一種基于車輛地磁感應(yīng)特征的車輛車型識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法，該方法包括：采集車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)組；對(duì)數(shù)據(jù)組進(jìn)行預(yù)處理；提取車輛的識(shí)別特征數(shù)組；建立車型基礎(chǔ)子類中心；根據(jù)車型劃分要求劃分基礎(chǔ)子類所屬車型；進(jìn)行車型識(shí)別。本發(fā)明方法對(duì)地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)組進(jìn)行固定點(diǎn)數(shù)采樣提取特征數(shù)組、標(biāo)準(zhǔn)化等預(yù)處理，消除了車速等因素的影響，減少了冗余數(shù)據(jù)；本發(fā)明以相似性而不以車型為依據(jù)建立車型基礎(chǔ)子類集，識(shí)別時(shí)以識(shí)別出車輛所屬的車型基礎(chǔ)子類為首要目標(biāo)，然后根據(jù)不同的車型劃分要求進(jìn)一步識(shí)別為具體車型。因此本發(fā)明方法在不同的地區(qū)和不同用途的應(yīng)用上具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
【專利說明】
一種基于車輛地磁感應(yīng)特征的車輛車型識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法。

【背景技術(shù)】
[0002]地磁感應(yīng)車輛檢測器是一種常用的通行車輛感知手段。由于不同車型、不同設(shè)計(jì)的車輛具有不同的鐵質(zhì)底盤和車身，因此車輛通過埋設(shè)在路面下的地感線圈時(shí)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)特性也不同，具有不同的地磁感應(yīng)特性波形。車輛的地磁感應(yīng)特性是指車輛行駛通過地磁感線圈時(shí)，測量的一組線圈感應(yīng)頻率隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)一維波形。因此，識(shí)別不同的地磁感應(yīng)特性或者波形可以達(dá)到車型識(shí)別的目的，具體識(shí)別方法各異。有采用模糊模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或決策樹識(shí)別等方法。
[0003]車型識(shí)別在道路交通監(jiān)測與控制、收費(fèi)站、停車場等方面都有著大量的應(yīng)用需求，不同的地方或不同的用途下車型劃分要求往往不同。通常的識(shí)別方法往往首先固定識(shí)別車型數(shù)，提取車型車輛的特征數(shù)據(jù)組，訓(xùn)練出分類器，實(shí)現(xiàn)車輛對(duì)給定車型種類的車型識(shí)別。如果改變車型數(shù)目或要求，那么已訓(xùn)練出來的分類器或識(shí)別機(jī)則不再適用。因此需要一種適用性更廣的車輛車型識(shí)別方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是不受天氣、白晝的影響，方便地、易于適應(yīng)不同地區(qū)或不同用途的車型劃分要求，實(shí)現(xiàn)車型自動(dòng)識(shí)別，提供一種基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法，該方法包括步驟:
[0008]步驟一:采集車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)組:將地磁感應(yīng)車輛檢測器的線圈沿車道埋在路面下，當(dāng)車輛經(jīng)過線圈時(shí)，由車輛檢測器每隔5ms采集線圈振蕩電路的頻率，并保存作為車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)組；選擇包含各種車型和各種車輛的數(shù)據(jù)組組成車輛地磁感應(yīng)特性的原始數(shù)據(jù)樣本集；
[0009]步驟二:對(duì)采集的車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0010]步驟三:提取車輛的識(shí)別特征數(shù)組；
[0011]步驟四:建立車型基礎(chǔ)子類集；
[0012]步驟五:建立車型判別機(jī):將各車型基礎(chǔ)子類按照需求劃歸為具體車型，用于車型識(shí)別；
[0013]步驟六:進(jìn)行車型識(shí)別:將待識(shí)別車輛的采集數(shù)據(jù)經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理、特征提取后，計(jì)算其對(duì)車型所有基礎(chǔ)子類的相似系數(shù)，識(shí)別為最大相似系數(shù)的基礎(chǔ)子類，然后按照車型判別機(jī)判別車型。
[0014]其中，所述線圈以長方形沿車道埋在路面下10-15cm，長取值90cm?110cm，寬取值 140 ?160cm。
[0015]其中，所述的預(yù)處理為采用平滑濾波去除數(shù)據(jù)中噪聲，并將數(shù)據(jù)組中的每個(gè)數(shù)據(jù)減去線圈振蕩電路的基頻，使數(shù)據(jù)僅表示頻率變化值，得到完全反映車輛地磁感應(yīng)特性的數(shù)據(jù)樣本集。
[0016]其中，對(duì)車輛的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，按照！的間隔依序進(jìn)行均勻采樣，k表示



