CN107341969A - 一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，属于停车位检测技术领域，包括微波传感器、磁传感器、微处理器、无线通讯、电源、滚珠开关和封装体；提供了该系统检测方法。本发明具有精确率高、低功耗、无线安装、易存储、易维护和防水防潮的优点，采用低功耗策略，磁传感器工作于低功耗的监听模式，间歇性提供信号唤醒微处理器，微处理器通过数据分析监听到车辆干扰时，发出指令，微波传感器和磁传感器工作在检测模式，微处理器提取前稳态、动态和后稳态数据，并进行多传感器算法融合，从而以高准确率确定车位是否停有车辆，并激活无线通讯传送结果；微处理器判定来车或走车状态稳定后发出指令，使系统工作于低功耗的监听模式。

Description

一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种停车位检测系统及其检测方法，特别是涉及一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统及其检测方法，属于停车位检测技术领域。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，车辆数目不断增加，停车难、乱停车的问题屡见不鲜，在车数量与停车场容量不对等的情况下，实时检测车位信息，实现对停车场的智能管理尤为重要。现有的车位检测方式有以下几种：地磁感应线圈，地磁感应线圈是目前车位检测技术中应用最广泛的一种，技术已经比较成熟，但该方式安装方式为地埋式，对路面破坏比较大，不便于安装维护；视频车位检测，多车位检测方式，但检测结果容易受光线、天气等原因影响，造成测试结果不准确；超声波车位检测，能够可靠检测车位信息，但受环境影响较大。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统及其检测方法。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统，包括：

磁传感器，所述磁传感器用于监听和检测停车位环境磁场量是否发生变化，并将监听和检测过程中的磁场数据传送至微处理器，所述磁传感器至少为一个；

微波传感器，所述微波传感器用于检测其测量范围内是否存在移动物体，并将其检测数据传送至微处理器，所述微波传感器至少为一个；

微处理器，所述微处理器分别与所述微波传感器和所述磁传感器通信，所述微处理器结合至少一个所述磁传感器检测到的环境磁场量和至少一个所述微波传感器检测到移动物体的信号，采用数据融合算法提取稳态信号特征值和动态信号特征值，联合稳态特征值和动态特征值判断是来车、走车或者干扰；

封装体，所述封装体具有容纳空间，所述磁传感器、所述微波传感器和所述微处理器均设置在所述封装体的容纳空间内。

本发明的所述微波传感器用于对移动的物体进行检测，所述微波传感器的检测范围根据停车位大小配置，所述微波传感器的检测半径不超过标准停车位短边长的一半。

本发明的所述封装体安装在停车位上，所述微波传感器用于检测移动物体，所述磁传感器用于检测环境磁场量，所述微波传感器与所述磁传感器的检测信号不因封装体的密闭隔离产生影响。

本发明的所述磁传感器替换为加速度传感器。

本发明的所述微波传感器替换为热释电红外传感器或超声波传感器。

本发明的所述停车位检测系统分为监听模式和检测模式，初始状态下，所述磁传感器工作在监听模式，所述磁传感器将监听数据传送至所述微处理器进行计算；所述微处理器判断磁场是否有扰动，当所述微处理器判断磁场有扰动时，所述微处理器发送指令使停车位检测系统工作在检测模式，所述微波传感器和所述磁传感器处于检测模式时，将检测信号传送至所述微处理器，所述微处理器从检测信号中提取出前稳态特征值、动态特征值和后稳态特征值，结合不同状态的特征值联合判断当前停车位的状态是来车、走车或者干扰，确定当前停车位状态后，所述微处理器发送指令使停车位检测系统处于低功耗的监听模式。

本发明的所述数据融合算法过程包括：进车过程中，磁传感器测量的磁场向量从一个稳定的磁场向量V1改变为另一个稳定的磁场向量V2，磁场向量的大小和方向同时发生了变化，变化量为ΔV，微处理器根据磁场向量变化量ΔV以及磁传感器和微波传感器提供的动态监测值，判断车位是否有来车；出车时，磁传感器测量的磁场向量从一个稳定磁场向量V3改变为另一个稳定的磁场向量V4，磁场向量的大小和方向同时发生了变化，变化量为-ΔV，微处理器根据磁场向量变化量-ΔV及磁传感器和微波传感器提供的动态监测值，判断车位是否走车。

