CN104766482A - 一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法与装置 - Google Patents

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徐建闽
林培群
沈文超
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GUANGZHOU YUNXING TECHNOLOGY Co Ltd
South China University of Technology SCUT
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GUANGZHOU YUNXING TECHNOLOGY Co Ltd
South China University of Technology SCUT
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/042—Detecting movement of traffic to be counted or controlled using inductive or magnetic detectors

Abstract

本发明公开了一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法与装置，包括，地磁车辆检测器采集车辆经过时磁场的变化曲线，先对曲线信号进行预处理，再提取特征值；地磁车辆检测器完成特征值提取后，组成数据包由无线网络传输到无线数据接收器，无线数据接收器接收到各车道的检测数据后，进行相关运算得到所需的交通状态判别参数，根据交通状态参数，匹配交通状态判别规则数据库进行交通状态判别和预测。本发明能全天候工作，不受环境变化影响；全球覆盖、技术先进，体积小、低功耗、施工简单。

Description

一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法与装置
技术领域
本发明涉及一种交通运行状态监测领域，特别涉及一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法与装置。
背景技术
随着经济的发展，国内机动车辆数量增长迅速，给城市交通带来了严峻的考验。为了使城市交通畅通舒适，交通信息的采集就成为关键的环节。交通信息检测器就是利用交通信息采集技术，对路面的交通情况进行实时监测，并从宏观、微观上及时掌握交通流的动态变化状况。现有的交通信息采集技术中，真正意义上能全天候工作的为感应线圈检测技术或压电检测技术。但工程应用上线圈容易压坏，压电设备容易故障、维护困难。而地磁检测技术有用于交通流量检测的报告，未见直接用于交通状态判别。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法与装置。
本发明采用如下技术方案：
一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法，包括如下步骤：
(1)周期性获取车辆经过车道时的磁场变化值；
(2)磁场变化值进行预处理得到磁场变化曲线，所述预处理包括数据滤波、边缘提取；
(3)对磁场变化曲线进行特征提取得到特征值，所述特征值包括曲线峰值、曲线时间序列宽度、同一磁场变化值持续时间；
(4)由上述特征值得到交通状态参数，所述交通状态参数包括车流量、车速、占有率、车头时距、排队长度；
(5)根据上述交通状态参数，再匹配交通状态判别规则数据库进行交通状态检测。
所述交通状态具体划分为三级，分别为通畅、拥挤和拥堵。
所述车头时距具体为：通过磁场变化曲线获取前、后两辆车通过时的起始时刻T1和T2，所述车头时距为T1-T2。
一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法的装置，包括地磁车辆检测器和无线数据接收器；
所述地磁车辆检测器：埋设在车道中间，用于获取车辆经过该车道时的周围磁场变化值，对磁场变化值进行数据处理得到特征值，并通过无线网络传输到无线数据接收器；
所述无线数据接收器：安装在路旁信号灯杆或是路灯杆，用于控制埋设在车道中间的地磁车辆检测器，并根据特征值得到交通状态参数，再匹配交通状态判别规则数据库进行交通状态检测。
所述地磁车辆检测器埋设在距离地面50mm。
所述地磁车辆检测器在多车道道路中呈一字排开，平行埋设。
所述地磁车辆检测器包括地磁传感器、AVR微处理器、无线zigbee模块和数据存储器。
还包括无线数据中继器。
本发明相对于现有技术的优点：
(1)能全天候工作，不受环境变化影响；
(2)全球覆盖、技术先进；
(3)体积小、低功耗、施工简单；
(4)无线传输，施工方便；
(5)算法先进：不仅检测流量、速度等参数，而且能够对交通状态进行判别；
(6)嵌入式结构，可在道路网中直接为信号灯控制、交通诱导提供决策支持，无需通过中心计算机。
附图说明
图1为一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法的流程图；
图2为多车道地磁检测器的布置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种基于地球磁场感应的交通状态检测装置，包括地磁车辆检测器、无线数据中继器和无线数据接收器；所述地磁车辆检测器包括地磁传感器、AVR微处理器、无线zigbee模块和数据存储器。
如图2所示，所述地磁车辆检测器：埋设在车道中间，地磁传感器用于获取车辆经过该车道时，周围磁场变化值，AVR微处理器对磁场变化值进行数据处理得到特征值，根据规定的通信协议构成数据包，存储在数据存储器，并通过无线数据中继器或无线网络传输到无线数据接收器，距离较近的时候通过无线网络传输数据，较远的时候通过无线数据中继器传输；
