CN105448106A - 基于地磁传感器阵列的车辆检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于地磁传感器阵列的车辆检测装置，包括地磁检测单元、地磁信号调理电路、数据采集单元、微处理器、存储单元和无线发射模块。车辆行驶过程中引起周围磁场扰动，造成的磁场变化由安装于道路表面或内部，尤其安装于车道线上的道路表面的车辆检测装置中按一定阵型排列的多个地磁传感器检测到，并将检测信号通过信号调理电路后输入微控制器，由微控制器根据插值法和双窗口车辆检测算法处理地磁数据获得车速、车长信息，并将信息输入存储单元存储，并通过无线发射模块发送。本发明采用的地磁检测原理检测车辆，不受雨、雪、雾等天气因素的影响，且具有所获交通参数信息丰富，避免对道路造成破坏，安装维护简单，运行稳定，体积小，成本低，功耗低，便于组网的优点。

Description

基于地磁传感器阵列的车辆检测装置

技术领域

本发明涉及应用于智能交通领域的车辆检测器，具体涉及一种基于地磁传感器阵列的车辆检测装置。

背景技术

车辆在道路中行驶时，会释放出热、声、磁等信号。交通检测器通过检测其中的一种或几种信号，用以检测行驶中的车辆。按照交通检测器所使用的检测传感器的种类分，可以将其分为压力、加速度、磁场、电感、超声波、频率、光电、图像传感等。它们通过感知、转换和传输相关物理量检测出某一界面车辆通过的时间、外形尺寸或者图像，并将其传输给处理单元。处理单元将这些传输过来的物理量转换为车辆要素信息(如轴数、轴距、车辆尺寸等)和道路信息(如车速、交通流量、通行能力、时间占有率等)。目前应用较广泛的检测器有环形线圈检测器、超声波检测器和视频检测器。但是，这些交通检测器从检测原理和安装使用等方面仍存在问题和不足，制约着交通管理与控制水平的提高和发展。

交通检测技术从安装方式上分，可分为路面埋入式和悬挂式。采用路面埋入式的检测器，如环形线圈，安装时需要破坏路面，造成路面的损坏。而这种安装方式也给道路养护带来难题。检测器自身性能也容易受路面变形等因素的影响，而车辆在传感器上的反复碾压也加速检测器的老化和损坏。采用悬挂式的检测器，如视频检测器，需要架设梁架设施固定检测器，同时由于架设位置的不同，检测效果会受到检测角度、车辆外形等因素的影响。

同时，传统车辆检测技术信号来源较为单一，检测结果受检测器与车辆的距离，角度以及相对位置等因素的影响，检测器在不同道路环境下工作的环境适应性不强。

同时，在这些交通数据采集和分类系统中，还存在车型分类不够精细，参数测量不够准确等不足。如利用双激光获取密度图像进行车型识别，仅能区分4种车型；运用视频技术测量车辆参数，仅将车辆分为小汽车与非小汽车2类；利用红外检测技术对车型进行分类，可实现5种车型分类；用激光测量车轮车轴仅将车辆分为2类；采用空间投影方法测量车辆的参数，仅将车辆分为3类。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于地磁传感器阵列的车辆检测装置，能够利用车辆行驶造成地球周围磁场变化的客观事实，采用安装于道路表面上的多个地磁传感器，检测车辆引起的地磁波变化，通过对地磁波的分析处理，获得车速、车长信息，进而依据这些信息获得其他交通参数数据，如车辆分类、交通流量以及时间占有率。

本发明的目的是这样实现的：一种基于地磁传感器阵列的车辆检测装置，包括地磁检测单元、地磁信号调理电路、数据采集单元、微处理器、存储单元、无线发射模块，地磁检测单元连接地磁信号调理电路，地磁信号调理电路的信号输入数据采集单元，数据采集单元、存储单元、无线发射模块同时连接于微处理器上；当车辆在行车道上行驶时，车体经过引起周围磁场扰动，产生的磁场变化由地磁检测单元检测到；地磁传感器采集到的地磁数据通过地磁信号调理电路后输入数据采集单元进行模数转换；经过模数转换的地磁信号输入微处理器，进行数据处理分析；微处理器通过处理地磁数据，得到车速、车长信息，并将信息输入存储单元进行存储；同时，微处理器将信息输入无线发射模块进行发送，微处理器处理分析地磁数据得到车速、车长信息的过程为：

