一种基于胎压的载重检测方法、基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及交通运输【技术领域】，尤其是一种基于胎压的载重检测方法、基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置。本发明针对现有技术无法精确检测公交车上下客流的复杂问题，建立一种基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置，基于胎压与载重的函数关系，更加精准的估算公交车的客流量变化，有助于公交优化调度和公交资源的合理规划，达到节能减排的效果。本发明通过对公交车轮胎与地面的受力分析，得出气体体积变化与压强变化之间的关系，利用理想气体状态方程，最终得到解得载重ΔM与当前胎压P1的关系然后建立公交查载重量和载客人数的关系模型，从而得出胎压变化和载客人数变化的关系。
【专利说明】—种基于胎压的载重检测方法、基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及交通运输【技术领域】，尤其是一种基于胎压的载重检测方法、基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置。
【背景技术】
[0002]中国专利CN201010220948.X的专利重点是针对卡车的载重分析，主要通过对卡车重心的分析，通过胎压的变化来实现卡车载重的估计。本专利中函数模型为轮胎内部气压与径向荷载近似呈一次关系的简单模型，精确度不高，并且其针对的主要是卡车的载重。并没有对公交车载重进行有效模型的建立。也没有建立公交车载客人数与载重关系模型。
[0003]而公交车作为人们出行的重要公共交通工具，通过对公交车客流量的统计，我们可以了解到每个时间段、每路公交车、每个车站等的人流量，利用这些数据，发挥智能调度系统，让公共资源得到更充分的利用，但是对公交车客流进行精确估算是一项难以解决的问题，国际上有些对公交车客流进行估算的方法，但是这些方法或多或少都存在精确度很低、成本昂贵等缺陷。目前市场上流通的几种客流量统计技术比较:
[0004]I)人工计数
[0005]优点:支持并排客流量统计，支持上下车方向计数，从心理上觉得比较可靠。
[0006]缺点:短时间(如半小时内)可靠性较高，但随着时间的延长误差大幅增加；当客流量增大时，误差率> 30%。，另外人力成本比较高。应用案例比较少。
[0007]2)公交 IC 卡
[0008]优点:支持并排客流量检测，上车人数统计比较准确，成本比较低，对于交通补贴比较适用，因此应用比较广泛。
[0009]缺点:无法统计投币及下车人数，所以无法应用于公交调度和公交路线优化。
[0010]3)视频检测系统
[0011]优点:支持并排客流量检测，支持上下车方向计数，准确率比较高，相对精确度>90%，比较适合于公交调度。
[0012]缺点:成本较高，安装相对比较麻烦。
[0013]4)被动式红外传感器
[0014]优点:支持上下车方向客流统计,成本不是很高。
[0015]缺点:不支持并排客流检测，准确率比较低，误差率> 60%。
[0016]5)主动式红外计数器
[0017]优点:价格相对较低
[0018]缺点:不支持上下车方向检测，不支持并排客流检测，不能区别人或物体，只适用于窄小通道。
[0019]6)利用摄像机成像视角的特殊性采用检测识别乘客人头有效的避开了人体识别这一难点。
[0020]优点:人头更类似于一个缸体且彼此之间的遮挡概率更小。
[0021]缺点:图橡识别算法不能清晰有效的识别出人头。
【发明内容】
[0022]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在胎压与载重模型建立的复杂的问题，提供一种基于胎压的载重检测方法，通过轮胎内胎体积变化，计算出轮胎内部气压与径向荷载的函数关系；进一步的，针对现有技术无法精确检测公交车上下客流的复杂问题，本发明还建立了一种基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置，基于胎压与载重的函数关系，更加精准的估算公交车的客流量变化，有助于公交优化调度和公交资源的合理规划，达到节能减排的效果，解决了现有技术中公交IC卡、主动式红外计数器等传统测量精度不高的问题，而且成本较为低廉，系统可靠度和适应性高。
[0023]本发明采用的技术方案如下:
[0024]一种基于胎压的载重检测方法包括:
[0025]步骤1:假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成一接地面，该接地面是长为1，宽为w的矩形；其中w是实验轮胎的宽度，实验轮胎内心与该矩形长度I两个边缘所形成的夹角角度为α，α是变量；根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重M:
[0026]M = PC (I)；
[0027]同时C = Iw (2)；
[0028]其中，P为实验轮胎内胎内部压强；C为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；1为实验轮胎与地面的接触长度；
[0029]同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为:F，则:
[0030]
【权利要求】
1.一种基于胎压的载重检测方法，其特征在于包括: 步骤1:假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成一接地面，该接地面是长为1，宽为w的矩形；其中w是实验轮胎的宽度，实验轮胎内心与该矩形长度I两个边缘所形成的夹角角度为α，α是变量；根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重M: M = PC (1)； 同时 C = Iw (2)； 其中，P为实验轮胎内胎内部压强；c为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；1为实验轮胎与地面的接触长度； 同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为F，则:
