陳 峰

（江蘇省東臺(tái)市停車(chē)設(shè)施管理中心，江蘇鹽城 224200）

1 檢測(cè)器工作原理

在幾千米范圍內(nèi)地磁場(chǎng)基本上保持著恒定，但是巨型的金屬物質(zhì)可能會(huì)引起巨大的地磁擾動(dòng)。地磁傳感器可以監(jiān)測(cè)出磁場(chǎng)1/6000 的微小變化，如有車(chē)輛經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化量可以被視為靈敏度的一部分，利用地磁對(duì)車(chē)輛通行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常靈敏的。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中只能采用單軸的傳感器。為節(jié)約成本，減小地磁車(chē)輛檢測(cè)器的體積，相應(yīng)的設(shè)備必須具有較小的體積。與傳感器相比，模擬的信號(hào)U 經(jīng)過(guò)單限位壓縮器形成數(shù)字脈沖信號(hào)波U。高脈沖頻率的時(shí)間和間隔通常很短，只有10 ms 或幾毫秒。傳統(tǒng)的地磁車(chē)輛檢測(cè)器一般使用獨(dú)特的觸發(fā)電路來(lái)擴(kuò)展脈沖寬度。為了用高脈沖U1 保護(hù)不必要的信號(hào)，車(chē)輛只通過(guò)一個(gè)方形信號(hào)，它可以被進(jìn)一步地處理。然而在實(shí)際使用過(guò)程中，檢測(cè)器常常出現(xiàn)不能正常工作的狀況，或者有幾輛車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方波信號(hào)。問(wèn)題主要有3 類(lèi)：電路安裝后是固定的，但車(chē)的長(zhǎng)度不同，速度也不同；這使得t0的值不確定，并且可能存在兩個(gè)或更多次波。當(dāng)汽車(chē)站在探測(cè)器上時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)會(huì)引起地球磁場(chǎng)長(zhǎng)期波動(dòng)。如果傳統(tǒng)的U2 磁性車(chē)輛檢測(cè)器檢測(cè)到這種永久性干擾，則這種類(lèi)型與前一種類(lèi)型相同。如果電路升級(jí)，則由同一電路處理。如果車(chē)輛太短或太快，兩輛或兩輛以上的車(chē)可能有一個(gè)方波，這掩蓋了有效信號(hào)。第一種問(wèn)題的解決方案取決于是否認(rèn)為車(chē)輛信號(hào)受到干擾，如果兩個(gè)次波之間的間隔小于某個(gè)值，則視為干擾信號(hào)。

2 傳感器軟件設(shè)計(jì)

2.1 車(chē)輛檢測(cè)算法

傳感器安裝在路中間，有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)可以發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)變化的信號(hào)，進(jìn)而獲得車(chē)輛的行駛信息。本文對(duì)車(chē)輛地磁響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析，將地磁信號(hào)分為3 類(lèi)。由于車(chē)輛對(duì)相鄰道路或其他物體的干擾而由傳感器記錄的磁信號(hào)，以及由傳感器在K 處記錄的最后一個(gè)磁信號(hào)。車(chē)輛識(shí)別方案，包括車(chē)輛檢測(cè)算法、濾波模塊兩部分：實(shí)時(shí)捕獲對(duì)象的三維地磁原生信號(hào)，從這個(gè)信號(hào)中得到基線(xiàn)數(shù)據(jù)；而濾波模塊主要是將可檢測(cè)到的地磁信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾并接收其他的信號(hào)。如果3 個(gè)差異中至少有兩個(gè)超過(guò)默認(rèn)閾值，則應(yīng)將這類(lèi)信號(hào)評(píng)估為車(chē)輛信號(hào)；如果連續(xù)的三維地磁信號(hào)是車(chē)輛的信號(hào)，則必須記錄為車(chē)輛的狀態(tài)。輸出模塊通過(guò)檢測(cè)地磁信號(hào)、開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)并將信息傳送給接收機(jī)來(lái)判斷是否有車(chē)輛，主要由三軸特異性磁阻感應(yīng)器來(lái)完成。除了提供實(shí)時(shí)交通監(jiān)控，它還包括：通過(guò)節(jié)點(diǎn)的車(chē)輛數(shù)和從每個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)的車(chē)輛數(shù)之和；根據(jù)車(chē)輛總數(shù)計(jì)算路段運(yùn)輸成本的計(jì)算裝置；輸出模塊用于將交通流數(shù)據(jù)加載到相應(yīng)的服務(wù)器上，交通數(shù)據(jù)可用于交通部門(mén)的實(shí)時(shí)交通管理。

2.2 信號(hào)濾波

采集地磁信號(hào)需要一個(gè)預(yù)處理濾波器，過(guò)濾器組件包括介質(zhì)過(guò)濾器和中間過(guò)濾器。

常規(guī)過(guò)濾。刪除參數(shù)n 次，可以隨機(jī)選擇n，再加上n 的采樣值，得到均值作為當(dāng)前值。n 階信號(hào)按從小到大或從小到大的順序接收。為了按優(yōu)先級(jí)順序選擇中間值，必須用合理的數(shù)據(jù)替換N 級(jí)數(shù)據(jù)。中值濾波的優(yōu)點(diǎn)是易于消除突變因子，使信號(hào)形狀比中波穩(wěn)定可靠。