η
原測量數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，η為采樣點(diǎn)數(shù)，取值范圍25?40，得到η+1個(gè)數(shù)據(jù)，設(shè)為Z= (ζΟ…幻…ζη),對(duì)Z作標(biāo)準(zhǔn)化處理,使xj =—--，得到X = (χ0…xj…χη)作為車輛的識(shí)別特征數(shù)



Z max
組，對(duì)應(yīng)的波形為車輛特征波形。
[0017]其中，所述的建立車型基礎(chǔ)子類集包括:將每個(gè)樣本Xi設(shè)為非激活子類中心，i =1，…m，m為樣本集的樣本個(gè)數(shù)，選定閾值；逐個(gè)比較樣本集的車輛與各激活和非激活子類中心的相似性，計(jì)算相似系數(shù)邱=n K.M ，j = I,…m, j ^ i, Xi.Yj表示兩數(shù)據(jù)組



Il^ Il X Il ^ Il
內(nèi)積，11Xi 11 X 11 Yj I表示兩數(shù)據(jù)組的模相乘；若最大相似系數(shù)滿足閾值條件，則將該車輛劃入最大相似系數(shù)所屬子類，并激活該子類作為車型基礎(chǔ)子類，求該子類中所有樣本的均值作為車型基礎(chǔ)子類中心，同時(shí)去除該車輛代表的原非激活子類；若最大相似系數(shù)不滿足閾值條件，則激活j = i的子類成為一個(gè)車型基礎(chǔ)子類，該樣本即作為該子類中心；以上比較過程中若出現(xiàn)同一個(gè)基礎(chǔ)子類中包含不同車型的車輛則調(diào)整閾值重復(fù)上述比較試驗(yàn)。車型基礎(chǔ)子類集由所有激活子類的子類中心組成。
[0018]其中，所述的閾值為0.85-0.95。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明方法基于地磁感應(yīng)技術(shù)，對(duì)車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)進(jìn)行固定點(diǎn)數(shù)采樣、標(biāo)準(zhǔn)化等預(yù)處理，消除了車速等因素的影響，減少了冗余數(shù)據(jù)，可應(yīng)用于白晝和各種天氣；本發(fā)明以相似性而不是以車型為標(biāo)準(zhǔn)建立車型基礎(chǔ)子類集，識(shí)別時(shí)以識(shí)別出車輛所屬的車型基礎(chǔ)子類為首要目標(biāo)，再根據(jù)車型基礎(chǔ)子類劃歸要求識(shí)別為具體車型。因此本發(fā)明方法具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發(fā)明基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法的流程圖；
[0023]圖2是一輛轎車原始測量數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)波形圖；
[0024]圖3是對(duì)一輛轎車原始測量數(shù)據(jù)處理后所對(duì)應(yīng)波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明基于車輛地磁感應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)車型識(shí)別的過程包括:采集車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)；對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；提取車輛的識(shí)別特征數(shù)組；建立車型基礎(chǔ)子類中心；根據(jù)車型劃分要求劃分基礎(chǔ)子類所屬車型；進(jìn)行車型識(shí)別。
[0027]本發(fā)明方法的具體運(yùn)用過程如下:
[0028]1、采集車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)
[0029]將地磁感應(yīng)車輛檢測器線圈按照長X寬=10cmX 150cm的大小埋在車道路面下約10cm，當(dāng)車輛經(jīng)過線圈時(shí)，由車輛檢測器檢測線圈振蕩電路頻率,每間隔5ms采集一個(gè)數(shù)據(jù)，并保存為該車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)組，圖2為采集的一輛小轎車的地磁感應(yīng)特性波形。
[0030]從一段時(shí)期采集的大量車輛波形數(shù)據(jù)組中選擇包含各種車型和各種車輛樣本100組，包含各種轎車、客車和卡車、拖掛車等，組成車輛地磁感應(yīng)特性的原始數(shù)據(jù)樣本集。
[0031]2、對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理
[0032]對(duì)各樣本采用3點(diǎn)平滑濾波，去除噪聲噪，并將每個(gè)數(shù)據(jù)減去基頻72.7KHz，使得數(shù)據(jù)僅僅表示由于車輛引起的頻率變化量，完全反映車輛的地磁感應(yīng)特性。
[0033]3、提取車輛的識(shí)別特征數(shù)組
[0034]車輛的地磁感應(yīng)特性波形自身準(zhǔn)確反應(yīng)車輛底盤、軸數(shù)等特性，但由于各車輛長度和車速各不相同，所以測量的地磁感應(yīng)特性數(shù)組長度也各不相同，為了既反應(yīng)車輛主要特點(diǎn)，又減少不必要的冗余數(shù)據(jù)，并且消除不同車速對(duì)測量數(shù)據(jù)量的影響，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)比較，對(duì)每輛車的原測量數(shù)據(jù)按照I的間隔依序進(jìn)行均勻采樣(k表示原測量數(shù)據(jù)個(gè)數(shù))，使得到26個(gè)特征數(shù)據(jù)，作標(biāo)準(zhǔn)化處理，使￥ =，其中Zmax為測量數(shù)據(jù)中的最大值，得




