基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测系统及方法，系统包括地磁数据采集系统、前端路口抓拍系统和后台管理系统。地磁数据采集系统，包括单片机、传感器、第一Zigbee无线通信收发模块和电源，前端路口抓拍系统包括交通摄像头、第二Zigbee无线通信收发模块、网络交换机和工控机，后台管理系统包括暂存器、数据接收子系统、预处理子系统、模式识别子系统、车辆位置信息数据库和违章车辆路口照片数据库。本发明专利技术通过三轴地磁传感器采集磁场数据,判断车辆在车道的大致位置，进而判断车辆是否违章，且数据处理量小，准确性好，可操作性强，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测系统及方法
本专利技术涉及车辆违章检测
，尤其是一种基于三轴地磁传感器的车辆违章监测系统及方法。
技术介绍
随着城市道路拥堵情况日益严重，存在部分驾驶员不遵守道路交通规则，往往容易导致交通事故发生。希望寻找一种新的车辆信息检测技术，来减少交通事故的发生。目前国内对交通信息的检测主要是利用环形感应线圈检测器来进行的，首先由于其在安装时需要对路面切割，切缝面积较大，对路面损伤较大，其次环形感应线圈只能检测停在线圈上的车辆，而且每个车道前面都要埋设一个，检测范围小且浪费物力资源。目前已知的地磁传感器检测原理是，当一个铁磁行物体，如汽车，置身于磁场中，它会使磁场扰动，此时，放置于其附近的地磁传感器能检测出磁场强度的变化，从而对车辆的位置进行判断。地磁传感器是一种能动态检测地磁场变化的感应设备，因为体积较小，在安装时只需要在地面打一个直径50mm，高100mm的孔，对路面损坏较小，其次由于地磁传感器可以同时检测两个车道，范围较广，而且只需要埋设一个，能较好的弥补感应线圈的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述不足。提供了一种新的检测车辆违章的方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测系统，所述系统包括地磁数据采集系统、前端路口抓拍系统和后台管理系统；所述地磁数据采集系统包括三轴地磁传感器、单片机、第一Zigbee无线通信收发模块和电源；所述三轴地磁传感器、第一Zigbee无线通信收发模块和电源分别通过连接单片机控制；所述前端路口抓拍系统包括路口设备箱以及交通摄像头，所述路口设备箱第二Zigbee无线通信收发模块、工控机和网络交换机；所述交通摄像头与工控机互通，所述工控机连接网络交换机，所述第二Zigbee无线通信收发模块分别连接工控机，所述第一Zigbee无线通信收发模块和第二Zigbee无线通信收发模块无线通讯；所述后台管理系统包括暂存器、数据接收子系统、预处理子系统、模式识别子系统、违章车辆位置信息数据库和违章车辆路口照片数据库；所述暂存器连接网络交换机，接收地磁数据采集系统采集的磁场数据和交通摄像头采集的车辆照片；所述暂存器将违章车辆照片发送至违章车辆路口照片数据库，将磁场数据发送至数据接收子系统，所述数据接收子系统依次连接预处理子系统以及模式识别子系统，所述模式识别子系统将处理好的违章信息发送至暂存器以及违章车辆位置信息数据库。上述的三轴地磁传感器为Honeywell公司的HMC5883L传感器，单片机为MSP-EXP430G2553，第一Zigbee无线通信收发模块和第二Zigbee无线通信收发模为TI公司的CC2430，电源为3.6V电池。