一种道路行驶车辆车型自动识别系统的制作方法

本发明涉及一种道路行驶车辆车型自动识别系统，属于智能交通技术领域。

背景技术：

目前现有车型识别系统主要基于视频图像分析、超声波、电磁感应线圈、激光扫描以及地磁检测原理。视频图像分析系统容易受到天气条件影响，在雾雨雪天气条件下检测识别精度降低。超声波检测系统同样易受到大风、暴雨等不利天气以及车辆遮挡影响。电磁感应线圈系统在道路车流较大、车辆间距较小时，容易产生前后车辆的相互干扰，影响识别精度。激光扫描系统检测识别精度较高，但是容易受到空气尘埃、雾雨雪等天气条件影响，成本较高。

地磁识别原理根据车辆结构中分布的铁磁性材料会产生磁场，不同类型车辆中的铁磁性材料具有不同分布特征，导致产生的磁场情况存在差异。基于地磁检测原理的系统通过分析不同车辆产生的磁场差异进行车型识别，以稳定的地球磁场作为基准，具有稳定性强、识别精度高的特点。目前基于地磁检测原理的系统多使用单个地磁检测单元，只能检测到该种磁场的空间局部变化。如果是行驶车辆通过单个采集单元上方，则只能检测到车辆一个纵向局部车身产生的磁场，无法检测到整辆车产生的磁场影响。试验表明，车辆在以不同行驶路径通过地磁检测单元上方得到的磁场情况差异较大，因此需要避免行驶车辆与识别系统相对位置差异产生的干扰影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种道路行驶车辆车型自动识别系统，克服现有技术结构的不足，实现车辆车头、车尾、车架三个部分、所有横截面铁磁体产生的磁场进行扫描，解决了道路车辆行驶轨迹随机不确定导致车型识别种类少、识别精度低等问题，为车型识别提供更多信息，提高车型识别精度以及所能识别的车型种类。

为解决上述技术问题，本发明提供一种道路行驶车辆车型自动识别系统，其特征是，包括地磁检测单元阵列、协调器、车型识别服务器、通信模块；

所述地磁检测单元阵列浅埋在道路横截面上，地磁检测单元阵列的排列方式为至少1个地磁检测单元在前、布置在车道中心线，若干个地磁检测单元在后、均匀分布在车道横截面上且垂直于车辆前进方向，保证驶过车辆穿过的地磁检测单元至少有3个，同阵列单元按照同频率同相位采集磁场信息，能够对车辆车头、车尾、车架三个部分、所有横截面铁磁体产生的磁场进行检测；

所述协调器基于zigbee协议构建无线传感网络，用于同步配置多地磁检测单元时钟，控制地磁检测单元阵列中的地磁检测单元以同频率、同相位数据采集模式工作，对驶过车辆车头、车尾、车架三个部分、多横截面铁磁体产生的磁场进行扫描；协调器通过无线传感网络实时接收地磁检测单元阵列扫描磁场信息；

所述车型识别服务器布设在路旁，部署识别系统，用于实时接收协调器发送的磁场信息并进行存储、处理、计算、识别、统计，判断车型并统计道路交通流量特征，车型识别服务器通过通信模块将交通流量特征、车型识别结果发送给道路交通管理中心的监控终端，实现道路行驶车辆车型的在线识别，为交管部门进行交通管理提供支撑。

进一步地，所述地磁检测单元阵列的排列方式，至少1个地磁检测单元在前、布置在车道中心线，4个地磁检测单元在后、均匀分布在车道横截面上且垂直于车辆前进方向的一条直线上；最外侧的地磁检测单元距离路缘或者相邻车道线为0.2—0.4米，位于道路同横截面相邻地磁检测单元之间距离为0.2—1米。

进一步地，所述地磁检测单元，采用嵌入式磁场检测采集板，具有zigbee无线通信功能，使用橡胶密封成圆柱体状，具有三维空间磁场检测能力；其中，x轴检测车辆前进方向磁场，y轴检测垂直于车辆前进方向磁场，z轴检测垂直于车道表面向上方向磁场。

进一步地，所述协调器基于zigbee协议构建无线传感网络，协调器与地磁检测单元之间建立星型的zigbee无线传感网络，协调器与地磁检测单元之间的点对点通信，配置地磁检测单元阵列以同频率同相位采集车辆铁磁体产生的磁场信息。

