基于无线磁阻传感器的车辆检测系统研究与实现

论文摘要

车辆检测技术是ITS研究的关键技术之一,通过车辆检测获取准确的交通流量、车辆行驶速度等交通参数是实施交通状况监控和进行交通管理的重要依据。传统的车辆检测器存在不易安装和维修、检测精度受环境影响较大等缺点,所以研究一种检测精度高且方便安装和维护的车辆检测器是很有必要的。因此,将无线传感器网络和磁阻传感器检测技术引入车辆检测系统的设计与实现是一个有价值的研究方向。本文系统研究了基于无线磁阻传感器的车辆检测系统的软硬件设计及其检测算法,改进了传统的车辆检测器,提出了两种有效的车辆检测算法,并软件实现了车辆检测的数据分析与检测结果显示。具体来说,本文的研究内容主要包括以下三方面:第一,从系统硬件设计角度出发,分析了磁阻传感器用于车辆检测的原理,研究了Zigbee无线通信技术用于车辆检测系统内部各节点间通信的优势,在此基础上对无线磁阻传感器用于车辆检测的可行性做了探讨,提出了系统硬件设计总体框架,为检测器性能测试和车辆检测算法的研究打下基础。第二,从检测器放置位置和方式角度出发,通过实验及对大量实验数据的分析,选取将检测器摆放在道路中央的放置方式。并通过调整车辆检测器的电路改变其灵敏度,使其检测直径约等于一般道路的宽度,提高了车辆检测精度,减少虚检和漏检。第三,从系统数据处理与分析角度出发,系统研究了车辆检测器数据分析算法。针对是否有车辆通过的检测,本文基于自适应阈值的思想,提出了基于小波变换的迭代最优阈值检测算法。针对车速检测,本文改进了传统车速检测算法,提出一种基于时钟同步的车速检测方法,减小了检测系统进行车速检测时的误差。通过对系统的数据处理,能够检测区域是否有车辆通过、进行车速测试并判断车辆行驶方向。最后,本文设计并实现了车辆检测软件,利用基于磁阻传感器的车辆检测器在实际道路上对多种车辆行驶状况(不同车速、行驶方向)进行了大量现场测试,验证了算法的有效性和硬件系统的可靠性。实验结果证明,基于磁阻传感器的车辆检测系统能够达到较高的检测精度。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 选题背景
• 1.2 车辆检测技术研究概况
• 1.2.1 ITS中常用的车辆检测技术介绍
• 1.2.2 基于磁阻传感器的车辆检测技术研究现状
• 1.3 本文的研究目标与内容
• 2 基于无线磁阻传感器的车辆检测关键技术分析
• 2.1 磁阻传感器车辆检测原理
• 2.1.1 电磁阻效应
• 2.1.2 车辆的磁场模型
• 2.2 磁阻传感器分类及性能比较
• 2.2.1 磁阻传感器的分类
• 2.2.2 磁阻传感器性能比较
• 2.2.3 AMR传感器检测原理
• 2.3 无线传输方式与 Zigbee协议
• 2.4 小波基础理论介绍
• 2.4.1 离散小波变换
• 2.4.2 多分辨分析
• 3 车辆检测系统硬件设计与性能测试
• 3.1 系统硬件设计与实现
• 3.1.1 无线磁阻传感器结构框架
• 3.1.2 系统硬件实现
• 3.2 车辆检测器敏感轴性能测试
• 3.2.1 磁阻传感器敏感轴测试理论
• 3.2.2 磁阻传感器车辆通过测试
• 3.2.3 磁阻传感器敏感轴方向与车辆行驶方向关系测试
• 3.2.4 磁阻传感器放置位置研究
• 3.3 车辆检测器检测范围测试
• 3.3.1 磁阻传感器与车道距离关系测试
• 3.3.2 磁阻传感器检测半径研究
• 3.4 温度变化对车辆检测器的影响
• 4 车辆检测算法研究与实现
• 4.1 车辆检测器的检测信号特点
• 4.1.1 原始检测信号特征
• 4.1.2 背景信号特点
• 4.1.3 随机噪声信号特点
• 4.1.4 车辆信号特点
• 4.2 基于小波变换的车辆检测算法
• 4.2.1 检测信号的小波变换
• 4.2.2 固定阈值车辆检测算法-方差判别法
• 4.2.3 自适应阈值车辆检测算法-迭代最优阈值检测算法
• 4.3 基于时钟同步校正的车速检测算法设计
• 4.3.1 车速检测一般算法
• 4.3.2 检测器节点时间同步方法设计
• 4.3.3 车速检测算法实现流程图
• 4.4 实际测试与效果分析
• 4.4.1 测试环境与测试设备
• 4.4.2 测试结果与算法验证
• 4.5 车辆检测信息处理软件设计与实现
• 4.5.1 软件需求分析
• 4.5.2 开发平台选择
• 4.5.3 软件运行流程
• 4.5.4 软件功能实现
• 5 结束语
• 5.1 论文的主要工作与结论
• 5.2 进一步的研究与展望
• 参考文献
• 表索引
• 图索引
• 作者简历
• 学位论文数据集