(3); 步骤2:计算公交车空载时，空载载重Mtl以及公交车载有乘客时公交车总载重M1 ； 具体包括: 步骤21:设公交车没有乘客只有车辆自身载重时的空载载重为Mtl，此时的接地面是长为Ιο，宽为w的矩形,此时α为a ^，空载时候轮胎内胎的体积Vtl为:
( 4 ) M0 = P010W (5)； 步骤22:设公交车有乘客且有车辆自身载重情况下的载重为M1，此时的接地面是长为I1宽为w的矩形,实验轮胎内心与接地面形成的角度α则为a i，此时轮胎内胎的体积V1为:
( 6 ); M1 = P1I1W (7)； 步骤23:展开
，a 0是用弧度制表示的角度，故其值远小于
1，在次数较高时接近于O,因此忽略四次以上,得到
,并令a QR = 21。,最后
得到:
将⑷(5)⑶联立，得到
步骤24:展开
α:是用弧度制表示的角，故其值远小于1， 在次数较高时接近于O,因此忽略四次以上,得到
并令a ^ = 211;最后得
O到:
步骤25:将(6) (7) (10)联立，得到
步骤3:根据上述的M1以及Mtl，计算得到乘客载重AM与实验轮胎内胎当前胎压P1的 关系:
由上可知，测出公交车空载时的胎压Ptl和载重Mtl、公交车轮胎内胎和外胎半径R，r，轮胎宽度《，载重后的胎压P1,轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为V，则可得到公交车相对于空载时的载重量变换量AM。
2.根据权利要求1所述的一种基于胎压的载重检测方法，其特征在于所述步骤3包括:步骤31:若加载前后实验轮胎内胎温度升高了 ΛΤ，则根据理想气体状态方程: 轮胎加载前: P0V0 = ηωΤ0 (12)； 轮胎加载后:
式中=Ptl为空载时的实验轮胎内胎胎压，Vtl为空载时实验轮胎内胎体积，Ttl为加载前实验轮胎气体温度，P1为有载重时的实验轮胎内胎胎压，V1为有载重时实验轮胎内胎体积，AT为实验轮胎内胎温度变化量，ω为常数，η为气体物质的量； 实际情况下’轮胎的温度变化可以忽略不计’可以认为
，即假设轮胎内部气
1O体温度保持不变，满足克拉伯龙方程:
P0V0 = P1V1 = (P0+Δ P) (V0+ Δ V) = η ω T0 = Const (15)； 步骤32:联立(9) (11) (15)式得乘客载重M1 ;通过计算出来的M1结合公式(9)得到AM与实验轮胎内胎当前胎压P1的关系
3.根据权利要求2所述的一种基于胎压的载重检测方法，其特征在于所述步骤32具体过程是: 步骤 321:由(9)(11)分别可得:
步骤322:将上述两公式代入(15)中，得到_
消元
进而得到
步骤323:因此，公交的实际乘客载重为: --:
4.根据权利要求1至3之一所述的一种基于胎压的载重检测方法，其特征在于所述 步骤21中=lsinc^W计算过程为:在没有乘客只有车辆自身载重的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为Citl，实验轮胎内胎形成的三角形面积为
对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为^，故在空载时候轮胎
的体积变化:
步骤22中F1 =F-(S^ --1sina1)W计算过程为:在有乘客的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为Ci1，实验轮胎内胎形成的三角形面积为穴2sma丨，对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为$，故在有乘客时候轮胎的体积变
T, - ,CCiR1 R2.、化:K =F-(^----—sina,)W
5.一种基于胎压检测的公交车客流计算方法，其特征在于包括步骤: 步骤1:公交车的乘客的体重X服从正态分布ip,Z)，假设置信区间的置信度为.0.95 ；步骤2:由样本数据计算可得，体重样本平均值?及体重样本方差值S2:
体重样本标准差:S = 8.47 ; 其中m为样本数量；Xi表示样本中第i个体重数据； 步骤3:在置信度1-τ =0.95的基础上，τ = 0.05，m = 256，查t分布表可得，
由于m大于30，置信区间计算如下:
故体重在(48.87,76.81)区间内的可能性为95% ； 步骤4:根据公交车乘客载重AM与实验轮胎内胎当前胎压P1的关系
测出与轮胎有关的常量，代入求得单个轮胎上的载重；由于公交车总重量等于实验轮胎内胎载重之和，即公交车内胎载重变化量Μ,6等于所有实验轮胎载重ΛM之和；
步骤5:根据公交车载重变化量Μ&得到公交车上乘客流量
;其中，X为区间(48.87kg, 76.81kg)的均值 62.84kg。
6.基于权利要求5所述的一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于包括: 气压采集模块:将采集到的实验轮胎内胎的气压信息进行处理后，通过无线形式传输给载重计算模块； 载重处理模块，用于通过无线方式接收气压采集模块的数字量信息，当室温为Ttl =20°C，温度变化是±15°C时，温度范围为5°C -35°C，忽略温度变化的影响，从而得到公交车乘客载重AM与实验轮胎内胎当前胎压P1的关系
; 人数与载重关系计算模块，用于根据公交车乘客的体重X服从正态分布
,假设置信区间的置信度为0.95，得到体重在(48.87,76.81)区间内的可能性为95% ;然后根据载重处理模块得到各个轮胎上的载重AM，其中公交车载重变化量M,6等于所有实验轮胎内
胎载重AM之和；最后根据公交车载重变化量M&得到公交车上乘客流量
，其中，X
