基于磁阻传感器的低功耗车辆检测技术研究

摘要

交通信息采集是智能交通系统(ITS)的重要组成部分,实时准确的现场车辆信息是智能交通系统监控、决策、调度的基础。随着智能交通系统的广泛使用,传统车辆检测技术却难以满足不断增长的信息采集需求。磁阻车辆检测是利用磁阻传感器感知环境磁场变化来获取附近车辆信息,相比传统车辆检测技术,磁阻检测基于无线传感器网络技术,在成本、准确度、寿命、安装便捷性等方面具有巨大的优势,市场应用前景广泛。磁阻车辆检测技术正处在发展的阶段,技术成熟度较低,尤其是在道路车流检测中准确度和使用寿命尚难以满足需求。因此对磁阻车辆检测进行研究,可充分发挥车辆检测节点的高准确度和长寿命,有助于提高磁阻车辆检测的实用性,对智能交通系统的发展具有非常重要的意义。
　　本文首先阐述了磁阻车辆检测的研究意义和研究现状,介绍了磁阻车辆检测的基本原理。其次,本文设计实现了磁阻车辆检测节点的原型,完成硬件选型和电路设计,针对通信需求设计了有限竞争通信协议,采用时隙驱动的软件框架来提高代码执行效率。第三,在对车辆磁信号详细分析的基础上,提出了基于磁阻传感器的车辆检测算法并进行验证。通过分析选取合适的检测特征量,提出了基于多维特征量的单车道车流量检测算法,在不同车流情形下测试的总体检测准确率达到97.5％,针对慢速车和车流密集情形的检测准确率较相关文献算法最大可提高30%。提出了基于车辆方位识别和检测结果融合的多车道车流量检测算法,在所提出的多车道检测节点布设方案基础上,通过提取信号特征和线性判别分析将车辆按方位分类,结合车辆时间和方位信息进行匹配及融合,以获取多车道实际经过车辆数目；多车道检测验证中总体检测准确率达到99.6%,相比非融合的检测方法准确率提高13%-18%,解决了多车道下骑线车和邻道干扰的问题,并具有很强的扩展性。提出了基于信号轴间相位特性的单节点行车方向检测算法,通过计算两轴信号所构成闭合曲线的有向面积来检测行车方向,算法计算复杂度较低,经验证行车方向的检测准确率为98.7%,对低速及高速车辆均有良好的适应性。第四,对节点功耗进行了优化和评估,并提出一种双节点互补的低功耗检测方法,该方法基于动态采样间隔和唤醒互补检测策略,充分利用了现有磁阻检测系统双节点架构的特性,对无车空闲时的功耗节省幅度可超过90%,实验结果表明互补检测够满足一般精度交通参数采集的需求,在车流密集时总功耗节省幅度仍可超过50%。

目录

声明

致谢

1 绪论

1．1 智能交通与车辆检测技术

1．2 磁阻车辆检测的研究意义及现状

1．3 论文的研究内容与组织结构

1．4 本章小结

2 磁阻车辆检测技术

2．1 磁阻传感器

2．2 车辆检测原理

2．3 本章小结

3 磁阻车辆检测器设计与实现

3．1 系统框架

3．2 硬件设计

3．3 通信协议设计

3．4 软件设计

3．5 性能测试

3．6 本章小结

4 磁阻车辆检测算法研究与实现

4．1 基于多维特征量的单车道车流量检测

4．2 基于方位融合的多车道车流量检测

4．3 基于轴间相位的单节点行车方向检测

4．4 算法验证分析

4．5 本章小结

5 低功耗检测节点及互补检测方法研究

5．1 电源动态控制降耗法

5．2 节点功耗评估

5．3 双节点互补检测法

5．4 双节点互补检测验证

5．5 本章小结

6 总结与展望

参考文献

作者简历及在学习期间取得的科研成果