CN109360425A - 一种基于地磁传感器的集卡检测方法及场内集卡统计系统 - Google Patents

一种基于地磁传感器的集卡检测方法及场内集卡统计系统 Download PDF

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张冉
顾卡杰
何佳欢
柳伟伟
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Abstract

本发明公开了一种基于地磁传感器的集卡检测方法及场内集卡统计系统，通过在车道上设置地磁传感器，通过去除环境磁场以及噪声影响，更为准确的检测出集卡经过时的磁场变化，以准确的识别集卡，并能够对区域内的集卡进行监测，统计出区域内的集卡数量，以便于调用吊装设备，提高码头集卡的装卸效率，降低时间成本。

Description

一种基于地磁传感器的集卡检测方法及场内集卡统计系统
技术领域
本发明涉及车辆检测系统，尤其是一种利用地磁感应器进行定位的系统。
背景技术
码头流程作业中，外部集装箱卡车(简称外集卡)的进入，装卸设备的调度，外集卡的离开等几个环节中，对车辆的进出是需要精确监管的，而通常情况下，外集卡最终到达作业区域的时间无法获取，所以场控无法精确安排设备前去作业导致进出闸效率低下，服务满意度不高，现有的监管方式多通过定位装置对车辆进行定位，而后对码头内的装卸设备进行调度以使码头作业有序进行。
目前的码头行业都是使用RFID或者是GPS方案对车辆进行定位和监管，而上述方法多需要车辆司机在进入码头时携带GPS设备或者RFID标签，以使场内设备能够识别，通常在进入码头卡口位置由工作人员交予，这就使得作业过程比较繁琐。
故需要一种方式提前知道集卡在场内的位置，以便提前安排作业设备，这是现在急需要解决的问题。
地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别。数据采集系统在交通监控系统中起着非常重要的作用，地磁传感器是数据采集系统的关键部分，传感器的性能对数据采集系统的准确性起决定作用。
但码头的环境极为复杂，如何在复杂环境下准确的识别集卡成为地磁传感器应用于码头的一个主要难题。
发明内容
本发明的所要达到的一个目的在于提供一种基于地磁传感器的集卡检测方法，利用地磁传感器准确的识别集卡。
本发明的另一个目的在于利用上述检测方式，设置一种统计系统，用于对一定区域的场内集卡进行定位并统计，以便调用装卸作业设备。
为达到以上第一个目的，本发明采用的技术方案为：一种基于地磁传感器的集卡检测方法，所述方法应用于码头的集卡检测，用于判定集卡是否经过，所述码头上设置有多条并列设置的集卡车道，通过设置检测装置进行检测，所述检测装置包括设置在车道的地面上的地磁传感器、设置于地面的地磁传感器、用于处理地磁传感器产生的信号的信号处理模块，所述方法包括：
步骤一：地磁传感器检测周围的磁场，并以一定频率将检测到的磁场值发送给信号处理模块；
步骤二：信号处理模块将接收到的信号进行处理，通过向量叠加的方式去除环境磁场值影响以及环境噪声影响；
步骤三：信号处理模块对处理得到的磁场变化矢量s(n)提取特征值，即计算车辆经过导致磁场变化矢量的2-范数(即矢量长度)；
步骤四：应用阈值A及变化持续时间τ联合检测，判断是否有车经过，当磁场变化矢量的2-范数＞阈值A，且持续时间＞τ，则判定为有车；当磁场变化矢量的2-范数＜阈值A，且持续时间＜τ，则判定为无车；其他情况则保持之前的判定不变。
优选的，所述步骤二中，设地磁传感器检测到的三轴磁场矢量为M(n)，由环境磁场值a(n)，车辆经过导致的磁场变化矢量s(n)，噪声干扰矢量e(n)三部分组成，则M(n)＝a(n)+s(n)+e(n)，环境磁场值a(n)的设定方式为当地磁传感器是否有车状态判断为无车时，并保持无车状态持续时间Tm，则取此时检测值更新环境值，噪声干扰矢量e(n)通过平滑处理方法去除。
优选的，所述检测装置还包括统计模块，所述检测方法还包括步骤五：信号处理模块进行车辆有无的判定，判定为有则为1，判定为无则为0，并向统计模块发送信号，所述统计模块进行计数的累加。
