技术领域
[0001] 本
发明涉及交通信息采集技术领域，具体地，涉及一种协作式交通 量检测方法及交通量检测系统。
背景技术
[0002] 车流量检测，对于
交通规划、交通管制、诱导出行等具有重要作用。 智能道钉通过检测车辆通过地磁
传感器时对地
磁场的影响来检测车流 量，车流量检测包括检测单车道的车流量以及整个道路断面的车流量， 车流量检测的方法也包括嵌入式检测器和非嵌入式检测器，传统交通流 数据检测成本较高，需铺设供电线缆与通讯线路，且容易受到环境的影 响。
发明内容
[0003] 本发明的目的是为了解决
现有技术中存在的缺点，而提供了一种协 作式交通量检测方法及交通量检测系统。
[0004] 一种协作式交通量检测方法包括如下步骤：
[0005] 步骤一：在行车道路上设置用于检测车辆
位置的多个车辆检测点；
[0006] 步骤二：判断车道中每一行驶车辆与对应的所述车辆检测点的相对 位置，并结合所述行车道路的车道数量进行协作式综合判断，进而获得 所述行车道路的车流量。
[0007] 优选地，在步骤二中，行驶车辆相对于车辆检测点的相对位置可分 为如下情形：
[0008] 情景一：车辆从检测器左边经过，记为(1,0)；
[0009] 情景二：车辆从检测器右边经过，记为(0,1)；
[0010] 情景三：车辆从检测器上方通过，记为(1,1)；
[0011] 情景四：两车并行通过检测器，记为(0,1)(1,1)(1,0)；
[0012] 情景五：
车轮碾压检测器，记为(1,1)，与情景三相同；
[0013] 设定任意相邻的三个车辆检测点为SA、SB、SC，则相对于三个车辆 检测点SA、SB、SC的行驶车辆位置的判别结果分别为SA(AL,AR)、SB(BL,BR) 和SC(CL,CR)，且记a＝AL+AR，b＝BL+BR，c＝CL+CR，其中，AL、AR、BL、BR、CL和CR的取值分别为0或1：
[0014] 根据车道中行驶车辆与车辆检测点SA、SB、SC的相对位置获取对应 的判别结果，并计算a、b、c的数值，并进行如下判断：
[0015] 若a，b，c>0，则说明两个行驶车辆并行通过车辆检测点SB，将判 别结果校正为SA(0,1)，SB(1,1)，SC(1,0)；
[0016] 若c＝0；a，b≠0，则说明行驶车辆从车辆检测点SA，SB间通过，将 判别结果更正为SA(0,1)，SB(1,0)；
[0017] 若a＝0；b，c≠0，则说明行驶车辆从车辆检测点SB，SC间通过，将 判别结果更正为SB(0,1)，SC(1,0)；
[0018] 若a，c＝0；b≠0，则说明行驶车辆从车辆检测点SB上方经过或车轮 碾压车辆检测点SB，将判别结果更正为SB(1,1)。
[0019] 优选地，多个所述车辆检测点设于行车道路的同一断面，且每一所 述车辆检测点设于相邻两个行车道之间的车道标线上。
[0020] 优选地，每一所述车辆检测点装配有三轴地
磁传感器，以所述三轴 地磁传感器为坐标原点，建立x轴、y轴和z轴的三维
坐标系，车辆在 x轴和y轴所在平面内沿平行于x轴方向移动；
[0021] 则判断车道中每一行驶车辆与对应的所述车辆检测点的相对位置 包括如下步骤：
[0022] 步骤1.1：对所述三轴地磁传感器的检测数据进行数据滤波的预处 理，并对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口法提取单车波 形，从而确定是否有车辆经过；
[0023] 步骤1.2：如果有车辆经过，则利用提取的单车
波形中z轴和y轴 的波形特征来识别车辆相对于所述三轴地磁传感器的位置，进而获得行 驶车辆与对应的车辆检测点的相对位置。
[0024] 优选地，每一所述车辆检测点上设置有三轴地磁传感器，以所述三 轴地磁传感器为坐标原点，建立x轴、y轴和z轴的三维坐标系，车辆 在x轴和y轴所在平面内沿平行于x轴方向移动；
