CN109887330B - 面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能交通技术领域，涉及面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，具体为，启动地感线圈车辆探测装置，通过主控单元来统计相邻两个窗口时间内振荡频率的累加和，并根据相邻两个窗口的振荡频率累加和之差与车辆探测门限进行比较，结合车辆探测状态机的当前状态，判定车位状态；本发明利用停车应用场景下车位状态变化慢、状态持续时间长的典型特征，通过定义一个时间窗口并维护车辆探测状态机，基于相邻两个时间窗口内磁场频率采样值累加和的变化情况及当前车辆检测状态，实现对停车位上有无车辆的准确判断。

Description

面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法

技术领域

本发明涉及一种室外停车场车辆探测方法，尤其是应用于车位级精细化管理的室外智慧停车场景的地感线圈车辆探测装置及其 探测方法。属于智能交通技术领域。

背景技术

随着停车难逐渐成为城市，特别是大型城市面临的严重问题，通过自动探测每个停车位的状态以提高停车场管理精细化水平成为提升停车设施利用率、改进停车诱导效率进而缓解停车难的有效手段。

相对于室内环境，室外易受风、雨、雪、雾以及路面积水等自然环境的影响，传统用于室内停车位状态检测的超声波车位检测器、红外车位检测器难以直接应用于室外环境。地磁车位检测器是目前用于室外停车位管理的主流技术，较摄像头车检器具有部署便利、不易受室外天气条件影响等优点，成本更低，但是相对智能交通领域广泛用于车流量检测和停车场出入口车辆探测的地感线圈技术，成熟度偏低，成本高，同时由于受干扰源更多、受干扰范围更广，车位状态检测的准确度低于地感线圈。

地感线圈车辆探测技术通过主动激发具有指定频率和一定范围的磁场，检测车辆铁磁部分引发的磁场频率偏移实现车辆有无的探测，探测准确度高达98-99%。但其应用场景中车辆多处于移动模式，要求地感线圈能够快速检测到有车与无车状态之间的变化。此外应用场景对车辆探测的准确度要求相对较低，98-99%的探测率足够满足应用要求。

地感线圈车辆探测技术应用于室外停车位状态检测时，特别是作为车位锁的内置部件用于直接控制车位锁锁止和解锁动作时，车位状态的误判将引起无车状态下车位锁锁止，导致空闲车位无法停入车辆，降低了车位利用效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，利用停车应用场景下车位状态变化慢、状态持续时间长的典型特征，通过定义一个时间窗口并维护车辆探测状态机，基于相邻两个时间窗口内振荡频率采样值累加和的变化情况及当前车辆检测状态，实现对停车位上有无车辆的准确判断。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、启动地感线圈车辆探测装置；

步骤二、当车辆进入安装有地感线圈车辆探测装置的停车位时，由于车辆的铁磁部件导致埋置于地表的磁励线圈电感值变小，进而引起LC宽通带振荡电路输出的振荡频率上升，鉴频电路将检测的振荡频率转换为电压信号，MCU微控制器基于电压采样值获得当前的振荡频率，同时持续更新当前时刻之前2个窗口中每个窗口的振荡频率累加和；

步骤三、当车辆停放在停车位的持续时间等于窗口长度时，当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之差的符号为正,且绝对值达到最大，并大于车辆探测门限值：

步骤四、如果此时车辆探测状态机状态为无车状态，则将车辆探测状态机的状态由无车改变为有车状态，并设置停车入位时间为当前时刻减去窗口长度；否则不进行状态变换；

步骤五、当车辆离开停车位的时间等于窗口长度时，当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之差的符号为负，且绝对值达到最大，并大于车辆探测门限值：

步骤六、如果此时车辆探测状态机状态为有车状态，则将车辆探测状态机的状态由有车改变为无车状态，并设置车辆驶离时间为当前时刻减去窗口长度；否则不进行状态变换;

步骤七、当停车位没有车辆停放，且磁励线圈的电感值发生瞬时变化，导致当前时刻的振荡频率上升，但很快逐步下降至正常频率时，同时瞬时变化后的任何时间都无法满足当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之差的绝对值大于车辆探测门限值的条件，则说明磁励线圈受到铁磁干扰源干扰，不会引起车辆探测状态机的状态变化，停车位仍处于无车状态。

进一步地，所述步骤一中，启动地感线圈车辆探测装置，包括主控单元的LC宽通带振荡电路处于工作状态，鉴频电路实时检测LC宽通带振荡电路的振荡频率并转换成电压信号，MCU微控制器维护车辆探测状态机，设置车辆探测状态为无车状态，并通过电压采样模块对鉴频电路连续进行电压采样，根据内部存储的鉴频电路电压与振荡频率映射关系表，得到当前振荡频率。

