一种埋入式道路车辆类型识别系统技术方案

本实用新型专利技术涉及道路工程领域，特别是涉及一种埋入式道路车辆类型识别系统。本实用新型专利技术提供一种埋入式道路车辆类型识别系统，包括路面结构本体，所述路面结构本体中设有振动传感光纤，所述振动传感光纤包括一个或多个振动传感光纤传感段，各振动传感光纤传感段之间通过振动传感光纤过渡段连接，还包括振动光纤分析装置，所述振动光纤分析装置与振动传感光纤通过光纤引出线相连接。本实用新型专利技术通过DOVS（分布式光纤振动感知系统）针对车型识别技术的需要，提供了一种新型的、准确的、可大范围识别的基于振动感知的道路车辆类型识别方法、装置及其系统。

An embedded road vehicle type identification system

The utility model relates to the field of road engineering, in particular to a buried road vehicle type recognition system. The utility model provides an embedded road vehicle type identification system, including a pavement structure body. The pavement structure is equipped with a vibration sensing fiber, and the vibration sensing fiber includes one or more vibration sensing optical fiber sensing segments, and each of the vibration sensing optical fiber sensing segments is connected by a vibration sensing optical fiber transition section. The vibration optical fiber analysis device is connected with the vibration sensing optical fiber through the optical fiber lead out line. The utility model provides a new, accurate, wide range recognition method, device and system of road vehicle type recognition based on vibration perception through DOVS (distributed optical fiber vibration sensing system) for the needs of vehicle recognition technology.