[0025] 优选地，在步骤1.1中，对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差 分双窗口法提取单车波形包括如下步骤：
[0026] a、设定初始化状态：对三轴地磁传感器检测的磁场检测数据Bx,y,z求差分得到差分值ΔBx,y,z，所述差分值ΔBx,y,z为相邻两个
采样点的磁场 强度之差，
[0027] 设定车辆到来判别窗口：如果差分值ΔBx,y,z连续超出判别
阈值范围 的区间超过所述车辆到来判别窗口的宽度，则判定车辆来到；
[0028] 设定车辆离去判别窗口：如果差分值ΔBx,y,z连续落入判别阈值范围 内的区间超过所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定车辆离开或没有车 辆；
[0029] 设定判别阈值范围：如果差分值ΔBx,y,z超出判别阈值范围，则说明 磁场被扰动；如果差分值ΔBx,y,z回落入判别阈值范围内，则说明磁场未 被扰动；
[0030] b、车辆到来判别：在初始化状态下，如果差分值ΔBx,y,z连续超出判 别阈值范围的区间超过车辆到来判别窗口的宽度，则判定为车辆到来， 然后进行车辆离去判别操作；
[0031] c、车辆离去判别；当判定为车辆到来时，如果差分值ΔBx,y,z连续落 入判别阈值范围内的区间超过所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定车 辆离开，完成一次车辆计数，并返回初始化状态。
[0032] 优选地，在车辆到来判别步骤中，如果差分值ΔBx,y,z连续超出判别 阈值范围的区间未超出车辆到来判别窗口的宽度，且出现差分值ΔBx,y,z回落到所述判别阈值范围内，则说明是误触发，状态值保持不变；
[0033] 在车辆离去判别的步骤中，如果差分值ΔBx,y,z连续落入判别阈值范 围内的区间小于所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定为波形穿越阈 值，不记为车辆离去，状态值保持不变。
[0034] 优选地，在步骤1.2中，根据提取的单车波形中z轴和y轴的波形 特征来识别对应的车辆位置包括如下步骤：
[0035] 如果所述单车波形中z轴与y轴的
波动幅值之比小于阈值，则判定 车辆从所述三轴地磁传感器的单侧经过；
[0036] 如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比大于阈值，则判断 所述单车波形中x轴和z轴的波峰和波谷数量之和是否大于阈值，如果 是，则判定两辆车并行通过所述三轴地磁传感器；如果否，则判定车辆 从所述三轴地磁传感器的上方经过或碾压所述三轴地磁传感器经过。
[0037] 一种交通量检测系统，包括
数据采集单元和与所述数据采集单元通 信连接的
数据处理单元，
[0038] 所述数据采集单元包括铺装于行车道路中同一断面内的多个智能 道钉，每一所述智能道钉用于检测检测行驶车辆的位置数据，从而构成 一个车辆检测点；
[0039] 所述数据采集单元接收每一所述智能道钉发送的行驶车辆的位置 数据，并采用如上任一所述协作式交通量检测方法获得所述行车道路的 车流量。
[0040] 优选地，所述智能道钉包括
微处理器、及分别与所述微处理器连接 的三轴地磁传感器、供电模
块、无线传输模块和闪光指示灯；
[0041] 所述供电模块用于为所述三轴地磁传感器、所述微处理器、所述无 线传输模块和所述闪光指示灯供电；
[0042] 所述三轴地磁传感器将三轴地磁数据输入到所述微处理器，所述微 处理器将接收到三轴地磁数据通过所述微处理器的输出端输入到所述 无线传输模块，所述无线传输模块将接收到的数据传输至所述数据处理 单元。
[0043] 本发明的有益效果是：
[0044] 自主研发的铺设于车道标线上的地磁道钉可准确检测多车道道路 的车流量。根据磁场理论设计了车辆检测