进一步地，所述地感线圈车辆探测装置包括磁励线圈、主控单元、电源单元与通信单元；所述磁励线圈与主控单元连接，所述主控单元与通信单元连接，所述电源单元分别与主控单元、通信单元连接。

进一步地，所述磁励线圈埋置于停车位路面以下5-8cm，且磁励线圈引线采用双绞形式，长度不大于5米，每米双绞次数不少于20次。

进一步地，所述主控单元包括LC宽通带振荡电路、鉴频电路、MCU微控制器；所述LC宽通带振荡电路内置谐振电容，且与磁励线圈及其引线构成谐振电路，鉴频电路实时检测谐振电路的振荡频率并转换成电压信号，输入给MCU微控制器。

进一步地，所述MCU微控制器包括电压采样模块和UART接口，所述电压采样模块采集该电压信号，采样频率不小于100Hz，并根据内部存储的鉴频电路电压与振荡频率映射关系表，将电压采样值转换为振荡频率；所述UART接口与通信单元连接，所述MCU微控制器通过UART接口经通信单元的RS485模块连续输出每个采样点对应的振荡频率。

进一步地，MCU微控制器支持两种模式：调试模式与工作模式；调试模式下，MCU微控制器通过通信单元的RS485模块连续输出每个采样点对应的振荡频率，对地感线圈车辆探测装置进行现场调试，根据工况设定合理的工作参数；工作模式下，MCU微控制器维护车辆探测状态机，并运行车辆探测方法。

进一步额，MCU微控制器维护的窗口不大于同一停车位相邻两次停车事件之间的最小时间间隔，大于外界干扰持续时间长度。

进一步地，所述通信单元具有RS485模块，与配套的车位锁或停车场现场服务器进行通信，用于远程设置MCU微控制器的车辆探测门限值、窗口长度工作参数、装置复位指令，及输出车辆探测结果，并支持调试模式下的振荡频率采样值的连续上报。

进一步地，所述电源单元采用直流电源输入，负责提供装置所需的工作电源，所述直流电源采用可充电蓄电池。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明利用停车事件具有一定持续时间的特征，引入加窗机制和车辆探测状态机，分别统计相邻两个窗口时间内振荡频率的累加和，并根据相邻两个窗口的振荡频率累加和之差与车辆探测门限的比较结果以及车辆探测状态机的当前状态，判定车位状态，相比现有基于瞬态频率变化门限或自适应车辆探测状态判决门限的车辆有无判断算法，本发明能够有效过滤外界环境干扰源引发的突发干扰，进一步提升车辆探测准确度与可靠性。

附图说明

图1为本发明的组成框图。

图2为本发明中主控单元的一种实施例电路框图。

图3为本发明的地感线圈振荡频率变化曲线及加窗示意图。

图4为本发明的车辆探测方法流程图。

附图标记说明：1—主控单元；11—LC宽通带振荡电路；12—MCU微控制器；121—电压采样模块；122—UART接口；13—鉴频电路； 2—磁励线圈； 3—电源单元；4—通信单元。

具体实施方式

以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例1：如图1所示，

地感线圈车辆探测装置包括磁励线圈2、主控单元1、电源单元3与通信单元4；所述磁励线圈2与主控单元1连接，所述主控单元1与通信单元4连接，所述电源单元3分别与主控单元1、通信单元4连接；

所述磁励线圈2埋置于停车位路面以下5-8cm，且磁励线圈2引线采用双绞形式，长度不大于5米，每米双绞次数不少于20次；磁励线圈2的电阻值小于10欧姆，电感值100-300微亨，磁励线圈2的匝数由磁励线圈激发的磁场范围决定了线圈的面积及长、宽、电感值等要求决定，通常在4-8匝之间；

如图2所示，所述主控单元1包括LC宽通带振荡电路11、鉴频电路13、MCU微控制器12；所述LC宽通带振荡电路11内置谐振电容，且与磁励线圈1及其引线构成谐振电路，LC宽通带振荡电路11的中心频率在100KHz左右，工作带宽不小于120KHz，鉴频电路13实时检测谐振电路的振荡频率并转换成电压信号，输入给MCU微控制器12，鉴频电路13的频率检测响应时间一般不大于10ms；鉴频电路13可以采用集成芯片实现鉴频功能，可以采用基于MCU微控制器12的电压采样模块121对LC宽通带振荡电路11的信号进行采样后使用脉冲计数的方式实现，也可采用成熟的双失谐回路斜率鉴频分立电路；为降低MCU微控制器12的复杂度和电压采样模块121的采样频率，默认采用低成本的双失谐回路斜率鉴频电路，双失谐回路斜率鉴频电路包括频幅变换电路与振幅包络检波电路，频幅变换电路通过双路变压器完成对LC宽通带振荡电路11的信号耦合，并通过电容C1、C2实现对LC宽通带振荡电路11工作频率到信号幅值的变换，振幅包络检波电路实现对振幅包络的检波，得到不同频率对应幅值的电压值；

