CN104900067A - 基于地磁传感器的智能无线车辆检测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地磁传感器的智能无线车辆检测***，利用地磁传感器和无线技术实现车辆信息的检测，包括车辆的有无、车速等信息。该***包含两个部分：一是用来检测车辆信息的传感器节点，该传感器节点埋在地下，二是用来接收传感器节点发送过来的信息，并进行分析处理，上报给后台服务器的接入点，所述接入点与传感器节点之间的通信方式采用无线方式实现；同时，一个接入点能同时对多个传感器节点进行通信，***无线通信所采用的工作频率可以是433MHz、900MHz、2.4GHz和5.8GHz等常用免费频段。能快速有效的检测车辆信息，不受天气和光线等因素影响，同时检测到的车辆信息能通过公网返回到控制中心，有助于道路交通的优化。

Description

基于地磁传感器的智能无线车辆检测***

技术领域

本发明涉及智能停车设备技术领域，具体涉及一种基于地磁传感器的智能无线车辆检测***。

背景技术

道路交通是由动态交通和静态交通组成的。所谓“静态交通”是指车辆在道路、停车场、车站、货场等停放或暂时停留的交通现象。虽然停车目的各异、时间长短不同，但他们都是静态交通，是动态交通的继续。静态交通是相对于动态交通而言的，是整个交通体系中的重要组成部分。静态交通不解决好，动态交通是没有办法解决好的。比如到了目的地找不到停车场，就必须转来转去，这就在无形中增加了无效交通流量。

但是，目前国内大多数停车场的管理功能还只是单个停车场的收费、引导等功能，不具备城市联网能力，不能实现城市停车诱导功能。另一方面，部分城市投巨资建设的停车诱导***，一般都是通过停车一级、二级、三级诱导屏宋诱导，由于诱导形式单一、造价昂贵、建设困难、使用不便等原因，难以普及。

解决交通安全、拥堵和停车难问题成为了近期城市智能交通***发展的主要目标。实现智能交通***的关键在于建设由传感网络、通信设施、网络超算、智能软件构成的智能基础设施，按照可靠、低成本信息化的要求，构建泛在的信息网络体系，使基于数据和知识的产业成为重要的新兴支柱产业。

全面的信息采集手段和丰富的信息内容是提供完善的信息服务的前提，如何获取原始交通数据并处理成精准的交通信息是关键。对于实时交通数据的采集，目前主要有两种方式：一种是静态交通探测方式，主要是利用位置固定的定点检测器或摄像机；另一种是动态交通探测方式，通常，用来采集交通流数据的定点检测器有感应线圈检测器、超声波检测器、雷达检测器、光电检测器、红外线检测器等。动态交通探测方式是指基于位置不断变化的车辆或手机来获得实时行车速度和旅行时间等交通信息的数据采集方式。动态交通探测的典型方式包括异频雷达收发机、车辆自动检测、全球定位***(GPS)装置及手机通信等。

线圈和摄像机(视频监控)是定点检测的典型手段。线圈是磁性检测器的一种变形，它依靠埋在路面下的一个或一组感应线圈产生的电磁感应变化，来检测通过的车辆的状况。该技术非常成熟，且精度较高，适用于交通量较大的道路。然而，其缺点也非常明显，即采集范围有限、损坏率高、施工成本昂贵、施工周期长。视频监控则是利用摄像机作为记录设备，通过对一定时间段内的图像进行分析得出交通流的详细资料。对于交叉***通状况的调查，常采用这种方法。这种方法的优点是比较直观，可以得到最完全的交通资料信息；缺点是成本高、数据整理工作量大(需要大量的图像处理工作)、有时可靠度较低(如大型车辆可能遮挡随行的小型车辆等)。

作为动态交通流信息采集的主要手段，GPS技术在国外得到了广泛的应用，国内也有优途、美慧等公司已经开发出可商用的产品。GPS是一种全球性、全天候的卫星无线电定位***，可实时提供三维坐标、速度等空间信息，其特点是精度高，速度快，但实际应用中也有很多问题，主要表现在存在采集盲区(如高架下的道路采集不到GPS信号)、样本容量小、建设和运营成本高等。

