[發(fā)明專利]一種基于地磁傳感器的頻域譜能量車型分類方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310244509.6
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103345841A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈利民;李海艦;董宏輝;田寅;劉承坤;胡月;楊月慧;陳娜
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學
• 主分類號: G08G1/042
• 分類號: G08G1/042
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種基于地磁傳感器的頻域譜能量車型分類方法，屬于交通信息檢測和信號處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

交通信息檢測與獲取是進行交通流控制、交通管理、交通信息服務(wù)的前提條件，是制定交通安全管理策略、交通事故檢測、交通事故致因分析等交通安全保障措施的必要基礎(chǔ)。多年的實踐表明，智能交通系統(tǒng)（ITS,Intelligent?Transportation?System）為解決城市交通問題提出了理論、技術(shù)支持和實踐方向。ITS的子系統(tǒng)先進的交通信息服務(wù)系統(tǒng)(ATIS)和先進的交通管理系統(tǒng)(ATMS)都是建立在完善的路網(wǎng)交通信息的基礎(chǔ)上。

此外，隨著ITS的發(fā)展，道路車輛的車型信息顯得越來越重要，在道路路基設(shè)計和運營管理中，路基壽命的估算依賴于其上運行的交通流的車型比例；在交通信號控制中，信號優(yōu)先需要根據(jù)預(yù)通行的車輛類型進行決策，它需要優(yōu)先放行公共汽車和應(yīng)急車輛；在交通安全研究和應(yīng)用中，由于大卡車的運行速度較低，并且占用空間較大，大卡車的分布比例是影響行車安全的一個重要因素；同時車輛類型的分布情況也為高速公路運行能力的預(yù)測、交通法規(guī)效率評估、不停車收費系統(tǒng)、車輛限重的實施、環(huán)境影響評估等多種服務(wù)與應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。

目前交通信息的獲取技術(shù)主要依賴于布設(shè)于路網(wǎng)上的各類交通檢測器。本發(fā)明利用的地磁傳感器有其獨特的優(yōu)勢，不受氣候條件影響、成本低廉、布設(shè)方便、數(shù)據(jù)易于處理、便于無線傳輸?shù)取?/p>

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明提供一種基于地磁傳感器的頻域譜能量車型分類方法。

一種基于地磁傳感器的頻域譜能量車型分類方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：利用地磁傳感器提取車輛波形信號，對每個車輛波形標準化處理,針對每個標準化處理后的車輛波形，再利用快速離散傅里葉變換得到每個車輛的頻譜；

所述車輛波形標準化處理，是通過線性插值算法把車輛波形映射到設(shè)定范圍的橫軸區(qū)間內(nèi)和設(shè)定范圍的縱軸區(qū)間內(nèi)，即在橫軸均勻插值，使每個車輛波形有相同的采樣點數(shù)，再把縱軸均勻映射到具有相同數(shù)值區(qū)間；

步驟2：分析車輛頻譜在不同頻域區(qū)間的分布特征，定義M種譜能量模型，對不同車型進行分類，其中，M為設(shè)定值；

所述譜能量模型為：其中：E為譜能量，f_n為某標準化車輛波形對應(yīng)的第n個采樣的頻譜幅值；n為車輛波形頻譜幅值采樣序列索引值，n為正整數(shù)；k為頻譜幅值f_n的指數(shù)；w(n)為頻譜幅值f_n的權(quán)值；a和b分別為最優(yōu)頻域區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的頻譜幅值采樣序列起始索引值和終止索引值，a≤b且a,b∈n；

步驟3：利用最優(yōu)頻域區(qū)間查找算法得到適用于不同車型分類標準的最優(yōu)頻域區(qū)間或最優(yōu)頻域區(qū)間組合后，給出基于M種譜能量模型在最優(yōu)頻域區(qū)間或最優(yōu)頻域區(qū)間組合下的車型分類結(jié)果；

步驟4：分析車型分類結(jié)果，在M種譜能量模型中選擇需要的譜能量模型。

所述最優(yōu)頻域區(qū)間查找算法步驟如下：

（1）初始化算法參數(shù)，包括初始準確率、頻域區(qū)間起點；

（2）計算任意頻域區(qū)間內(nèi)的能量；

（3）利用最優(yōu)頻域區(qū)間譜能量模型計算任意區(qū)間內(nèi)的平均分類準確率；

（4）具有最大平均準確率的區(qū)間標識為最優(yōu)頻域區(qū)間。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)地磁傳感器車型分類的離線優(yōu)化，在線分類。在頻域范圍內(nèi)研究相應(yīng)的車型分類算法，并通過較低的算法時間復(fù)雜度得到實時的車型分類。本發(fā)明定義的最優(yōu)頻域區(qū)間能量模型易于數(shù)學表示和本地計算，因此該方法便于在能量資源和計算能力都有限的檢測節(jié)點中實現(xiàn)。通過各能量模型的頻域區(qū)間靈敏度分析，本發(fā)明給出最佳能量模型和最優(yōu)頻域區(qū)間或組合，為地磁傳感器的車型分類工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)和應(yīng)用指導。

附圖說明

圖1地磁傳感器檢測地磁信號各方向示意圖；

圖2原始車輛波形信號和濾波后的車輛波形信號；

圖3標準化處理后的小汽車波形、公交車波形和對應(yīng)的頻譜；

圖4不同頻域區(qū)間內(nèi)的小汽車和公交車頻譜分布圖；

圖5不同最優(yōu)頻域下8種譜能量模型的分類準確率；

圖6最優(yōu)頻域區(qū)間查找算法流程圖

圖7頻域譜能量模型E1在最優(yōu)頻域區(qū)間[3.25HZ,12.36HZ]內(nèi)的車型分類情況圖；

圖8最優(yōu)頻域區(qū)間[3.25HZ,12.36HZ]下8種譜能量模型的分類準確率；