Δ max
到X= (x0…xj…x25)作為車輛樣本的識(shí)別特征數(shù)據(jù)組。
[0035]例如一輛小轎車樣本Zl = (ζ0...ζ」...ζ310)，共有310個(gè)測量值，圖2為原始測量數(shù)據(jù)組對(duì)應(yīng)波形。按照4計(jì)算得商12，余數(shù)10。以13為步長依次采樣5個(gè)數(shù)據(jù)，然后以

Ij
12為間隔繼續(xù)依序采樣15個(gè)數(shù)據(jù)，再以13為步長繼續(xù)依序采樣5個(gè)數(shù)據(jù)，則共從原數(shù)組Zl = (zQ...Zj…Ζ310)依序采樣得到25個(gè)元素構(gòu)成數(shù)組Z = (zQ...Zj...z25)。圖3為數(shù)據(jù)處理后的該樣本數(shù)據(jù)波形。
[0036]4、建立車型基礎(chǔ)子類中心
[0037]按照本發(fā)明所述步驟，對(duì)給出的100組訓(xùn)練樣本分類。經(jīng)過多次測試，選擇閾值P=0.88 (P = 0.85?0.95)，使得具有不同車型的樣本不會(huì)出現(xiàn)在同一基礎(chǔ)子類中，得到32個(gè)基礎(chǔ)子類，編號(hào)I?32,該100組樣本的子類分布及編號(hào)由表一給出。
[0038]5、建立車型判別機(jī)
[0039]根據(jù)車型劃分要求劃分基礎(chǔ)子類所屬車型，建立車型判別機(jī)。本例中要求將車輛分為小客車(額定座位〈=7座)、中客車(7〈額定座位〈=19座)、大客車(額定座位>19座)、小卡車(核定載重質(zhì)量〈=7噸)、大卡車(核定載重質(zhì)量>7噸)、拖掛車共六種車型，根據(jù)給出的車輛分類要求，將以上產(chǎn)生的32個(gè)車型基礎(chǔ)子類中心劃分到6個(gè)給定車型。所有與該車型包含的基礎(chǔ)子類中心相似的車輛均判別為該車型。經(jīng)過上述步驟，本例的分類結(jié)果中，小客車包含4個(gè)基礎(chǔ)子類，中客車包含4個(gè)基礎(chǔ)子類，大客車包含6個(gè)基礎(chǔ)子類、卡車包含包含9個(gè)基礎(chǔ)子類、大卡車包含6個(gè)基礎(chǔ)子類、拖掛車包含6個(gè)基礎(chǔ)子類。
[0040]6、進(jìn)行車型識(shí)別
[0041]將以上建立的車型判別機(jī)用于車型識(shí)別。當(dāng)車輛經(jīng)過線圈，車輛檢測器采集車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)，經(jīng)過前述相同的濾波、特征提取和標(biāo)準(zhǔn)化處理得到特征數(shù)組，與以上32個(gè)基礎(chǔ)子類中心分別計(jì)算相似系數(shù)，歸入最大相似性的基礎(chǔ)子類，按照車型判別機(jī)識(shí)別車型。
[0042]如表一所示，表中列出某車道上試驗(yàn)的車型識(shí)別結(jié)果。表中包含各種車輛共400輛，識(shí)別結(jié)果是小客車準(zhǔn)確率98.8%，中客車準(zhǔn)確率94.7%，大客車準(zhǔn)確率95.2%、輕貨車準(zhǔn)確率95.0%、大貨車準(zhǔn)確率93.0%、拖掛車準(zhǔn)確率97.1%，平均準(zhǔn)確率96.1%。
[0043]將該車型判別機(jī)用于另一個(gè)用戶時(shí)，由于該用戶規(guī)定的車輛分類標(biāo)準(zhǔn)中去掉了中型客車的車型劃分，所以將中客車的4個(gè)子類對(duì)應(yīng)的子類中心劃分到小客車車型中，使小客車車型包含8個(gè)子類，不需要為得到新分類器而重新進(jìn)行分類訓(xùn)練。這證明本發(fā)明方法具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
[0044]表一:應(yīng)用本發(fā)明方法進(jìn)行車型識(shí)別的結(jié)果
[0045]