步骤一、设车辆检测装置内置的两个传感器的距离恒定为L_c、单位：米，检测到的波形偏移量为d_s，采样频率为f_s，插值倍数为k_in，插值后的波形偏移量为d_sk，则车辆通过距离L_c的时间为车速单位：公里/小时；

步骤二、对地磁信号采用双窗口车辆检测算法分析，其算法如下：

(1)初始化基准值yb和两窗口大小，包括车辆邻近判别窗口w₁和车辆离开判别窗口为w₂；

(2)启动车辆邻近判别窗口w₁；

(3)依次输入各采样点波形数据，若采样数据都在w₁之外，转向(4)，记录此时车辆邻近点为p₁，否则转向(2)；

(4)启动车辆离开判别窗口w₂；

(5)依次输入各采样点波形数据，若采样数据都在w₂之内，记录此时车辆离开点为p₂，并把采样点p₁和p₂之间的波形记为该车辆波形，然后转向(2)继续检测下一辆车，否则转向(4)；

通过双窗口车辆检测算法，车辆到达传感器的时间为离开传感器的时间为则车长为 $L=\frac{v\×(\frac{p_2}{f_s}-\frac{p_1}{f_s})}{3.6}.$

本发明还具有如下技术特征：所述地磁检测单元为多个按一定阵型排列的地磁传感器；多个地磁传感器以空间阵列的形式布设道路表面，通过多个地磁传感器的同时工作获得车辆信息。

本发明具有如下特点及优点：本发明将多个地磁传感器以空间阵列的形式布设道路表面或埋设于道路内部，通过多个地磁传感器的同时工作获得更丰富的车辆信息。本发明可利用检测到的地磁波信息，综合处理分析，引入插值法提高车速估计精度，获得车速、车长信息，进而依据这些信息获得其他交通参数数据，如车辆分类、交通流量以及时间占有率。本发明采用的地磁检测原理检测车辆，不受雨、雪、雾等天气因素的影响，且具有所获交通参数信息丰富，避免对道路造成破坏，安装维护简单，运行稳定，体积小，成本低，功耗低，便于组网的优点。

附图说明

图1是本发明的装置结构图。

图2是本发明安装位置示意图。

图3是本发明的实施例1的地磁检测器位置图。

图4是本发明的实施例2的地磁检测器位置图。

具体实施方式

下面根据说明书附图举例对本发明做进一步说明：

实施例1

如图1、3所示，一种基于地磁传感器阵列的车辆检测装置，包括地磁检测单元1、地磁信号调理电路2、数据采集单元3、微处理器4、存储单元5、无线发射模块6，地磁检测单元1连接地磁信号调理电路2，地磁信号调理电路2的信号输入数据采集单元3，数据采集单元3、存储单元5、无线发射模块6同时连接于微处理器4上。所述地磁检测单元1包括4个地磁传感器，传感器按一定间隔d呈一条直线分布，被安装在车道线上的道路表面。本实施方案采用的地磁传感器为博世公司的BMM150地磁检测器。当车辆在行车道上行驶时，车体经过引起周围磁场扰动，产生的磁场变化由4个地磁传感器检测到。地磁传感器采集到的地磁数据通过地磁信号调理电路2后输入数据采集单元3进行模数转换。经过模数转换的地磁信号输入微处理器4，进行数据处理分析。所述微处理器4为德州仪器公司的CC2540芯片内核。微处理器4通过处理地磁数据，得到车速、车长信息，并将信息输入存储单元5进行存储，同时，微处理器4将信息输入无线发射模块6进行发送。所述无线发射模块6为应用蓝牙4.0协议的无线传输模块。

实施例2

如图1、4所示，一种基于地磁传感器阵列的车辆检测装置，包括地磁检测单元1、地磁信号调理电路2、数据采集单元3、微处理器4、存储单元5、无线发射模块6，地磁检测单元1连接地磁信号调理电路2，地磁信号调理电路2的信号输入数据采集单元3，数据采集单元3、存储单元5、无线发射模块6同时连接于微处理器4上。所述地磁检测单元1包括4个地磁传感器，传感器按一定间隔d呈正方形对称分布，被安装在车道旁的道路表面。本实施方案采用的地磁传感器为德国MDT公司的MMLP57H地磁感应器。当车辆在行车道上行驶时，车体经过引起周围磁场扰动，产生的磁场变化由4个地磁传感器检测到。地磁传感器采集到的地磁数据通过地磁信号调理电路2后输入数据采集单元3进行模数转换。经过模数转换的地磁信号输入微处理器4，进行数据处理分析。所述微处理器4为ATMEL公司的ATmega128L单片机。微处理器4通过处理地磁数据，得到车速、车长信息，并将信息输入存储单元5进行存储，同时，微处理器4将信息输入无线发射模块6进行发送。所述无线发射模块6为应用Zigbee协议的无线传输模块。

