一種全埋式車輛車位探測器及探測方法
【專利摘要】一種全埋地式車輛車位檢測器及檢測方法，檢測器包括地磁場傳感器單元、數據傳輸單元和微控制器單元，所述地磁場傳感器單元包括地球磁場傳感器和相應的通信接口單元，地球磁場傳感器經通信接口單元連接微控制器的通信接口輸入端，微控制器的通信接口輸出端連接無線數據傳輸模塊的輸入端，無線數據傳輸單元和遠端建立無線連接；根據每個方向的預設權值修正相應方向的地磁值，根據修正后的地磁值進行車位檢測狀態判斷。本發明采用三軸平滑技術，檢測精確度高，能夠防止誤報，可應用于多種相關控制系統。
【專利說明】一種全埋式車輛車位探測器及探測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于車輛探測【技術領域】，尤其涉及一種全埋式車輛車位探測器及探測方法。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，汽車越來越近地走近人們的生活，城市交通和公路交通擁堵現象時有發生，特別是大中型城市的交通狀況已經是政府、民眾關注的焦點問題之一，使得大量人力物力和資金投入到道路改造和建設方面，即便如此，也無法跟上交通壓力的高速增長，這種情況非常普遍，特別是經濟越發達的地區，交通擁堵現象越嚴重；有些地區，由于資金不足，道路改造和道路建設客觀上也有難度，面對交通壓力的不利局面將會較長時間的存在；另一方面，道路資源沒有充分的利用和挖掘，造成道路資源浪費也相當嚴重。因此，怎樣充分利用和挖潛道路資源。低成本地、有效地改善和提高道路的使用率、車輛流量和車輛速度，是值得考慮和追求的目標，決絕這一問題需要建立完善的、高效的和低成本的交通信息系統和交通管理系統，而車輛和車流量探測器是其中的重要一環。
[0003]目前，有關車輛的探測器大多采用無源紅外線來探測車輛信號，或是以大型感應線圈為探測裝置，這些探測裝置存在對車輛探測方式單一，探測信息不全面，時效差，且體積大，安裝不便，安裝對路面破壞嚴重、路面龜裂導致易損壞等缺點。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種具有綜合探測能力、探測的車輛信息更全面、體積小的車輛探測裝置，已解決現有車輛探測裝置的不足。
[0005]本發明的技術方案提供一種全埋地式車輛車位檢測器，包括地磁場傳感器單元、數據傳輸單元和微控制器單元，所述地磁場傳感器單元包括地球磁場傳感器和相應的通信接口單元，地球磁場傳感器經通信接口單元連接微控制器的通信接口輸入端，微控制器的通信接口輸出端連接無線數據傳輸模塊的輸入端，無線數據傳輸單元和遠端建立無線連接。
[0006]而且，地磁場傳感器捕獲附近的地球磁場，并進行數字量化，所得數據經通信接口單元輸入微控制器單元。
[0007]而且，微控制器單元根據地球磁場傳感器產生的數據判斷附近是否有車輛靠近或離開導致地磁場升高或降低，并將所得車位檢測狀態經無線數據傳輸單元上報到遠端。
[0008]而且，所述微控制器單元包括以下模塊，
[0009]地磁值修正模塊，用于根據每個方向的預設權值修正相應方向的地磁值，X，Y方向的預設權值低于Z軸方向的預設權值；
[0010]初步判斷模塊，用于根據修正后的地磁值進行車位檢測狀態判斷，包括首先判斷當前時刻Z軸的地磁值是否大于預設閾值A，是則進入判斷是否有車駛入的過程，否則進入判斷是否有車離開的過程；
[0011]車輛駛入判斷模塊，用于判斷是否有車駛入的過程，當同時滿足以下兩個條件時，判斷結果為有車駛入，
[0012]條件1，當Z軸的地磁值達到最大值前，X，Y軸的地磁值在某一時間段內呈現單一方向的增長或減小；
[0013]條件2，當Z軸的地磁值達到最大值時，Z軸的地磁值大于閾值且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O ;
[0014]車輛離開判斷模塊，用于判斷是否有車離開，Z軸的地磁值低于預設閾值A，并且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O時，即判斷為實際有車離開。
