CN104408940A - 一种地磁车检器抗邻车位干扰的磁场角度设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地磁车检器抗邻车位干扰的磁场角度设置方法，旨在既能抗邻车位干扰又能获得较大磁场扰动值。利用地磁车检器进行停车位检测时，建立数学模型，检测车检器检测轴方向、停车位方向以及地磁场方向之间的角度关系，影响车检器不同轴向的峰值与灵敏度，随意设置会产生邻车位干扰或对磁场扰动的灵敏度低等问题。本发明基于双轴向地磁车检器，设计角度关系实验，不同停车位方向下，对车检器各个轴向进行测试，找出其最佳指向，可在保证正向轴高峰值高灵敏度且侧向轴低峰值低灵敏度，在提高检测精度的同时，减少邻车位干扰问题。

Description

一种地磁车检器抗邻车位干扰的磁场角度设置方法

技术领域

本发明涉及一种交通数据采集技术，特别涉及一种地磁车检器抗邻车位干扰的磁场角度设置方法。

背景技术

随着城市汽车数量的激增，“泊车难”成为亟待解决的问题，发展智能停车场系统成为解决问题的关键。在新的智能化停车管理技术不断发展情况下，停车场管理正在向更开放、更灵活的方向发展。远距离的管理人员可以通过联网的方式，直接监视与控制车库情况，停车场的信息也可通过网络传送到各部门，再由中心计算机对各部门的信息统一管理，形成决策支持信息系统，确保管理人员做出正确的决策。其中，信息的高度精准成为停车管理系统的必要条件之一。因此，在停车系统设计中，数据采集环节的关键性不言而喻。

目前，市场上的停车场数据采集技术主要有感应线圈，微波技术，红外技术等，但是由于感应线圈施工难成本高，微波与红外技术受外界环境影响大等劣势将无法满足停车场的市场需求。以双轴磁阻传感器为基础元件的地磁车位检测器体积小，检测精度高，环境适应性强且安装简易，是停车场数据采集设备的重要组成之一。

利用地磁车检器进行停车位检测时，车检器检测轴方向、停车位方向以及地磁场方向之间的角度关系，影响车检器不同轴向的峰值与灵敏度。实际中，往往因为车检器检测轴方向的安装随意性，造成邻车位干扰得不到有效的解决，并且导致车检器在磁场扰动强区域检测到的磁场变化量较低。

发明内容

本发明是针对传统地磁车检器安装随意性导致采集的数据失准的问题，提出了一种地磁车检器抗邻车位干扰的磁场角度设置方法，以地球磁力线方向、停车位方向以及磁阻传感器检测轴X、Y之间的角度关系为研究对象，提出了一种既抗邻车位干扰同时又能获得较大磁场扰动值的设置方法，在降低邻车位干扰的前提下亦能提高车位状态判断的准确率。

本发明的技术方案为：一种地磁车检器抗邻车位干扰的磁场角度设置方法，具体包括如下步骤：

1）以车位检测器为中心，将停车区域分成数个等宽分区域，汽车驶入方向为停车位方向，传感器检测器轴X默认为停车划分线方向，检测器轴X标定为正向轴，检测器轴Y标定为侧向轴，此时地磁方向与停车位方向夹角γ为0°；

2）建立车位检测数学模型：建立以XOY为水平面的立体空间坐标系XYZ，Z轴过0点垂直于XOY水平面，将汽车通过区域的产生磁信号的数学模型，看作一个双极性磁铁，即两端带有N/S极的磁铁，汽车通过一个区域将产生磁信号，其磁矩M在汽车的中心且方向指向地球北极，M＇为磁矩M在水平面XOY上的分量，应用MATLAB分析对汽车通过区域的产生磁信号的数学模型进行建模，得到M在X方向上产生的磁分量Bx计算公式：

，其中

uo是自由空间的磁导率，自由空间即为具有稳定状态的磁场空间；m _x 、m _y 、m _z  分别为磁矩M分解为X、Y、Z三个方向的磁矩；x、y、z表示检测器所在位置与汽车中心的相对距离，所述相对距离指的是将汽车中心与检测器所在位置的连线分解成X、Y、Z三个方向的分量；r是汽车中心到检测器的空间距离，所述空间距离指的是，汽车中心与检测器连成线后，其线的长度；

3）根据步骤2）中Bx计算公式，计算步骤1）状态下，即此时地磁方向与停车方向夹角γ为0°，停车方向与默认的划分线传感器检测器轴X方向的为夹角α的状态，计算获取检测轴磁分量Bx输出值；