随着传感器技术、通信技术、GIS技术(地理信息***)、3S技术(遥感技术、地理信息***、全球定位***三种技术)和计算机技术的不断发展，交通信息的采集经历了从人工、单一的磁性检测器采集到多源、多种采集方式组合的发展过程，同时随着国内外对交通信息处理研究的逐步深入，统计分析技术、人工智能技术、数据融合技术、并行计算技术等逐步被应用于交通信息的处理中，使得交通信息的处理也得到不断的发展和革新。

信息采集与处理设备作为智能交通***的核心构成部分，在智能交通行业整体快速发展的带动下，近年来呈现高速增长态势。2009年投资额达到82亿元，2010年达到99亿元，同比增长21％。预计2010-2015年行业增速将继续保持稳定增长，年复合增长率约为19.4％。

随着经济的发展，汽车成为新的消费热点和经济增长点，数量飞速增长，当前，我国私人汽车拥有量已突破1000万辆，随着汽车大批量进入个人家庭，而城市规划普遍相对滞后，人均土地不足，令停车难的问题出现在大中城市甚至中小城市，并日益尖锐。

仔细对目前国内城市的停车库***进行分析，不难发现：一方面，道路行车数量的激增，停车难，行车难的问题日益突出；另一方面，由于没有统一的管理、分配和指导，各停车库***由各单位部门自行管理，并缺乏信息沟通，使停车场基本信息不够公开化，往往出现车库***有库无车，大量车库车位浪费的现象严重。这导致了驾车者在找停车泊位时存在很大的盲目性，带来了绕行车流，增加了道路交通的压力。

很多人有过这样的经历，驾车到市内某些区域时，经常找不到合适的车位，对此引起的交通拥挤深恶痛绝又无可奈何，这就是因为我们缺乏足够的信息来及时做出正确的判断和诱导。同时，乱收停车费等问题也日益严重，影响了道路的使用，给城市交通管理带来压力。

停车大致分为路边停车和停车场(库)停车，停车场(库)一般实行包月制，以月为单位交纳一定费用，路边停车一般没有固定的使用规律只是在使用停车位时按次或按时交纳费用；这都主要通过车位管理人员乱收取停车费用，容易产生费用纠纷，而且效率低，管理成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于地磁传感器的智能无线车辆检测***，能快速有效的检测车辆信息，不受天气和光线等因素影响，同时检测到的车辆信息能通过公网返回到控制中心，有助于道路交通的优化。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于地磁传感器的智能无线车辆检测***，利用地磁传感器和无线技术实现车辆信息的检测，包括车辆的有无、车速等信息。该***包含两个部分：一是用来检测车辆信息的传感器节点，该传感器节点埋在地下，二是用来接收传感器节点发送过来的信息，并进行分析处理，上报给后台服务器的接入点，所述接入点与传感器节点之间的通信方式采用无线方式实现；同时，一个接入点能同时对多个传感器节点进行通信，***无线通信所采用的工作频率可以是433MHz、900MHz、2.4GHz和5.8GHz等常用免费频段。

所述的传感器节点与接入点之间的通信方式采用TDMA方式实现，每个传感器节点与接入点之间的通信占用一个时隙，两者之间的数据通信根据约定的数据协议进行，时隙的分配与接入点进行控制与分配。

所述的传感器节点包括地磁传感器、处理控制电路(含模数转换电路)、射频收发电路、天线和电源电路几大块，所述地磁传感器接处理控制电路，所述处理控制电路接射频收发电路，所述天线接在射频收发电路上；所述电源电路完成整个节点的供电功能，由于在室外环境应用，采用电池供电方式，电池容量的选择需要考虑到传感器节点与接入点之间的数据通信频率、传感器的采用频率等因素。

所述地磁传感器采用各向异性(AMR)的地磁场、固态型传感器，永远检测车辆的有无，或者不同运动状态对地磁场扰动引起的变化，如采用honeywell的HMC104x和HMC105x系列，因而可根据地磁传感器获得的检测数据，设定车辆的响应阀值来判断车辆的状态信息，其中事件检测阀值、无事件监测阀值和事件保持时间三个参数可以根据实际使用场合来优化设置，从而提高监测的可靠性。