[0015]本發明還相應提供了一種全埋地式車輛車位檢測方法，包括以下步驟，
[0016]步驟1，輸入地球磁場傳感器所得數據，包括X，Y，Z軸方向分別的地磁值；
[0017]步驟2，根據每個方向的預設權值修正相應方向的地磁值，X，Y方向的預設權值低于Z軸方向的預設權值；根據修正后的地磁值進行車位檢測狀態判斷，包括首先判斷當前時刻Z軸的地磁值是否大于預設閾值Α，是則進入判斷是否有車駛入的過程，否則進入判斷是否有車離開的過程，
[0018]判斷是否有車駛入的過程實現為，當同時滿足以下兩個條件時，判斷結果為有車駛入，條件1，當Z軸的地磁值達到最大值前，X，Y軸的地磁值在某一時間段內呈現單一方向的增長或減小；
[0019]條件2，當Z軸的地磁值達到最大值時，Z軸的地磁值大于閾值且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O ;
[0020]判斷是否有車離開的過程實現為，Z軸的地磁值低于預設閾值Α，并且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O時，即判斷為實際有車離開；
[0021]步驟3，上報車位檢測狀態，包括步驟2所得是否有車輛靠近或離開的判斷結果。
[0022]本發明提供的一種全埋式車輛車位探測器，體積微小，可以用于城市道路公共交通指揮管理系統和車位靜態管理系統，可以對車輛通行、車速、流量、占道、堵車、路邊停車等車輛動態或者靜態信息的探測、適用于紅綠燈控制系統、電子警察拍照系統、車輛收費站系統、車輛門禁系統、露天、地下或路邊停車場管理系統，以及道路路網監控管理系統等。本發明還提供了獨創的檢測方法，采用三軸平滑技術，檢測精確度高，能夠防止誤報。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例的結構圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
[0025]實施例提供一種全埋地式車輛車位檢測器，它包括地磁場傳感器單元，能進行遠距離無線傳輸的無線數據傳輸單元，進行地磁值計算和判斷的微控制器單元，電源管理單元，電池和防水抗壓殼體。電池給各單元供電，具體實施時電池可通過穩壓和濾波電路直接與各單元中模塊或芯片的電源引腳相連。地磁場傳感器單元包括地球磁場傳感器和與其連接配合的通信接口，地球磁場傳感器經通信接口連接到微控制器的通信接口輸入端，微控制器的通信接口輸出端連接到無線數據傳輸單元的輸入端，無線數據傳輸單元和遠端建立無線連接，一般由無線數據傳輸單元將輸入的信號發射給遠端數據處理中心的主機接收設備。
[0026]地球磁場傳感器捕獲車檢器附近的地球磁場，并進行數字量化，產生具體數據，并通過IIC通信接口傳送給微控制器單元。具體實施時，地球磁場傳感器可采用現有芯片。
[0027]微控制器單元對地球磁場傳感器產生的地磁場數據進行計算并判斷，包括判斷計算結果升高或降低的變化量是否超過預設閾值，從而得知附近是否有車輛靠近或離開導致地磁場升高或降低，是則微控制器單元通過無線數據傳輸單元將車位檢測狀態發送給遠端的主機接收設備。
[0028]無線數據傳輸模塊將微控制器單元傳來的數據發送給遠端的接收設備。無線數據傳輸模塊包含天線，載波調制解調電路和功率放大電路。天線、載波調制解調電路和功率放大電路依次連接，載波調制解調電路和功率放大電路可采用現有電路技術。
[0029]電源和電源管理單元包括具有一定穩壓能力的電池或電池組。電池或電池組采用高容量高輸出功率的鋰亞電池，放電區間較干電池和一般充電鋰電池更大。具體實施時，電源管理單元可采用現有技術。具體實施時，還可由微控制器單元對電池電量實時讀取，并通過無線數據傳輸模塊發送給遠端的接收設備。
[0030]具體實施時，設備外殼建議采用耐壓防水的工程塑料注塑而成，并采用防水膠帶和干燥劑，確保設備處于穩定溫濕度環境中，運行可靠。全埋地式的車輛車位檢測器體積微小,例如可制作為面積在IOxlOmm左右，厚度2mm左右。
