一种基于gmi传感器的交通信息监测采集装置与检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种交通信息监测信号采集装置与检测方法，涉及一种交通信息监测 信号采集装置与检测方法，尤其涉及一种使用基于巨磁阻抗（GMI)效应传感器能够同时测 量汽车流量、车辆速度和车身信息，还能对车辆行驶状况等进行很好的判断的采集装置与 检测方法，属于传感器与应用技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着人民生活水平的不断提高，城市化进程的不断加快，我国的城市人口和汽车 的数量急剧的增加，随之而来的就是道路交通问题。汽车数量的增加给城市道路交通管理 带来了复杂性，交通事故的频繁发生影响着人们的正常生活。现在城市交通管理主要面对 的是交通拥堵，车流量大，需复杂信息监控等诸多问题。
[0003]目前道路交通车速检测主要依靠车辆测速雷达或超声波测速仪来完成。超声波发 射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到 障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波传感头在路口这 种灰尘极大的恶劣环境中使用寿命至多维持几周。道路交通汽车流量监测主要有线圈法和 视频监控。电感线圈测量是通过检测汽车经过时引起的磁场变化信息来完成，该检测方法 缺点是地面埋设施工量大，成本高，加之埋设时对路面破坏严重，路面一旦变更则需重埋， 而且线圈维护工作量巨大。视频检测系统不受路况限制，安装无需破坏路面，通过在道路上 方架设摄像头来检测交通数据，但对移动车辆的鉴别有一定困难，如遇到车辆在测试方向 上相互遮挡，则部分车速及流量数据会丢失，特别是视频法测量车辆行驶速度及流量时会 受到车辆影子的影响，降低测速准确性，且视频测量受光线、天气影响大。
[0004] 智能交通系统经常需同时检测道路交通流量信息和车速信息以及车辆种类来判 断路况。目前车速与流量的监测大部分分开进行，采集道路交通信息十分不便，且检测仪器 成本高。
【发明内容】
[0005]本发明公开的一种基于GMI传感器的交通信息监测采集装置与检测方法，要解决 的技术问题是提供一种可同时采集道路交通汽车流量、车量速度及车身信息，并能判断车 辆行驶状况的装置和检测方法。
[0006]本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
[0007] -种基于GMI传感器的交通信息监测信号采集装置，包括信号采集模块、数据处 理模块、射频模块、供电模块。
[0008]所述的信号采集模块用于采集汽车经过时GMI传感器的磁场变化信息。所述的信 号采集模块包括GMI传感器和滤波放大器，GMI传感器分别连接于滤波放大器。GMI传感器 利用巨磁阻抗效应采集汽车经过时引起的磁场变化信息；滤波放大器用于将GMI传感器产 生的磁场变化信息经过放大、滤波处理后送入高速AD采集器之中。
[0009] 所述的数据处理模块用于读取每个GMI传感器的实时状态，采集滤波放大器送来 的磁场变化信息并进行数据处理，根据所得信息计算道路汽车流量、车辆速度、车身信息以 及判断车量行驶状况，将信息发送给射频模块以实现道路的实时监控。所述的数据处理模 块包括A/D转换电路，高速微处理器。A/D转换电路前端连接于信号采集模块的滤波放大 器，后端再连接于高速微处理器。所述的高速微处理器用于读取每个GMI传感器的实时状 态，采集滤波放大器送来的磁场变化信息并进行数据处理，根据所获信息计算道路汽车流 量和车速信息，将信息发送给射频模块以实现道路的实时监控。
[0010] 所述的射频模块用于将高速微处理器送来的信息通过天线发送给无线基站节点。
[0011] 所述的供电模块采用无线方式发送，采用电池供电。由于无线方式发送没有电源 线，所以无需破坏大片公路来埋设通信线路。
[0012] -种基于GMI传感器的交通信息监测信号采集装置实现的检测方法，根据交通信 息指令选择运行三种工作模式，所述的三种工作模式分别为：工作模式一用于测量汽车流 量、车辆速度、车身信息以及车辆运行状况；工作模式二用于测量汽车流量、车辆速度以及 车身信息；工作模式三用于测量汽车流量。根据交通信息选择工作模式实现节约使用电量， 暂时不工作的电源将全部进入休眠状态。如果只测汽车流量，那么只需一个GMI传感器处 于工作状态，即选择工作模式三；若测汽车流量、车速以及车身信息，则两个GMI传感器处 于工作状态，即选择工作模式二；若需要进一步预判汽车行驶状况，则三个GMI传感器同时 处于工作状态，即选择工作模式一。
