基于地磁传感器计算汽车长度的方法及其系统与流程

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种基于地磁传感器计算汽车长度的方法及其系统。

背景技术：

智能交通系统中的交通调查设备简称交调设备，根据交通运输部规划研究院出台的相关文件交通调查设备需要对路面汽车进行分类，其中，根据车长l可以将汽车分为中小客车(0<l≤6)、小货车(0<l≤6)、中货车(6<l≤12)、大客车(6<l≤12)、大货车(6<l≤12)、超大货车(12<l)六类。根据交调设备的汽车分类要求，对汽车长度的计算是非常重要的。

地磁车辆检测器(geomagneticvehicledetector，gvd)是基于磁阻传感器的车辆检测技术，具有尺寸小、安装方便、对非铁磁性物体无反应、可靠性高等特点，且实验已证明地磁传感器用于动静态车辆检测、车速车长估计、车型分类等都有很好的效果。

现有的计算交调设备的车长的算法中并没有涉及到根据交调设备的车型的分类准确率来计算交调设备的车长，而交调设备的车型分类的准确率在汽车长度的计算中发挥重要的作用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种基于地磁传感器计算汽车长度的方法及其系统，能够提升精确性、稳定性和可靠性。

本发明提出的具体技术方案为：提供一种基于地磁传感器计算汽车长度的方法，所述方法包括步骤：

分别获取多辆汽车中每一辆汽车所对应的两个地磁传感器的电压信号；

分别对每一辆汽车所对应的两个地磁传感器的电压信号进行采样，获得每一辆汽车的两个电压波形；

对每一辆汽车的两个电压波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形；

在多个频段内对每一辆汽车的插值波形进行带通滤波，获得每一辆汽车在每个频段内的带通波形；

获取每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点数，根据每一辆汽车的采样点数计算每一辆汽车的长度；

根据每一辆汽车的长度对每个频段内多辆汽车划分区间并计算每个频段内区间划分的错误率；

选取错误率最小的频段作为带通滤波的滤波频段并根据所述滤波频段计算每一辆汽车的长度。

进一步地，步骤对每一辆汽车的两个电压波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形具体包括：

对每一辆汽车的两个电压波形进行滤波，获得每一辆汽车的两个滤波波形；

对每一辆汽车的两个滤波波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形。

进一步地，步骤对每一辆汽车的两个滤波波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形具体包括：

计算每一辆汽车的两个电压波形在每个采样点的互相关系数，获得每一辆汽车互相关系数最大的采样点；

根据每一辆汽车互相关系数最大的采样点计算每一辆汽车的速度；

根据每一辆汽车的速度计算每一辆汽车的归一化因子；

根据每一辆汽车的归一化因子对每一辆汽车的两个滤波波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形。

进一步地，根据下面的公式计算每一辆汽车的归一化因子：

其中，vi表示第i辆汽车的速度，v0表示归一化速度，v0为10～30千米/小时。

进一步地，步骤在多个频段内对每一辆汽车的插值波形进行带通滤波，获得每一辆汽车在每个频段内的带通波形具体包括：

在每个频段内对每一辆汽车的插值波形进行带通滤波，获得每一辆汽车在所述频段内的第一波形；

将每一辆汽车在所述频段内的第一波形的前n个采样点所对应的电压置零，获得每一辆汽车在所述频段内的第二波形；

将每一辆汽车在所述频段内的第二波形逆转，获得每一辆汽车在所述频段内的第三波形；

在所述频段内对每一辆汽车的第三波形再次进行带通滤波，获得每一辆汽车在所述频段内的第四波形；

将每一辆汽车在所述频段内的第四波形的前n个采样点所对应的电压置零，获得每一辆汽车在所述频段内的带通波形。

进一步地，n的大小为fs/5～fs/4，其中，fs为采样频率。

进一步地，多个频带的两个端点分别为1～5hz、50～80hz。

进一步地，获取每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点数具体包括：

沿着采样时间轴的正向依次判断每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点的电压值是否小于预定阈值；

