一种基于三轴地磁传感器的车辆位置识别方法与流程

本发明涉及交通信息采集技术领域，具体地，涉及一种基于三轴地磁传感器的车辆位置识别方法。

背景技术：

车流量检测，对于交通规划、交通管制、诱导出行等具有重要作用。三轴地磁传感器通过检测车辆通过地磁传感器时对地磁场的影响来检测车流量，车流量检测包括检测单车道的车流量以及整个道路断面的车流量，车流量检测的方法也包括嵌入式检测器和非嵌入式检测器，传统交通流数据检测成本较高，需铺设供电线缆与通讯线路，且容易受到环境的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提供了一种基于三轴地磁传感器的车辆位置识别方法。

一种基于三轴地磁传感器的车辆位置识别方法，以三轴地磁传感器为坐标原点，建立x轴、y轴和z轴的三维坐标系，车辆在x轴和y轴所在平面内沿平行于x轴方向移动，则有包括如下步骤：

步骤一：对所述三轴地磁传感器的检测数据进行数据滤波的预处理，并对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口法提取单车波形，从而确定是否有车辆经过；

步骤二：如果有车辆经过，则利用提取的单车波形中z轴和y轴的波形特征来识别车辆相对于所述三轴地磁传感器的位置。

优选地，在步骤一中，对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口法提取单车波形包括如下步骤：

a、设定初始化状态：对三轴地磁传感器检测的磁场检测数据bx,y,z求差分得到差分值δbx,y,z，所述差分值δbx,y,z为相邻两个采样点的磁场强度之差，

设定车辆到来判别窗口：如果差分值δbx,y,z连续超出判别阈值范围的区间超过所述车辆到来判别窗口的宽度，则判定车辆来到；

设定车辆离去判别窗口：如果差分值δbx,y,z连续落入判别阈值范围内的区间超过所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定车辆离开或没有车辆；

设定判别阈值范围：如果差分值δbx,y,z超出判别阈值范围，则说明磁场被扰动；如果差分值δbx,y,z回落入判别阈值范围内，则说明磁场未被扰动；

b、车辆到来判别：在初始化状态下，如果差分值δbx,y,z连续超出判别阈值范围的区间超过车辆到来判别窗口的宽度，则判定为车辆到来，然后进行车辆离去判别操作；

c、车辆离去判别；当判定为车辆到来时，如果差分值δbx,y,z连续落入判别阈值范围内的区间超过所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定车辆离开，完成一次车辆计数，并返回初始化状态。

优选地，在车辆到来判别步骤中，如果差分值δbx,y,z连续超出判别阈值范围的区间未超出车辆到来判别窗口的宽度，且出现差分值δbx,y,z回落到所述判别阈值范围内，则说明是误触发，状态值保持不变；

在车辆离去判别的步骤中，如果差分值δbx,y,z连续落入判别阈值范围内的区间小于所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定为波形穿越阈值，不记为车辆离去，状态值保持不变。

优选地，根据提取的单车波形中z轴和y轴的波形特征来识别对应的车辆位置包括如下步骤：

如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈值，则判定车辆从所述三轴地磁传感器的单侧经过；

如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比大于阈值，则判断所述单车波形中x轴和z轴的波峰和波谷数量之和是否大于阈值，如果是，则判定两辆车并行通过所述三轴地磁传感器；如果否，则判定车辆从所述三轴地磁传感器的上方经过或碾压所述三轴地磁传感器经过。

而且，研究成果的优势在于：

多数车流量检测方法研究的是车辆在车道内行驶的情况，而车辆越线行驶的情况较为普遍，不可忽视，本研究利用多个道钉协作的方式检测多车道车流量，解决了车辆越线行驶时的车流量统计问题，具有很高的车流量检测准确度；

将道钉安装于车道标线上，在保证准确检测车流量的同时起到了道路线型标识的作用；

三轴地磁传感器可利用普通道钉改装，易于实施及维护，协作式道钉检测车流量在智能交通系统有很好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是车辆与三轴地磁传感器的三维坐标系的示意图；

图2是本发明中滤波前后的波形：图2(a)是滤波前的波形，图2(b)是滤波后的波形；

图3是本发明的波形提取过程图，图3(a)是待提取原始波形，图3(b)是差分数据波形，图3(c)是提取结果；

图4是车辆从图1所示三维坐标系中y轴正向一侧经过的磁场变化示意图；

图5是车辆从图1所示三维坐标系中y轴负向一侧经过的磁场变化示意图；

图6是两辆车并行通过三轴地磁传感器的磁场变化示意图；

图7是车辆从三轴地磁传感器的上方经过或碾压三轴地磁传感器经过的磁场变化示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，以三轴地磁传感器为检测节点，则以三轴地磁传感器为坐标原点，建立x轴、y轴和z轴的三维坐标系，车辆在x轴和y轴所在平面内沿平行于x轴方向移动，车辆的移动方向垂直于y轴方向。

需要说明的是，所示三轴地磁传感器可以装设于车道标线上，也可以装设于车道内，本发明对此不做限定。

而且，所述三轴地磁传感器可以单独使用，也可以集成于道钉等道路设施内使用，本发明对此不做限定。

基于图1所示，则一种基于三轴地磁传感器的车辆位置识别方法包括如下步骤：

步骤一：对三轴地磁传感器的检测数据进行数据滤波的预处理，并对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口法提取单车波形，从而确定是否有车辆经过；