所述MCU微控制器12默认选用Microchip的PIC24FJ64GB系列MCU，所述MCU微控制器12包括电压采样模块121和UART接口122，所述电压采样模块121采集该电压信号，采样频率不小于100Hz，并根据内部存储的鉴频电路电压与振荡频率映射关系表，将电压采样值转换为振荡频率；所述UART接口122与通信单元4连接，所述MCU微控制器12通过UART接口122经通信单元4的RS485模块连续输出每个采样点对应的振荡频率；

MCU微控制器12支持两种模式：调试模式与工作模式；调试模式下，MCU微控制器12通过通信单元4的RS485模块连续输出每个采样点对应的振荡频率，对地感线圈车辆探测装置进行现场调试，根据工况设定合理的工作参数；工作模式下，MCU微控制器12维护车辆探测状态机，并运行加窗车辆探测方法。

MCU微控制器12维护的时间窗口不大于同一停车位相邻两次停车事件之间的最小时间间隔，大于外界干扰持续时间长度；同时MCU微控制器12维护的车辆探测门限值采用相对百分比形式；

所述通信单元4具有RS485模块，与配套的车位锁或停车场现场服务器进行通信，用于远程设置MCU微控制器12的车辆探测门限值、窗口长度工作参数、装置复位指令，及输出车辆探测结果，并支持调试模式下的振荡频率采样值的连续上报；同时通信单元4可选包含窄带物联网NB-IoT传输模块，实现与云端的停车管理系统服务器直接连接。

所述电源单元3采用直流电源输入，工作电压约为24V，负责提供装置所需的工作电源，可选采用可充电蓄电池供电。

如图3所示，显示了典型的地感线圈车辆探测装置的振荡频率随不同事件发生时的变化曲线及对应的加窗示意图；

t0时刻，停车位上的地感线圈车辆探测装置启动，t1时刻，车辆进入该停车位，t2时刻，车辆驶离停车位，t3时刻，一个强干扰源出现，并很快逐步消失；对于t3时刻的强干扰源事件，如果采用现有的瞬态频率变化门限的方法，将会出现有车的误判，由于干扰源的影响是逐步消失的，即相邻采样的频率差小于系统中设置的门限，导致探测装置一直误判为有车状态；如果采用本发明的加窗机制，则可以看出t3时刻之后窗口内频率采样累加和与t3时刻之前窗口内频率采样累加和的差值远小于t1时刻的差值，从而有效过滤瞬间出现的强干扰源。

如图4所示，基于如上所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测装置，结合图3给出的振荡频率随不同事件发生的变化曲线，面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法具体步骤如下：

步骤一、t0时刻，地感线圈车辆探测装置启动；

主控单元1的LC宽通带振荡电路11处于工作状态，鉴频电路13实时检测LC宽通带振荡电路11的振荡频率并转换成电压信号，MCU微控制器12维护车辆探测状态机，设置车辆探测状态为无车状态，并通过电压采样模块121对鉴頻电路13连续进行电压采样，根据内部存储的鉴频电路13电压与振荡频率映射关系表，得到当前振荡频率；

步骤二、t1时刻，车辆进入安装有地感线圈车辆探测装置的停车位时，由于车辆的铁磁部件导致磁励线圈2的电感值变小，进而引起LC宽通带振荡电路11输出的振荡频率上升，鉴频电路13将振荡频率转换为电压信号，MCU微控制器12基于电压采样值获得当前的振荡频率；

步骤三、t1+W时刻，车辆停放在停车位的持续时间等于窗口长度W时，当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之间差值的符号为正，且绝对值将达到最大，并大于车辆探测门限值；

如果此时车辆探测状态机状态为无车状态，则将车辆探测状态机的状态由无车改变为有车状态，并设置停车入位时间为当前时刻减去窗口长度W，即停车入位时间为t1时刻；否则不进行状态变换；

步骤四、t2+W时刻，车辆离开停车位的时间等于窗口长度W时，当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之间差值的符号为负，且绝对值将达到最大，并大于车辆探测门限值；

如果此时车辆探测状态机状态为有车状态，则将车辆探测状态机的状态由有车改变为无车状态，并设置车辆驶离时间为当前时刻减去窗口长度W，即车辆离开时间为t2时刻；否则不进行状态变换；

步骤五、t3时刻，当停车位没有车辆停放时，一个铁磁强干扰源引起磁励线圈2的电感值发生瞬时变化时，导致当前时刻的振荡频率上升，但很快逐步下降至正常频率，则t3时刻后的任何时间都无法满足当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之间差值的绝对值大于车辆探测门限值的条件，不会引起车辆探测状态机的状态变化，停车位仍处于无车状态。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、启动地感线圈车辆探测装置；

