一种全埋式车辆车位探测器及探测方法
【专利摘要】一种全埋地式车辆车位检测器及检测方法，检测器包括地磁场传感器单元、数据传输单元和微控制器单元，所述地磁场传感器单元包括地球磁场传感器和相应的通信接口单元，地球磁场传感器经通信接口单元连接微控制器的通信接口输入端，微控制器的通信接口输出端连接无线数据传输模块的输入端，无线数据传输单元和远端建立无线连接；根据每个方向的预设权值修正相应方向的地磁值，根据修正后的地磁值进行车位检测状态判断。本发明采用三轴平滑技术，检测精确度高，能够防止误报，可应用于多种相关控制系统。
【专利说明】一种全埋式车辆车位探测器及探测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于车辆探测【技术领域】，尤其涉及一种全埋式车辆车位探测器及探测方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车越来越近地走近人们的生活，城市交通和公路交通拥堵现象时有发生，特别是大中型城市的交通状况已经是政府、民众关注的焦点问题之一，使得大量人力物力和资金投入到道路改造和建设方面，即便如此，也无法跟上交通压力的高速增长，这种情况非常普遍，特别是经济越发达的地区，交通拥堵现象越严重；有些地区，由于资金不足，道路改造和道路建设客观上也有难度，面对交通压力的不利局面将会较长时间的存在；另一方面，道路资源没有充分的利用和挖掘，造成道路资源浪费也相当严重。因此，怎样充分利用和挖潜道路资源。低成本地、有效地改善和提高道路的使用率、车辆流量和车辆速度，是值得考虑和追求的目标，决绝这一问题需要建立完善的、高效的和低成本的交通信息系统和交通管理系统，而车辆和车流量探测器是其中的重要一环。
[0003]目前，有关车辆的探测器大多采用无源红外线来探测车辆信号，或是以大型感应线圈为探测装置，这些探测装置存在对车辆探测方式单一，探测信息不全面，时效差，且体积大，安装不便，安装对路面破坏严重、路面龟裂导致易损坏等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种具有综合探测能力、探测的车辆信息更全面、体积小的车辆探测装置，已解决现有车辆探测装置的不足。
[0005]本发明的技术方案提供一种全埋地式车辆车位检测器，包括地磁场传感器单元、数据传输单元和微控制器单元，所述地磁场传感器单元包括地球磁场传感器和相应的通信接口单元，地球磁场传感器经通信接口单元连接微控制器的通信接口输入端，微控制器的通信接口输出端连接无线数据传输模块的输入端，无线数据传输单元和远端建立无线连接。
[0006]而且，地磁场传感器捕获附近的地球磁场，并进行数字量化，所得数据经通信接口单元输入微控制器单元。
[0007]而且，微控制器单元根据地球磁场传感器产生的数据判断附近是否有车辆靠近或离开导致地磁场升高或降低，并将所得车位检测状态经无线数据传输单元上报到远端。
[0008]而且，所述微控制器单元包括以下模块，
[0009]地磁值修正模块，用于根据每个方向的预设权值修正相应方向的地磁值，X，Y方向的预设权值低于Z轴方向的预设权值；
[0010]初步判断模块，用于根据修正后的地磁值进行车位检测状态判断，包括首先判断当前时刻Z轴的地磁值是否大于预设阈值A，是则进入判断是否有车驶入的过程，否则进入判断是否有车离开的过程；
[0011]车辆驶入判断模块，用于判断是否有车驶入的过程，当同时满足以下两个条件时，判断结果为有车驶入，
[0012]条件1，当Z轴的地磁值达到最大值前，X，Y轴的地磁值在某一时间段内呈现单一方向的增长或减小；
[0013]条件2，当Z轴的地磁值达到最大值时，Z轴的地磁值大于阈值且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O ;
[0014]车辆离开判断模块，用于判断是否有车离开，Z轴的地磁值低于预设阈值A，并且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O时，即判断为实际有车离开。