算法，可检测车辆从道钉左侧、 右侧、上方经过的情况，还可识别车辆并行通过的情况，排除了不相邻 车道车辆的影响，算法具有简洁高效的特点，样本需求量小，准确率可 达98％。
[0045] 而且，研究成果的优势在于：
[0046] 多数车流量检测方法研究的是车辆在车道内行驶的情况，而车辆越 线行驶的情况较为普遍，不可忽视，本研究利用多个道钉协作的方式检 测多车道车流量，解决了车辆越线行驶时的车流量统计问题，具有很高 的车流量检测准确度；
[0047] 将道钉安装于车道标线上，在保证准确检测车流量的同时起到了道 路线型标识的作用；
[0048] 智能道钉可利用普通道钉改装，易于实施及维护，协作式道钉检测 车流量在
智能交通系统有很好的应用前景。
附图说明
[0049] 为了更清楚地说明本发明
实施例中的技术方案，下面将对实施例描 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 仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：
[0050] 图1是车辆行驶位置情景的示意图；
[0051] 图2是协作式行驶车辆位置的校准检测结果示意图；
[0052] 图3是车辆与三轴地磁传感器的三维坐标系的示意图；
[0053] 图4是本发明中滤波前后的波形：图4(a)是滤波前的波形，图4(b)是滤波后的 波形；
[0054] 图5是本发明的波形提取过程图，图5(a)是待提取原始波形，图5(b)是差分 数据波形，图5(c)是提取结果；
[0055] 图6是车辆从图1所示三维坐标系中y轴正向一侧经过的磁场变化 示意图；
[0056] 图7是车辆从图1所示三维坐标系中y轴负向一侧经过的磁场变化 示意图；
[0057] 图8是两辆车并行通过三轴地磁传感器的磁场变化示意图；
[0058] 图9是车辆从三轴地磁传感器的上方经过或碾压三轴地磁传感器经 过的磁场变化示意图；
[0059] 图10为本发明实施例提供的协作式交通量检测系统中智能道钉在 道路上的安装示意图；
[0060] 图11为本发明实施例提供的协作式交通量检测系统中智能道钉的 结构
框图。
具体实施方式
[0061] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062] 一种协作式交通量检测方法包括如下步骤：
[0063] 步骤一：在行车道路上设置用于检测车辆位置的多个车辆检测点；
[0064] 步骤二：判断车道中每一行驶车辆与对应的所述车辆检测点的相对 位置，并结合所述行车道路的车道数量进行协作式综合判断，进而获得 所述行车道路的车流量。
[0065] 在本实施例中，多个所述车辆检测点设于行车道路的同一断面，且 每一所述车辆检测点设于相邻两个行车道之间的车道标线上。
[0066] 可选择地，在其他可替代实施例中，每一所述车辆检测点还可以设 于行车道内，本发明对此不做限定。
[0067] 而且，在步骤二中，如图1所示，行驶车辆相对于车辆检测点的相 对位置可分为如下情形：
[0068] 情景一：车辆从检测器左边经过，记为(1,0)，如图1(1)；
[0069] 情景二：车辆从检测器右边经过，记为(0,1)，如图1(2)；
[0070] 情景三：车辆从检测器上方通过，记为(1,1)，如图1(3)；
[0071] 情景四：两车并行通过检测器，记为(0,1)(1,1)(1,0)，如图1 (4)；
[0072] 情景五：车轮碾压检测器，记为(1,1)，与情景三相同，如图1(5)；
[0073] 如图2所示，设定任意相邻的三个车辆检测点为SA、SB、SC，则相 对于三个车辆检测点SA、SB、SC的行驶车辆位置的判别结果分别为 SA(AL,AR)、SB(BL,BR)和SC(CL,CR)，且记a＝AL+AR，b＝BL+BR，c＝CL+CR，其中， AL、AR、BL、BR、CL和CR的取值分别为0或1：
