CN104346951A - 基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置及方法，具有供电电路、磁阻传感器、单片机和无线zigbee通讯模块；所述供电电路的输出端同时接磁阻传感器的输入端和无线zigbee通讯模块的输入端；所述磁阻传感器和无线zigbee通讯模块均与单片机双向通信连接。其具体方法包括如下步骤：A、建立背景磁场，B、采集实时波形数据并与背景磁场比对，C、有车检测，D、无车检测，E、校正。本发明能够解决目前停车场所存在的精度低、布线复杂、受环境因素影响太重等问题，且加入旁车干扰更新算法，将停车场车位检测转化成单车位检测，提高了检测精度。
Description
技术领域
本发明属于智能交通监测和管理的信息自动采集技术领域，特别涉及一种基于地磁检测器干扰更新的车辆监测装置及方法，可适用于地下停车场和露天停车场。
背景技术
车辆检测技术是智能交通***研究的关键技术之一，它为智能交通***提供了必要的信息来源，为智能交通***快速发展提供良好条件，是进行交通监测和管理的信息基础。车辆检测技术在很多交通***中已经成为一个重要的环节，目前在应用中亟需一套更为准确高效的车辆检测方法。
车辆检测器作为智能交通信息采集的基础设施，其性能直接影响车辆检测的效果。目前，市面上主要的车辆方式有地感线圈、超声波、红外感应和视频检测等。地感线圈由于施工不易、对路面破坏大、维护困难等缺点无法应用于停车场。超声波较易受环境影响，稳定性不足，常因探头的灵敏度降低而造成检测精度降低。红外感应同样受环境影响，特别是汽车的大灯和停车场的明暗变化经常会造成误检。超声波和红外无法应用于露天停车场。视频检测的检测精度目前还是不高，而且成本较高。
目前的停车场车位因为靠的较近，地磁检测器因为其物理特性非常容易受到旁车位车辆的干扰，检测的数据其实是周边所有车辆共同影响之后的磁场强度，这样的磁场强度与单一车位车辆影响的磁场强度明显是有区别的，以这样的数据来做车辆检测，算出的结果也是不准确的。
经测试发现，旁边车辆对本车位磁阻传感器的影响很大，会拉高或者降低磁阻传感器的检测的数值。如果本车位已经有车，并且已经检测出有车，但是旁边来了一辆车，就会影响本车位的检测数据，如果造成拉低数值的现象，本车位就会出现检测出无车的现象。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种能够解决目前停车场所存在的精度低、布线复杂、受环境因素影响太重等问题，且加入旁车干扰更新算法，将停车场车位检测转化成单车位检测，提高检测精度的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置及其方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测方法，包括如下步骤：
A、建立背景磁场，其具体步骤如下：
a、干扰值G清零，车辆影响值S清零；
b、对采用的地磁检测器进行校准或标定；
c、利用校正后的地磁检测器采集当前停车场上两两垂直的x、y、z三轴磁场的未经滤波的地磁感应波形数据；
d、每轴分别取当前数据往前N个数据为样本，并取这N个数据的方差；
e、设定当方差值小于10，并且持续小于10至100次时，表示波形平稳，记录当下数据x0、y0、z0为背景磁场；
f、计算x、y、z三轴合成的背景磁场强度A；
B、采集实时波形数据并与背景磁场比对，其具体步骤如下：
a、地磁检测器采集当前停车场上两两垂直的x、y、z三轴磁场的经极值和均值滤波后的地磁感应波形数据，记录当下数据为x1、y1、z1；
b、将三轴数据与背景磁场做减法运算并将差值做平方和的开方A’；
c、将A’保存在样本数据集f（k）中，k为样本个数；
C、有车检测，其具体步骤如下：
a、根据测试数据设定车辆检测阈值H1，当|A’-G|≥H1时，计数器T2清零，计数器T1开始计数；
b、根据测试数据设定有车计数阈值N1，在维持A’≥H1的过程中，若T1≥N1，则u=1，表示地磁检测器上方有车停靠；
c、根据测试数据设定波形平稳阈值W，当f（k）数据集的方差V＜W时，计数器T3开始计数，并持续到N3次后，表示当前波形平稳，并进入车辆影响值S的检测，同时计数器T3清零；
d、若检测到的车辆影响值S=0，表示还未记录所停车辆对磁场的影响值，记录S=A’-G；若检测到的车辆影响值S≠0，表示已记录所停车辆对磁场的影响值，记录更新干扰值G’=A’-S；当V＞W时，计数器T3清零；