进一步地，所述车型识别服务器包括计算单元、识别单元和统计单元；

所述计算单元根据地磁检测阵列检测数据，采用自适应阈值算法计算车速、车长与车宽，对于车速超过规定值的检测数据进行拟合插值；

所述识别单元利用d-s证据理论对驶过车辆车型进行判别，识别空间为h＝{h1,h2,h3,h4,h5}，{hi，i＝1,2,3,4,5}为证据的焦元集；其中h1＝{轿车},h2＝{中小型客车},h3＝{中轻型货车},h4＝{大型客车},h5＝{重型货车}，所述识别单元将计算单元计算的车速、车长、车宽和车头、车尾、车架特征值分别作为证据e1、e2、e3、e4、e5、e6，综合判断得到驶过车辆所属信任度最大的车型；

所述统计单元根据计算单元计算的车速、评价单元判断的车型，统计该条道路上的交通流量特征。

进一步地，所述通信模块采用3/4g通信模块。

本发明所达到的有益效果：

(1)地球磁场相对稳定，保证系统工作时不易受到外界环境变化影响。

(2)克服现有技术结构的不足，实现车辆车头、车尾、车架三个部分、所有横截面铁磁体产生的磁场进行扫描，解决了道路车辆行驶轨迹随机不确定导致车型识别种类少、识别精度低等问题，为车型识别提供更多信息，提高车型识别精度以及所能识别的车型种类。

(3)适用于真实道路环境下单车道、双车道以及多车道行驶环境的车型识别，具有适用范围广泛的特点。

(4)激光、超声波检测等方式设备购置、系统部署成本高，总成本高达几十万。本系统采用低成本的嵌入式检测器、选择通用的服务器作为车型识别服务器，采用的3/4g无线通信模块也是通用设备、价格低廉，总体建设成本大幅降低，并且系统免维护使用期限达到5年以上，综合效果显著。

附图说明

图1是地磁检测单元形状以及检测轴分布示意图；

图2是地磁检测单元阵列布设示意图；

图3是为本发明系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示地磁检测单元形状与三个检测轴分布情况，使用橡胶密封成圆柱体状，具有三维空间磁场检测能力。其中，x轴检测车道方向磁场，y轴检测垂直于车道方向磁场，z轴检测垂直于车道表面向上方向磁场。

如图2所示，地磁检测单元阵列浅埋在道路横截面上，地磁检测单元阵列的排列方式为1个地磁检测单元在前、布置在车道中心线，4个地磁检测单元在后、均匀分布在车道横截面上且垂直于车辆前进方向的一条直线上，能够保证驶过车辆穿过的检测器至少有3个，最外侧的检测器距离路缘或者中间车道接线为0.2—0.4米，相邻检测单元之间距离0.2—1米，能够保证驶过车辆穿过的检测器至少有3个，能够对车辆车头、车尾、车架三个部分、所有横截面铁磁体产生的磁场进行检测。对于地磁检测单元布设安装，检测轴x轴与车道方向平行，检测轴y轴与车道方向垂直并指向路旁，检测轴z轴垂直于道路表面向上。

如图3所示系统布置示意图，地磁检测单元阵列中的地磁检测单元与协调器构建基于zigbee协议的无线传感网络，协调器与地磁检测单元点对点通信距离大于100m，满足系统应用环境中的通信距离要求。本发明协调器与地磁检测单元阵列无线传感网络采用星型结构，地磁检测单元作为终端节点与协调器建立点对点通信。

本发明协调器微处理器采用stm32f103，射频芯片采用jn5168，载波频率2.4ghz，发射功率20dbm。本发明车型识别服务器采用研华ipc-610l/610h/ipc-610mb工控机。

(1)建立无线传感网络

本发明监控终端通过3/4g移动通信网络向车型识别服务器发送启动指令，车型识别服务器得到启动指令后，通过rs232通信串口向协调器发送一条建网指令，协调器选择一个空闲信道，地磁检测单元作为终端节点采用与协调器相同的信道。在协调器进行信道扫描过程中，地磁检测单元向协调器提供正确的认证信息，请求加入无线传感网络。当一个地磁检测单元加入网络后，协调器动态地为该地磁检测单元提供一个16位mac网络地址，协调器实时掌握无线传感网络中的节点信息，维护网络信息表，形成完整通信链路的无线传感网络。

(2)配置无线传感网络时钟同步

本发明协调器与地磁检测单元之间无线传感网络为星型结构，通信距离较短，且采用协调器与地磁检测单元之间的点对点通信，不存在多跳过程。车型识别服务器通过rs232通信串口向协调器发送一条车型识别服务器本地时间报文，协调器将该条报文通过无线传感网络向地磁检测单元阵列中的地磁检测单元进行广播。