4）顺时针调整停车位方向，使停车位方向与地磁场方向的夹角γ的值规律的改变，每变化一次，计算停车区域中各个等宽分区域的检测轴磁分量Bx输出值；

然后保持停车位方向与地磁场方向的夹角γ不变，顺时针调整停车位方向与传感器检测轴X的夹角α，计算每改变一次后停车区域中各个等宽分区域的检测轴磁分量Bx输出值；

5）根据步骤4）所得数据，分别以传感器检测轴X和Y为横坐标，Bx输出值为轴坐标，做检测灵敏度曲线图；

6）传感器检测轴X为横坐标，Bx输出值越大代表检测器对车辆识别度高；传感器检测轴Y为横坐标，Bx输出值输出越低，代表邻车位干扰越低；根据灵敏度图选定适合的γ和α角。

本发明的有益效果在于：本发明地磁车检器抗邻车位干扰的磁场角度设置方法，相较于传统的随意的安装方式，提出的规范安装方法不仅能将传感器检测轴X、Y的灵敏度两极化，降低了邻车位干扰，并且保证传感器正向轴在磁场扰动强的区域能获取较大的磁场变化量而侧向轴相反，为判断车位状态提供了更准确的数据源；实地测试得出的经验关系能使地磁车检器的检测正轴输出峰值高且识别域大，侧轴灵敏度低，从而在降低邻车位干扰的前提下亦能提高车位状态判断的准确率。这对于解决现行停车场系统的难题是非常有意义的。

附图说明

图1为车辆对地磁场的扰动示意图；

图2为双轴磁阻传感器X、Y轴示意图；

图3为本发明车位检测数学模型原理图；

图4为本发明角度关系实验环境图；

图5为汽车驶入时检测轴方向示意图；

图6为调整停车位方向后检测轴方向示意图；

图7轴X高峰值高灵敏度，轴Y低峰值低灵敏度示意图；

图8轴X、Y均低峰值低灵敏度示意图；

图9轴X低峰值高灵敏度，轴Y低峰值低灵敏度示意图。

具体实施方式

在一定的区域内，可以认为地球的磁场强度是恒定的。当由许多铁质物构成的汽车经过这个区域时，汽车周围磁感应强度的量级发生了改变，磁力线在汽车前后车轴处会发生明显的扭曲，如图1所示。因此在停车场数据采集系统中，可以依据磁阻传感器检测磁场强度的变化量来判定停车位状态。

当停车位方向发生变化时，与地球磁力线方向的角度将同样发生改变，也使得这两个方向与磁阻传感器检测轴X、Y的夹角发生变化，从而引起磁阻传感器所检测磁场强度的变化量发生改变。将以双轴磁阻传感器为基础元件的地磁车位检测器埋置入标准停车位，保持停车位方向与双轴磁阻传感器检测轴X、Y处于同一水平面，检测轴X、Y如图2所示。以地球磁力线方向、停车位方向以及双轴磁阻传感器检测轴X、Y之间的角度关系为研究对象，将检测轴X标定为正向轴，该轴要保证其高峰值，高灵敏度。检测轴Y标定为侧向轴，其峰值低，灵敏度低。所谓高峰值是指，不同的停车状态下，可检测到的最大的磁场变化量较大；所谓高灵敏度是指，在停车过程中，检测到的磁场变化量振荡幅度较大且集中。

建立基本研究条件，以单个停车位为研究基础，以地球磁力线方向、停车位方向以及双轴磁阻传感器检测轴X、Y之间的角度关系为研究对象，将其中一检测轴X标定为正向轴，保证其高峰值，高灵敏度。

建立车位检测数学模型（如图3所示），描述汽车产生的磁信号的数学模型可以简化成一个双极性磁铁，即两端带有N/S极的磁铁，汽车通过一个区域将产生磁信号，其磁矩M在汽车的中心且方向指向地球北极，M＇为磁矩M在水平面上的分量，其中夹角θ表示为水平分量M＇与纵坐标X的夹角。应用MATLAB分析建模得出模型（1），其中：Bx是M在X方向上产生的磁分量；uo是自由空间的磁导率，所谓自由空间即为具有稳定状态的磁场空间；m _x 、m _y 、m _z  分别为磁矩M分解为X、Y、Z三个方向的磁矩；x、y、z表示检测器所在位置与汽车中心的相对距离，所谓相对距离指的是将汽车中心与检测器所在位置的连线分解成X、Y、Z三个方向的分量；r是汽车中心到检测器的空间距离，所谓空间距离指的是，汽车中心与检测器连成线后，其线的长度。从（1）中可得，汽车在X方向产生的磁场扰动不仅与传感器之间的距离有关，而且与夹角θ有着较强的相关性。

结合式（1）可得，停车位方向、传感器检测轴X、磁场水平分量三者的指向关系将对传感器检测轴X、Y的检测结果产生影响。在给定的停车方向上，不同的检测轴输出的检测结果将有明显的差异。

设计角度关系实验方案，设计了一个基于真实环境的实验，力图寻找如何依据停车位方向与磁场水平分量的夹角变化来确定正向轴X的指向。由于磁矩M在水平面的投影呈四周对称性，即四个象限有着对称的角度关系，所以研究可集中于第一象限。