D、无车检测，其具体步骤如下：
a、当|A’-G|＜H1时，计数器T1清零，车辆影响值S清零，计数器T2开始计数；
b、根据测试数据设置无车计数阈值N2，在维持A’＜H1的过程中，若T2≥N2，则u=0，表示地磁检测器上方的车辆离开；
c、当f（k）数据集的方差V＜W时，计数器T3开始计数，并持续到N3次后，表示当前波形平稳，计数器T3清零，更新干扰值G’=A’-S；当V＞W时，计数器T3清零；
E、校正。
上述技术方案所述步骤E包括以下步骤：将采集的数据x1、y1、z1与原始背景数据x0、y0、z0分别做差值，若三轴差值均小于H0，则表示本车位附近没有铁磁物质干扰，车位上无车，干扰值G清零，车辆影响值S清零。
上述技术方案所述步骤A中计算x、y、z三轴合成的背景磁场强度A，其计算公式为：A= (x0²+y0²+z0²)½。
上述技术方案所述步骤B中将采集的三轴数据与背景磁场做减法运算并将差值做平方和的开方A’，其计算公式为：A’=((x1-x0)²+(y1-y0)²+(z1-z0)²) ½。
上述技术方案所述N≥10，所述H0为5～10；所述H1为60～80；所述N1为5f ；所述N2为10f；所述N3为20f，f为检测频率。
一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置，具有供电电路、磁阻传感器、单片机和无线zigbee通讯模块；所述供电电路的输出端同时接磁阻传感器的输入端和无线zigbee通讯模块的输入端；所述磁阻传感器和无线zigbee通讯模块均与单片机双向通信连接。
上述技术方案所述供电电路具有电源和低压差线性稳压器；所述电源的输出端接低压差线性稳压器的输入端；所述低压差线性稳压器的输出端同时接磁阻传感器的输入端和无线zigbee通讯模块的输入端。
上述技术方案所述磁阻传感器为三轴磁阻传感器，磁阻传感器中的地磁检测芯片的检测频率为1Hz。
上述技术方案所述磁阻传感器与单片机之间通过I²C接口连接。
上述技术方案所述电源为锂离子电池，电源的电压为3.7V，电源的容量为3500mAh。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
（1）本发明能够解决目前停车场所存在的精度低、布线复杂、受环境因素影响太重等问题，且加入旁车干扰更新算法，将停车场车位检测转化成单车位检测，提高了检测精度。
（2）本发明专用于停车场，由于停车场的车位靠的比较近，用地磁检测时，旁车干扰较严重，导致检测精度不高，另一方面，相较于路面而言，马路上的外界干扰是一段一段的，车辆驶过，干扰就消失了，但停车场的车子会长时间停留在车位上，对旁车位的干扰是持续性的，因此采用干扰更新的停车场车辆监测方法。
（3）本发明通过判断车辆进入、有车干扰、无车干扰、车辆离开等，确保检测精度较高。
（4）本发明可以及时检测到该装置所在车位是否有车停靠，并通过无线方式发送至接收设备，无需布线，安装简单。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的模块示意图；
附图中标号为：供电电路1、电源11、低压差线性稳压器12、磁阻传感器2、单片机3和无线zigbee通讯模块4。
具体实施方式
（实施例1，一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置）
一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置，具有供电电路1、磁阻传感器2、单片机3和无线zigbee通讯模块4；供电电路1的输出端同时接磁阻传感器2的输入端和无线zigbee通讯模块4的输入端；磁阻传感器2和无线zigbee通讯模块4均与单片机3双向通信连接。
供电电路1具有电源11和低压差线性稳压器12；电源11的输出端接低压差线性稳压器12的输入端；低压差线性稳压器12的输出端同时接磁阻传感器12的输入端和无线zigbee通讯模块4的输入端。
磁阻传感器2为三轴磁阻传感器，磁阻传感器2中的地磁检测芯片的检测频率为1Hz。
磁阻传感器2与单片机3之间通过I²C接口连接。
电源11为锂离子电池，电源11的电压为3.7V，电源11的容量为3500mAh。