[0015]本发明还相应提供了一种全埋地式车辆车位检测方法，包括以下步骤，
[0016]步骤1，输入地球磁场传感器所得数据，包括X，Y，Z轴方向分别的地磁值；
[0017]步骤2，根据每个方向的预设权值修正相应方向的地磁值，X，Y方向的预设权值低于Z轴方向的预设权值；根据修正后的地磁值进行车位检测状态判断，包括首先判断当前时刻Z轴的地磁值是否大于预设阈值Α，是则进入判断是否有车驶入的过程，否则进入判断是否有车离开的过程，
[0018]判断是否有车驶入的过程实现为，当同时满足以下两个条件时，判断结果为有车驶入，条件1，当Z轴的地磁值达到最大值前，X，Y轴的地磁值在某一时间段内呈现单一方向的增长或减小；
[0019]条件2，当Z轴的地磁值达到最大值时，Z轴的地磁值大于阈值且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O ;
[0020]判断是否有车离开的过程实现为，Z轴的地磁值低于预设阈值Α，并且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O时，即判断为实际有车离开；
[0021]步骤3，上报车位检测状态，包括步骤2所得是否有车辆靠近或离开的判断结果。
[0022]本发明提供的一种全埋式车辆车位探测器，体积微小，可以用于城市道路公共交通指挥管理系统和车位静态管理系统，可以对车辆通行、车速、流量、占道、堵车、路边停车等车辆动态或者静态信息的探测、适用于红绿灯控制系统、电子警察拍照系统、车辆收费站系统、车辆门禁系统、露天、地下或路边停车场管理系统，以及道路路网监控管理系统等。本发明还提供了独创的检测方法，采用三轴平滑技术，检测精确度高，能够防止误报。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例的结构图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0025]实施例提供一种全埋地式车辆车位检测器，它包括地磁场传感器单元，能进行远距离无线传输的无线数据传输单元，进行地磁值计算和判断的微控制器单元，电源管理单元，电池和防水抗压壳体。电池给各单元供电，具体实施时电池可通过稳压和滤波电路直接与各单元中模块或芯片的电源引脚相连。地磁场传感器单元包括地球磁场传感器和与其连接配合的通信接口，地球磁场传感器经通信接口连接到微控制器的通信接口输入端，微控制器的通信接口输出端连接到无线数据传输单元的输入端，无线数据传输单元和远端建立无线连接，一般由无线数据传输单元将输入的信号发射给远端数据处理中心的主机接收设备。
[0026]地球磁场传感器捕获车检器附近的地球磁场，并进行数字量化，产生具体数据，并通过IIC通信接口传送给微控制器单元。具体实施时，地球磁场传感器可采用现有芯片。
[0027]微控制器单元对地球磁场传感器产生的地磁场数据进行计算并判断，包括判断计算结果升高或降低的变化量是否超过预设阈值，从而得知附近是否有车辆靠近或离开导致地磁场升高或降低，是则微控制器单元通过无线数据传输单元将车位检测状态发送给远端的主机接收设备。
[0028]无线数据传输模块将微控制器单元传来的数据发送给远端的接收设备。无线数据传输模块包含天线，载波调制解调电路和功率放大电路。天线、载波调制解调电路和功率放大电路依次连接，载波调制解调电路和功率放大电路可采用现有电路技术。
[0029]电源和电源管理单元包括具有一定稳压能力的电池或电池组。电池或电池组采用高容量高输出功率的锂亚电池，放电区间较干电池和一般充电锂电池更大。具体实施时，电源管理单元可采用现有技术。具体实施时，还可由微控制器单元对电池电量实时读取，并通过无线数据传输模块发送给远端的接收设备。
[0030]具体实施时，设备外壳建议采用耐压防水的工程塑料注塑而成，并采用防水胶带和干燥剂，确保设备处于稳定温湿度环境中，运行可靠。全埋地式的车辆车位检测器体积微小,例如可制作为面积在IOxlOmm左右，厚度2mm左右。
