基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统及方法，所述方法包括：S1、采用磁传感器采集道路上的磁信号，对磁信号进行滤波后提取磁信号特征B(k)；S2、采用超声波传感器采集道路上的超声波信号，对超声波信号进行滤波后提取超声波特征L(k)；S3、将磁信号特征与超声波特征进行关联和同步，采用数据融合的方法对车辆进行检测。本发明专利技术通过磁传感检测技术与超声波检测技术，设计磁信号和超声波距离信号的数据融合算法，提取和分析车辆检测特征，设计应用于复杂道路场景下的车辆检测，能够有效的排除相邻车道的干扰，能解决低成本、无干扰的情况下进行车辆检测与分类问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能交通
，特别是涉及一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统及方法。
技术介绍
当前，社会经济不断发展，城市人口越来越多，交通拥堵问题日益严重，已经成为制约社会经济发展、影响居民生活和造成空气污染的重要因素。中国交通部发表的数据显示，交通拥堵带来每年国内生产总值损失5-8％，达2500亿元人民币。信息技术的发展为交通拥堵问题的解决提供了有效的技术手段，是实现智能交通系统的基础，充分有效利用信息技术解决智能交通中遇到的问题，是当前需要迫切解决的问题。实现智能交通系统，首先要获得交通流量信息与交通车辆类型信息。传统上，目前使用的交通车辆检测方法主要包括环形线圈法、微波雷达检测方法、视频图像检测方法、红外检测方法、超声波检测方法、气动导管检测方法和压电传感器检测方法等。这些检测方法安装和维护的成本巨大，需要破坏交通道路，阻断正常交通，并且设备故障率较高，设备检测准确率易受恶劣天气影响，其作用发挥受到了限制。因此，迫切需要提出低成本、无干扰的车辆检测方法。当前国内外学者对车流量检测方法提出了基于无线传感器网络的新技术，采用磁传感器检测方法，通过检测磁信号的变化情况，对车流量进行统计与分析。目前学者大多采用单一传感模式的来进行车辆检测。由于磁传感器安装的位置不同，导致磁信号的衰减程度不同，给车辆检测带来巨大的挑战。例如磁传感器安装在道路中央，车辆检测准确率高，但是部署磁传感器仍然会对正常交通秩序造成干扰。相对应的磁传感器安装在道路周边，由于检测位置与待测车辆距离较远，导致检测点磁信号偏小，因此不同学者采用了的不同方法来提高车辆检测准确率。然而，磁场强度会随着距离衰减，而大车的磁化强度比小车磁化强度高，导致位于较远车道上大车磁信号与待检测车道上小车信号在幅值变化程度上相似，容易造成待检测车道车辆误判。基于单一的传感模式，对消除相邻车道干扰问题上，需要设计更高复杂度的算法或者更为复杂的系统部署，造成额外的成本开销和存储空间开销，不能彻底解决相邻车道干扰问题。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统及方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统及方法。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统，所述系统包括：磁传感器，用于采集道路上的磁信号；超声波传感器，用于采集道路上的超声波信号；通信模块，与磁传感器和超声波传感器相连，用于传输磁信号和超声波信号；微处理器，用于接收磁信号和超声波信号并进行融合处理；电源模块，用于为车辆检测系统供电。作为本专利技术的进一步改进，所述系统还包括：协调器，与通信模块和微处理器相连，用于接收磁信号和超声波信号，并通过串口将磁信号和超声波信号发送至微处理器。作为本专利技术的进一步改进，所述通信模块为蓝牙模块。作为本专利技术的进一步改进，所述超声波传感器的安装高度高于磁传感器的安装高度。相应地，一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测方法，所述方法包括：S1、采用磁传感器采集道路上的磁信号，对磁信号进行滤波后提取磁信号特征B(k)；S2、采用超声波传感器采集道路上的超声波信号，对超声波信号进行滤波后提取超声波特征L(k)；S3、将磁信号特征与超声波特征进行关联和同步，采用数据融合的方法对车辆进行检测。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S1具体为：采用磁传感器采集道路上的磁信号，该磁信号为三轴合成后的磁信号G3表示三轴合成后的信号，Gx、Gy、Gz分别表示不同方向的磁信号分量；对磁信号进行滤波后计算磁信号方差S(k)：其中，S(k)是方差，G3(k)是三轴合成后的磁信号，N是选定的时间窗，fM是磁传感器的频率，α表示时间窗与磁传感器频率的关系；提取磁信号特征B(k)，B(k)是磁信号特征，S(k)是方差。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2具体为：采用超声波传感器采集道路上的超声波信号，对超声波信号进行滤波后计算超声波传感器与车辆之间的检测距离其中，v是声音的速度，t是发送和接收时间，l是检测距离；提取超声波特征L(k)，L(k)是超声波信号特征，lmin是较短的距离，lmax是较长的距离。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3中的“将磁信号特征与超声波特征进行关联和同步”具体为：将磁信号特征与超声波特征关联到同一车辆上，时间同步公式为：其中，tM、tU分别是磁传感器和超声波传感器的采样时间，NM是磁传感器的采样点，NU是超声波传感器的采样点，fM、fU分别是磁传感器和超声波传感器的采样频率。