[0074] 根据车道中行驶车辆与车辆检测点SA、SB、SC的相对位置获取对应 的判别结果，并计算a、b、c的数值，并进行如下判断：
[0075] 若a，b，c>0，则说明两个行驶车辆并行通过车辆检测点SB，将判 别结果校正为SA(0,1)，SB(1,1)，SC(1,0)；
[0076] 若c＝0；a，b≠0，则说明行驶车辆从车辆检测点SA，SB间通过，将 判别结果更正为SA(0,1)，SB(1,0)；
[0077] 若a＝0；b，c≠0，则说明行驶车辆从车辆检测点SB，SC间通过，将 判别结果更正为SB(0,1)，SC(1,0)；
[0078] 若a，c＝0；b≠0，则说明行驶车辆从车辆检测点SB上方经过或车轮 碾压车辆检测点SB，将判别结果更正为SB(1,1)。
[0079] 需要说明的是，在本实施例中，每一所述车辆检测点装配有三轴地 磁传感器，利用三轴地磁传感器来检测行驶车辆与所述三轴地磁传感器 之间的相对位置关系。
[0080] 可选择地，不限于本实施例，在其他可替代实施例中，每一所述车 辆检测点还可以通过摄像头和
图像处理技术相结合来获取行车道路上 行驶车辆的位置信息来获取行驶车辆与所述三轴地磁传感器之间的相 对位置，或者采用其他任意合适的检测方法来获取行驶车辆与所述三轴 地磁传感器之间的相对位置，本发明对此不做限定。
[0081] 接下来，将对利用三轴地磁传感器来检测行驶车辆与所述三轴地磁 传感器之间的相对位置关系的检测过程进行详细说明。
[0082] 具体地，如图3所示，以三轴地磁传感器为检测
节点，则以三轴地 磁传感器为坐标原点，建立x轴、y轴和z轴的三维坐标系，车辆在x 轴和y轴所在平面内沿平行于x轴方向移动，车辆的移动方向垂直于y 轴方向。
[0083] 需要说明的是，所示三轴地磁传感器可以装设于车道标线上，也可 以装设于车道内，本发明对此不做限定。
[0084] 而且，所述三轴地磁传感器可以单独使用，也可以集成于道钉等道 路设施内使用，本发明对此不做限定。
[0085] 基于图3所示，则利用三轴地磁传感器来检测行驶车辆与所述三轴 地磁传感器之间的相对位置关系的检测过程包括如下步骤：
[0086] 步骤1.1：对三轴地磁传感器的检测数据进行数据滤波的预处理， 并对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口法提取单车波形， 从而确定是否有车辆经过；
[0087] 步骤1.2：如果有车辆经过，则利用提取的单车波形中z轴和y轴 的波形特征来识别车辆相对于所述三轴地磁传感器的位置。
[0088] 具体地，在步骤1.1中，对接收到的三轴地磁数据进行数据的预处 理包括：由阈值法筛选异常数据，并以前一数据点和后一数据点的均值 代替该异常值，然后可采用滑动平均滤波的方法使磁场数据波形尽可能 地平滑。如图4(a)和图4(b)分别为滤波前和滤波后的波形示意图。
[0089] 在步骤1.1中，对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口 法提取单车波形的操作避免了基准值的使用，使检测
精度提升，如图 5(a)、图5(b)和图5(c)是差分过程示意图。
[0090] 具体地，对滤波处理后的三轴地磁检测数据利用差分双窗口法提取 单车波形包括如下步骤：
[0091] a、设定初始化状态：对三轴地磁传感器检测的磁场检测数据Bx,y,z求差分得到差分值ΔBx,y,z，所述差分值ΔBx,y,z为相邻两个采样点的磁场 强度之差，
[0092] 设定车辆到来判别窗口：如果差分值ΔBx,y,z连续超出判别阈值范围 的区间超过所述车辆到来判别窗口的宽度，则判定车辆来到；
[0093] 设定车辆离去判别窗口：如果差分值ΔBx,y,z连续落入判别阈值范围 内的区间超过所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定车辆离开或没有车 辆；
