}} r_{i} (k - j + 1)) / s_{buf} & M > s_{buf} \\ (Σ_{j = 1}^{M} r_{i} (k - j + 1)) / M & M \leq s_{buf} \end{matrix}

其中S_ubf为滑动窗口大小，M为已经接收到的单轴原始地磁信号的数据个数，i为三轴中的某一轴。

步骤S102、根据状态机当前输出状态以及所述平滑地磁信号a_i(k)更新当前背景环境地磁信号bi(k)。

具体的，背景环境地磁信号bi(k)更新方法如下：

其中η为更新比例因子。

上述公式含义为：如果前一时刻不为有车状态，即s(k-1)≠“有车状态”，则将当前平滑地磁信号按η的比例计算至当前背景环境地磁信号数值中，如果前一时刻为有车状态时，则保持背景环境地磁信号数值。本步骤动态调整并更新背景环境地磁信号，能够克服地磁场漂移现象，

步骤S103、计算所述平滑地磁信号a_i(k)与所述背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)。

作为一种优选实施方式，本实施例计算了Z轴和X轴两个方向上的平滑地磁信号a_i(k)与背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)，所述车辆信息序列u(k)表示了有无车信号。具体的，二值化处理方法如下：

其中Tz和Tx分别为Z轴和X轴的预设阈值，当u(k)=0时表示无车信号，u(k)=0时1表示有车信号。本实施例同时考虑Z轴和X轴的地磁信号，提高车辆离开判断的准确性，有利于紧随车辆的识别。

步骤S104、将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)。

本实施例中，所述状态机的输出状态s(k)包括有7个状态，分别为初始化基线状态S1、无车状态S2、无车超计状态S3、无车低计状态S4、有车状态S5、有车低计状态S6和有车超计状态S7，结合车辆信息序列u(k)，获取状态机的输出状态s(k)，如图2所示，状态机各状态的跳转流程如下：

初始化基线状态S1：刚刚启动车辆检测方法，进行背景环境初始化，经过指定时间后，跳转到无车状态S2；

无车状态S2：若u(k)=1，则立即跳转到无车超计状态S3，否则维持在本状态；

无车超计状态S3：若u(k)=0，则立即跳转到无车低计状态S4，否则维持在本状态并记录连续维持在本状态的次数，如果次数达到指定的预设值，则跳转到有车状态S5；

无车低计状态S4：若u(k)=1，则立即跳转到无车超计状态S3，否则维持在本状态并记录连续维持在本状态的次数，如果次数达到指定的预设值，则跳转到无车状态S2；

有车状态S5，若u(k)=0，跳转到有车低计状态S6，若u(k)=1，维持在本状态；

有车低计状态S6，若u(k)=1，则立即跳转到有车超计状态S7，否则维持在本状态并记录连续维持在本状态的次数，如果次数达到指定的预设值，则跳转到无车状态S2；

有车超计状态S7，若u(k)=0，则立即跳转到有车低计状态S6，否则维持在本状态并记录连续维持在本状态的次数，如果次数达到指定的预设值，则跳转到有车状态S5。

本实施例采用状态机检测方法，具体实现时，对无车超计状态S3、无车低计状态S4、有车低计状态S6和有车超计状态S7进行统计计数，当达到指定的预设值时，才能认定当前为有车状态或是无车状态，这种方法抗干扰能力强，鲁棒性好，检测精度高。

步骤S105、根据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)并输出，所述车辆检测事件序列用于表示当前是否有车。

本步骤中，当s(k)=“有车状态”时，d(k)=1，否则d(k)=0。若没有车辆经过，则d(k)连续输出0，若有车辆经过，d(k)连续连续输出1，车辆离开后，d(k)恢复到0。根据d(k)连续等于1的次数，即可估算车辆经过三轴地磁传感器的时间，即检测车辆进入到离开的时间。

实施例二：

图3示出了本发明第二实施例提供的基于状态机的车辆检测装置的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的基于状态机的车辆检测装置包括：

信号采集滤波模块301，用于实时获取三轴地磁传感器输出的原始地磁信号r_i(k)，并进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)；

