CN105575166A - 一种基于发动机对地磁扰动检测的停车状态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能交通方面传感器的信息处理技术领域。特别涉及一种基于发动机对地磁扰动检测的停车状态监测方法与装置。该方法利用汽车发送机发动时对地磁场的强干扰，对车辆在车位上行进状态进行模式识别，从而降低了由于旁车发动机发动对本车位状态检测结果的影响。

Description

一种基于发动机对地磁扰动检测的停车状态监测方法

技术领域

本发明属于智能交通方面传感器的信息处理技术领域。特别涉及一种基于发动机对地磁扰动检测的停车状态监测方法与装置。

背景技术

随着我国经济的快速增长，汽车的保有量也迅速增加，尤其是在城市中汽车数量激增，导致停车位数量紧张，停车难的问题日益突出。车辆停放问题已经成为影响城市交通的重要因素，主要问题如下：无处停车、违章占道、无人看管、治安管理等。而这些问题往往会被忽视，使得城市陷入混乱不堪的局面。

目前很多停车场或者停车位还停留在人工管理阶段，完全由人工查看车位、人工记录出入时间、人工收费，而在大型的停车场或是遇上高峰期，人工方式管理往往力不从心。人工收费又欠缺管理监督，很容易发生乱收费的情况。因此挖掘停车资源，建立基于城市管理大数据平台的智能化停车监管***已经迫在眉睫，在今后的智慧城市建设中有着广阔的前景。

目前市场上主要的停车状态检测方案有：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。

对于地磁传感器方式的停车状态监测方法，因为其物理特性非常容易受到相邻车位车辆的干扰，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，获得的结果也是不准确的。

现有技术通过引入旁车干扰值来试图解决上述问题，但是仍然是基于地磁数据变化门限来判断有车/无车以及旁车干扰。问题没有得到根本解决。经测试发现，旁车发动起发动过程中对地磁场影响很大，很容易干扰到地磁传感器的数值从而造成判断出错。

发明内容

本发明的目的是在针对现有技术的不足，提出了一种基于发动机对地磁扰动检测的停车状态监测方法与装置。该方法利用汽车发送机发动时对地磁场的强干扰，对车辆在车位上行进状态进行模式识别，从而降低了由于旁车发动机发动对本车位状态检测结果的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

首先初始化***，在理想无车状态下测量当前地磁传感器安装位置点的地磁数据。即测量当前环境下地磁数据值并进行平均，以获得背景磁场值(x₀y₀z₀)，其可以表示为：

$x_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}x\left(i\right),y_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}y\left(i\right),z_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}z\left(i\right)$

其中(x,y,z)为测量得到的地磁数据，N₁为用于平均的采样点个数，可以取10～100。将此数据作为理想背景环境的地磁数据。理想无车状态指待检测的位置上和周围都是处于无车状态。

在完成背景地磁环境学习后，***进入停车状态监测模式。由于汽车发动机发动时对地磁测量值影响很大，因此在汽车进入停车位以及驶离停车位时都经历一个地磁数据剧烈变动的过程，该剧烈变动的幅度常常会强于背景地磁值与车辆驻车后地磁值之间的变化幅度。传统的基于地磁值变化的停车状态检测方法不能很好的甄别由于邻近车位汽车发动机发动所引起的虚警信号。本发明利用计算测量获得的地磁数据的导数来识别和匹配发动机启动和熄火过程对应的地磁数据变化的过程，通过识别该过程来避免采用发动机发动时测量获得的地磁数据值来进行停车状态检测，避免出现由于相邻车位汽车发动所导致的误检测。

在停车状态监测模式中持续计算测得的地磁数据的导数，即：

$\mathrm{\Δ}x\left(i\right)=\frac{x\left(i\right)-x(i-1)}{T_s},\mathrm{\Δ}y\left(i\right)=\frac{y\left(i\right)-y(i-1)}{T_s},\mathrm{\Δ}z\left(i\right)=\frac{z\left(i\right)-z(i-1)}{T_s}$

其中T_s为地磁数据测量间隔。

然后判断计算得到的导数值的绝对值是否大于门限值Th₁，通过这种方法判断地磁测量值的正脉冲/负脉冲，以捕捉本车位或相邻车位汽车发动机启动/熄火过程。门限值Th1用于判断地磁数据剧烈变化的开始时间，一般可设置为5～20。具体判断时采用如下方式：

|Δx(i)|≥Th₁or|Δy(i)|≥Th₁or|Δz(i)|≥Th₁

当测量得到的导数值小于门限值时，说明当前没有汽车发动机发动/熄火过程或地磁扰动因素存在。由于本发明是用于判断停车位状态，一次停车位状态改变前必然存在一个汽车发动机发动/熄火过程，即存在一个地磁数据剧烈变化过程。而汽车从发动机启动到熄火的过程中的地磁数据同背景磁场数据相比变化很大，此时如果采用该数据进行停车车位状态检测，当相邻车位有相关车辆发动机发动时很可能影响到本车位状态的检测结果。