[0094] 设定判别阈值范围：如果差分值ΔBx,y,z超出判别阈值范围，则说明 磁场被扰动；如果差分值ΔBx,y,z回落入判别阈值范围内，则说明磁场未 被扰动；
[0095] b、车辆到来判别：在初始化状态下，如果差分值ΔBx,y,z连续超出判 别阈值范围的区间超过车辆到来判别窗口的宽度，则判定为车辆到来， 然后进行车辆离去判别操作；
[0096] c、车辆离去判别；当判定为车辆到来时，如果差分值ΔBx,y,z连续落 入判别阈值范围内的区间超过所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定车 辆离开，完成一次车辆计数，并返回初始化状态。
[0097] 此外，如果差分值ΔBx,y,z连续超出判别阈值范围的区间未超出车辆 到来判别窗口的宽度，且出现差分值ΔBx,y,z回落到所述判别阈值范围内， 则说明是误触发，状态值保持不变；
[0098] 在车辆离去判别的步骤中，如果差分值ΔBx,y,z连续落入判别阈值范 围内的区间小于所述车辆离去判别窗口的宽度，则判定为波形穿越阈 值，不记为车辆离去，状态值保持不变。
[0099] 而且，在步骤1.2中，根据提取的单车波形中z轴和y轴的波形特 征来识别对应的车辆位置包括如下步骤：
[0100] 如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈值，则判定 车辆从所述三轴地磁传感器的单侧经过；
[0101] 如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比大于阈值，则判断 所述单车波形中x轴和z轴的波峰和波谷数量之和是否大于阈值，如果 是，则判定两辆车并行通过所述三轴地磁传感器；如果否，则判定车辆 从所述三轴地磁传感器的上方经过或碾压所述三轴地磁传感器经过。
[0102] 具体地，在如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈 值，则判定车辆从所述三轴地磁传感器的单侧经过的步骤中，如果车辆 从所述三轴地磁传感器的单侧经过，y轴的
地磁场波动幅度会大于z轴 的地磁场波动幅度；如此，在车辆位置识别判定过程中，如果所述单车 波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈值，则判定车辆从所述三轴地 磁传感器的单侧经过；
[0103] 实际上，如果单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比小于阈值，还 可以通过判断单车波形中波峰和波谷出现的时间来进一步地判定车辆 从所述三轴地磁传感器的左边还是右边通过：
[0104] 以图3为例，如图6所示，如果车辆从所述三轴地磁传感器的左侧 (即y轴正向一侧)经过，则y轴磁场主要在正轴变化，即y轴先出现 波峰；如图7所示，如果车辆从所述三轴地磁传感器的右侧(即y轴负 向一侧)经过，则y轴磁场主要在负轴变化，则y轴先出现波谷。
[0105] 在实际测量过程中，通过判断单车波形中波峰和波谷出现的时间来 进一步地判定行驶车辆从所述三轴地磁传感器的左边还是右边通过的 过程如下：
[0106] 首先，将行驶车辆从三轴地磁传感器的左侧和右侧分别单独经过， 并采集所述三轴地磁传感器的磁场波动数据，以获取基准单车波形，所 述基准单车波形用于判定左侧通行或右侧通行对磁场波动的影响；
[0107] 接着，根据已经获得的基准单车波形，通过判断实际测量过程中单 车波形中波峰和波谷出现的时间来进一步地判定行驶车辆从所述三轴 地磁传感器的左边还是右边通过。
[0108] 具体地，在如果所述单车波形中z轴与y轴的波动幅值之比大于阈 值，则判断所述单车波形中x轴和z轴的波峰和波谷数量之和是否大于 阈值的步骤中：