【權(quán)利要求】
1.一種基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法，其特征在于，該方法包括步驟: 步驟一:采集車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)組:將地磁感應(yīng)車輛檢測器的線圈沿車道埋在路面下，當(dāng)車輛經(jīng)過線圈時(shí)，由車輛檢測器每隔5ms采集線圈振蕩電路的頻率，并保存作為車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)組；選擇包含各種車型和各種車輛的數(shù)據(jù)組組成車輛地磁感應(yīng)特性的原始數(shù)據(jù)樣本集； 步驟二:對(duì)采集的車輛的地磁感應(yīng)特性數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； 步驟三:提取車輛的識(shí)別特征數(shù)組； 步驟四:建立車型基礎(chǔ)子類集； 步驟五:建立車型判別機(jī):將各車型基礎(chǔ)子類按照需求劃歸為具體車型，用于車型識(shí)別； 步驟六:進(jìn)行車型識(shí)別:將待識(shí)別車輛的采集數(shù)據(jù)經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理、特征提取后，計(jì)算其對(duì)車型所有基礎(chǔ)子類的相似系數(shù)，識(shí)別為最大相似系數(shù)的基礎(chǔ)子類，然后按照車型判別機(jī)判別車型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法，其特征在于，所述線圈以長方形沿車道埋在路面下10-15cm，長取值90cm?I 1cm,寬取值140?160cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法，其特征在于，所述的預(yù)處理為采用平滑濾波去除數(shù)據(jù)中噪聲，并將數(shù)據(jù)組中的每個(gè)數(shù)據(jù)減去線圈振蕩電路的基頻，使數(shù)據(jù)僅表示頻率變化值，得到完全反映車輛地磁感應(yīng)特性的數(shù)據(jù)樣本集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法，其特征在于，對(duì)車輛的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，按照！的間隔依序進(jìn)行均勻采樣，k表示原測量數(shù)據(jù)個(gè)


η數(shù)，η為采樣點(diǎn)數(shù)，取值范圍25?40,得到η+1個(gè)數(shù)據(jù),設(shè)為Z = (ζ0…z j…ζη),對(duì)Z作標(biāo)準(zhǔn)化處理，使.〖/ =:-得到X = (χ0…xj…χη)作為車輛的識(shí)別特征數(shù)組,對(duì)應(yīng)的波形

Z max為車輛特征波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法，其特征在于，所述的建立車型基礎(chǔ)子類集包括:將每個(gè)樣本Xi設(shè)為非激活子類中心，i = 1，…m, m為樣本集的樣本個(gè)數(shù)，選定閾值；逐個(gè)比較樣本集的車輛與各激活和非激活子類中心的相似性，計(jì)算相似系數(shù)邱=II Xi ||x ^YJ II，j = 1，…m, j Φ i, Xi.Yj表示兩數(shù)據(jù)組內(nèi)積，IXil X 11YjI表示兩數(shù)據(jù)組的模相乘；若最大相似系數(shù)滿足閾值條件，則將該車輛劃入最大相似系數(shù)所屬子類，并激活該子類作為車型基礎(chǔ)子類，求該子類中所有樣本的均值作為車型基礎(chǔ)子類中心，同時(shí)去除該車輛代表的原非激活子類；若最大相似系數(shù)不滿足閾值條件，則激活j = i的子類成為一個(gè)車型基礎(chǔ)子類，該樣本即作為該子類中心；以上比較過程中若出現(xiàn)同一個(gè)基礎(chǔ)子類中包含不同車型的車輛則調(diào)整閾值重復(fù)上述比較試驗(yàn)。車型基礎(chǔ)子類集由所有激活子類的子類中心組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于車輛地磁感應(yīng)特性的車輛車型識(shí)別方法，其特征在于，所述的閾值為0.85-0.95。
【文檔編號(hào)】G08G1/017GK104200670SQ201410424244
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】葉青, 蔡長, 劉錚, 劉孫付 申請(qǐng)人:長沙理工大學(xué)