当判断导数值大于门限时，认为当前由于汽车发动或熄火导致地磁测量值剧烈变化，则此后测量得到的地磁数据不应用于对车位状态的识别。此时需要判断汽车发动机从发动到熄火的过程。本发明通过记录相邻两个地磁脉冲的导数值来对发动机发动/熄火过程的地磁测量值进行模式识别，以达到消除发动机启动对停车状态检测的影响。

当检测到地磁测量值导数值大于门限后，认为捕捉到一个地磁脉冲，接着继续计算地磁测量值导数值。当地磁数据导数绝对值第二次大于门限值时，进行模式识别。具体来说，首先计算每次从导数值大于门限值开始到导数值小于门限值结束的时间内地磁数据导数值的均值，即：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}x\left(i\right),\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}y\left(i\right),\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}z\left(i\right)$

式中n为计算均值的采样起始时刻，N₂为当前用于计算均值的地磁数据导数的采样个数。

接着将相邻两次地磁脉冲测量得到的导数均值相加并求其平方值，其可以表示为：

$\hat{x}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n_2\right)}{2},\hat{y}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n_2\right)}{2},\hat{z}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n_2\right)}{2}$

然后判断计算得到的平方值是否小于门限值Th₂，平方值的计算和门限比较可通过如下方式：

$({\hat{x}}^2+{\hat{y}}^2+{\hat{z}}^2)\≤{\mathrm{Th}}_2$

其中Th₂为判断对称地磁数据脉冲门限值，可以设置为20～50。

当小于门限值时，认为是一对由于同一车辆发动机发动/熄火所产生的地磁脉冲对。当地磁脉冲对出现后，后续的地磁采样数据可以用于进行车位状态检测。则计算N₃次地磁采样数据的均值，即

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}x\left(i\right),\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}y\left(i\right),\stackrel{\‾}{z}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}z\left(i\right)$

其中N₃为平均长度值，设置为10～50。

计算均值与背景值之间的差值，即：

$M={(\stackrel{\‾}{x}-x_0)}^2+{(\stackrel{\‾}{y}-y_0)}^2+{(\stackrel{\‾}{z}-z_0)}^2$

判断差值是否大于门限值Th₃，如大于则发出车位状态改变信息，指示有车信号。Th₃可以设置为20～50。

附图说明

图1本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种高速移动环境下定时同步方法，该方法基于发动机对地磁扰动检测，用于提高复杂环境下停车状态检测的正确概率，该方法具体包括如下步骤：

步骤(1).***初始化，在无车状态下对背景磁场进行自学***均，以获得背景磁场值(x₀y₀z₀)，其可以表示为：

$x_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}x\left(i\right),y_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}y\left(i\right),z_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}z\left(i\right)$

其中(x,y,z)为测量得到的地磁数据，N₁为用于平均的采样点个数，可以取10～100。

步骤(2).计算测得的地磁数据的导数。其可以表示为：

$\mathrm{\Δ}x\left(i\right)=\frac{x\left(i\right)-x(i-1)}{T_s},\mathrm{\Δ}y\left(i\right)=\frac{y\left(i\right)-y(i-1)}{T_s},\mathrm{\Δ}z\left(i\right)=\frac{z\left(i\right)-z(i-1)}{T_s}$

其中T_s为地磁数据测量间隔。

步骤(3).判断计算得到的导数值的绝对值是否大于门限值Th₁，如否则转步骤6。其中门限值Th₁可以设置为5～20，具体判断时采用如下方式：

|Δx(i)|≥Th₁or|Δy(i)|≥Th₁or|Δz(i)|≥Th₁

步骤(4).存储地磁数据导数值；

步骤(5).设置地磁数据导数记录标志，转步骤2；

步骤(6).判断地磁数据导数记录标志是否已设置，如否则转步骤2；

步骤(7).计算记录的导数值的均值并存储，其均值可以用如下方式计算：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}x\left(i\right),\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}y\left(i\right),\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}z\left(i\right)$

其中N₂为当前存储的地磁数据的采样个数。

步骤(8).判断地磁数据脉冲标志是否已设置，如已设置，则转步骤10；

步骤(9).设置地磁数据脉冲标志，并转步骤2；

步骤(10).将当前导数值均值和存储的导数值均值相加并求其平方值，其可以表示为：

$\hat{x}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n_2\right)}{2},\hat{y}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n_2\right)}{2},\hat{z}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n_2\right)}{2}$