本发明的还包括电源、无线通讯模块和滚珠开关，所述电源分别为所述微波传感器、所述磁传感器、所述微处理器和所述无线通讯模块供电；所述滚珠开关用于激活处于仓储条件下深度睡眠的停车位检测系统，使系统初始化并开始工作。

本发明的所述无线通讯模块采用LoRa无线通讯模块或NB-IoT无线通讯模块，所述无线通讯模块采用触发控制，仅在停车位检测系统处于检测模式下且检测到有来车或走车时传送结果。

本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤1：滚珠开关触发，停车位检测系统初始化；

步骤2：磁传感器进入监听模式；

步骤3：微处理器检测磁传感器采集的数据是否存在波动，若无波动，则返回步骤2，若有波动，则进行步骤4；

步骤4：微处理器发送指令，并开启检测模式，所述磁传感器和微波传感器将检测数据发送给所述微处理器；

步骤5：所述微处理器结合至少一个所述磁传感器和至少一个所述微波传感器的检测数据，采用数据融合算法提取进出车过程中的不同状态下的特征值，联合特征值判断来车、走车或者干扰；若无来车或走车事件，则返回步骤2，若有来车或走车事件，则进行步骤6；

步骤6：无线发送有来走车事件结果，在无线发送有来走车事件结果的同时，返回步骤2，进行新一轮监听。

本发明的有益技术效果：

1、本发明提供的基于多传感器信号融合的停车位检测系统易存储、易安装、易维护，防水防潮达到IP68，适用于路面、地下停车场等；

2、本发明的存储系统不工作时处于深度睡眠状态，耗电量极低，工作时采用滚珠开关触发唤醒；工作模式采用低功耗策略，具体分为监听模式和检测模式，初始状态下磁传感器工作于低功耗的监听模式，磁传感器间歇性提供信号唤醒微处理器，微处理器对信号进行处理，该系统监听到有车辆干扰时，微处理器发出指令，使磁传感器与微波传感器工作在检测模式，微处理器将磁传感器与微波传感器采集到的信号进行算法融合，最终确定车位是否停有车辆并激活无线通讯，将数据融合计算结果发送至服务器便于终端管理，该系统微处理器判定停车或走车状态后发出指令使系统工作于低功耗的监听模式；

3、单一传感器的检测会有局限性，单一磁传感器检测停车位停车时容易被临近车位停车干扰，计算结果会被干扰，导致失效；单一微波传感器工作，功耗太大，电池电量很快就被耗尽，不实用，而且容易被过车干扰；多传感器联合工作则可以优势互补，既保证低功耗又保证准确率。

附图说明

图1为按照本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的一优选实施例的结构原理图；

图2为按照本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的一优选实施例的封装体结构示意图，该实施例可以是与图1相同的实施例，也可以是与图1不同的实施例；

图3为按照本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的一优选实施例的监听模式与检测模式切换示意图，该实施例可以是与图1或图2相同的实施例，也可以是与图1或图2不同的实施例；

图4为按照本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的一优选实施例的数据融合算法连接示意图，该实施例可以是与图1或图2或图3相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3不同的实施例；

图5为按照本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的一优选实施例的检测方法流程图，该实施例可以是与图1或图2或图3或图4相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3或图4不同的实施例；

图6为按照本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的一优选实施例的磁传感器检测车辆进出造成的磁场矢量模值变化的示意图与微波传感器检测到车辆进出信号变化的示意图，该实施例可以是与图1或图2或图3或图4或图5相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3或图4或图5不同的实施例；

图7为按照本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的一优选实施例的来车时磁场向量从一个磁场向量V1改变为另一个磁场向量V2示意图，该实施例可以是与图1或图2或图3或图4或图5或图6相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3或图4或图5或图6不同的实施例；

图8为按照本发明的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的一优选实施例的出车时磁场向量从一个磁场向量V3改变为另一个稳态磁场向量V4示意图，该实施例可以是与图1或图2或图3或图4或图5或图6或图7相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3或图4或图5或图6或图7不同的实施例。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统包括：