[0031]一般采用地磁原理来探测车辆信息的技术，多选用单轴地磁数据，多为Z轴即垂直地面的轴，一是能节约成本，二是简化软件控制流程。但是这样同时也带来的精度不高，误报率高的缺点。本发明采用的三轴地磁数据平滑滤波技术，是在选取了三轴地磁场数据后，通过软件平滑滤波算法，即根据X，Y, Z三轴变化情况，根据其相位的权值，综合判断是否为车辆驶入或离开，从而消除了地磁场突变带来的误报和漏报情况。可由微控制器单元自动执行平滑判断，具体方法过程分几个步骤:
[0032]第一，输入地球磁场传感器所得数据，包括三轴方向磁场原始数据，即X，Y, Z轴分别的地磁值。地球磁场是一个矢量，有方向和大小，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。X，Y轴是水平方向的地球磁场，Z轴是垂直方向的地球磁场。
[0033]第二，根据每个方向的预设权值修正相应方向的地磁值，X，Y方向的预设权值低于Z轴方向的预设权值，根据修正后的地磁值进行以下判断，
[0034]首先判断当前时刻Z轴的地磁值是否大于预设阈值A，是则进入判断是否有车驶入的过程，否则进入判断是否有车离开的过程，
[0035]a.判断是否有车驶入的过程实现为，当同时满足以下两个条件时，判断结果为有车驶入:
[0036]条件1:当Z轴的地磁值达到最大值前，X，Y轴的地磁值在某一时间段内呈现单一方向的增长或减小。
[0037]条件2:当Z轴的地磁值达到最大值时，Z轴的地磁值大于阈值且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O。[0038]地球磁场传感器按照周期读取地磁值，为便于理解两个条件起见，设T为Z轴的地磁值达到最大值的时刻，T-1时刻为T时刻一个周期前的时刻，T时刻前某一时间段(可预设时间段长度)内有任意两个连续时刻记为t时刻、t-ι时刻。记XT，YT, Zt分别为在T时刻X，Y, Z轴的地磁值，XT_1； Yt^1, Zt^1分别为T-1时刻的X，Y, Z的地磁值，MXt，MYt分别为t时刻X，Y轴地磁值与初始时刻X，Y轴地磁值(即附近没有车时X，Y轴地磁值)之间的变化量，Δ Χτ, Δ Yt分别为T时刻X，Y轴地磁值的变化量MXt相对T-1时刻X，Y轴地磁值的变化量ΜΥτ_ι 的增量，即Λ Xt=MXt - MXh, Δ Yt=MYt - MYp1。
[0039]则有ΖΤ>ΖΤ_1； Ζτ+1 ≤ Zt 且 ΖΤ>Α,
[0040]I MXt I > I MXh
[0041]MYt I > I MYt^1
[0042]Lim I Δ Xt — O
[0043]Lim I Δ Yt — O
[0044]具体判断是，当增量小于某一个预设的很小的值，即可认为是趋近于O。
[0045]b.判断是否有车离开的过程实现为，Z轴的地磁值低于预设阈值A，并且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O时，即判断为实际有车离开。判断是否有车离开的过程实施简单，本发明不予赘述。
[0046]具体实施时，预设阈值A可通过实验预先设定取值。
[0047]第三，上报判断结果，同时可上报当前磁场数据。
[0048]具体实施时，可采用软件模块化方式，在微控制器单元设置以下模块，
[0049]地磁值修正模块，用于根据每个方向的预设权值修正相应方向的地磁值，X，Y方向的预设权值低于Z轴方向的预设权值；
[0050]初步判断模块，用于根据修正后的地磁值进行车位检测状态判断，包括首先判断当前时刻Z轴的地磁值是否大于预设阈值A，是则进入判断是否有车驶入的过程，否则进入判断是否有车离开的过程；
[0051]车辆驶入判断模块，用于判断是否有车驶入的过程，当同时满足以下两个条件时，判断结果为有车驶入，
[0052]条件1，当Z轴的地磁值达到最大值前，X，Y轴的地磁值在某一时间段内呈现单一方向的增长或减小；
[0053]条件2，当Z轴的地磁值达到最大值时，Z轴的地磁值大于阈值且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O ;