所述天线用于与接入点之间的无线通信，因传感器节点埋在地下，考虑到周围环境的相对复杂，传感器端的天线采用陶瓷天线实现，用于提高天线的抗干扰能力。

所述射频收发电路完成对基带信号的调制、解调、放大和滤波等功能，考虑到与接入端的无线通信，同时由于工作频率处于免费频带，存在大量的同频干扰信号，射频收发电路可以选用现成的带无线通信协议的芯片，如选用支持ZigBee技术的芯片(TI的CC2420等)。

所述处理控制电路用于实现对整个传感器的工作时序的控制，以及控制模数转换电路实现对地磁传感器的信号的采用。

所述传感器节点端对采用的数据只进行简单的预处理，因而对处理控制电路的性能要求不高，可采用MSP430单片机完成。

所述的接入点用于接收并处理传感器节点发送过来的数据、对传感器节点进行时序同步与控制、与后台服务进行通信并进行数据上报等工作；整个接入点包括天线、射频收发电路、中央处理器、储存单元和网络通信单元，所述网络通信单元实现接入点到公网的接入口，同时整个接入点供电采用POE供电的方式实现。

由于需要对传感器节点过来的采样数据进行处理和分析，并同时并行与后台进行通信，因此接入点采用性能较强的中央处理器(cpu)实现，配以外部存储器，并移植实时操作***。

本***中采用移植实时Linux***用于中央处理器，射频收发电路与传感器节点配对，可选用相同的芯片实现，接入点上的天线与传感器节点上天线不同，接入点需要实时与多个传感器节点机型通信，在增益、方向图和极化特性方面有更高的要求。

本***实施方式如下：对于道路应用，将传感器节点埋在车道中央，每个车道上前后埋2个传感器节点，根据车辆先后通过这个两个传感器节点的时间差可以计算出车辆的速度。同时，经过长时间的统计可以分析出该道路的车流量和拥堵情况。为提高检测的可靠性，可在车道上两个传感器之前额外安装一个传感器节点做超前检测。根据城市、乡村和高速等不同道路情况，两个传感器节点之间前后相差的距离和传感器的响应门阀需要分别进行设置。

对于停车场、车库等停车应用，需要在车库中间位置安装一个传感器节点，根据车量的有无不同状态下磁场的变化来进行检测。

上述两种不同应用场景下，接入点的安装一般位于空中，可选用电线杆和路灯杆子上，确保接入点的天线覆盖范围能包括全部的传感器节点。

地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别，这种利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测的传感器与目前常用的地感线圈检测器相比，具有安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长，对路面的破坏小等优点，在交通流量、道路占有率、速度等基础数据采集中的应用越来越广，在车流量检测这一细分市场上的占有率也将从无到有，使用比例将逐步提高。地磁传感器取代(或补偿)现主流的地感线圈将是大势所趁。

本发明的有益效果是：

1)利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测的传感器与目前常用的地感线圈检测器相比，具有安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长，对路面的破坏小等优点，在智能交通***的信息采集中有广阔的应用前景。

2)能快速有效的检测车辆信息，不受天气和光线等因素影响。同时检测到的车辆信息能通过公网返回到控制中心，有助于道路交通的优化。

3)可以自动监控高速公路交通流量、路占率、车辆类型、车辆行驶速度等核心基础数据。这些基础数据通过无线方式发送到路边的接入点(AP)，再由接入点通过有线或无线的方式传送到远端的远程服务器或交通管理中心。

附图说明

图1为本发明传感器节点架构图；

图2为本发明车辆引起的地磁场磁力线变化示意图；

图3为本发明地磁场检测信号和阀值；

图4为本发明接入点架构图；

图5为本发明传感器节点工作流程。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1：对于停车场、车库等停车应用，需要在车库中间位置安装一个传感器节点，根据车量的有无不同状态下磁场的变化来进行检测。接入点的安装一般位于空中，可选用电线杆和路灯杆子上，确保接入点的天线覆盖范围能包括全部的传感器节点。

该***能够实时提供停车场车位状态信息、道路车位使用信息，引导驾驶员查找空车位，为驾驶员节省时间，减少因缺乏停车信息而引起的车位难找的情况。大大缓解了城市交通拥堵状况，减少了道路占用，降低了车辆尾气排放和噪声，提高停车场的车位使用效率。同时，采用集约化***化的车位管理、收费管理，也可有效改变停车场收费管理混乱的状况。