磁传感器，所述磁传感器用于监听和检测停车位环境磁场量是否发生变化，并将监听和检测过程中的磁场变化数据传送至微处理器，所述磁传感器至少为一个；

微波传感器，所述微波传感器用于检测其测量范围内是否存在移动物体，并将其检测数据传送至微处理器，所述微波传感器至少为一个；所述微波传感器的检测范围可以配置，所述多传感器信号融合的停车位检测系统中所述微波传感器的检测半径不超过标准停车位短边长的一半。

微处理器，所述微处理器分别与所述微波传感器、磁传感器通信，所述微处理器结合至少一个所述磁传感器检测到的环境磁场变化量和至少一个所述微波传感器检测到存在的移动物体，采用数据融合算法提取稳态信号特征值和动态信号特征值，联合稳态特征值和动态特征值判断是来车、走车或者干扰；

封装体，所述封装体具有容纳空间，所述多种传感器和所述微处理器均设置在所述封装体的容纳空间内，所述封装体不影响所述多种传感器的信号采集，所述封装体安装在停车位上。

本实施例的封装体起保护作用的，所述封装体可以为圆筒状、立方体状等，对此不作限制，封装体安装在停车位的中心；该停车位检测系统用于停车位检测，只需车位中间打洞放封装体，不影响车位正常使用，且便于安装维护，封装体设计符合IP68性能要求，能在恶劣环境下保持停车位检测系统正常工作。

进一步的，在本实施例中，如图1和图6所示，所述微波传感器用于对移动的物体进行检测，所述停车位检测系统处于检测模式时，所述微波传感器用于检测在其测量范围内是否具有动态的干扰，根据动态干扰判断是否存在来车或走车；所述磁传感器配置为低功耗采样模式，在监听和检测模式下采集磁数据，并将数据出送至微处理器，微处理器根据数据分析判断是否存在来车或者走车；

进一步的，在本实施例中，如图3和图4所示，所述停车位检测系统分为监听模式和检测模式，初始状态下，所述磁传感器工作在监听模式，所述磁传感器将监听数据传送至所述微处理器进行计算；所述微处理器判断磁场是否有扰动，当所述微处理器判断磁场有扰动时，所述微处理器发送指令使停车位检测系统工作在检测模式，所述微波传感器和所述磁传感器处于检测模式时，将检测信号传送至所述微处理器，所述微处理器从检测信号中提取出前稳态特征，动态特征和后稳态特征，结合不同状态的特征值联合判断当前停车位的状态是来车、走车或者干扰。确定当前停车位状态后，所述微处理器发送指令使停车位检测系统处于低功耗的监听模式。

进一步的，在本实施例中，如图5、图6所示，所述数据融合算法过程包括：进车时，引起磁场扰动，磁场发生剧烈抖动；车辆停稳时，磁场趋于稳定；出车时，引起磁场扰动，磁场发生剧烈抖动，并在车辆驶离后磁场趋于稳定；在监听态切换到检测态时，所述微波传感器开始检测动态过程，如果有车辆进入，则提供动态检测的数据；所述磁传感器检测车辆进入过程中的磁场变化量，所述微处理器从所述多种传感器的检测信号中提取出前稳态特征，动态特征和后稳态特征，结合不同状态的特征值联合判断当前停车位的状态是来车、走车或者干扰。

进一步的，在本实施例中，如图7、图8所示，所述数据融合算法过程包括：进车时，磁传感器工作状态从监听状态切换到检测状态，磁场向量从一个磁场向量V1改变为另一个磁场向量V2，磁场向量的大小和方向同时发生了变化，变化量ΔV，根据磁场向量变化量ΔV及磁传感器和微波传感器提供的动态监测值，判断车位是否有车辆停入；出车时，磁场向量从一个磁场向量V3改变为另一个磁场向量V4，磁场向量的大小和方向同时发生了变化，变化量-ΔV，根据磁场向量变化量ΔV及磁传感器和微波传感器提供的动态监测值，判断车位是否有车辆驶出。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述停车位系统还包括电源、无线通讯模块和滚珠开关，所述电源分别为所述微波传感器、所述磁传感器、所述微处理器和所述无线通讯模块供电，所述滚珠用于激活所述微处理器；所述无线通讯模块采用LoRa无线通讯模块或NB-IoT无线通讯模块，所述无线通讯模块采用触发控制，仅在停车位检测系统处于检测模式下且检测到来走车时传送结果。