具体实验步骤如下：

1.以车位检测器为中心，将停车区域分成十二个等宽分区域，如图4所示，汽车驶入方向为停车方向，传感器检测轴X默认为停车划分线方向，此时地磁方向与停车方向夹角为0；

2.首先，保持汽车驶入停车位方向（即保持停车位方向与地磁场方向的夹角γ为0°，即停车位方向与地磁场方向重合，如图5所示），此时停车位方向与默认的划分线传感器检测器轴X方向的夹角α，获取检测轴磁分量Bx输出值；

其次，顺时针调整停车位方向，使其与地磁场方向的夹角γ的值规律的改变，例如0°、15°、30°，如图6所示，以停车位方向为起点，顺时针调整传感器检测轴X的方向，即改变停车方向与传感器检测轴X的夹角α，获取不同情况下检测轴磁分量Bx输出值；

 3.记录各个α对应的传感器检测轴X、Y在每个分区域上的磁分量输出值，如表1所得数据；

4. 针对不同的停车方向重复以上步骤。

图 7 记录当γ=30°，α=15°时，车检器输出结果，其中检测轴X标定为正向轴。其高峰值高灵敏度的特点，使得车辆可识别域范围大，且侧向轴Y低峰值低灵敏度有利于邻车位干扰的降低。所谓车辆可识别区域是指，在一定区域上检测到的磁场变化量将大于有车阈值时，此区域称为可识别区域，本研究设有车阈值为20。图7中3～8点大于20，即图4中为3～8车位为可识别区域。

图8记录当γ=60°，α从0°转变为30°时，车检器输出结果的变化差异，从图中可以看出，α=0°时，轴X输出值灵敏度分布均衡且峰值低，会导致车位停车状态的误判。将α调整至30°后，正向轴X输出结果呈高灵敏度且高峰值状态，侧向轴Y 为低灵敏度低峰值。这不仅抗邻车位干扰，且扩大了可识别区域。

图9表示当γ=90°，α分别为0°、30°时，车检器输出的变化情况。当α在0°上时，轴X的输出结果虽然呈高灵敏度状态，但峰值较低，可识别域不大。将α调整至30°时，正向轴X输出峰值提高将近30%，较α=0°时，可识别域扩大了近35%。

实地测试得出的经验关系公式（1）能使地磁车检器的检测正轴输出峰值高且识别域大，侧轴灵敏度低，从而在降低邻车位干扰的前提下亦能提高车位状态判断的准确率。最终测试在下面范围内可识别域大。

Claims (1)

1.一种地磁车检器抗邻车位干扰的磁场角度设置方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）以车位检测器为中心，将停车区域分成数个等宽分区域，汽车驶入方向为停车位方向，传感器检测器轴X默认为停车划分线方向，检测器轴X标定为正向轴，检测器轴Y标定为侧向轴，此时地磁方向与停车位方向夹角γ为0°；

2）建立车位检测数学模型：建立以XOY为水平面的立体空间坐标系XYZ，Z轴过0点垂直于XOY水平面，将汽车通过区域的产生磁信号的数学模型，看作一个双极性磁铁，即两端带有N/S极的磁铁，汽车通过一个区域将产生磁信号，其磁矩M在汽车的中心且方向指向地球北极，M＇为磁矩M在水平面XOY上的分量，应用MATLAB分析对汽车通过区域的产生磁信号的数学模型进行建模，得到M在X方向上产生的磁分量Bx计算公式：

，其中

uo是自由空间的磁导率，自由空间即为具有稳定状态的磁场空间；m _x 、m _y 、m _z  分别为磁矩M分解为X、Y、Z三个方向的磁矩；x、y、z表示检测器所在位置与汽车中心的相对距离，所述相对距离指的是将汽车中心与检测器所在位置的连线分解成X、Y、Z三个方向的分量；r是汽车中心到检测器的空间距离，所述空间距离指的是，汽车中心与检测器连成线后，其线的长度；

3）根据步骤2）中Bx计算公式，计算步骤1）状态下，即此时地磁方向与停车方向夹角γ为0°，停车方向与默认的划分线传感器检测器轴X方向的为夹角α的状态，计算获取检测轴磁分量Bx输出值；

4）顺时针调整停车位方向，使停车位方向与地磁场方向的夹角γ的值规律的改变，每变化一次，计算停车区域中各个等宽分区域的检测轴磁分量Bx输出值；

然后保持停车位方向与地磁场方向的夹角γ不变，顺时针调整停车位方向与传感器检测轴X的夹角α，计算每改变一次后停车区域中各个等宽分区域的检测轴磁分量Bx输出值；

5）根据步骤4）所得数据，分别以传感器检测轴X和Y为横坐标，Bx输出值为轴坐标，做检测灵敏度曲线图；

6）传感器检测轴X为横坐标，Bx输出值越大代表检测器对车辆识别度高；传感器检测轴Y为横坐标，Bx输出值输出越低，代表邻车位干扰越低；根据灵敏度图选定适合的γ和α角。