背景环境更新模块302，用于根据状态机当前输出状态以及所述平滑地磁信号a_i(k)更新当前背景环境地磁信号bi(k)；

二值化处理输出模块303，用于计算所述平滑地磁信号a_i(k)与所述背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)；

状态机输出模块304，用于将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)；

车辆检测输出模块305，用于据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)并输出，所述车辆检测事件序列用于表示当前是否有车。

本实施例提供的功能模块301-305对应实现了实施例一中步骤S101-S105，具体的，三轴地磁传感器在工作时会输出感应到的地磁信号，所述信号采集滤波模块301采集原始地磁信号r_i(k)并进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)，然后背景环境更新模块302根据状态机当前输出状态以及所述平滑地磁信号a_i(k)更新当前背景环境地磁信号bi(k)，二值化处理输出模块303计算所述平滑地磁信号a_i(k)与所述背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)，接着状态机输出模块304将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)，最后车辆检测输出模块根据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)并输出，所述车辆检测事件序列用于表示当前是否有车。在具体实现时，上述功能模块通过处理器模块执行相应程序实现，

作为一种具体实现方式，所述信号采集滤波模块301的滑动窗口滤波公式如下：

a_{i} (k) = \{\begin{matrix} (Σ_{j = 1}^{s_{buf}} r_{i} (k - j + 1)) / s_{buf} & M > s_{buf} \\ (Σ_{j = 1}^{M} r_{i} (k - j + 1)) / M & M \leq s_{buf} \end{matrix}

优选的，所述背景环境更新模块302的当前背景环境地磁信号更新公式如下：

其中η为更新比例因子。

优选的，所述二值化处理输出模块303的二值化处理公式如下：

其中Tz和Tx分别为Z轴和X轴的预设阈值，当u(k)=0时表示无车信号，u(k)=0时1表示有车信号。

优选的，所述状态机的输出状态s(k)包括初始化基线状态S1、无车状态S2、无车超计状态S3、无车低计状态S4、有车状态S5、有车低计状态S6和有车超计状态S7，所述将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)，其状态机的状态跳转流程如下：

综上，本发明提供的车辆检测方案能自动更新背景环境的地磁信号，克服了地磁场随环境变化的漂移现象，而且本发明采用状态机检测方法，通过检测状态机的状态以及设置状态转移条件，能有效提高车辆检测的准确性。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于状态机的车辆检测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述滑动窗口滤波计算方法如下：

a_{i} (k) = \{\begin{matrix} (Σ_{j = 1}^{s_{buf}} r_{i} (k - j + 1)) / s_{buf} & M > s_{buf} \\ (Σ_{j = 1}^{M} r_{i} (k - j + 1)) / M & M \leq s_{buf} \end{matrix}

3.如权利要求2所w述方法，其特征在于，所述更新当前背景环境地磁信号bi(k)方法如下：

其中η为更新比例因子。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)方法如下：

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述状态机的输出状态s(k)包括初始化基线状态S1、无车状态S2、无车超计状态S3、无车低计状态S4、有车状态S5、有车低计状态S6和有车超计状态S7，所述将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)，其状态机的状态跳转流程如下：

6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述根据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)步骤具体如下：

当s(k)=“有车状态”时，d(k)=1，否则d(k)=0；

根据d(k)连续等于1的次数，估算车辆经过三轴地磁传感器的时间。

7.一种基于状态机的车辆检测装置，其特征在于，所述装置包括：

8.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述信号采集滤波模块的滑动窗口滤波公式如下：

a_{i} (k) = \{\begin{matrix} (Σ_{j = 1}^{s_{buf}} r_{i} (k - j + 1)) / s_{buf} & M > s_{buf} \\ (Σ_{j = 1}^{M} r_{i} (k - j + 1)) / M & M \leq s_{buf} \end{matrix}

9.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述背景环境更新模块的当前背景环境地磁信号更新公式如下：

其中η为更新比例因子。

10.如权利要求9所述装置，其特征在于，所述二值化处理输出模块的二值化处理公式如下：