若所述采样点的电压值小于所述预定阈值，则将每一辆汽车在每个频段内的带通波形在采样时间轴上位于所述采样点之前的采样点去掉，获得每一辆汽车在每个频段内的第一带通波形；

沿着采样时间轴的反向依次判断每一辆汽车在每个频段内的第一带通波形的采样点的电压值是否小于所述预定阈值；

若所述采样点的电压值小于所述预定阈值，则将每一辆汽车在每个频段内的第一带通波形在采样时间轴上位于所述采样点之后的采样点去掉，获得每一辆汽车在每个频段内的第二带通波形；

获取每一辆汽车在每个频段内的第二带通波形的采样点数并作为每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点数。

进一步地，所述预定阈值的大小为δ×|vmax-vmin|，其中，vmax表示每一辆汽车在每个频段内的带通波形的最大电压值，vmin表示每一辆汽车在每个频段内的带通波形的最小电压值，δ的大小为4％～6％。

本发明还提供了一种基于地磁传感器计算汽车长度的系统，所述系统包括：

电压信号获取模块，用于分别获取多辆汽车中每一辆汽车所对应的两个地磁传感器的电压信号；

采样模块，用于分别对每一辆汽车所对应的两个地磁传感器的电压信号进行采样，获得每一辆汽车的两个电压波形；

插值模块，用于对每一辆汽车的两个电压波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形；

带通滤波模块，用于在多个频段内对每一辆汽车的插值波形进行带通滤波，获得每一辆汽车在每个频段内的带通波形；

长度计算模块，用于获取每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点数，根据每一辆汽车的采样点数计算每一辆汽车的长度；

错误率计算模块，用于根据每一辆汽车的长度对每个频段内多辆汽车划分区间并计算每个频段内区间划分的错误率；

频带选取模块，用于选取错误率最小的频段作为带通滤波的滤波频段并根据所述滤波频段计算每一辆汽车的长度。

本发明提供的基于地磁传感器计算汽车长度的方法及其系统，通过计算每个频段内区间划分的错误率；选取错误率最小的频段作为带通滤波的滤波频段并根据所述滤波频段计算每一辆汽车的长度，从而提升了交调设备中车长划分的准确性。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1为基于地磁传感器计算汽车长度的方法的流程图；

图2为基于地磁传感器计算汽车长度的系统的结构图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为局限于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

参照图1，本实施例提供的基于地磁传感器计算汽车长度的方法包括步骤：

s1、分别获取多辆汽车中每一辆汽车所对应的两个地磁传感器的电压信号。

在步骤s1中，两个地磁传感器沿汽车行驶的方向间隔设置，每一辆汽车在经过两个地磁传感器的时候分别产生两个电压信号，每一辆汽车的两个电压信号均为模拟信号。

s2、分别对每一辆汽车所对应的两个地磁传感器的电压信号进行采样，获得每一辆汽车的两个电压波形，采样后获得的每一辆汽车的两个电压波形为数字信号，采样频率可以根据实际需要进行确定。

s3、对每一辆汽车的两个电压波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形，其中，对每一辆汽车的两个电压波形进行插值后得到一个波形即插值波形。

在步骤s3中，本实施例所采用的插值公式如下：

yk＝(1-λ)xk+λxk+1

其中，xk和xk+1是插值前第k个采样点和k+1个采样点所对应的电压值，yk是插值后第k个采样点所对应的电压值，λ是插值归一化因子，当然，步骤s3中也可以采用其他常用的差值公式，这里仅仅作为示例示出，不用于限定。

s4、在多个频段内对每一辆汽车的插值波形进行带通滤波，获得每一辆汽车在每个频段内的带通波形。其中，多个频段中第j个频段aj到bj的两个端点分别为aj和bj，aj＜bj，较佳的，多个频带的两个端点分别为1～5hz、50～80hz，即aj为1～5hz，bj为50～80hz。

s5、获取每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点数，根据每一辆汽车的采样点数计算每一辆汽车的长度，其中，计算每一辆汽车的长度所采用的公式如下：