[0054]车辆离开判断模块，用于判断是否有车离开，Z轴的地磁值低于预设阈值A，并且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O时，即判断为实际有车离开。
[0055]本发明的上述实例仅仅为说明本发明实现，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，都可轻易想到其变化和替换，因此本发明保护范围都应涵盖在由权利要求书所限定的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种全埋地式车辆车位检测器，其特征在于:包括地磁场传感器单元、数据传输单元和微控制器单元，所述地磁场传感器单元包括地球磁场传感器和相应的通信接口单元，地球磁场传感器经通信接口单元连接微控制器的通信接口输入端，微控制器的通信接口输出端连接无线数据传输模块的输入端，无线数据传输单元和远端建立无线连接。
2.如权利要求1所述全埋地式车辆车位检测器，其特征在于:地磁场传感器捕获附近的地球磁场，并进行数字量化，所得数据经通信接口单元输入微控制器单元。
3.如权利要求2所述全埋地式车辆车位检测器，其特征在于:微控制器单元根据地球磁场传感器产生的数据判断附近是否有车辆靠近或离开导致地磁场升高或降低，并将所得车位检测状态经无线数据传输单元上报到远端。
4.如权利要求3所述全埋地式车辆车位检测器，其特征在于:所述微控制器单元包括以下模块， 地磁值修正模块，用于根据每个方向的预设权值修正相应方向的地磁值，X，Y方向的预设权值低于Z轴方向的预设权值； 初步判断模块，用于根据修正后的地磁值进行车位检测状态判断，包括首先判断当前时刻Z轴的地磁值是否大于预设阈值A，是则进入判断是否有车驶入的过程，否则进入判断是否有车离开的过程； 车辆驶入判断模块，用于判断是否有车驶入的过程，当同时满足以下两个条件时，判断结果为有车驶入， 条件1，当Z轴的地磁值达到最大值前，X，Y轴的地磁值在某一时间段内呈现单一方向的增长或减小； 条件2，当Z轴的地磁值达到最大值时，Z轴的地磁值大于阈值且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O ; 车辆离开判断模块，用于判断是否有车离开，Z轴的地磁值低于预设阈值A，并且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O时，即判断为实际有车离开。
5.一种全埋地式车辆车位检测方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤I，输入地球磁场传感器所得数据，包括X，Y, Z轴方向分别的地磁值； 步骤2，根据每个方向的预设权值修正相应方向的地磁值，X，Y方向的预设权值低于Z轴方向的预设权值；根据修正后的地磁值进行车位检测状态判断，包括首先判断当前时刻Z轴的地磁值是否大于预设阈值A，是则进入判断是否有车驶入的过程，否则进入判断是否有车尚开的过程， 判断是否有车驶入的过程实现为，当同时满足以下两个条件时，判断结果为有车驶入，条件1，当Z轴的地磁值达到最大值前，X，Y轴的地磁值在某一时间段内呈现单一方向的增长或减小； 条件2，当Z轴的地磁值达到最大值时，Z轴的地磁值大于阈值且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O ; 判断是否有车离开的过程实现为，Z轴的地磁值低于预设阈值A，并且X，Y轴的地磁值的变化量的增量趋于O时，即判断为实际有车离开； 步骤3，上报车位检测状态，包括步骤2所得是否有车辆靠近或离开的判断结果。
【文档编号】G08G1/14GK103824460SQ201410093152
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】徐宝卫, 金典, 黎璐 申请人:武汉恒达智慧城市交通研发有限公司