可檢測(cè)信號(hào)特征的最佳組合使用兩種濾波方法的組合。在車(chē)輛信號(hào)缺失的情況下，采用均方根濾波方法對(duì)毛刺信號(hào)進(jìn)行濾波，得到更準(zhǔn)確的輸出值。如果檢測(cè)到汽車(chē)的信號(hào)，信號(hào)會(huì)有很大的波動(dòng)。目前，中值濾波方法可以有效消除脈動(dòng)干擾、平滑信號(hào)。

2.3 車(chē)輛檢測(cè)

核心算法是確定車(chē)輛信號(hào)并使用場(chǎng)景機(jī)：車(chē)輛可用性由基準(zhǔn)和閾值決定；簡(jiǎn)化狀態(tài)機(jī)將信號(hào)分為車(chē)輛狀態(tài)和無(wú)信號(hào)狀態(tài)，并對(duì)兩種狀態(tài)進(jìn)行比較，判斷是否有車(chē)輛；采集濾波后的信號(hào)，得到平滑的混合信號(hào)。該更新基于地磁背景信號(hào)，閾值用于確定地磁背景信號(hào)是否為車(chē)輛信號(hào)。將濾波后的X 軸和YZ 軸的地磁信號(hào)與相應(yīng)的三軸參考參數(shù)進(jìn)行比較，得到3 個(gè)絕對(duì)偏差，其中至少有兩個(gè)超過(guò)系統(tǒng)向車(chē)輛發(fā)出的信號(hào)所定義的閾值。

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以消除相鄰車(chē)輛的干擾而不受其他車(chē)輛的影響：它們有延遲功能，失去了實(shí)時(shí)功能，進(jìn)入車(chē)輛控制系統(tǒng)時(shí)會(huì)檢查這兩種狀態(tài)的狀態(tài)和周期，在控制模式下評(píng)估是否有車(chē)輛信號(hào)；為了確定循環(huán)狀態(tài)，每個(gè)循環(huán)記錄車(chē)輛的通行情況，以達(dá)到識(shí)別的目的。然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將道路信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

實(shí)現(xiàn)道路交通的實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：每次從控制室到下一個(gè)控制室，登記為通行證，根據(jù)累計(jì)車(chē)輛數(shù)計(jì)算總車(chē)輛數(shù)；將當(dāng)前數(shù)據(jù)加載到相應(yīng)的服務(wù)器。

整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)階段由3 種不同的狀態(tài)組成，分別是初始狀態(tài)、控制狀態(tài)和機(jī)器狀態(tài)。循環(huán)由進(jìn)入控制階段的最后兩個(gè)狀態(tài)組成。

（1）初始狀態(tài)：系統(tǒng)首先進(jìn)入初始狀態(tài)，在最短時(shí)間內(nèi)選擇基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)濾波器，并提前設(shè)置閾值。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，初始閾值通常設(shè)置為30～50 ms，系統(tǒng)初始化后立即進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)。

（2）測(cè)試狀態(tài)：在控制模式下，系統(tǒng)評(píng)估車(chē)輛信號(hào)并持續(xù)調(diào)整基線(xiàn)。無(wú)論外界溫度如何變化，基板都會(huì)變化到一定值。如果干擾的數(shù)目較大，則閾值是新的。當(dāng)檢測(cè)到車(chē)輛的信號(hào)且其數(shù)量達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)跳入車(chē)輛狀態(tài)，基線(xiàn)不會(huì)自動(dòng)更新。如果車(chē)輛信號(hào)丟失，地磁信號(hào)達(dá)到臨界值，算法將在狀態(tài)控制和狀態(tài)控制之間循環(huán)。完成循環(huán)就是通過(guò)節(jié)點(diǎn)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行識(shí)別，這樣循環(huán)的次數(shù)就是車(chē)輛的數(shù)量，就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

2.4 更新模塊

更新模塊由兩部分組成：更新基準(zhǔn)日期和更新閾值。找到車(chē)輛信號(hào)后，設(shè)置復(fù)選框和閾值。如果傳感器多次接收到車(chē)輛信號(hào)，則每個(gè)軸的原始基準(zhǔn)由介質(zhì)過(guò)濾器確定。該閾值是在多次測(cè)試車(chē)輛信號(hào)時(shí)獲得的。一旦進(jìn)入注冊(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)將根據(jù)權(quán)重函數(shù)不斷更新基線(xiàn)，濾波后的信號(hào)將不斷更新某個(gè)權(quán)重基準(zhǔn)。它是一個(gè)三軸加權(quán)基函數(shù)。為了更好地確定基準(zhǔn)而改變外部條件，權(quán)重越大、閾值變化越快，外部干擾的影響就越大。相反，發(fā)射狀態(tài)變化越慢，對(duì)擾動(dòng)的影響越小。