微处理器通过IIc总线与地磁传感器相连接，与无线Zigbee模块的连接是通过串口；另外数据存储模块与微处理器的通信是采用并行传输的。
无线数据中继器起到一个桥梁的作用，扩大的信号幅度和覆盖范围：一个中继器可扩大无线信号幅度和覆盖范围。如果一个或多个已安装的地磁车辆检测器处于无线数据接收器的接入范围之外，那么可使用一个或多个无线数据中继器使接入范围之外的检测器能够与无线数据接收器进行双向通信。
无线数据中继器在系统中属于增强无线传输稳定性和可靠性的设备，可将无线数据转发给检测器和无线数据接收器。
所述无线数据接收器：安装在路旁信号灯杆或是路灯杆，具有无线收发、数据存储和数据处理功能，用于通过发送命令控制每个车道的地磁车辆检测器，并根据特征值得到交通状态参数，再匹配交通状态判别规则数据库进行交通状态检测。
在本实施例中，车道中间埋设的地磁车辆检测器，具体用开孔钻机在车道中央钻一直径120mm的圆孔，深度为120mm，孔底部垫细黄沙，然后把地磁车辆检测器放入圆孔内，使地磁传感器顶端距地面约50mm，地磁传感器与圆孔的缝隙用细砂填充，表面缝隙用树脂或沥青填充即可。
整个道路检测器埋设位置如图2所示，实施例采用4车道的道路，分别为左转、右转、两个直行车道，所述地磁车辆检测器呈一字排开，平行埋设。
如图1所示，由上述硬件连接实现的一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法，包括如下步骤：
(1)当有车辆经过车道时，埋设在该车道中间的地磁传感器检测到周围磁场周围强度的变化，向微处理器输出磁场的变化数据信号。
(2)地磁车辆检测器的AVR微处理器对磁场的变化数据信号进行数据预处理得到磁场变化曲线，磁场变化曲线中X轴为时间，Y轴为磁场变化值，所述预处理包括数字滤波、边缘提取，数字滤波滤除干扰信号然后进行边缘提取。
(3)对磁场变化曲线进行特征提取得到特征值，所述特征值包括曲线峰值、曲线时间序列宽度、同一磁场变化值持续时间；得到特征值后，根据制定的无线通信协议，由无线ZigBee模块将数据传输到无线数据接收器。
(4)无线数据接收器根据特征值，运算得到交通状态参数，所述交通状态参数包括车流量、车速、占有率、车头时距、排队长度等；
例如车流量，可以对单位时间内地磁车辆检测器获取的磁场变化曲线进行统计，而所述曲线的最大值超过某个设定的阈值时，表示该曲线代表一辆车，也就是统计单位时间内有效的曲线数。
而车头时距的计算，车头时距是用时间来表示车间距，与车型无关，从图2可以看到，地磁车辆检测器只要提取前后两辆车通过时磁场变化曲线的起始时刻T1和T2，两个时间差T1-T2就可以轻易得到车头时距。
(5)无线数据接收器根据得到的交通状态参数中的流量、占有率、排队长度等，再匹配交通状态判别规则数据库进行交通状态判别和预测。
本发明的交通状态具体划分为三级，分别为通畅、拥挤和拥堵。交通状态参数中时间占有率的大小能够反映交通运行的状态。
在交通运行通畅的条件下，车流量比较小，单位时间内通过检测器的车辆数较少，且车速较高，导致时间占有率比较低，反过来时间占有率比较低便可判断当前的交通运行状态为通畅状态。如果时间占有率比较大，说明车速比较低，即通过检测器的车辆占用时间比较大，交通流量大，道路交通运行处于拥挤状态；在各车道时间占有率超过一定得阈值时，所述阈值跟车型有关，可以判定道路的交通运行状态为拥堵。
占有时间计算：
根据预处理后的磁场变化曲线可以得到该变化曲线的持续时间，这个持续时间就是车辆经过该检测点的时间，即车辆占用该检测器的时间T，这个时间就是单个车辆的占有时间。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)周期性获取车辆经过车道时的磁场变化值；
(2)磁场变化值进行预处理得到磁场变化曲线，所述预处理包括数据滤波、边缘提取；
(3)对磁场变化曲线进行特征提取得到特征值，所述特征值包括曲线峰值、曲线时间序列宽度、同一磁场变化值持续时间；
(4)由上述特征值得到交通状态参数，所述交通状态参数包括车流量、车速、占有率、车头时距、排队长度；
(5)根据上述交通状态参数，再匹配交通状态判别规则数据库进行交通状态检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法，其特征在于，所述交通状态具体划分为三级，分别为通畅、拥挤和拥堵。
3.根据权利要求1所述的一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法，其特征在于，所述车头时距具体为：通过磁场变化曲线获取前、后两辆车通过时的起始时刻T1和T2，所述车头时距为T1-T2。
4.实现权利要求1-3任一项的一种基于地球磁场感应的交通状态检测方法的装置，其特征在于，包括地磁车辆检测器和无线数据接收器；
所述地磁车辆检测器：埋设在车道中间，用于获取车辆经过该车道时的周围磁场变化值，对磁场变化值进行数据处理得到特征值，并通过无线网络传输到无线数据接收器；
所述无线数据接收器：安装在路旁信号灯杆或是路灯杆，用于控制埋设在车道中间的地磁车辆检测器，并根据特征值得到交通状态参数，再匹配交通状态判别规则数据库进行交通状态检测。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述地磁车辆检测器埋设在距离地面50mm。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述地磁车辆检测器在多车道道路中呈一字排开，平行埋设。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述地磁车辆检测器包括地磁传感器、AVR微处理器、无线zigbee模块和数据存储器。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括无线数据中继器。
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