步骤二：如果有车辆经过，则利用提取的单车波形中z轴和y轴的波形特征来识别车辆相对于所述三轴地磁传感器的位置。

具体地，在步骤一中，对接收到的三轴地磁数据进行数据的预处理包括：由阈值法筛选异常数据，并以前一数据点和后一数据点的均值代替该异常值，然后可采用滑动平均滤波的方法使磁场数据波形尽可能地平滑。如图2(a)和图2(b)分别为滤波前和滤波后的波形示意图。

在步骤一中，对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口法提取单车波形的操作避免了基准值的使用，使检测精度提升，如图3(a)、(b)和(c)是差分过程示意图。

具体地，对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口法提取单车波形包括如下步骤：

a、设定初始化状态：对三轴地磁传感器检测的磁场检测数据bx,y,z求差分得到差分值δbx,y,z，所述差分值δbx,y,z为相邻两个采样点的磁场强度之差，

设定车辆到来判别窗口：如果差分值δbx,y,z连续超出判别阈值范围的区间超过所述车辆到来判别窗口的宽度，则判定车辆来到；

设定车辆离去判别窗口：如果差分值δbx,y,z连续落入判别阈值范围内的区间超过所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定车辆离开或没有车辆；

设定判别阈值范围：如果差分值δbx,y,z超出判别阈值范围，则说明磁场被扰动；如果差分值δbx,y,z回落入判别阈值范围内，则说明磁场未被扰动；

b、车辆到来判别：在初始化状态下，如果差分值δbx,y,z连续超出判别阈值范围的区间超过车辆到来判别窗口的宽度，则判定为车辆到来，然后进行车辆离去判别操作；

c、车辆离去判别；当判定为车辆到来时，如果差分值δbx,y,z连续落入判别阈值范围内的区间超过所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定车辆离开，完成一次车辆计数，并返回初始化状态。

此外，如果差分值δbx,y,z连续超出判别阈值范围的区间未超出车辆到来判别窗口的宽度，且出现差分值δbx,y,z回落到所述判别阈值范围内，则说明是误触发，状态值保持不变；

在车辆离去判别的步骤中，如果差分值δbx,y,z连续落入判别阈值范围内的区间小于所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定为波形穿越阈值，不记为车辆离去，状态值保持不变。

而且，在步骤二中，根据提取的单车波形中z轴和y轴的波形特征来识别对应的车辆位置包括如下步骤：

如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈值，则判定车辆从所述三轴地磁传感器的单侧经过；

如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比大于阈值，则判断所述单车波形中x轴和z轴的波峰和波谷数量之和是否大于阈值，如果是，则判定两辆车并行通过所述三轴地磁传感器；如果否，则判定车辆从所述三轴地磁传感器的上方经过或碾压所述三轴地磁传感器经过。

具体地，在如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈值，则判定车辆从所述三轴地磁传感器的单侧经过的步骤中，如果车辆从所述三轴地磁传感器的单侧经过，y轴的地磁场波动幅度会大于z轴的地磁场波动幅度；如此，在车辆位置识别判定过程中，如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈值，则判定车辆从所述三轴地磁传感器的单侧经过；

实际上，如果单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈值，还可以通过判断单车波形中波峰和波谷出现的时间来进一步地判定车辆从所述三轴地磁传感器的左边还是右边通过：

例如，以图1为例，如图4所示，如果车辆从所述三轴地磁传感器的左侧(即y轴正向一侧)经过，则y轴磁场主要在正轴变化，即y轴先出现波峰；如图5所示，如果车辆从所述三轴地磁传感器的右侧(即y轴负向一侧)经过，则y轴磁场主要在负轴变化，则y轴先出现波谷。

在实际测量过程中，通过判断单车波形中波峰和波谷出现的时间来进一步地判定行驶车辆从所述三轴地磁传感器的左边还是右边通过的过程如下：

首先，将行驶车辆从三轴地磁传感器的左侧和右侧分别单独经过，并采集所述三轴地磁传感器的磁场波动数据，以获取基准单车波形，所述基准单车波形用于判定左侧通行或右侧通行对磁场波动的影响；

接着，根据已经获得的基准单车波形，通过判断实际测量过程中单车波形中波峰和波谷出现的时间来进一步地判定行驶车辆从所述三轴地磁传感器的左边还是右边通过。

具体地，在如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比大于阈值，则判断所述单车波形中x轴和z轴的波峰和波谷数量之和是否大于阈值的步骤中：

如图6所示，如果两辆车并行通过所述三轴地磁传感器，两辆车同时作用于y轴正负向，会使得y轴的磁场强度相互抵消导致y轴的磁场幅值波动会减小；此外，由于两辆车同时作于x轴和z轴，且方向过程相同，则x轴和z轴的磁场波动幅值会变大，且x轴和z轴磁场分别重叠波动而导致波峰和波谷数量变多，因此会有所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比大于阈值，以及所述单车波形中x轴和z轴的波峰和波谷数量之和大于阈值的结果；

如图7所示，如果车辆从所述三轴地磁传感器的上方经过或碾压所述三轴地磁传感器经过，则车辆近似于作用于y轴的坐标原点，会使得y轴磁场的扰动较小，波动幅值较低；此外，由于车辆作用于x轴和z轴，会导致x轴和z轴的磁场波动幅值变大，但是x轴和z轴未出现重叠波动而波峰和波谷数量不会变多，因此会有所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比大于阈值，以及所述单车波形中x轴和z轴的波峰和波谷数量之和小于阈值的结果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。