步骤二、当车辆进入安装有地感线圈车辆探测装置的停车位时，由于车辆的铁磁部件导致埋置于地表的磁励线圈（2）电感值变小，进而引起LC宽通带振荡电路（11）输出的振荡频率上升，鉴频电路（13）将检测的振荡频率转换为电压信号，MCU微控制器（12）基于电压采样值获得当前的振荡频率，同时持续更新当前时刻之前2个窗口中每个窗口的振荡频率累加和；

步骤三、当车辆停放在停车位的持续时间等于窗口长度时，当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之差的符号为正,且绝对值达到最大，并大于车辆探测门限值；

步骤四、如果此时车辆探测状态机状态为无车状态，则将车辆探测状态机的状态由无车改变为有车状态，并设置停车入位时间为当前时刻减去窗口长度；否则不进行状态变换；

步骤五、当车辆离开停车位的时间等于窗口长度时，当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之差的符号为负，且绝对值达到最大，并大于车辆探测门限值；

步骤六、如果此时车辆探测状态机状态为有车状态，则将车辆探测状态机的状态由有车改变为无车状态，并设置车辆驶离时间为当前时刻减去窗口长度；否则不进行状态变换;

步骤七、当停车位没有车辆停放，且磁励线圈（2）的电感值发生瞬时变化，导致当前时刻的振荡频率上升，但很快逐步下降至正常频率时，同时瞬时变化后的任何时间都无法满足当前窗口的振荡频率累加和与前一个窗口的振荡频率累加和之差的绝对值大于车辆探测门限值的条件，则说明磁励线圈（2）受到铁磁干扰源干扰，不会引起车辆探测状态机的状态变化，停车位仍处于无车状态。

2.根据权利要求1所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：所述步骤一中，启动地感线圈车辆探测装置，包括主控单元（1）的LC宽通带振荡电路（11）处于工作状态，鉴频电路（13）实时检测LC宽通带振荡电路（11）的振荡频率并转换成电压信号，MCU微控制器（12）维护车辆探测状态机，设置车辆探测状态为无车状态，并通过电压采样模块（121）对鉴频电路（13）连续进行电压采样，根据内部存储的鉴频电路（13）电压与振荡频率映射关系表，得到当前振荡频率。

3.根据权利要求1所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：所述地感线圈车辆探测装置包括磁励线圈（2）、主控单元（1）、电源单元（3）与通信单元（4）；所述磁励线圈（2）与主控单元（1）连接，所述主控单元（1）与通信单元（4）连接，所述电源单元（3）分别与主控单元（1）、通信单元（4）连接。

4.根据权利要求3所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：所述磁励线圈（2）埋置于停车位路面以下5-8cm，且磁励线圈（2）引线采用双绞形式，长度不大于5米，每米双绞次数不少于20次。

5.根据权利要求3所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：所述主控单元（1）包括LC宽通带振荡电路（11）、鉴频电路（13）、MCU微控制器（12）；所述LC宽通带振荡电路（11）内置谐振电容，且与磁励线圈（2）及其引线构成谐振电路，鉴频电路（13）实时检测谐振电路的振荡频率并转换成电压信号，输入给MCU微控制器（12）。

6.根据权利要求5所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：所述MCU微控制器（12）包括电压采样模块（121）和UART接口（122），所述电压采样模块（121）采集该电压信号，采样频率不小于100Hz，并根据内部存储的鉴频电路电压与振荡频率映射关系表，将电压采样值转换为振荡频率；所述UART接口（122）与通信单元（4）连接，所述MCU微控制器（12）通过UART接口（122）经通信单元（4）的RS485模块连续输出每个采样点对应的振荡频率。

7.根据权利要求6所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：MCU微控制器（12）支持两种模式：调试模式与工作模式；调试模式下，MCU微控制器（12）通过通信单元（4）的RS485模块连续输出每个采样点对应的振荡频率，对地感线圈车辆探测装置进行现场调试，根据工况设定合理的工作参数；工作模式下，MCU微控制器（12）维护车辆探测状态机，并运行车辆探测方法。

8.根据权利要求7所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：MCU微控制器（12）维护的窗口不大于同一停车位相邻两次停车事件之间的最小时间间隔，大于外界干扰持续时间长度。

9.根据权利要求3所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：所述通信单元（4）具有RS485模块，与配套的车位锁或停车场现场服务器进行通信，用于远程设置MCU微控制器（12）的车辆探测门限值、窗口长度工作参数、装置复位指令，及输出车辆探测结果，并支持调试模式下的振荡频率采样值的连续上报。

10.根据权利要求3所述的面向室外停车位状态管理的地感线圈车辆探测方法，其特征在于：所述电源单元（3）采用直流电源输入，负责提供装置所需的工作电源，所述直流电源采用可充电蓄电池。

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