一种基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测方法，利用上述的系统，其步骤如下：步骤1：将地磁数据采集系统安装在十字路口一方的警戒线和白实线的交叉处，采集车辆停靠在不同位置时地磁传感器的x、y、z三轴的磁场数据，并计算磁场的变化量，再通过第一Zigbee无线通信收发模块发送至前端路口抓拍系统；步骤2：第二Zigbee无线通信收发模块接收第一Zigbee无线通信收发模块传输的磁场数据，并给工控机发送信号，使工控机控制交通摄像头进行抓拍；步骤3：交通摄像头将抓拍的车辆照片传回网络交换机；步骤4：网络交换机通过光纤线路将磁场数据和车辆照片传送至后台管理系统；步骤5：网络交换机通过光纤线路传输磁场数据和车辆照片至暂存器；步骤6：数据接收子系统接收暂存器传输的磁场数据；步骤7：预处理子系统将磁场数据进行处理；步骤8：模式识别子系统把预处理之后的磁场数据进行训练分类，输出分类结果，即车辆位置信息；步骤9：根据步骤8输出的车辆位置信息，判断车辆是否违章；对于违章车辆，模式识别子系统将输出分类结果即车辆位置信息保存至车辆位置信息数据库，暂存器把违章车辆照片保存至违章车辆路口照片数据库；对于不违章的车辆，则车辆信息和车辆照片都不保存。按照HMC5883L传感器规格书，对三轴地磁传感器进行设置：将配置寄存器A地址设置为0x18，配置寄存器B地址设置为0x40，模式寄存器地址设置为0x00。上述预处理子系统包括小波去噪和One-Hot编码。上述小波去噪选用强制去噪处理方法，其步骤如下：6.1：用多贝西极限相位小波滤波器db6对原始数据进行3层分解，并提取系数；6.2：将分解结构中的高频系数置0，采用小波重构函数waverec对信号重构。上述模式识别子系统中，其输入是三轴地磁传感器的磁场数据，输出是8种状态，这8种状态分别为：（1）直行车道无违章车辆；（2）转弯车道无违章车辆；（3）直行车道和转弯车道无违章车辆；（4）直行车道的车辆越过警戒线-违章；（5）转弯车道的车辆越过警戒线-违章；（6）直行车道和转弯车道的车辆同时越过警戒线-违章；（7）直行车道的车辆压白实线-违章；（8）转弯车道的车辆压白实线-违章。上述模式识别子系统中，车辆位置识别的具体步骤如下：step1：输入三轴地磁传感器的磁场数值作为训练样本；将采集到的地磁传感器x、y、z三轴的磁场数据输入到前馈BP神经网络的训练样本矩阵；step2：前馈BP神经网络初始化；对神经网络的隐藏层节点设置为30，对磁场数据样本的训练集、测试集和验证集的比例设置为8:1:1；step3：训练前馈BP神经网络；通过训练，建立可识别判断的神经网络模型；step4：对采集的各种磁场数据进行测试识别；对车辆位置的测试样本进行判断分析，识别出磁场数据对应的车辆位置。本专利技术有益效果是：本专利技术通过三轴地磁传感器采集磁场数据,判断车辆在车道的大致位置，进而判断车辆是否违章，且数据处理量小，准确性好，可操作性强，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术的系统框图；图2为本专利技术的地磁数据采集系统安装位置以及检测方案示意图；图3位本专利技术的后台管理系统流程图；图4位本专利技术提供的基于BP神经网络算法的车辆位置信息识别流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，一种基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测系统，所述系统包括地磁数据采集系统、前端路口抓拍系统和后台管理系统；所述地磁数据采集系统包括三轴地磁传感器、单片机、第一Zigbee无线通信收发模块和电源；所述三轴地磁传感器、第一Zigbee无线通信收发模块和电源分别通过连接单片机控制；所述前端路口抓拍系统包括路口设备箱以及交通摄像头，所述路口设备箱第二Zigbee无线通信收发模块、工控机和网络交换机；所述交通摄像头与工控机互通，所述工控机连接网络交换机，所述第二Zigbee无线通信收发模块分别连接工控机，所述第一Zigbee无线通信收发模块和第二Zigbee无线通信收发模块无线通讯；所述后台管理系统包括暂存器、数据接收子系统、预处理子系统、模式识别子系统、违章车辆位置信息数据库和违章车辆路口照片数据库；所述暂存器连接网络交换机，接收地磁数据采集系统采集的磁场数据和交通摄像头采集的车辆照片；所述暂存器将违章车辆照片发送至违章车辆路口照片数据库，将磁场数据发送至数据接收子系统，所述数据接收子系统依次连接预处理子系统以及模式识别子系统，所述模式识别子系统将处理好的违章信息发送至暂存器以及违章车辆位置信息数据库。