***主要功能：

准确车位检测

无线数据传输

实时车位状态更新

停车场空余车位实时发布

停车入位引导

区域停车诱导

停车位预定

停车位查询

停车信息发布(网站发布、短信提醒、车载终端提醒)

停车计费管理

城际停车场联网管理

车位使用记录统计

设备故障、告警管理

停车计费管理。

利用地磁传感器和无线技术实现车辆信息的检测，包括车辆的有无、车速等信息。该***包含两个部分：一是用来检测车辆信息的传感器节点，该传感器节点埋在地下，二是用来接收传感器节点发送过来的信息，并进行分析处理，上报给后台服务器的接入点，所述接入点与传感器节点之间的通信方式采用无线方式实现；同时，一个接入点能同时对多个传感器节点进行通信，***无线通信所采用的工作频率可以是433MHz、900MHz、2.4GHz和5.8GHz等常用免费频段。所述的传感器节点与接入点之间的通信方式采用TDMA方式实现，每个传感器节点与接入点之间的通信占用一个时隙，两者之间的数据通信根据约定的数据协议进行，时隙的分配与接入点进行控制与分配。

如图1所示，传感器节点包括地磁传感器、处理控制电路(含模数转换电路)、射频收发电路、天线和电源电路几大块，所述地磁传感器接处理控制电路，所述处理控制电路接射频收发电路，所述天线接在射频收发电路上；所述电源电路完成整个节点的供电功能，由于在室外环境应用，采用电池供电方式，电池容量的选择需要考虑到传感器节点与接入点之间的数据通信频率、传感器的采用频率等因素。

地磁传感器采用各向异性(AMR)的地磁场、固态型传感器，永远检测车辆的有无，或者不同运动状态对地磁场扰动引起的变化，如采用honeywell的HMC104x和HMC105x系列，典型的由车辆引起的地磁场磁力线变化如图2所示。因而可根据地磁传感器获得的检测数据，设定车辆的响应阀值来判断车辆的状态信息，如图3所示，其中事件检测阀值、无事件监测阀值和事件保持时间三个参数可以根据实际使用场合来优化设置，从而提高监测的可靠性。天线用于与接入点之间的无线通信，因传感器节点埋在地下，考虑到周围环境的相对复杂，传感器端的天线采用陶瓷天线实现，用于提高天线的抗干扰能力。射频收发电路完成对基带信号的调制、解调、放大和滤波等功能，考虑到与接入端的无线通信，同时由于工作频率处于免费频带，存在大量的同频干扰信号，射频收发电路可以选用现成的带无线通信协议的芯片，如选用支持ZigBee技术的芯片(TI的CC2420等)。处理控制电路用于实现对整个传感器的工作时序的控制，以及控制模数转换电路实现对地磁传感器的信号的采用。传感器节点端对采用的数据只进行简单的预处理，因而对处理控制电路的性能要求不高，可采用MSP430单片机完成。电源电路完成整个节点的供电功能。由于在室外环境应用，采用电池供电方式。电池容量的选择需要考虑到传感器节点与接入点之间的数据通信频率、传感器的采用频率等因素。传感器节点完成工作流程如图5所示。

如图4所示，接入点用于接收并处理传感器节点发送过来的数据、对传感器节点进行时序同步与控制、与后台服务进行通信并进行数据上报等工作；整个接入点包括天线、射频收发电路、中央处理器、储存单元和网络通信单元，所述网络通信单元实现接入点到公网的接入口，同时整个接入点供电采用POE供电的方式实现。由于需要对传感器节点过来的采样数据进行处理和分析，并同时并行与后台进行通信，因此接入点采用性能较强的中央处理器(cpu)实现，配以外部存储器，并移植实时操作***。本***中采用移植实时Linux***用于中央处理器，射频收发电路与传感器节点配对，可选用相同的芯片实现，接入点上的天线与传感器节点上天线不同，接入点需要实时与多个传感器节点机型通信，在增益、方向图和极化特性方面有更高的要求。