步骤(11).判断计算得到的平方值是否小于门限值Th₂，如否则转步骤2。平方值的计算和门限比较可通过如下方式：

$({\hat{x}}^2+{\hat{y}}^2+{\hat{z}}^2)\≤{\mathrm{Th}}_2$

其中Th₂为判断对称地磁数据脉冲门限值，可以设置为20～50。

步骤(12).计算N₃次地磁采样数据的均值，即

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}x\left(i\right),\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}y\left(i\right),\stackrel{\‾}{z}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}z\left(i\right)$

步骤(13).计算均值与背景值之间的差值，即：

$M={(\stackrel{\‾}{x}-x_0)}^2+{(\stackrel{\‾}{y}-y_0)}^2+{(\stackrel{\‾}{z}-z_0)}^2$

步骤(14).判断差值是否大于门限值Th₃，如否则清除有车标志并转步骤16；

步骤(15).设置有车标志；

步骤(16).清除地磁数据记录标志；

步骤(17).清除地磁数据脉冲标志，转步骤2。

Claims (1)

1.一种基于发动机对地磁扰动检测的停车状态监测方法，其特征是包括以下步骤：

步骤(1)：***初始化，在无车状态下对背景磁场进行自学***均，以获得背景磁场值(x₀y₀z₀)，其表示为：

$x_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}x\left(i\right),y_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}y\left(i\right),z_0=\frac{1}{N_1}\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Σ}}z\left(i\right)$

其中(x,y,z)为测量得到的地磁数据，N₁为用于平均的采样点个数，取10～100；

步骤(2)：计算测得的地磁数据的导数，其可以表示为：

$\mathrm{\Δ}x\left(i\right)=\frac{x\left(i\right)-x\left(i-1\right)}{T_s},\mathrm{\Δ}y\left(i\right)=\frac{y\left(i\right)-y\left(i-1\right)}{T_s},\mathrm{\Δ}z\left(i\right)=\frac{z\left(i\right)-z\left(i-1\right)}{T_s}$

其中T_s为地磁数据测量间隔；

步骤(3)：判断计算得到的导数值的绝对值是否大于门限值Th₁，如否则转步骤6；

其中门限值Th₁值取5～20，具体判断时采用如下方式：

|Δx(i)|≥Th₁or|Δy(i)|≥Th₁or|Δz(i)|≥Th₁

步骤(4)：存储地磁数据导数值；

步骤(5)：设置地磁数据导数记录标志，转步骤2；

步骤(6)：判断地磁数据导数记录标志是否已设置，如否则转步骤2；

步骤(7)：计算记录的导数值的均值并存储，其均值用如下方式计算：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}x\left(i\right),\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}y\left(i\right),\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n\right)=\frac{1}{N_2}\underset{i=n}{\overset{N_2+n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}z\left(i\right)$

其中N₂为当前存储的地磁数据的采样个数；

步骤(8)：判断地磁数据脉冲标志是否已设置，如已设置，则转步骤10；

步骤(9)：设置地磁数据脉冲标志，并转步骤2；

步骤(10)：将当前导数值均值和存储的导数值均值相加并求其平方值，其可以表示为：

$\hat{x}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{x}\left(n_2\right)}{2},\hat{y}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{y}\left(n_2\right)}{2},\hat{z}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n_1\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{z}\left(n_2\right)}{2}$

步骤(11)：判断计算得到的平方值是否小于门限值Th₂，如否则转步骤2；平方值的计算和门限比较可通过如下方式：

$({\hat{x}}^2+{\hat{y}}^2+{\hat{z}}^2)\≤{\mathrm{Th}}_2$

其中Th₂为判断对称地磁数据脉冲门限值，可以设置为20～50；

步骤(12)：计算N₃次地磁采样数据的均值，即

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}x\left(i\right),\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}y\left(i\right),\stackrel{\‾}{z}=\frac{1}{N_2}\underset{i=1}{\overset{N_3}{\Σ}}z\left(i\right)$

步骤(13)：计算均值与背景值之间的差值，即：

$M={(\stackrel{\‾}{x}-x_0)}^2+{(\stackrel{\‾}{y}-y_0)}^2+{(\stackrel{\‾}{z}-z_0)}^2$

步骤(14)：判断差值是否大于门限值Th₃，如否则清除有车标志并转步骤16；

步骤(15)：设置有车标志；

步骤(16)：清除地磁数据记录标志；

步骤(17)：清除地磁数据脉冲标志，转步骤2。