电源、无线通讯模块、滚珠开关以及硬件电路系统均设置在所述封装体内，所述封装体安装在停车位上，用于保护所述硬件电路系统和所述多种传感器算法融合系统。

进一步的，在本实施例中，如图5所示，本实施例提供的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤1：滚珠开关触发，停车位检测系统初始化；

步骤2：磁传感器进入监听模式；

步骤3：微处理器检测磁传感器采集的数据是否存在波动，若无波动，则返回步骤2，若有波动，则进行步骤4；

步骤4：微处理器发送指令，并开启检测模式，所述磁传感器和微波传感器将检测数据发送给所述微处理器；

步骤5：所述微处理器结合至少一个所述磁传感器和至少一个所述微波传感器的检测数据，采用数据融合算法提取进出车过程中的不同状态下的特征值，联合特征值判断来车、走车或者干扰；若无来车或走车事件，则返回步骤2，若有来车或走车事件，则进行步骤6；

步骤6：无线发送有来走车事件结果，在无线发送有来走车事件结果的同时，返回步骤2，进行新一轮监听。

进一步的，在本实施例中，如图1、图3和图4所示，当停车位有停车或出车，则启动所述无线通讯模块将停车或出车数据传至终端；当停车位受到干扰时，所述无线通讯模块不工作，同时，所述微处理器发送指令使停车位检测系统处于监听模式。

实施例二：

本实施例与实施例一的基于多传感器信号融合的停车位检测系统相同，区别在于：微波传感器替换为热释电红外传感器，热释电红外传感器主要利用热电效应原理来完成对红外辐射的感应，所谓的热电效应指的是受热物体中的电子由高温处向低温处移动时产生电流或者电荷堆积的一种现象。菲涅尔透镜的应用可以在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度，而且也可以保护传感器不被损坏。

车辆停车时，由于长时间工作，发动机温度较高，可以被热释电红外传感器感知。出车过程由于车辆刚启动，发动机不会带来明显的热效应。因此在检测模式下有利于分辨车辆进车这一明确物理量。

实施例三：

本实施例与实施例一的基于多传感器信号融合的停车位检测系统相同，区别在于：微波传感器替换为超声波传感器，超声波可以测距，能对传感器正前方是否有障碍物产生检测。

车辆停车时，由于车地盘距离里面高度在50cm左右，根据这一物理条件，可以在检测模式利用超声波检测，确认是否车位上停有车辆。

实施例四：

本实施例与实施例一的基于多传感器信号融合的停车位检测系统相同，区别在于：磁传感器替换为加速度传感器，加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器，同时也可以测得震动数据，当车辆驶入停车位时，会引起微小的震动，因此可以检测车辆的驶入驶出。

综上所述，在本实施例中，按照本实施例的基于多传感器信号融合的停车位检测系统及其检测方法，本实施例提供的基于多传感器信号融合的停车位检测系统及其检测方法，易存储、易安装、易维护、防水防潮达到IP68，适用于路面、地下停车场；本发明存储系统处于深度睡眠状态，耗电量极低，使用时采用滚珠开关触发唤醒；工作时采用低功耗策略，磁传感器工作于低功耗的监听模式，磁传感器间歇性提供信号唤醒微处理器，微处理器对信号进行处理，该系统监听到有车辆干扰时，微处理器发出指令，磁传感器与微波传感器工作在检测模式，微处理器将磁传感器与微波传感器采集到的信号进行算法融合，最终确定车位是否停有车辆并激活无线通讯，将数据融合计算结果发送至服务器便于终端管理，该系统微处理器判定停车或走车状态稳定后发出指令使系统工作于低功耗的监听模式。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，包括：