实施例2：对于道路应用，将传感器节点埋在车道中央，每个车道上前后埋2个传感器节点，根据车辆先后通过这个两个传感器节点的时间差可以计算出车辆的速度。同时，经过长时间的统计可以分析出该道路的车流量和拥堵情况。为提高检测的可靠性，可在车道上两个传感器之前额外安装一个传感器节点做超前检测。根据城市、乡村和高速等不同道路情况，两个传感器节点之间前后相差的距离和传感器的响应门阀需要分别进行设置。

通过安装在车道中间的地磁传感器采集车流量、车速、车道占有率等基础交通数据，通过无线上传到路旁的接入点，接入点再通过有线(或无线)的方式传到附近的交通控制器或远端的交管中心。

取代现有地感线圈在市区交叉路口停车带前埋置地磁传感器线圈，结合现有交通红绿灯信号控制***与视频监控***，可实时采集、监控、抓拍机动车闯红灯，实线变道等违规违章行为，并提供实时道路拥堵信息。红灯亮时，利用地磁传感器监控、感应停车带或斑马线附近车辆的存在(通过)信息，起动摄像机进行抓拍。

地球的磁场在几公里之内基本上是恒定的，但大型的铁磁性物体会对地球磁场产生巨大的扰动，地磁传感器可以分辨出地球磁场6000分之一的变化，而当车辆通过时对地磁的影响将达到地磁强度的几分之一，因此利用地磁传感器来探测车辆，具有极高的灵敏度。与现有电感线圈相比，它还具有如下优点：

1)尺寸小，安装方便，施工时车道封闭时间最短。

尺寸约为10cm×6cm，嵌入式路面安装，用空心钻，只需不到10分钟的时间即可安装完毕。

2)对道路机械破坏度低(几无机械破坏)。

无需锯槽切割，无需电线或引入布线。

3)功耗极小，电池使用寿命长(长达10年)

4)采样精度度、稳定可靠性

5)可寻址，可配置，固件可无线升级。

本产品与现有其他采集技术产品价格相比，只相当于其他采集产品价格的1/3左右，成本低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和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说明本发明的原理，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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于地磁传感器的智能无线车辆检测***，其特征在于：包含两个部分：一是用来检测车辆信息的传感器节点，该传感器节点埋在地下，二是用来接收传感器节点发送过来的信息，并进行分析处理，上报给后台服务器的接入点，所述接入点与传感器节点之间的通信方式采用无线通讯方式实现；同时，一个接入点能同时对多个传感器节点进行通信。

2.根据权利要求1所述的基于地磁传感器的智能无线车辆检测***，其特征在于：所述无线通信所采用的工作频率可以是433MHz、900MHz、2.4GHz和5.8GHz等常用免费频段。

3.根据权利要求1所述的基于地磁传感器的智能无线车辆检测***，其特征在于：所述的传感器节点与接入点之间的通信方式采用TDMA方式实现，每个传感器节点与接入点之间的通信占用一个时隙，两者之间的数据通信根据约定的数据协议进行，时隙的分配与接入点进行控制与分配。

4.根据权利要求1所述的基于地磁传感器的智能无线车辆检测***，其特征在于：所述的传感器节点包括地磁传感器、处理控制电路、射频收发电路、天线和电源电路几大块，所述地磁传感器接处理控制电路，所述处理控制电路接射频收发电路，所述天线接在射频收发电路上；所述电源电路完成整个节点的供电功能；

所述地磁传感器采用各向异性的地磁场、固态型传感器，永远检测车辆的有无，或者不同运动状态对地磁场扰动引起的变化；所述天线用于与接入点之间的无线通信，所述射频收发电路完成对基带信号的调制、解调、放大和滤波等功能，所述处理控制电路用于实现对整个传感器的工作时序的控制，以及控制模数转换电路实现对地磁传感器的信号的采用；

所述接入点用于接收并处理传感器节点发送过来的数据、对传感器节点进行时序同步与控制、与后台服务进行通信并进行数据上报工作；整个接入点包括天线、射频收发电路、中央处理器、储存单元和网络通信单元，所述网络通信单元实现接入点到公网的接入口，同时整个接入点供电采用POE供电的方式实现。