作为进一步的优选，还包括步骤六：将进口端的地磁传感器的计数值Nb减去出口端的地磁传感器的计数值Na，获得区域内的集卡数Nb-Na。
作为另一种优选，所述检测装置还包括统计模块，所述检测方法还包括步骤五：信号处理模块进行车辆有无的判定，判定为有则为1，并记录此时的时间点Ta，判定为无则为0，并记录此时的时间点Tb，则车辆在该点的停留时间为Tb-Ta。
本发明的优点在于：通过去除环境磁场以及噪声影响，更为准确的检测出集卡经过时的磁场变化，以准确的识别集卡。
为达到以上另一个目的，本发明采用的技术方案为：一种场内集卡统计系统，包括集卡车道、龙门吊车道、设置于集卡车道入口端的入口地磁传感器、设置于集卡车道出口端的出口地磁传感器，所述集卡车道与龙门吊车道交替设置，还包括接收地磁传感器所发出的信号的信号处理模块、接收信号处理模块发出的信号并进行统筹处理的统计模块。
优选的，还包括设置于龙门吊车道入口端的龙门吊入口地磁传感器、设置于龙门吊车道出口端的龙门吊出口地磁传感器。
优选的，所述入口地磁传感器到干路边缘的距离大于地磁传感器检测最大距离，所述出口地磁传感器到干路边缘的距离大于地磁传感器检测最大距离。
优选的，所述集卡车道为三条，所述龙门吊车道为两条，交替设置，最外侧为集卡车道，每条集卡车道两端均分别设置一个地磁传感器，每条龙门吊车道两端均分别设置一个地磁传感器，所述入口地磁传感器和出口地磁传感器均设置于距干路边缘1个小箱贝的距离处。
本发明的优点在于：在车道的进口端与出口端设置地磁传感器，能够对区域内的集卡进行监测，统计出区域内的集卡数量，以便于调用吊装设备，提高码头集卡的装卸效率，降低时间成本。
附图说明
图1是根据本发明的实施例1的流程图；
图2是根据本发明的实施例2的场地示意图；
图3是根据本发明的实施例2的流程图。
其中，龙门吊车道1、集卡车道2、入口地磁传感器31、出口地磁传感器32、龙门吊车道入口地磁传感器33、龙门吊车道出口地磁传感器34、小箱贝4。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
一种基于地磁传感器的集卡检测方法，如图1所示，
A.根据实际情况获得采样频率。
以上显示和因场地内要求限速V(km/h)，车距d(m)，车长L(m)，考虑实际情况将车速范围Vmin-Vmax。两辆车车通过的时间间隔为
(我码头V＝30km/h，d＝12m，L约为15m，Vmin-Vmax为10km/h-60km/h)
最小采样频率(用于边缘检测)
fsmin＝4/T
B.判断车辆经过：
依据三轴磁阻传感器检测原理对传感器所在位置磁场值进行检测，提取车辆场分布特征，应用于经过检测位置的集卡数量统计及车辆在检测位置停留时间的计算。
车辆经过时，地磁传感器检测到的三轴磁场矢量为，由环境磁场值，车辆经过导致的磁场变化矢量，噪声干扰矢量三部分组成，如下所示。
M(n)＝a(n)+s(n)+e(n)
其中，三轴磁场矢量M(n)＝[x(n),y(n),z(n)]，x轴方向为车辆行驶方向，z轴方向为垂直于地面方向，y轴方向为垂直(x,z)平面方向。
计算方法：
1.去除环境影响，检测磁场值减去环境磁场值
2.去除噪声影响，采用平滑处理方法，减少噪声影响，这里选择移动平均滤波
以x轴磁场值为例：
其中N为求平均点数。
3.提取特征值，车辆经过导致磁场变化矢量的2-范数(即矢量长度)，(还可提取三轴磁场变化值用于辅助判断)
4.应用阈值A及变化持续时间τ联合检测(阈值A为根据实际检测情况确定的值)，判断是否有车经过：
可以根据实际车辆经过时的磁场变化信号选取，τ是上述“变化持续时间”，是人为选择设定的，但根据不同传感器采样频率fs不同，转换成采样点数不一样，使Nτ为整数。
Nτ＝τ·fs
地磁传感器是否有车状态判断，1是有车，0是无车：
如为其他情况，则是否有车状态保持不变。
实施例2