[0109] 如图8所示，如果两辆车并行通过所述三轴地磁传感器，两辆车同 时作用于y轴正负向，会使得y轴的磁场强度相互抵消导致y轴的磁场 幅值波动会减小；此外，由于两辆车同时作于x轴和z轴，且方向过程 相同，则x轴和z轴的磁场波动幅值会变大，且x轴和z轴磁场分别重 叠波动而导致波峰和波谷数量变多，因此会有所述单车波形中z轴与y 轴的波动幅值之比大于阈值，以及所述单车波形中x轴和z轴的波峰和 波谷数量之和大于阈值的结果；
[0110] 如图9所示，如果车辆从所述三轴地磁传感器的上方经过或碾压所 述三轴地磁传感器经过，则车辆近似于作用于y轴的坐标原点，会使得 y轴磁场的扰动较小，波动幅值较低；此外，由于车辆作用于x轴和z 轴，会导致x轴和z轴的磁场波动幅值变大，但是x轴和z轴未出现重 叠波动而波峰和波谷数量不会变多，因此会有所述单车波形中z轴与y 轴的波动幅值之比大于阈值，以及所述单车波形中x轴和z轴的波峰和 波谷数量之和小于阈值的结果。
[0111] 如图10所示，一种交通量检测系统，其特征在于，包括数据采集 单元和与所述数据采集单元通信连接的数据处理单元。所述数据采集单 元包括铺装于行车道路中同一断面的车道标线内的多个智能道钉，每一 所述智能道钉用于检测检测行驶车辆的位置数据，从而构成一个车辆检 测点。
[0112] 应当理解，在其他可替代实施例中，所述智能道钉还可以设于行车 道路中同一断面的行车道内，本发明对此不做限定。
[0113] 此外，可选择地，所述数据处理单元可以集成于所述智能道钉内， 例如微处理器等；所述数据处理单元也可以是与所述智能道钉通信连接 的
电子设备，本发明对此不做限定。
[0114] 所述数据采集单元接收每一所述智能道钉发送的行驶车辆的位置 数据，判断车道中每一行驶车辆与对应的所述车辆检测点的相对位置， 并结合所述行车道路的车道数量进行协作式综合判断，进而获得所述行 车道路的车流量。
[0115] 需要说明的是，所述数据采集单元接收每一所述智能道钉发送的行 驶车辆的位置数据，判断车道中每一行驶车辆与对应的所述车辆检测点 的相对位置，并结合所述行车道路的车道数量进行协作式综合判断的过 程与上述协作式交通量检测方法的交通量检测过程相同，在此不做赘 述。
[0116] 而且，在本实施例中，每一所述智能道钉通过三轴地磁传感器检测 车辆运动信息，并将三轴地磁检测数据发送至所述数据处理单元，所述 数据处理单元根据所述三轴地磁检测数据判断车道中每一行驶车辆与 对应的所述车辆检测点的相对位置。
[0117] 具体地，如图11所示，所述智能道钉包括微处理器、及分别与所 述微处理器连接的三轴地磁传感器、供电模块、无线传输模块和闪光指 示灯；
[0118] 所述供电模块用于为所述三轴地磁传感器、所述微处理器、所述无 线传输模块和所述闪光指示灯供电；
[0119] 所述三轴地磁传感器将三轴地磁数据输入到所述微处理器，所述微 处理器将接收到三轴地磁数据通过所述微处理器的输出端输入到所述 无线传输模块，所述无线传输模块将接收到的数据传输至所述数据处理 单元。可选择地，所述无线传输模块可以是蓝牙模块、WIFI模块、2.4G 模块或Zigbee模块等，本发明对此不做限定。
[0120] 需要说明的是，所述数据处理单元根据所述三轴地磁检测数据判断 车道中每一行驶车辆与对应的所述车辆检测点的相对位置的过程与所 述利用三轴地磁传感器来检测行驶车辆与所述三轴地磁传感器之间的 相对位置关系的检测过程相同，在此不做赘述。
[0121] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的
专利范围， 凡是利用本发明
说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或 间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围 内。