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3中“采用数据融合的方法对车辆进行检测”的公式为：其中，tL表示超声波的决策时间，tB1-tB2是磁传感器的决策时间间隔，L(k)超声波传感器的决策时间，τ表示时间间隔，B(k)是磁信号特征，L(k)是超声波信号特征。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中的车辆检测结果包括：其中，情况(1)代表磁传感器和超声波传感器检测到的车辆属于相邻车道；情况(2)表示非相邻车道大车；情况(3)表示相邻车道上行人或者非机动车干扰；情况(4)表示无车通过。本专利技术的有益效果是：通过磁传感检测技术与超声波检测技术，设计磁信号和超声波距离信号的数据融合算法，提取和分析车辆检测特征，设计应用于复杂道路场景下的车辆检测，能够有效的排除相邻车道的干扰，能解决低成本、无干扰的情况下进行车辆检测与分类问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术中记载的一些实施例，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他的附图。图1为本专利技术一具体实施方式中基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统的模块示意图；图2为本专利技术一具体实施方式中的车道示意图；图3为本专利技术一具体实施方式中基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测方法的原理图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开了一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统，其包括传感器节点及PC端，传感器节点包括磁传感器及超声波传感器及通信模块，PC端包括微处理器。参图1所示，本专利技术一具体实施方式中的车辆检测系统100，具体包括：磁传感器10，用于采集道路上的磁信号；超声波传感器20，用于采集道路上的超声波信号；通信模块30，与磁传感器10和超声波传感器20相连，用于传输磁信号和超声波信号；微处理器40，用于接收磁信号和超声波信号并进行融合处理；电源模块50，用于为车辆检测系统供电。磁传感器10采用HMC5883L，能够实现5毫高斯精度，检测范围在-8高斯到8高斯之间；超声波传感器20采用US100型号，能够实现0.3cm检测精度，检测范围在2c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统，其特征在于，所述系统包括：磁传感器，用于采集道路上的磁信号；超声波传感器，用于采集道路上的超声波信号；通信模块，与磁传感器和超声波传感器相连，用于传输磁信号和超声波信号；微处理器，用于接收磁信号和超声波信号并进行融合处理；电源模块，用于为车辆检测系统供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统，其特征在于，所述系统包括：磁传感器，用于采集道路上的磁信号；超声波传感器，用于采集道路上的超声波信号；通信模块，与磁传感器和超声波传感器相连，用于传输磁信号和超声波信号；微处理器，用于接收磁信号和超声波信号并进行融合处理；电源模块，用于为车辆检测系统供电。2.根据权利要求1所述的基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统，其特征在于，所述系统还包括：协调器，与通信模块和微处理器相连，用于接收磁信号和超声波信号，并通过串口将磁信号和超声波信号发送至微处理器。3.根据权利要求1所述的基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统，其特征在于，所述通信模块为蓝牙模块。4.根据权利要求1所述的基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统，其特征在于，所述超声波传感器的安装高度高于磁传感器的安装高度。5.一种基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测方法，其特征在于，所述方法包括：S1、采用磁传感器采集道路上的磁信号，对磁信号进行滤波后提取磁信号特征B(k)；S2、采用超声波传感器采集道路上的超声波信号，对超声波信号进行滤波后提取超声波特征L(k)；S3、将磁信号特征与超声波特征进行关联和同步，采用数据融合的方法对车辆进行检测。6.根据权利要求5所述的基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：采用磁传感器采集道路上的磁信号，该磁信号为三轴合成后的磁信号G3表示三轴合成后的信号，Gx、Gy、Gz分别表示不同方向的磁信号分量；对磁信号进行滤波后计算磁信号方差S(k)：N=αfM,0<α<0.5average=12N+1Σj=02NG3(k-N+j)S(k)=12N+1Σi=02N(G3(k-N+i)-average)2,]]>其中，S(k)是方差，G3(k)是三轴合成后的磁信号，N是选定的时间窗，f...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建颖，徐斌，江建洪，徐浩，俄文娟，陈蓉，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32