[发明专利]一种基于地磁传感器的频域谱能量车型分类方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种基于地磁传感器的频域谱能量车型分类方法，属于交通信息检测和信号处理技术领域。

背景技术

交通信息检测与获取是进行交通流控制、交通管理、交通信息服务的前提条件，是制定交通安全管理策略、交通事故检测、交通事故致因分析等交通安全保障措施的必要基础。多年的实践表明，智能交通系统（ITS,Intelligent Transportation System）为解决城市交通问题提出了理论、技术支持和实践方向。ITS的子系统先进的交通信息服务系统(ATIS)和先进的交通管理系统(ATMS)都是建立在完善的路网交通信息的基础上。

此外，随着ITS的发展，道路车辆的车型信息显得越来越重要，在道路路基设计和运营管理中，路基寿命的估算依赖于其上运行的交通流的车型比例；在交通信号控制中，信号优先需要根据预通行的车辆类型进行决策，它需要优先放行公共汽车和应急车辆；在交通安全研究和应用中，由于大卡车的运行速度较低，并且占用空间较大，大卡车的分布比例是影响行车安全的一个重要因素；同时车辆类型的分布情况也为高速公路运行能力的预测、交通法规效率评估、不停车收费系统、车辆限重的实施、环境影响评估等多种服务与应用提供基础数据和参考。

目前交通信息的获取技术主要依赖于布设于路网上的各类交通检测器。本发明利用的地磁传感器有其独特的优势，不受气候条件影响、成本低廉、布设方便、数据易于处理、便于无线传输等。

发明内容

为了克服现有技术结构的不足，本发明提供一种基于地磁传感器的频域谱能量车型分类方法。

一种基于地磁传感器的频域谱能量车型分类方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：利用地磁传感器提取车辆波形信号，对每个车辆波形标准化处理,针对每个标准化处理后的车辆波形，再利用快速离散傅里叶变换得到每个车辆的频谱；

所述车辆波形标准化处理，是通过线性插值算法把车辆波形映射到设定范围的横轴区间内和设定范围的纵轴区间内，即在横轴均匀插值，使每个车辆波形有相同的采样点数，再把纵轴均匀映射到具有相同数值区间；

步骤2：分析车辆频谱在不同频域区间的分布特征，定义M种谱能量模型，对不同车型进行分类，其中，M为设定值；

所述谱能量模型为：其中：E为谱能量，f_n为某标准化车辆波形对应的第n个采样的频谱幅值；n为车辆波形频谱幅值采样序列索引值，n为正整数；k为频谱幅值f_n的指数；w(n)为频谱幅值f_n的权值；a和b分别为最优频域区间内对应的频谱幅值采样序列起始索引值和终止索引值，a≤b且a,b∈n；

步骤3：利用最优频域区间查找算法得到适用于不同车型分类标准的最优频域区间或最优频域区间组合后，给出基于M种谱能量模型在最优频域区间或最优频域区间组合下的车型分类结果；

步骤4：分析车型分类结果，在M种谱能量模型中选择需要的谱能量模型。

所述最优频域区间查找算法步骤如下：

（1）初始化算法参数，包括初始准确率、频域区间起点；

（2）计算任意频域区间内的能量；

（3）利用最优频域区间谱能量模型计算任意区间内的平均分类准确率；

（4）具有最大平均准确率的区间标识为最优频域区间。

本发明的有益效果：本发明能够实现地磁传感器车型分类的离线优化，在线分类。在频域范围内研究相应的车型分类算法，并通过较低的算法时间复杂度得到实时的车型分类。本发明定义的最优频域区间能量模型易于数学表示和本地计算，因此该方法便于在能量资源和计算能力都有限的检测节点中实现。通过各能量模型的频域区间灵敏度分析，本发明给出最佳能量模型和最优频域区间或组合，为地磁传感器的车型分类工程应用提供了理论依据和应用指导。

附图说明

图1地磁传感器检测地磁信号各方向示意图；

图2原始车辆波形信号和滤波后的车辆波形信号；

图3标准化处理后的小汽车波形、公交车波形和对应的频谱；

图4不同频域区间内的小汽车和公交车频谱分布图；

图5不同最优频域下8种谱能量模型的分类准确率；

图6最优频域区间查找算法流程图

图7频域谱能量模型E1在最优频域区间[3.25HZ,12.36HZ]内的车型分类情况图；

图8最优频域区间[3.25HZ,12.36HZ]下8种谱能量模型的分类准确率；