[0013] 工作模式一的工作过程为：全部GMI传感器以及滤波放大器同时工作，三个GMI传 感器顺着道路行车方向相隔固定距离S依次排列。GMI传感器采集汽车经过时引起的磁场 变化，经过滤波放大器放大处理后的信号传至AD转换器再传递到高速微处理器，高速微处 理器根据工作模式一算法计算道路汽车流量、车辆速度、车身信息以及车辆运行状况，将信 息发送给射频模块以实现道路的实时监控。所述的工作模式一算法的实现方法包括如下步 骤：
[0014] 步骤一：根据磁场变换信息判断是否有车辆经过，并进行车辆计数。
[0015] 采集到的信号与有一辆车辆经过的判据进行对比判别，来确定是否有车辆经过， 若有一辆车辆经过，车辆计数加一。所述的有一辆车辆经过的判据为：磁场变换信息为由稳 定信号到超过阈值信号，再恢复到稳定信号的转化过程。
[0016]步骤二：求时间间隔A tl，A t2。所述的A 为汽车经过GMI传感器1与GMI传 感器2之间的时间间隔，所述的A t2为汽车经过GMI传感器2与GMI传感器3之间的时间 间隔。
[0017]ei⑴和e2⑴是GMI传感器1和GMI传感器2测得的汽车输出的电压值， ei (n)和 e2(n)为以〇和巧⑴采样值。设N#ei(n)的列长，N#e2(n)的列长，为了使两个有限 长序列的线性相关不产生混淆的现象，用其圆周相关来代替。首先，选择周期N = &+队-1， 且N= 其中1为正整数），则61(1〇和巧⑷用补零的方式使^⑷和巧⑷具有列长 N，ei(n)和巧⑷的表达式分别为公式⑴、公式⑵
[0018]
[0019]
[0020] 用FFT计算e, (n)和e9 (n)的N点离散傅立叶变换为公式（3)
[0021]
[0022] 利用圆周相关定理求得ei(t)与e2(t)的互功率谱密度函数Z(k)，Z(k)的表达式 为公式（4)
[0023] Z(k) = Ei*(k) E2(k) (4)
[0024]对互功率谱密度函数Z (k)做IFFT，即得到相关序列z (n)，z (n)的表达式为公式 (5)
[0025]
[0026] 将z(〇除以N，即得到的表达式为公式（6)
[0027]
[0028] 求出式的最大值对应的t值，t值表示两GMI传感器间隔的采样点数，从而 通过上述方法计算得到GMI传感器1与GMI传感器2的时间间隔A h，同理求得GMI传感 器2与GMI传感器3的时间间隔为A t2，此时根据所求得到的数值能够判定车辆行驶信息。
[0029] 步骤三：根据波形1中首个波峰与最后一个波峰间的时间差来判断汽车通过时间 T，以及求得的时间间隔Atl，A t2，求车辆速度V、车身长度L以及车辆运行状况。
[0030] 当atl= At 2时，此时证明车辆在检测区域是以匀速行驶的，而此时的速度通过 公式（7)来计算
[0031] V=S/Ati(7)
[0032] 车辆车身长度的计算公式为
[0033] L=VXT(8)
[0034] 当At# At 2时，若At A A t2，则表明汽车的行驶状态是在进行加速行驶；相反 则是在减速行驶，通过对时间的判断来计算出汽车行驶的加速度，对汽车通过检测区域以 后的行驶状态可以进行预判断。加速度根据公式（9)求得：
[0035] Vi= S/A t !
[0036] V2= S/A 12 (9)
[0037] a ^ (V^Vi) / (A t2- A
[0038] 如若加速度的值在一定的很小值区间范围内，则表明汽车的行驶速度变化缓慢， 基本上接近匀速运动，此时的速度V简化成公式（10)
[0039]V= (Vi+V^^dO)
[0040] 若加速度的值很大，则汽车的初始速度、离开检测区域时刻的速度以及车身长度 为公式（11)
[0041] V0= (S-0. 5aAti2)/Ati
[0042] Vt= V 〇+a A t2 (11)
[0043] L=V。(Ti+Tj +0? 5a(Ti+D2_2S
[0044] 通过求得的车身长度与已设定值比较，判断是小型私家车还是大型营运车。
[0045] 工作模式二的工作过程为：只有GMI传感器1、GMI传感器2以及滤波放大器1、滤 波放大器2工作。GMI传感器1与GMI传感器2分别采集汽车经过时引起的磁场变化，经过 滤波放大器放大处理后的信号传至AD转换器再传递到高速微处理器，高速微处理器根据 工作模式二算法计算道路汽车流量、汽车速度以及车身信息，将信息发送给射频模块以实 现道路的实时监控。所述的工作模式二算法的实现方法包括如下步骤：
[0046] 步骤一：根据磁场变换信息判断是否有车辆经过，并进行车辆计数。
[0047] 采集到的信号与有一辆车辆经过的判据进行对比判别，来确定是否有车辆经过， 若有一辆车辆经过，车辆计数加一。所述的有一辆车辆经过的判据为：磁场变换信息为由稳 定信号到超过阈值信号，再恢复到稳定信号的转化过程。
[0048] 步骤二：求时间间隔A 。所述的A 为汽车经过GMI传感器1与GMI传感器2 之间的时间间隔。
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