其中，li表示第i辆汽车的长度，0＜i≤n，n表示汽车的数目，v0表示归一化速度，kij表示第i辆汽车在第j个频段内的带通波形的采样点数，d表示两个地磁传感器之间的距离，fs为采样频率。

s6、根据每一辆汽车的长度对每个频段内多辆汽车划分区间并计算每个频段内区间划分的错误率。

在步骤s6中，以第j个频段为例，在第j个频段aj到bj中根据每一辆汽车的长度li对n辆汽车划分区间，其中，本实施例主要考虑三个车长区间，这三个车长区间分别为(0，6]、(6，12]、(12，lmax]，其中，lmax表示车长的最大值，第j个频段aj到bj内区间划分的错误率εj计算公式如下：

其中，ne表示区间划分错误的汽车的数目。

s7、选取错误率最小的频段即min(ε1，ε2……εj……，1≤j≤m)作为带通滤波的滤波频段并根据所述滤波频段计算每一辆汽车的长度，其中m表示多个频段的个数。

通过步骤s1～s7对n辆汽车的长度进行线性分类分析之后，从而拟合得到最终计算每一辆汽车长度所选定的滤波频段，后续需要计算这n辆汽车以外的其他汽车的长度时，只需要对该辆汽车在该滤波频段内重复上面的步骤s1～s5获得该汽车在该频段内的带通波形的采样点数便可求得该辆汽车的长度，使得整个方法适用于每一辆汽车，且将错误率最小的频段作为计算汽车长度的频段，提升了整个方法车长划分的准确性。

为了消除外界电磁信号对地磁传感器的干扰，步骤s3具体包括：

s31、对每一辆汽车的两个电压波形进行滤波，获得每一辆汽车的两个滤波波形，其中，需要滤除的为常用的电磁干扰信号，例如，滤除频率为50hz的工频干扰信号；

s32、对每一辆汽车的两个滤波波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形。

具体地，步骤s32具体包括：

s321、计算每一辆汽车的两个电压波形在每个采样点的互相关系数，获得每一辆汽车互相关系数最大的采样点；

s322、根据每一辆汽车互相关系数最大的采样点计算每一辆汽车的速度vi，计算公式如下：

其中，vi表示第i辆汽车的速度，d表示两个地磁传感器之间的距离，fs为采样频率，τ为每一辆汽车互相关系数最大的采样点到时间轴的原点之间的时间间隔，例如，第i辆汽车的两个电压波形在第k个采样点互相关系数最大，则τ＝k×ts,ts＝1/fs；

s323、根据每一辆汽车的速度vi计算每一辆汽车的归一化因子；

s324、根据每一辆汽车的归一化因子对每一辆汽车的两个滤波波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形。

在步骤s323中，根据下面的公式计算每一辆汽车的归一化因子α：

其中，vi表示第i辆汽车的速度，v0表示归一化速度，v0为10～30千米/小时，较佳地，v0为n辆汽车的最小速度。根据每一辆汽车的归一化因子对每一辆汽车的两个滤波波形进行插值，避免了不同的速度对本方法的影响。

具体地，步骤s4包括：

s41、在每个频段内对每一辆汽车的插值波形进行带通滤波，获得每一辆汽车在该频段内的第一波形，例如，在第j个频段aj到bj内分别对n辆汽车的插值波形进行带通滤波，获得n辆汽车在第j个频段aj到bj内的n个第一波形，这样每一个频段均对应n个第一波形；

s42、将每一辆汽车在该频段内的第一波形的前n个采样点所对应的电压置零，获得每一辆汽车在该频段内的第二波形，较佳地，n的大小为fs/5～fs/4，fs为采样频率；