【技术实现步骤摘要】
一种埋入式道路车辆类型识别系统
本技术涉及道路工程领域，特别是涉及一种埋入式道路车辆类型识别系统。
技术介绍
道路行驶车辆的自动检测和识别是智能交通系统中重要组成部分。在交通规划阶段，对调查交通流进行车型识别可为交通统计提供更可靠的依据，也有利于制定更科学合理的交通规划；在道路交通监测与控制领域，收费站、停车场等方面也对车型识别有着大量的应用需求；此外车型识别还可为交通事件的处理、车辆的跟踪提供证据与帮助。为构建一个高效、便捷的车辆识别系统，必须保证较高的识别精度、耐久性以及安装的便捷性。目前针对自动化车型识别技术，主要集中在三类方法：基于图像的识别，基于声音特征的识别和基于埋入式传感器的识别。图像识别采用普通摄像头或红外摄像头对车辆轮廓进行采集和识别，能够较为准确地判定车辆类型，但在夜间和低可视度的条件下效果不佳；声音特征的识别采用麦克风等设备进行数据采集和识别，但其受环境噪声影响较大，无法适用于多车道、大流量状况下的车型识别；基于埋入式传感器的方法是目前主流的车型识别方法，包括地感线圈、压电传感器、地磁传感器以及加速度传感器，此类传感器中，地感线圈较为廉价，但是识别精度有限，另几种传感器则存在组网不便、寿命有限以及价格昂贵等缺陷，可靠性不佳。因此，为便于实时交通管理与控制，需要一种可靠性更高、组网更便捷的道路车辆类型识别系统和方法。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种埋入式道路车辆类型识别系统和方法，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本技术第一方面提供一种埋入式道路车辆类型识别系统，包括路面结构本体，所述路面结构本体中设有振动传感光纤，所述振动传感光纤包括一个或多个振动传感光纤传感段，各振动传感光纤传感段之间通过振动传感光纤过渡段连接，还包括振动光纤分析装置，所述振动光纤分析装置与振动传感光纤通过光纤引出线相连接。在本技术一些实施方式中，所述振动传感光纤为单模光纤。在本技术一些实施方式中，所述振动传感光纤为金属铠装光纤。在本技术一些实施方式中，所述振动传感光纤的直径为2～5mm。在本技术一些实施方式中，所述振动传感光纤的长期允许拉伸力≥600N，短期允许拉伸力≥1500N。在本技术一些实施方式中，所述振动传感光纤的衰减≤0.2db/Km。在本技术一些实施方式中，所述振动传感光纤包括多个振动传感光纤传感段，各振动传感光纤传感段之间的间距≥0.2m且≤0.5m。在本技术一些实施方式中，所述振动传感光纤传感段为螺旋形，螺旋形的长轴竖直分布，振动传感光纤传感段长轴方向的高度为5～20mm，振动传感光纤传感段的直径为250-350mm，每个振动传感光纤传感段中光纤的长度≥4m且≤6m。在本技术一些实施方式中，所述路面结构本体中设有多排振动传感光纤传感段。在本技术一些实施方式中，所述振动传感光纤传感段在车道宽度方向均匀分布，覆盖率为2～3个/米。在本技术一些实施方式中，所述路面结构本体中按车道的长度方向布设有2～3排振动传感光纤传感段，各排振动传感光纤传感段之间的间距为3～10m。在本技术一些实施方式中，所述路面结构本体为水泥混凝土铺面、沥青混凝土铺面或复合型铺面结构中的一种或多种的组合；在本技术一些实施方式中，所述路面结构本体中设有多排振动传感光纤传感段，至少部分的振动传感光纤传感段依次串联。本技术第二方面提供一种道路车辆类型识别方法，使用所述的埋入式道路车辆类型识别系统埋入式道路车辆类型识别系统，包括如下步骤：1)采用所述的埋入式车型识别系统，通过振动光纤分析装置采集车辆经过时的路面结构振动数据；2)对各振动数据组进行特征提取；3)依据上述车辆的特征信息，对行驶车辆进行分类。在本技术一些实施方式中，所述步骤2)中，所述特征选自行驶车辆的移动速率、轴型、轮型、轴距及振动频谱分布特征中的一种或多种的组合。在本技术一些实施方式中，所述步骤3)中，用于对行驶车辆进行分类的特征信息为轴型和/或振动频谱分布特性。在本技术一些实施方式中，所述步骤2)中，对各振动数据组进行特征提取的方法具体包括如下步骤：a)将同一横断面内测点所观测的原始振动数据编入同一振动数据组，并进行经验模态分解(EMD)，获得多个经EMD处理后的振动分量；b)叠加特定阶数的振动分量，获得叠加后的振动曲线fr(t)(x轴为时间，y轴为振动强度)：其中IMFi为EMD处理后第i阶的振动分量，n和m为特定阶数的最低阶数和最高阶数。c)计算单位时间(τ)内振动数据的平方和作为该段时间内的短时能量，依此得到振动短时能量的时程曲线E(T)(x轴为时间，y轴为振动短时能量)：其中单位时间τ即为短时能量分析时间帧长度，初始值可以设置为0.5s；d)设定车辆振动能量判定阈值，用于判定车辆是否经过的短时能量时程曲线中满足该阈值要求的部分视为因行驶车辆激励产生的振动时段[T1,T2]。随后从叠加的振动曲线fr(t)截取出该时段内的振动曲线fr’(t)；e)根据车辆在相邻测量断面激励起振的时间差，求得该车辆移动速率为：其中，L为相邻断面的间距；Δt为时间差；f)依据行驶车辆的最小轴距(即下面公示中的S)，计算确定用于轴型特征识别的短时能量分析时间帧长度为：其中，v表示车辆移动速率；S为联轴轴距，通常取1m；g)对截取的振动曲线fr’(t)进行归一化处理，得到归一化后的振动曲线fn(t)：依据用于轴型特征识别的短时能量分析时间帧长度，计算归一化后的振动曲线fn(t)的短时能量时程曲线E’(T)。设定轴型识别阈值并确定满足阈值要求的曲线波峰数量，依据波峰数量判断行驶车辆轴型，再依据波峰间的距离确定轴距；h)参照步骤a)-g)，计算车辆前后轴经过同一测量断面时各振动传感光纤传感段内的截取后的短时能量分布曲线，在单个测量断面内，将振动传感光纤传感段依据车辆行驶方向从左往右进行排序，并依此定义振动光纤传感段的序数，分别计算不同轴经过时的最大短时能量值，记为E(i,j)，其中i为车轴的序数，j为振动光纤传感段的序数；i)以前轴为基准，计算每个振动光纤传感段内车辆后轴与前轴最大短时能量值的比值，记为Er(i)，其中i＝1,2,3……n，n为单个测量断面上传感段的数量，计算Er(i)的标准差以衡量前后轴在同一断面内引起的振动差异，设定轮型判定阈值，标准差超过该阈值，则说明该轴型为双轮组，反之则为单轮组；j)采用时频分析手段获得截取的振动曲线fr’(t)的频谱分布，获得信号的幅频特性在时间上的分布特性S(f,t)(x轴为时间，y轴为频率，z轴为振动幅值)，对幅频分布数据在时间方向(x轴)上进行叠加，叠加结果作为车辆振动响应的幅频曲线S(f)(x轴为频率，y轴为振动幅值)；k)截取对车辆振动响应敏感的频段为特征频段，计算该频段内的加权频率fw以表征车辆振动响应的频谱分布特征，计算方法为：其中，fh和fl分别为特征频段的上下截止频率。在本技术一些实施方式中，所述道路车辆类型识别方法中，还对行驶车辆进行车型识别先验参数训练；在本技术一些实施方式中，所述道路车辆类型识别方法中，还对行驶车辆进行车型识别概率判别。在本技术一些实施方式中，对行驶车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种埋入式道路车辆类型识别系统，其特征在于，包括路面结构本体，所述路面结构本体中设有振动传感光纤(1)，所述振动传感光纤包括一个或多个振动传感光纤传感段(11)，各振动传感光纤传感段(11)之间通过振动传感光纤过渡段(12)连接，还包括振动光纤分析装置(2)，所述振动光纤分析装置(2)与振动传感光纤(1)通过光纤引出线(3)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种埋入式道路车辆类型识别系统，其特征在于，包括路面结构本体，所述路面结构本体中设有振动传感光纤(1)，所述振动传感光纤包括一个或多个振动传感光纤传感段(11)，各振动传感光纤传感段(11)之间通过振动传感光纤过渡段(12)连接，还包括振动光纤分析装置(2)，所述振动光纤分析装置(2)与振动传感光纤(1)通过光纤引出线(3)相连接。2.如权利要求1所述的埋入式道路车辆类型识别系统，其特征在于，所述振动传感光纤(1)为单模光纤，所述振动传感光纤(1)为金属铠装光纤。3.如权利要求1所述的埋入式道路车辆类型识别系统，其特征在于，所述振动传感光纤(1)的直径为2～5mm，所述振动传感光纤(1)的长期允许拉伸力≥600N，短期允许拉伸力≥1500N，所述振动传感光纤(1)的衰减≤0.2db/Km。4.如权利要求1所述的埋入式道路车辆类型识别系统，其特征在于，所述振动传感光纤(1)包括多个振动传感光纤传感段(11)，各振动传感光纤传感段(11)之间的间距≥0.2m且≤0.5m。5.如权利要求1所述的埋入式道路车辆类型识别系统，其特征在于，所述振动传感光纤传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鸿铎，吴荻非，曾孟源，钟盛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海,31