一种基于地磁传感器的集卡检测方法及场内集卡统计系统，在码头内的一个区域的进出口位置均设置无线地磁传感器，使该区域内的车辆进出情况能够被检测，本实施例中，进口或出口处均设置一个地磁传感器以进行检测，当集卡通过进口进入该区域时，进口的地磁传感器产生一个信号，接收模块接收地磁传感器产生的地磁信号后，由统计模块进行汇总，统计为该区域内的集卡数量增加一辆；当集卡通过出口离开该区域时，出口的地磁传感器产生一个信号，则统计为区域内的集卡数量减少一辆，如此就可以实时地统计出一定区域内集卡的变化量。若统计得到一定时间段内，该区域内进入的集卡数量多于离开的数量，且超过一定阈值时，统计模块根据该区域内集卡增加的数量向一定数量的空闲的吊装设备的操作人员发送调度信息，操作人员收到调度信息后操作吊装设备到该区域进行吊装作业；若统计得到一定时间段内，该区域内进入的集卡数量少于离开的数量，则该区域内的吊装设备被默认为可调度，可调度的吊装设备的数量与集卡的减少量正相关，统计模块向吊装设备的操作人员发送调度信息，操作人员收到调度信息后操作吊装设备到该区域进行吊装作业。
一种场内集卡统计系统，如图2所示，包括集卡车道2、龙门吊车道1、设置于集卡车道2入口端的入口地磁传感器31、设置于集卡车道2出口端的出口地磁传感器32，所述集卡车道2与龙门吊车道1交替设置，还包括接收地磁传感器所发出的信号的信号处理模块、接收信号处理模块发出的信号并进行统筹处理的统计模块。
优选的，还包括设置于龙门吊车道入口端的龙门吊入口地磁传感器、设置于龙门吊车道出口端的龙门吊出口地磁传感器。
优选的，所述入口地磁传感器到干路边缘的距离大于地磁传感器检测最大距离，所述出口地磁传感器到干路边缘的距离大于地磁传感器检测最大距离。
地磁位置设置：
场地情况：场地有三条集卡车道，每两条集卡车道之间有龙门吊车道。
地磁传感器安装：
首先要保证每条集卡车道车辆经过均能被检测到，不相互影响,则每条集卡车道安置1个地磁传感器(即地磁传感器与车道数满足1:1)。
考虑特殊场景：1.集卡经过检测位置时恰巧行驶在龙门吊车道；2龙门吊停留在检测位置时集卡经过。为保证上述两种场景车辆经过不被遗漏，在2条龙门吊车道上分别安置1个地磁传感器。
考虑干路行驶车辆影响及地磁传感器的检测范围，需保证栏内检测的起始位置到干路边缘的距离需大于地磁传感器检测最大距离。在本实施例中，地磁传感器设置在第二个小箱贝的起始位置上。
因集装箱栏的组成结构，两检测位置间最小有效距离为1个小箱贝(小箱贝为码头作业的常用度量单位，为20英尺，约为6m)。可根据定位精度要求，设置检测区域长度(按小箱贝增加)。
车辆检测方法，
C.根据实际情况获得采样频率。
以上显示和因场地内要求限速V(km/h)，车距d(m)，车长L(m)，考虑实际情况将车速范围Vmin-Vmax。两辆车车通过的时间间隔为
(我码头V＝30km/h，d＝12m，L约为15m，Vmin-Vmax为10km/h-60km/h)
最小采样频率(用于边缘检测)
fsmin＝4/T
D.判断车辆经过：
依据三轴磁阻传感器检测原理对传感器所在位置磁场值进行检测，提取车辆场分布特征，应用于经过检测位置的集卡数量统计及车辆在检测位置停留时间的计算。
车辆经过时，地磁传感器检测到的三轴磁场矢量为，由环境磁场值，车辆经过导致的磁场变化矢量，噪声干扰矢量三部分组成，如下所示。
M(n)＝a(n)+s(n)+e(n)
其中，三轴磁场矢量M(n)＝[x(n),y(n),z(n)]，x轴方向为车辆行驶方向，z轴方向为垂直于地面方向，y轴方向为垂直(x,z)平面方向。
计算方法：
1.去除环境影响，检测磁场值减去环境磁场值
2.去除噪声影响，采用平滑处理方法，减少噪声影响，这里选择移动平均滤波
以x轴磁场值为例：
其中N为求平均点数。
3.提取特征值，车辆经过导致磁场变化矢量的2-范数(即矢量长度)，(还可提取三轴磁场变化值用于辅助判断)
4.应用阈值A及变化持续时间τ联合检测，判断是否有车经过：
可以根据实际车辆经过时的磁场变化信号选取，τ是上述“变化持续时间”，是人为选择设定的，但根据不同传感器采样频率fs不同，转换成采样点数不一样，使Nτ为整数。
Nτ＝τ·fs
地磁传感器是否有车状态判断，1是有车，0是无车：
如为其他情况，则是否有车状态保持不变。
5.计数及时间计算
当是否有车状态由0变为1，记录车辆驶近地磁传感器时间Ta；
当是否有车状态由1变为0，记录车辆驶近地磁传感器时间Tb,并增加通过检测位置车辆数。