上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测系统，其特征在于，所述系统包括地磁数据采集系统、前端路口抓拍系统和后台管理系统；所述地磁数据采集系统包括三轴地磁传感器、单片机、第一Zigbee无线通信收发模块和电源；所述三轴地磁传感器、第一Zigbee无线通信收发模块和电源分别通过连接单片机控制；所述前端路口抓拍系统包括路口设备箱以及交通摄像头，所述路口设备箱第二Zigbee无线通信收发模块、工控机和网络交换机；所述交通摄像头与工控机互通，所述工控机连接网络交换机，所述第二Zigbee无线通信收发模块分别连接工控机，所述第一Zigbee无线通信收发模块和第二Zigbee无线通信收发模块无线通讯；所述后台管理系统包括暂存器、数据接收子系统、预处理子系统、模式识别子系统、违章车辆位置信息数据库和违章车辆路口照片数据库；所述暂存器连接网络交换机，接收地磁数据采集系统采集的磁场数据和交通摄像头采集的车辆照片；所述暂存器将违章车辆照片发送至违章车辆路口照片数据库，将磁场数据发送至数据接收子系统，所述数据接收子系统依次连接预处理子系统以及模式识别子系统，所述模式识别子系统将处理好的违章信息发送至暂存器以及违章车辆位置信息数据库。...

【技术特征摘要】
1.一种基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测系统，其特征在于，所述系统包括地磁数据采集系统、前端路口抓拍系统和后台管理系统；所述地磁数据采集系统包括三轴地磁传感器、单片机、第一Zigbee无线通信收发模块和电源；所述三轴地磁传感器、第一Zigbee无线通信收发模块和电源分别通过连接单片机控制；所述前端路口抓拍系统包括路口设备箱以及交通摄像头，所述路口设备箱第二Zigbee无线通信收发模块、工控机和网络交换机；所述交通摄像头与工控机互通，所述工控机连接网络交换机，所述第二Zigbee无线通信收发模块分别连接工控机，所述第一Zigbee无线通信收发模块和第二Zigbee无线通信收发模块无线通讯；所述后台管理系统包括暂存器、数据接收子系统、预处理子系统、模式识别子系统、违章车辆位置信息数据库和违章车辆路口照片数据库；所述暂存器连接网络交换机，接收地磁数据采集系统采集的磁场数据和交通摄像头采集的车辆照片；所述暂存器将违章车辆照片发送至违章车辆路口照片数据库，将磁场数据发送至数据接收子系统，所述数据接收子系统依次连接预处理子系统以及模式识别子系统，所述模式识别子系统将处理好的违章信息发送至暂存器以及违章车辆位置信息数据库。2.根据权利要求书1所述的一种基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测系统，其特征在于：所述的三轴地磁传感器为Honeywell公司的HMC5883L传感器，单片机为MSP-EXP430G2553，第一Zigbee无线通信收发模块和第二Zigbee无线通信收发模为TI公司的CC2430，电源为3.6V电池。3.一种基于三轴地磁传感器的路口车辆违章监测方法，其特征在于利用权利要求1所述的系统，其步骤如下：步骤1：将地磁数据采集系统安装在十字路口一方的警戒线和白实线的交叉处，采集车辆停靠在不同位置时地磁传感器的x、y、z三轴的磁场数据，并计算磁场的变化量，再通过第一Zigbee无线通信收发模块发送至前端路口抓拍系统；步骤2：第二Zigbee无线通信收发模块接收第一Zigbee无线通信收发模块传输的磁场数据，并给工控机发送信号，使工控机控制交通摄像头进行抓拍；步骤3：交通摄像头将抓拍的车辆照片传回网络交换机；步骤4：网络交换机通过光纤线路将磁场数据和车辆照片传送至后台管理系统；步骤5：网络交换机通过光纤线路传输磁场数据和车辆照片至暂存器；步骤6：数据接收子系统接收暂存器传输的磁场数据；步骤7：预处理子系统将磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐本胜，汪宏涛，苗红霞，乔启慧，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32