CN108109394A - 基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统及方法，属于交通检测领域。该系统包括4组磁传感器、4组仪表放大器、4组模数转换器、数字信号分析处理器、二维陀螺仪传感器、无线传输模块电源模块和系统接口；4组磁传感器先分别与4组仪表放大器连接，再分别与4组模数转换器连接，再集中连接至数字信号分析处理器；磁传感器经过仪表放大器将磁检测信号放大到合适区间，通过模数转换器转换为数字信号后输入到数字信号分析处理器中，同时二维陀螺仪传感器测量该检测系统与路面的夹角。本发明系统结构简单，速度检测方法快捷，车辆速度检测精确，施工工艺简单。

Description

基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统及方法
技术领域
本发明属于交通检测领域，涉及一种基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统及方法。
背景技术
现有的车辆交通参数检测系统大多结构复杂，且测量出的速度精确度不高，而且测量出的速度多为标量。因此，急需一种测量精度高、结构简单、测量方法简便的车辆交通参数检测系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统及方法，利用速度矢量模型检测车辆速度。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统，包括4组磁传感器、4组仪表放大器、4组模数转换器、数字信号分析处理器、二维陀螺仪传感器、无线传输模块电源模块和系统接口；
所述4组磁传感器先分别与4组仪表放大器连接，再分别与4组模数转换器连接，再集中连接至数字信号分析处理器，二维陀螺仪传感器、无线传输模块电源模块和系统接口分别与数字信号分析处理器连接；
磁传感器经过仪表放大器将磁检测信号放大到合适区间，然后通过模数转换器转换为数字信号后输入到数字信号分析处理器中，同时二维陀螺仪传感器测量该检测系统与水平面的角度；无线传输模块用于系统的无线数据通讯，电源模块用于系统的供电，系统接口用于提供系统与外部的接口。
进一步，所述数字信号分析处理器采用高性能的ARM或DSP芯片。
基于所述系统的基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测方法，包括以下步骤：
S1：4组磁传感器分别为磁传感器1、2、3、4；以二维陀螺仪传感器为原点建立XOY二维坐标系，二维陀螺仪传感器的两个测量方向为坐标系的X轴和Y轴，磁传感器1和磁传感器2之间的距离与磁传感器3和磁传感器4之间的距离相等，均为d；
S2：实时采集4组磁传感器的磁场信号，将采集到的数字信号通过滤波器分别对4组信号进行滤波，并以时间为横轴形成4组信号波；
S3：当有车辆通过传感器上方时，4则信号均会产生相似的波形，通过对磁传感器1和磁传感器2波形的对比，计算出其时间间隔Δt1；计算磁传感器3和磁传感器4的时间间隔Δt2；
S4：采集二维陀螺仪传感器在X轴和Y轴两个方向的角度，分别为θ1和θ2；
S5：设车辆在X轴和Y轴方向上的分速度为v1和v2，大小分别为：
车辆在水平面的速度v'大小为：
S6：设路面坡度为θ，则车辆速度v大小为v＝v/cosθ。
进一步，所述系统还用于测量车辆交通量，当一车辆通过该系统时，每个磁传感器产生一个磁场信号，4个磁场信号计为1个交通量。
进一步，所述系统还用于测量车辆的时间占有率，即车流占据道路的时间比率，当一车辆通过该系统时，每个磁传感器产生一个磁场信号，4个磁场信号计为1比例的时间占有率。
本发明的有益效果在于：本发明系统结构简单，速度检测方法快捷，车辆速度检测精确，可应用于多种复杂的环境；本发明最大的优点为在安装该系统时，不需要调水平即可使用。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明系统结构图；
图2为本发明系统传感器示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本车辆速度检测器是基于运动学中速度的矢量性，即物体在平面内运动的合速度为两个分速度的矢量和。如果两个分速度的方向是垂直的(即正交)，那么其合速度大小为两分速度大小的平方和的开方。其系统结构图如图1所示。
本车辆速度检测系统由4路磁传感器经过仪表放大器将磁检测信号放大到合适区间，然后通过模数转换器将其转换为数字信号后输入到信号分析处理器中，信号分析处理器可以用较高性能的ARM或DSP芯片，同时系统中加入二维陀螺仪传感器用于测量该检测器与水平面的角度。