两个检测位置在栏内形成一个密闭检区域，检测区域起始位置统计车辆数Na，检测区域终止位置统计车辆数Nb。
C.得到区域内的车辆数和车辆在检测位置的停留时间。
区域内车辆数Num为
Num＝Nb-Na
车辆在检测位置停留时间Tw为
Tw＝Tb-Ta
D.环境值自适应调整：
因为集装箱码头环境复杂，检测位置两旁堆场是否有箱或大型设备停留，均会影响环境值，且环境值变化是缓慢变化过程。为了保证检测准确性，将环境值设为可自适应调整的变化值。
当地磁传感器是否有车状态判断为无车时，并保持无车状态持续时间Tm，则取此时检测值更新环境值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种基于地磁传感器的集卡检测方法，其特征在于：所述方法应用于码头的集卡检测，用于判定集卡是否经过，所述码头上设置有多条并列设置的集卡车道，通过设置检测装置进行检测，所述检测装置包括设置在车道的地面上的地磁传感器、设置于地面的地磁传感器、用于处理地磁传感器产生的信号的信号处理模块，所述方法包括：
步骤一：地磁传感器检测周围的磁场，并以一定频率将检测到的磁场值发送给信号处理模块；
步骤二：信号处理模块将接收到的信号进行处理，通过向量叠加的方式去除环境磁场值影响以及环境噪声影响；
步骤三：信号处理模块对处理得到的磁场变化矢量s(n)提取特征值，即计算车辆经过导致磁场变化矢量的2-范数(即矢量长度)；
步骤四：应用阈值A及变化持续时间τ联合检测，判断是否有车经过，当磁场变化矢量的2-范数＞阈值A，且持续时间＞τ，则判定为有车；当磁场变化矢量的2-范数＜阈值A，且持续时间＜τ，则判定为无车；其他情况则保持之前的判定不变。
2.如权利要求1所述的一种基于地磁传感器的集卡检测方法，其特征在于：所述步骤二中，设地磁传感器检测到的三轴磁场矢量为M(n)，由环境磁场值a(n)，车辆经过导致的磁场变化矢量s(n)，噪声干扰矢量e(n)三部分组成，则M(n)＝a(n)+s(n)+e(n)，环境磁场值a(n)的设定方式为当地磁传感器是否有车状态判断为无车时，并保持无车状态持续时间Tm，则取此时检测值更新环境值，噪声干扰矢量e(n)通过平滑处理方法去除。
3.如权利要求1或2任一所述的一种基于地磁传感器的集卡检测方法，其特征在于：所述检测装置还包括统计模块，所述检测方法还包括步骤五：信号处理模块进行车辆有无的判定，判定为有则加1，判定为无则加0，并向统计模块发送信号，所述统计模块进行计数的累加。
4.如权利要求3所述的一种基于地磁传感器的集卡检测方法，其特征在于：还包括步骤六：将进口端的地磁传感器的计数值Nb减去出口端的地磁传感器的计数值Na，获得区域内的集卡数Nb-Na。
5.如权利要求1或2任一所述的一种基于地磁传感器的集卡检测方法，其特征在于：所述检测装置还包括统计模块，所述检测方法还包括步骤五：信号处理模块进行车辆有无的判定，判定为有则加1，并记录此时的时间点Ta，判定为无则加0，并记录此时的时间点Tb，则车辆在该点的停留时间为Tb-Ta。
6.一种场内集卡统计系统，其特征在于：包括集卡车道、龙门吊车道、设置于集卡车道入口端的入口地磁传感器、设置于集卡车道出口端的出口地磁传感器，所述集卡车道与龙门吊车道交替设置，还包括接收地磁传感器所发出的信号的信号处理模块、接收信号处理模块发出的信号并进行统筹处理的统计模块。
7.如权利要求6所述的一种场内集卡统计系统，其特征在于：还包括设置于龙门吊车道入口端的龙门吊入口地磁传感器、设置于龙门吊车道出口端的龙门吊出口地磁传感器。
8.如权利要求7所述的一种场内集卡统计系统，其特征在于：所述集卡车道为三条，所述龙门吊车道为两条，交替设置，最外侧为集卡车道，每条集卡车道两端均分别设置一个地磁传感器，每条龙门吊车道两端均分别设置一个地磁传感器，所述入口地磁传感器和出口地磁传感器均设置于距干路边缘1个小箱贝的距离处。
9.如权利要求6所述的一种场内集卡统计系统，其特征在于：所述入口地磁传感器到干路边缘的距离大于地磁传感器检测最大距离，所述出口地磁传感器到干路边缘的距离大于地磁传感器检测最大距离。
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