[0031]一般采用地磁原理來探測車輛信息的技術，多選用單軸地磁數據，多為Z軸即垂直地面的軸，一是能節約成本，二是簡化軟件控制流程。但是這樣同時也帶來的精度不高，誤報率高的缺點。本發明采用的三軸地磁數據平滑濾波技術，是在選取了三軸地磁場數據后，通過軟件平滑濾波算法，即根據X，Y, Z三軸變化情況，根據其相位的權值，綜合判斷是否為車輛駛入或離開，從而消除了地磁場突變帶來的誤報和漏報情況。可由微控制器單元自動執行平滑判斷，具體方法過程分幾個步驟:
[0032]第一，輸入地球磁場傳感器所得數據，包括三軸方向磁場原始數據，即X，Y, Z軸分別的地磁值。地球磁場是一個矢量，有方向和大小，對于一個固定的地點來說，這個矢量可以被分解為兩個與當地水平面平行的分量和一個與當地水平面垂直的分量。X，Y軸是水平方向的地球磁場，Z軸是垂直方向的地球磁場。
[0033]第二，根據每個方向的預設權值修正相應方向的地磁值，X，Y方向的預設權值低于Z軸方向的預設權值，根據修正后的地磁值進行以下判斷，
[0034]首先判斷當前時刻Z軸的地磁值是否大于預設閾值A，是則進入判斷是否有車駛入的過程，否則進入判斷是否有車離開的過程，
[0035]a.判斷是否有車駛入的過程實現為，當同時滿足以下兩個條件時，判斷結果為有車駛入:
[0036]條件1:當Z軸的地磁值達到最大值前，X，Y軸的地磁值在某一時間段內呈現單一方向的增長或減小。
[0037]條件2:當Z軸的地磁值達到最大值時，Z軸的地磁值大于閾值且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O。[0038]地球磁場傳感器按照周期讀取地磁值，為便于理解兩個條件起見，設T為Z軸的地磁值達到最大值的時刻，T-1時刻為T時刻一個周期前的時刻，T時刻前某一時間段(可預設時間段長度)內有任意兩個連續時刻記為t時刻、t-ι時刻。記XT，YT, Zt分別為在T時刻X，Y, Z軸的地磁值，XT_1； Yt^1, Zt^1分別為T-1時刻的X，Y, Z的地磁值，MXt，MYt分別為t時刻X，Y軸地磁值與初始時刻X，Y軸地磁值(即附近沒有車時X，Y軸地磁值)之間的變化量，Δ Χτ, Δ Yt分別為T時刻X，Y軸地磁值的變化量MXt相對T-1時刻X，Y軸地磁值的變化量ΜΥτ_ι 的增量，即Λ Xt=MXt - MXh, Δ Yt=MYt - MYp1。
[0039]則有ΖΤ>ΖΤ_1； Ζτ+1 ≤ Zt 且 ΖΤ>Α,
[0040]I MXt I > I MXh
[0041]MYt I > I MYt^1
[0042]Lim I Δ Xt — O
[0043]Lim I Δ Yt — O
[0044]具體判斷是，當增量小于某一個預設的很小的值，即可認為是趨近于O。
[0045]b.判斷是否有車離開的過程實現為，Z軸的地磁值低于預設閾值A，并且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O時，即判斷為實際有車離開。判斷是否有車離開的過程實施簡單，本發明不予贅述。
[0046]具體實施時，預設閾值A可通過實驗預先設定取值。
[0047]第三，上報判斷結果，同時可上報當前磁場數據。
[0048]具體實施時，可采用軟件模塊化方式，在微控制器單元設置以下模塊，
[0049]地磁值修正模塊，用于根據每個方向的預設權值修正相應方向的地磁值，X，Y方向的預設權值低于Z軸方向的預設權值；
[0050]初步判斷模塊，用于根據修正后的地磁值進行車位檢測狀態判斷，包括首先判斷當前時刻Z軸的地磁值是否大于預設閾值A，是則進入判斷是否有車駛入的過程，否則進入判斷是否有車離開的過程；
[0051]車輛駛入判斷模塊，用于判斷是否有車駛入的過程，當同時滿足以下兩個條件時，判斷結果為有車駛入，
[0052]條件1，當Z軸的地磁值達到最大值前，X，Y軸的地磁值在某一時間段內呈現單一方向的增長或減小；
[0053]條件2，當Z軸的地磁值達到最大值時，Z軸的地磁值大于閾值且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O ;