如图2所示，1，2，3，4为磁传感器；5，6，7，8为强磁铁；中间0为二维陀螺仪传感器，设它们均在XOY二维坐标平面内，车辆速度检测方法详细描述如下：
S1：4组磁传感器分别为磁传感器1、2、3、4；以二维陀螺仪传感器为原点建立XOY二维坐标系，二维陀螺仪传感器的两个测量方向为坐标系的X轴和Y轴，磁传感器1和磁传感器2之间的距离与磁传感器3和磁传感器4之间的距离相等，均为d；
S2：实时采集4组磁传感器的磁场信号，将采集到的数字信号通过滤波器分别对4组信号进行滤波，并以时间为横轴形成4组信号波；
S3：当有车辆通过传感器上方时，4则信号均会产生相似的波形，通过对磁传感器1和磁传感器2波形的对比，计算出其时间间隔Δt1；计算磁传感器3和磁传感器4的时间间隔Δt2；
S4：采集二维陀螺仪传感器在X轴和Y轴两个方向的角度，分别为θ1和θ2；
S5：设车辆在X轴和Y轴方向上的分速度为v1和v2，大小分别为：
车辆在水平面的速度v'大小为：
S6：设路面坡度为θ，则车辆速度v大小为v＝v/cosθ。
所述系统还用于测量车辆交通量，当一车辆通过该系统时，每个磁传感器产生一个磁场信号，4个磁场信号计为1个交通量。
所述系统还用于测量车辆的时间占有率，即车流占据道路的时间比率，当一车辆通过该系统时，每个磁传感器产生一个磁场信号，4个磁场信号计为1比例的时间占有率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统，其特征在于：该系统包括4组磁传感器、4组仪表放大器、4组模数转换器、数字信号分析处理器、二维陀螺仪传感器、无线传输模块电源模块和系统接口；
所述4组磁传感器先分别与4组仪表放大器连接，再分别与4组模数转换器连接，再集中连接至数字信号分析处理器，二维陀螺仪传感器、无线传输模块电源模块和系统接口分别与数字信号分析处理器连接；
磁传感器经过仪表放大器将磁检测信号放大到合适区间，然后通过模数转换器转换为数字信号后输入到数字信号分析处理器中，同时二维陀螺仪传感器测量该检测系统与水平面的角度；无线传输模块用于系统的无线数据通讯，电源模块用于系统的供电，系统接口用于提供系统与外部的接口。
2.根据权利要求1所述的基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统，其特征在于：所述数字信号分析处理器采用高性能的ARM或DSP芯片。
3.基于权利要求1或2所述系统的基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：4组磁传感器分别为磁传感器1、2、3、4；以二维陀螺仪传感器为原点建立XOY二维坐标系，二维陀螺仪传感器的两个测量方向为坐标系的X轴和Y轴，磁传感器1和磁传感器2之间的距离与磁传感器3和磁传感器4之间的距离相等，均为d；
S2：实时采集4组磁传感器的磁场信号，将采集到的数字信号通过滤波器分别对4组信号进行滤波，并以时间为横轴形成4组信号波；
S3：当有车辆通过传感器上方时，4则信号均会产生相似的波形，通过对磁传感器1和磁传感器2波形的对比，计算出其时间间隔Δt1；计算磁传感器3和磁传感器4的时间间隔Δt2；
S4：采集二维陀螺仪传感器在X轴和Y轴两个方向的角度，分别为θ1和θ2；
S5：设车辆在X轴和Y轴方向上的分速度为v1和v2，大小分别为：
<mrow> <msub> <mi>v</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>cos&amp;theta;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;t</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
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车辆在水平面的速度v'大小为：
S6：设路面坡度为θ，则车辆速度v大小为v＝v/cosθ。
4.基于权利要求1或2所述系统的基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测方法，其特征在于：所述系统还用于测量车辆交通量，当一车辆通过该系统时，每个磁传感器产生一个磁场信号，4个磁场信号计为1个交通量。
5.基于权利要求1或2所述系统的基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测方法，其特征在于：所述系统还用于测量车辆的时间占有率，即车流占据道路的时间比率，当一车辆通过该系统时，每个磁传感器产生一个磁场信号，4个磁场信号计为1比例的时间占有率。
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