s43、将每一辆汽车在该频段内的第二波形逆转，获得每一辆汽车在该频段内的第三波形；

s44、在该频段内对每一辆汽车的第三波形再次进行带通滤波，获得每一辆汽车在该频段内的第四波形；

s45、将每一辆汽车在该频段内的第四波形的前n个采样点所对应的电压置零，获得每一辆汽车在该频段内的带通波形，其中，n的大小与步骤s42中n的大小相等。

在步骤s4中，在每一个频段内分别对每一辆汽车的插值波形进行一次带通滤波后截取前n个采样点，然后将截取后的波形逆转再次进行带通滤波并截取前n个采样点，从而可以消除滤波器阶跃响应产生的震荡，保留下来的波段为一致性和稳定性较好的频段，提升了整个方法的稳定性和可靠性。

具体地，步骤s5包括：

s51、沿着采样时间轴的正向依次判断每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点的电压值是否小于预定阈值，带通波形的横坐标对应的是采样时间，带通波形的纵坐标对应的是电压值，在采样时间轴上的每一个采样点对应一个电压值，这里，采样时间轴的正向指的是从左到右，即采样时间从小到大的方向，依次判断每一个采样点对应的电压值是否小于预定阈值；

s52、若该采样点的电压值小于预定阈值，则将每一辆汽车在每个频段内的带通波形在采样时间轴上位于该采样点之前的采样点去掉，获得每一辆汽车在每个频段内的第一带通波形，例如，带通波形包括40个采样点，如果第10个采样点对应的电压值小于预定阈值，则将带通波形的第1～10个采样点去掉，剩下的波形形成第一带通波形；

s53、沿着采样时间轴的反向依次判断每一辆汽车在每个频段内的第一带通波形的采样点的电压值是否小于所述预定阈值，这里，采样时间轴的反向指的是从右到左，即采样时间从大到小的方向，依次判断每一个采样点对应的电压值是否小于预定阈值；

s54、若该采样点的电压值小于预定阈值，则将每一辆汽车在每个频段内的第一带通波形在采样时间轴上位于该采样点之后的采样点去掉，获得每一辆汽车在每个频段内的第二带通波形，例如，第一带通波形包括30个采样点，如果第26个采样点对应的电压值小于预定阈值，则将带通波形的第26～30个采样点去掉，剩下的波形形成第二带通波形；

s55、获取每一辆汽车在每个频段内的第二带通波形的采样点数并作为每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点数，例如，第二带通波形最后包括25个采样点，则带通波形的采样点数即为25。

较佳地，本实施例中预定阈值的大小为：

δ×|vmax-vmin|

其中，vmax表示每一辆汽车在每个频段内的带通波形的最大电压值，vmin表示每一辆汽车在每个频段内的带通波形的最小电压值，δ的大小为4％～6％。

参照图2，本实施例还提供了一种基于地磁传感器计算汽车长度的系统，所述系统包括电压信号获取模块1、采样模块2、插值模块3、带通滤波模块4、长度计算模块5、误差计算模块6、频带选取模块7。

电压信号获取模块1用于分别获取多辆汽车中每一辆汽车所对应的两个地磁传感器的电压信号。采样模块2用于分别对每一辆汽车所对应的两个地磁传感器的电压信号进行采样，获得每一辆汽车的两个电压波形。插值模块3用于对每一辆汽车的两个电压波形进行插值，获得每一辆汽车的插值波形。带通滤波模块4用于在多个频段内对每一辆汽车的插值波形进行带通滤波，获得每一辆汽车在每个频段内的带通波形。长度计算模块5用于获取每一辆汽车在每个频段内的带通波形的采样点数，根据每一辆汽车的采样点数计算每一辆汽车的长度。错误率计算模块6用于根据每一辆汽车的长度对每个频段内多辆汽车划分区间并计算每个频段内区间划分的错误率。频带选取模块7用于选取错误率最小的频段作为带通滤波的滤波频段并根据所述滤波频段计算每一辆汽车的长度。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。