磁传感器，所述磁传感器用于监听和检测停车位环境磁场量是否发生变化，并将监听和检测过程中的磁场数据传送至微处理器，所述磁传感器至少为一个；

微波传感器，所述微波传感器用于检测其测量范围内是否存在移动物体，并将其检测数据传送至微处理器，所述微波传感器至少为一个；

微处理器，所述微处理器分别与所述微波传感器和磁传感器通信，所述微处理器结合至少一个所述磁传感器检测到的环境磁场量和至少一个所述微波传感器检测到移动物体的信号，采用数据融合算法提取稳态信号特征值和动态信号特征值，联合稳态特征值和动态特征值判断是来车、走车或者干扰；

封装体，所述封装体具有容纳空间，所述磁传感器、微波传感器和微处理器均设置在所述封装体的容纳空间内。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，所述微波传感器用于对移动的物体进行检测，所述微波传感器的检测范围根据停车位大小配置，所述微波传感器的检测半径不超过标准停车位短边长的一半。

3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，所述封装体安装在停车位上，所述微波传感器用于检测移动物体，所述磁传感器用于检测环境磁场量，所述微波传感器与所述磁传感器的检测信号不因封装体的密闭隔离产生影响。

4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，所述磁传感器替换为加速度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，所述微波传感器替换为热释电红外传感器或超声波传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，所述停车位检测系统分为监听模式和检测模式，初始状态下，所述磁传感器工作在监听模式，所述磁传感器将监听数据传送至所述微处理器进行计算；所述微处理器判断磁场是否有扰动，当所述微处理器判断磁场有扰动时，所述微处理器发送指令使停车位检测系统工作在检测模式，所述微波传感器和所述磁传感器处于检测模式时，将检测信号传送至所述微处理器，所述微处理器从检测信号中提取出前稳态特征值、动态特征值和后稳态特征值，结合不同状态的特征值联合判断当前停车位的状态是来车、走车或者干扰，确定当前停车位状态后，所述微处理器发送指令使停车位检测系统处于低功耗的监听模式。

7.根据权利要求6所述的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，所述数据融合算法过程包括：进车过程中，磁传感器测量的磁场向量从一个稳定的磁场向量V1改变为另一个稳定的磁场向量V2，磁场向量的大小和方向同时发生了变化，变化量为ΔV，微处理器根据磁场向量变化量ΔV以及磁传感器和微波传感器提供的动态监测值，判断车位是否有来车；出车时，磁传感器测量的磁场向量从一个稳定磁场向量V3改变为另一个稳定的磁场向量V4，磁场向量的大小和方向同时发生了变化，变化量为-ΔV，微处理器根据磁场向量变化量-ΔV及磁传感器和微波传感器提供的动态监测值，判断车位是否走车。

8.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，还包括电源、无线通讯模块和滚珠开关，所述电源分别为所述微波传感器、所述磁传感器、所述微处理器和所述无线通讯模块供电；所述滚珠开关用于激活处于仓储条件下深度睡眠的停车位检测系统，使系统初始化并开始工作。

9.根据权利要求8所述的一种基于多传感器信号融合的停车位检测系统，其特征在于，所述无线通讯模块采用LoRa无线通讯模块或NB-IoT无线通讯模块，所述无线通讯模块采用触发控制，仅在停车位检测系统处于检测模式下且检测到有来车或走车时传送结果。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的基于多传感器信号融合的停车位检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：滚珠开关触发，停车位检测系统初始化；

步骤2：磁传感器进入监听模式；

步骤3：微处理器检测磁传感器采集的数据是否存在波动，若无波动，则返回步骤2，若有波动，则进行步骤4；

步骤4：微处理器发送指令，并开启检测模式，所述磁传感器和微波传感器将检测数据发送给所述微处理器；

步骤5：所述微处理器结合至少一个所述磁传感器和至少一个所述微波传感器的检测数据，采用数据融合算法提取进出车过程中的不同状态下的特征值，联合特征值判断来车、走车或者干扰；若无来车或走车事件，则返回步骤2，若有来车或走车事件，则进行步骤6；

步骤6：无线发送有来走车事件结果，在无线发送有来走车事件结果的同时，返回步骤2，进行新一轮监听。