本发明通过四个膨胀管安装在停车场车位上，左右居中，前后位于五分之一处。装置外壳采用PC材料，抗压达到5吨，防水防尘级别IP67。内部采用锂离子电池供电，电压3.7V，容量3500mAh。在电路的前端采用低压差线性稳压器12，输出稳定的3.0伏电压给后续的单片机3和磁阻传感器2供电。设定地磁检测芯片的检测频率为1Hz，通过I²C接口将地磁场数据从磁阻传感器2传输至单片机3进行数据分析。如检测出当前的地磁场有明显扰动，说明该车位有车停入，即通过ZigBee将有车信息通过无线方式发送至接收设备。当车离开后，该装置会检测到磁场回归到正常状态，同样会将无车信息发送出去。
（实施例2，一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测方法）
一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测方法，包括如下步骤：
A、建立背景磁场，其具体步骤如下：
a、干扰值G清零，车辆影响值S清零；
b、对采用的地磁检测器进行校准或标定；
c、利用校正后的地磁检测器采集当前停车场上两两垂直的x、y、z三轴磁场的未经滤波的地磁感应波形数据；
d、每轴分别取当前数据往前10个数据为样本，并取这10个数据的方差；
e、设定当方差值小于10，并且持续小于10至100次时，表示波形平稳，即认定地磁检测器处于没有其他磁场干扰的环境，记录当下数据x0、y0、z0为背景磁场；
f、计算x、y、z三轴合成的背景磁场强度A；其计算公式为：A= (x0²+y0²+z0²)½。
B、采集实时波形数据并与背景磁场比对，其具体步骤如下：
a、背景磁场更新后，地磁检测器采集当前停车场上两两垂直的x、y、z三轴磁场的经极值和均值滤波后的地磁感应波形数据，记录当下数据为x1、y1、z1；
b、将三轴数据与背景磁场做减法运算并将差值做平方和的开方A’，其计算公式为：A’=((x1-x0)²+(y1-y0)²+(z1-z0)²) ½；
c、将A’保存在样本数据集f（k）中，k为样本个数，最后一个样本即为当前的A’ ，A’一定大于等于0；
C、有车检测，其具体步骤如下：
a、根据测试数据设定车辆检测阈值H1，当|A’-G|≥H1时，计数器T2清零，计数器T1开始计数；
b、根据测试数据设定有车计数阈值N1，在维持A’≥H1的过程中，若T1≥N1，则u=1，表示地磁检测器上方有车停靠；
c、根据测试数据设定波形平稳阈值W，当f（k）数据集的方差V＜W时，计数器T3开始计数，并持续到N3次后，表示当前波形平稳，并进入车辆影响值S的检测，同时计数器T3清零；
d、若检测到的车辆影响值S=0，表示还未记录所停车辆对磁场的影响值，记录S=A’-G；若检测到的车辆影响值S≠0，表示已记录所停车辆对磁场的影响值，记录更新干扰值G’=A’-S；当V＞W时，计数器T3清零；
D、无车检测，其具体步骤如下：
a、当|A’-G|＜H1时，计数器T1清零，车辆影响值S清零，计数器T2开始计数；
b、根据测试数据设置无车计数阈值N2，在维持A’＜H1的过程中，若T2≥N2，则u=0，表示地磁检测器上方的车辆离开；
c、当f（k）数据集的方差V＜W时，计数器T3开始计数，并持续到N3次后，表示当前波形平稳，计数器T3清零，更新干扰值G’=A’-S；当V＞W时，计数器T3清零；
E、校正，其具体步骤如下：将采集的数据x1、y1、z1与原始背景数据x0、y0、z0分别做差值，若三轴差值均小于H0，则表示本车位附近没有铁磁物质干扰，车位上无车，干扰值G清零，车辆影响值S清零。
所述N≥10，所述H0为5～10；所述H1为60～80；H1越大抗干扰能力越强，但是容易将真正车辆识别成干扰；H1越小容易将干扰识别成车辆，所述N1为5f ；所述N2为10f；所述N3为20f，N3越大越难进入稳态模式，越容易被突发事件干扰，如旁车位进车；N3越小越容易进入稳态模式，越容易获取不正确的车辆影响值S，其中f为检测频率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、建立背景磁场，其具体步骤如下：
a、干扰值G清零，车辆影响值S清零；
b、对采用的地磁检测器进行校准或标定；
c、利用校正后的地磁检测器采集当前停车场上两两垂直的x、y、z三轴磁场的未经滤波的地磁感应波形数据；
d、每轴分别取当前数据往前N个数据为样本，并取这N个数据的方差；
e、设定当方差值小于10，并且持续小于10至100次时，表示波形平稳，记录当下数据x0、y0、z0为背景磁场；
f、计算x、y、z三轴合成的背景磁场强度A；
B、采集实时波形数据并与背景磁场比对，其具体步骤如下：
a、地磁检测器采集当前停车场上两两垂直的x、y、z三轴磁场的经极值和均值滤波后的地磁感应波形数据，记录当下数据为x1、y1、z1；