实施例3

如图1-4所示，微处理器处理分析地磁数据得到车速、车长信息的过程为：

步骤一、设车辆检测装置内置的两个传感器的距离恒定为L_c、单位：米，检测到的波形偏移量为d_s，采样频率为f_s，插值倍数为k_in，插值后的波形偏移量为d_sk，则车辆通过距离L_c的时间为车速单位：公里/小时；

步骤二、对地磁信号采用双窗口车辆检测算法分析，其算法如下：

(1)初始化基准值yb和两窗口大小，包括车辆邻近判别窗口w₁和车辆离开判别窗口为w₂；

(2)启动车辆邻近判别窗口w₁；

(3)依次输入各采样点波形数据，若采样数据都在w₁之外，转向(4)，记录此时车辆邻近点为p₁，否则转向(2)；

(4)启动车辆离开判别窗口w₂；

(5)依次输入各采样点波形数据，若采样数据都在w₂之内，记录此时车辆离开点为p₂，并把采样点p₁和p₂之间的波形记为该车辆波形，然后转向(2)继续检测下一辆车，否则转向(4)；

通过双窗口车辆检测算法，车辆到达传感器的时间为离开传感器的时间为则车长为 $L=\frac{v\×(\frac{p_2}{f_s}-\frac{p_1}{f_s})}{3.6}.$

Claims (2)

1.一种基于地磁传感器阵列的车辆检测装置，包括地磁检测单元、地磁信号调理电路、数据采集单元、微处理器、存储单元、无线发射模块，地磁检测单元连接地磁信号调理电路，地磁信号调理电路的信号输入数据采集单元，数据采集单元、存储单元、无线发射模块同时连接于微处理器上；当车辆在行车道上行驶时，车体经过引起周围磁场扰动，产生的磁场变化由地磁检测单元检测到；地磁传感器采集到的地磁数据通过地磁信号调理电路后输入数据采集单元进行模数转换；经过模数转换的地磁信号输入微处理器，进行数据处理分析；微处理器通过处理地磁数据，得到车速、车长信息，并将信息输入存储单元进行存储；同时，微处理器将信息输入无线发射模块进行发送，其特征在于，微处理器处理分析地磁数据得到车速、车长信息的过程为：

步骤一、设车辆检测装置内置的两个传感器的距离恒定为L_c、单位：米，检测到的波形偏移量为d_s，采样频率为f_s，插值倍数为k_in，插值后的波形偏移量为d_sk，则车辆通过距离L_c的时间为车速单位：公里/小时；

步骤二、对地磁信号采用双窗口车辆检测算法分析，其算法如下：

(1)初始化基准值yb和两窗口大小，包括车辆邻近判别窗口w₁和车辆离开判别窗口为w₂；

(2)启动车辆邻近判别窗口w₁；

(3)依次输入各采样点波形数据，若采样数据都在w₁之外，转向(4)，记录此时车辆邻近点为p₁，否则转向(2)；

(4)启动车辆离开判别窗口w₂；

(5)依次输入各采样点波形数据，若采样数据都在w₂之内，记录此时车辆离开点为p₂，并把采样点p₁和p₂之间的波形记为该车辆波形，然后转向(2)继续检测下一辆车，否则转向(4)；

通过双窗口车辆检测算法，车辆到达传感器的时间为离开传感器的时间为则车长为 $L=\frac{v\×\left(\frac{p_2}{f_s}-\frac{p_1}{f_s}\right)}{3.6}.$

2.根据权利要求1所述的一种基于地磁传感器阵列的车辆检测装置，其特征在于：所述地磁检测单元为多个按一定阵型排列的地磁传感器；多个地磁传感器以空间阵列的形式布设道路表面，通过多个地磁传感器的同时工作获得车辆信息。