因为同阵列中的地磁检测单元相距较近，地磁检测单元同时接收到该报文。地磁检测单元根据报文中的车型识别服务器本地时间，计算时间偏移并修改自己的时钟，实现地磁检测单元阵列中所有地磁检测单元时钟同步。

(3)在线车型识别

本发明控制地磁检测单元阵列对驶过车辆产生磁场进行扫描，依托建立的时钟同步无线传感网络，将扫描磁场发送给协调器，由协调器通过rs232串口通信接口发送给车型识别服务器。车型识别服务器包括计算单元、识别单元、统计单元三个部分。

计算单元根据地磁检测阵列检测数据，计算驶过车辆车速。计算单元分别提取车辆通过过程中每个检测单元的磁场检测数据，自动逐步选取阈值，直到所选取阈值作为均值计算的方差最小，该阈值记作k；地磁检测单元阵列前后排单元之间的距离记作s，分别选取前后两排地磁检测单元最早出现阈值k的检测点，计算两个检测点时间差为δt，则驶过车辆的车速为v＝s/δt。对于车速超过规定值的检测数据进行拟合插值，并采用自适应阈值算法计算车长与车宽特征。

计算单元选取后排地磁检测单元中检测数据为k且检测时间差最大的两个检测点p1、p2，将检测点p1、p2时间差δt1作为计算车长的时间参数，车长l＝v*δt1；选取后排检测单元中任意两个检测到阈值k的地磁检测单元作为一对组合，计算所有组合中相对于车辆行驶方向最大垂直距离，记作车宽w；按照车头、车尾、车架等不同部位，将采集数据划分为3部分，分别计算各部分检测数据的均值、方差等特征值，车头、车尾、车架特征值分别记作h、t、s。

识别单元利用d-s证据理论对驶过车辆进行车型判别，识别空间为h＝{h1,h2,h3,h4,h5}，{hi，i＝1,2,3,4,5}为证据的焦元集；其中h1＝{中小型轿车},h2＝{中小型客车},h3＝{中轻型货车},h4＝{大型客车},h5＝{重型货车}；识别单元将计算单元计算的车速、车长、车宽和车头、车尾、车架特征值分别作为证据e1、e2、e3、e4、e5、e6，估算驶过车辆信任度最大的所属车型类型。

识别单元利用d-s证据理论，将车速、车长、车宽和车头、车尾、车架特征值进行融合，共同支持同一条结论，在该单元中，不确定性知识表述如下：

ife1thenh＝{h1,h2,h3,h4,h5},cf＝{a1,a2,a3,a4,a5}；

ife2thenh＝{h1,h2,h3,h4,h5},cf＝{b1,b2,b3,b4,b5}；

ife3thenh＝{h1,h2,h3,h4,h5},cf＝{c1,c2,c3,c4,c5}；

ife4thenh＝{h1,h2,h3,h4,h5},cf＝{d1,d2,d3,d4,d5}；

ife5thenh＝{h1,h2,h3,h4,h5},cf＝{e1,e2,e3,e4,e5}；

ife6thenh＝{h1,h2,h3,h4,h5},cf＝{f1,f2,f3,f4,f5}；

(1)e为前提条件，即证据，e1、e2、e3、e4、e5、e6分别代表车速、车长、车宽和车头、车尾、车架特征值；

(2)h是结论也是识别空间，h1,h2,h3,h4,h5是该子集的基本元素；

(3)cf是可信度因子，用集合形式表示，在每条知识中ai、bi、ci、di、ei、fi分别与hi(i＝1,2,3,4,5)相对应，指出hi的可信度；

其中∑ci≤1，ci≥0，i＝1,2,3,4,5；

根据经验空间可知ei(i＝1,2,3,4,5,6)的概率分配函数m1、m2、m3、m4、m5、m6，利用d-s证据理论进行证据的复合，得到复合证据的概率分布函数m，之后得到m(h1)、m(h2)、m(h3)、m(h4)、m(h5)、m(h),进一步可以得到区间信任程度的下限bel(h1)、bel(h2)、bel(h3)、bel(h4)、bel(h5)，以及区间信任程度的上限pl(h1)、pl(h2)、pl(h3)、pl(h4)、pl(h5),这样就可以得到驶过车辆在五个车型区间分布的信任程度区间，经过比较可以得到信任度最大区间，将之作为驶过车辆的判定车型。

统计单元根据计算单元计算的车速、评价单元判断的车型，统计该条道路上的交通流量特征。

车型识别服务器通过通信模块将交通流量特征、车型识别结果发送给道路交通管理中心的监控终端，实现道路行驶车辆车型的在线识别，为交管部门进行交通管理提供支撑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。