3 防非正常觸發(fā)

3.1 基于單片機(jī)

在微機(jī)基礎(chǔ)上，采用八針單片機(jī)作為主控晶體，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)反異常觸發(fā)的TL 功能，當(dāng)UNMIT 低于規(guī)定的t 值時(shí)，視為同一車(chē)輛的故障信號(hào)，只發(fā)出一個(gè)高脈沖信號(hào)，而脈沖發(fā)生的運(yùn)行時(shí)間完全相同。只要t 足夠，它就可以準(zhǔn)確地指定車(chē)輛的轉(zhuǎn)移或存在信號(hào)。然而該方案也存在兩個(gè)缺點(diǎn)：一是電源快速消失，單片機(jī)切換重啟一段時(shí)間，目前無(wú)法識(shí)別車(chē)輛；二是帶有芯片的微處理器可以逃逸甚至消失。

3.2 RC 電路方案

由特定大小的電阻與電容構(gòu)成的RC 電路常用于模擬和脈沖數(shù)字電路中。這些電路根據(jù)電阻值R 和電容器C、輸入輸出參數(shù)和處理后的波形而變化，這導(dǎo)致了差異性的應(yīng)用。電阻R和電容C 與輸入信號(hào)V 和電容C 輸出有適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的連接關(guān)系。這種電路在即將消失時(shí)稱(chēng)為集成電路，高壓脈沖電容器從充電開(kāi)始放電，電流流過(guò)電路。這種現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)渡現(xiàn)象，或一回路零反應(yīng)。在基于RC 電路的設(shè)計(jì)方案中，集成的電路不是延遲開(kāi)關(guān)。在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，在電路的輸入端額外放置了一個(gè)二極管：當(dāng)C 電容開(kāi)始放電時(shí)，電流不能給R 充電，從而為前一周提供足夠的保護(hù)。

4 設(shè)計(jì)原則

（1）實(shí)用性：在運(yùn)用各種技術(shù)和手段時(shí)，要有很強(qiáng)的實(shí)用性。設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮先進(jìn)性，還要考慮實(shí)用性。制度建設(shè)要以應(yīng)用為對(duì)象，堅(jiān)持實(shí)效性原則，堅(jiān)持實(shí)用性原則。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化：設(shè)備的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)應(yīng)嚴(yán)格遵守交通部和交通運(yùn)輸部制定的各項(xiàng)規(guī)范和政策。

（3）適用性：設(shè)備的發(fā)展目標(biāo)是為企業(yè)管理、領(lǐng)導(dǎo)和公眾提供服務(wù)。其功能實(shí)用、完整，能夠滿(mǎn)足相關(guān)業(yè)務(wù)的需要。

（4）先進(jìn)性和成熟性：在可行性、管理可行性和技術(shù)可行性相結(jié)合的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不僅需要運(yùn)用先進(jìn)的理念、技術(shù)和方法，而且需要運(yùn)用結(jié)構(gòu)、技術(shù)和方法上注意相對(duì)成熟的工具。

（5）穩(wěn)定性和可靠性：從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備管理等方面采取技術(shù)措施，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)最大平均無(wú)故障時(shí)間，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，完善負(fù)載均衡機(jī)制。

（6）效率：在數(shù)據(jù)庫(kù)和程序的設(shè)計(jì)中，充分考慮了工作數(shù)據(jù)（包括歷史數(shù)據(jù)）的有效輸入、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和分析。要求系統(tǒng)響應(yīng)速度快，減少用戶(hù)等待時(shí)間，提高工作效率。

（7）可擴(kuò)展性：軟件通過(guò)先進(jìn)的理論、系統(tǒng)理論、層次結(jié)構(gòu)和代理方法等來(lái)保證可擴(kuò)展性，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等方面具有良好的可擴(kuò)展性，技術(shù)選擇既考慮了先進(jìn)性和實(shí)用性，同時(shí)也考慮到系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)可以考慮可持續(xù)發(fā)展。

（8）融合性：軟件用戶(hù)界面設(shè)計(jì)應(yīng)友好美觀(guān)，簡(jiǎn)單實(shí)用。

（9）可維護(hù)性：為管理者提供系統(tǒng)日常操作的工具或方法。

（10）準(zhǔn)確性：采取有效措施確保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語(yǔ)

充電電路穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，整機(jī)無(wú)法應(yīng)對(duì)立即停電、雷擊、適應(yīng)惡劣電磁干擾等不利條件。在這種情況下，電磁式車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的感應(yīng)線(xiàn)圈式的傳感器對(duì)土壤的損傷小，安裝維護(hù)方便，可用于交通或大型停車(chē)場(chǎng)，由于車(chē)速的影響（記錄精度低），車(chē)道內(nèi)使用了無(wú)線(xiàn)磁車(chē)輛檢測(cè)器，能耗也大大降低。通過(guò)高速公路上的性能測(cè)試，可以評(píng)估車(chē)輛是否通過(guò)了測(cè)試。