b、将三轴数据与背景磁场做减法运算并将差值做平方和的开方A’；
c、将A’保存在样本数据集f（k）中，k为样本个数；
C、有车检测，其具体步骤如下：
a、根据测试数据设定车辆检测阈值H1，当|A’-G|≥H1时，计数器T2清零，计数器T1开始计数；
b、根据测试数据设定有车计数阈值N1，在维持A’≥H1的过程中，若T1≥N1，则u=1，表示地磁检测器上方有车停靠；
c、根据测试数据设定波形平稳阈值W，当f（k）数据集的方差V＜W时，计数器T3开始计数，并持续到N3次后，表示当前波形平稳，并进入车辆影响值S的检测，同时计数器T3清零；
d、若检测到的车辆影响值S=0，表示还未记录所停车辆对磁场的影响值，记录S=A’-G；若检测到的车辆影响值S≠0，表示已记录所停车辆对磁场的影响值，记录更新干扰值G’=A’-S；当V＞W时，计数器T3清零；
D、无车检测，其具体步骤如下：
a、当|A’-G|＜H1时，计数器T1清零，车辆影响值S清零，计数器T2开始计数；
b、根据测试数据设置无车计数阈值N2，在维持A’＜H1的过程中，若T2≥N2，则u=0，表示地磁检测器上方的车辆离开；
c、当f（k）数据集的方差V＜W时，计数器T3开始计数，并持续到N3次后，表示当前波形平稳，计数器T3清零，更新干扰值G’=A’-S；当V＞W时，计数器T3清零；
E、校正。
2.根据权利要求1所述的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测方法，其特征在于，所述步骤E包括以下步骤：将采集的数据x1、y1、z1与原始背景数据x0、y0、z0分别做差值，若三轴差值均小于H0，则表示本车位附近没有铁磁物质干扰，车位上无车，干扰值G清零，车辆影响值S清零。
3.根据权利要求1所述的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测方法，其特征在于，所述步骤A中计算x、y、z三轴合成的背景磁场强度A，其计算公式为：A= (x0²+y0²+z0²)½。
4.根据权利要求1所述的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测方法，其特征在于，所述步骤B中将采集的三轴数据与背景磁场做减法运算并将差值做平方和的开方A’，其计算公式为：A’=((x1-x0)²+(y1-y0)²+(z1-z0)²) ½。
5.根据权利要求1所述的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测方法，其特征在于，所述N≥10，所述H0为5～10；所述H1为60～80；所述N1为5f ；所述N2为10f；所述N3为20f，f为检测频率。
6.一种基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置，其特征在于：具有供电电路（1）、磁阻传感器（2）、单片机（3）和无线zigbee通讯模块（4）；所述供电电路（1）的输出端同时接磁阻传感器（2）的输入端和无线zigbee通讯模块（4）的输入端；所述磁阻传感器（2）和无线zigbee通讯模块（4）均与单片机（3）双向通信连接。
7.根据权利要求6所述的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置，其特征在于：所述供电电路（1）具有电源（11）和低压差线性稳压器（12）；所述电源（11）的输出端接低压差线性稳压器（12）的输入端；所述低压差线性稳压器（12）的输出端同时接磁阻传感器（12）的输入端和无线zigbee通讯模块（4）的输入端。
8.根据权利要求6或7所述的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置，其特征在于：所述磁阻传感器（2）为三轴磁阻传感器，磁阻传感器（2）中的地磁检测芯片的检测频率为1Hz。
9.根据权利要求8所述的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置，其特征在于：所述磁阻传感器（2）与单片机（3）之间通过I²C接口连接。
10.根据权利要求7所述的基于地磁检测器干扰更新的停车场车辆监测装置，其特征在于：所述电源（11）为锂离子电池，电源（11）的电压为3.7V，电源（11）的容量为3500mAh。
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