为区间(48.87kg，76.81kg)的均值 62.84kg。
7.根据权利要求6所述的一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于所述气压采集模块包括:气压传感器:用于与实验轮胎气嘴相连接，将采集到的气压信息传输给AD装换模块； AD转换模块，用于接收气压传感器将气压传感器采集的模拟数值变化为数字量； 无线发送模块，用于将AD转换模块输出的数字量通过无线方式发送至载重处理模块。
8.根据权利要求7所述的一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于所述载重处理模块包括无线接收模块以及载重计算模块，所示无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据；所示载重计算模块用于计算载重与胎压关系，其中载重计算模块计算载重与胎压关系的具体过程是: 步骤1:假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成的接地面，所述接地面是长为.1，宽为w的矩形；其中假设w是实验轮胎的宽度，实验轮胎内心与矩形长度I两个边缘所形成的角度为α，α是变量；根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重M: M = PC (I)； 同时 C = Iw (2)； 其中，P为实验轮胎内胎内部压强；c为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；1为实验轮胎与地面的接触长度； 同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为F，则:
步骤2:计算公交车空载时，空载载重Mtl以及公交车载有乘客时公交车总载重M1 ； 具体包括: 步骤21:设公交车没有乘客只有车辆自身载重时的空载载重为Mtl，此时的接地面是长为10，宽为w的矩形,此时α为a ^，空载时候轮胎内胎的体积Vtl为:
步骤22:设公交车有乘客且有车辆自身载重情况下的载重为M1，此时的接地面是长为I1宽为w的矩形,实验轮胎内心与接地面形成的角度α则为a i，此时轮胎内胎的体积V1为:
步骤23:展开
是用弧度制表示的角度，故其值远小于.1，在次数较高时接近于O,因此忽略四次以上,得到sina,,
,最后
6得到:
将⑷(5)⑶联立，得到
步骤24:展开
a i是用弧度制表示的角，故其值远小于1，在次数较高时接近于O，因此忽略四次以上，得到
并令α lR =，最后得
到:
步骤25:将(6) (7) (10)联立，得到
步骤3:根据上述的M1以及Mtl，计算得到乘客载重AM与实验轮胎内胎当前胎压P1的关系
，具体包括: 步骤31:若加载前后实验轮胎内胎温度升高了 ΛΤ，则根据理想气体状态方程: 轮胎加载前: P0V0 = ηωΤ0 (12)； 轮胎加载后: P1V1 = ηω (T0+ΔΤ) (13)；
式中=Ptl为空载时的实验轮胎内胎胎压，Vtl为空载时实验轮胎内胎体积，Ttl为加载前实验轮胎气体温度，P1为有载重时的实验轮胎内胎胎压，V1为有载重时实验轮胎内胎体积，T0为加载前实验轮胎气体温度、AT为实验轮胎内胎温度变化量，ω为常数，η为气体物质的量;
实际情况下，轮胎的温度变化可以忽略不计，可以认为
，即假设轮胎内部气体温度保持不变，满足克拉伯龙方程: P0V0 = P1V1 = (P0+Δ P) (V0+ Δ V) = η ω T0 = Const (15)； 步骤32:联立(9) (11) (15)式得乘客载重M1 ;通过计算出来的M1结合公式(9)得到AM与实验轮胎内胎当前胎压P1的关系
9.根据权利要求8所述的一种基于胎压的载重检测装置，其特征在于所述 步骤21中
计算过程为:在没有乘客只有车辆自身载重的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为Citl，实验轮胎内胎形成的三角形面积为
，对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为
，故在空载时候轮胎 的体积变化:
步骤22中
计算过程为:在有乘客的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为h，实验轮胎内胎形成的三角形面积为
，对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为
，故在有乘客时候轮胎的体积变化:
10.根据权利要求7所述的一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于所述人数与载重关系计算模块计算客流量具体过程是: 步骤1:公交乘客的体重X服从正态分布
暇设置信区间的置信度为0.95 ； 步骤2:由样本数据计算可得，体重样本平均值^及体重样本方差值S2:
X = 62.84
体重样本标准差:S = 8.47 ; 其中m为样本数量；Xi表示样本中第i个体重数据； 步骤3:在置信度1-τ =0.95的基础上，τ = 0.05，m = 256，查t分布表可得，
由于m大于30，置信区间计算如下:
故体重在(48.87,76.81)区间内的可能性为95% ； 步骤4:根据公交车载重与当前胎压的关系:
由于公交车总重量等于实验轮胎内胎载重之和，即公交车内胎载重变化量M,6等于所有实验轮胎载重ΛM之和； 步骤5:根据公交车载重变化量My得到公交车上乘客流量7 = |，其中，X为区间
Ji(48.87kg, 76.81kg)的均值 62.84kg。
【文档编号】G01G19/02GK104132722SQ201410366580
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】肖峰, 沈旻宇, 涂雯雯, 郑梦雷 申请人:西南交通大学