[0054]車輛離開判斷模塊，用于判斷是否有車離開，Z軸的地磁值低于預設閾值A，并且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O時，即判斷為實際有車離開。
[0055]本發明的上述實例僅僅為說明本發明實現，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，都可輕易想到其變化和替換，因此本發明保護范圍都應涵蓋在由權利要求書所限定的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種全埋地式車輛車位檢測器，其特征在于:包括地磁場傳感器單元、數據傳輸單元和微控制器單元，所述地磁場傳感器單元包括地球磁場傳感器和相應的通信接口單元，地球磁場傳感器經通信接口單元連接微控制器的通信接口輸入端，微控制器的通信接口輸出端連接無線數據傳輸模塊的輸入端，無線數據傳輸單元和遠端建立無線連接。
2.如權利要求1所述全埋地式車輛車位檢測器，其特征在于:地磁場傳感器捕獲附近的地球磁場，并進行數字量化，所得數據經通信接口單元輸入微控制器單元。
3.如權利要求2所述全埋地式車輛車位檢測器，其特征在于:微控制器單元根據地球磁場傳感器產生的數據判斷附近是否有車輛靠近或離開導致地磁場升高或降低，并將所得車位檢測狀態經無線數據傳輸單元上報到遠端。
4.如權利要求3所述全埋地式車輛車位檢測器，其特征在于:所述微控制器單元包括以下模塊， 地磁值修正模塊，用于根據每個方向的預設權值修正相應方向的地磁值，X，Y方向的預設權值低于Z軸方向的預設權值； 初步判斷模塊，用于根據修正后的地磁值進行車位檢測狀態判斷，包括首先判斷當前時刻Z軸的地磁值是否大于預設閾值A，是則進入判斷是否有車駛入的過程，否則進入判斷是否有車離開的過程； 車輛駛入判斷模塊，用于判斷是否有車駛入的過程，當同時滿足以下兩個條件時，判斷結果為有車駛入， 條件1，當Z軸的地磁值達到最大值前，X，Y軸的地磁值在某一時間段內呈現單一方向的增長或減小； 條件2，當Z軸的地磁值達到最大值時，Z軸的地磁值大于閾值且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O ; 車輛離開判斷模塊，用于判斷是否有車離開，Z軸的地磁值低于預設閾值A，并且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O時，即判斷為實際有車離開。
5.一種全埋地式車輛車位檢測方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟I，輸入地球磁場傳感器所得數據，包括X，Y, Z軸方向分別的地磁值； 步驟2，根據每個方向的預設權值修正相應方向的地磁值，X，Y方向的預設權值低于Z軸方向的預設權值；根據修正后的地磁值進行車位檢測狀態判斷，包括首先判斷當前時刻Z軸的地磁值是否大于預設閾值A，是則進入判斷是否有車駛入的過程，否則進入判斷是否有車尚開的過程， 判斷是否有車駛入的過程實現為，當同時滿足以下兩個條件時，判斷結果為有車駛入，條件1，當Z軸的地磁值達到最大值前，X，Y軸的地磁值在某一時間段內呈現單一方向的增長或減小； 條件2，當Z軸的地磁值達到最大值時，Z軸的地磁值大于閾值且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O ; 判斷是否有車離開的過程實現為，Z軸的地磁值低于預設閾值A，并且X，Y軸的地磁值的變化量的增量趨于O時，即判斷為實際有車離開； 步驟3，上報車位檢測狀態，包括步驟2所得是否有車輛靠近或離開的判斷結果。
【文檔編號】G08G1/14GK103824460SQ201410093152
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】徐寶衛, 金典, 黎璐 申請人:武漢恒達智慧城市交通研發有限公司