络及智能交通车辆检测技术基于阈值检测方法基于波形特征检测方法基于数据融合检测方法本章小结第三章单节点局部极值检测技术传感器节点部署及系统架构停车运动轨迹节点部署方式系统实际部署情况系统整体架构信号特征车辆驶入车辆停泊车辆驶离干扰信号局部极值算法特征提取状态机判决方法本章小结第四章多节点协同决策检测技术数据融合方式算法流程实施方式自纠错本章小结第五章检测算法的性能测试特征提取及识别实验及数据分析示范应用本章小结第六章总结与展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文附录攻读硕士学位期间申请的专利万方数据附录攻读硕士学位期间参加的科研项目致谢万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文专用术语注释表专用术语注释表缩略词说明无线传感器网络各向异性磁阻智能交通系统信噪比磁阻效应固定阈值算法交通控制中心自适应阈值算法相关车辆检测算法基于匹配滤波器的信号处理算法局部极值算法协同决策算法万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论本章首先论述研究的背景和意义，继而综述国内外研究现状，最后对论文的主要内容作说明。研究背景及意义随着我国城市化的加快，城市中机动车数量的持续高速增长，停车位与机动车数量增长的矛盾日益突出。国内大中城市的停车调查数据表明，在众多的停车问题中，城市中心区路边停车问题尤为严峻，特别是繁忙时段，寻找停车位非常困难，造成城市中心区动态交通严重拥堵。无线传感器网络，概念的问世，突破了交通磁偶极子模型及车辆分别通过传感器节点波形文献认为，为了检测车辆的存在，选用轴信号作为检测信号轴垂直于地面，因为轴信号有更明显的局部特征且能消除相邻车道的干扰。当车辆通过传感器节点时，轴信号有个明显的改变，基于这个改变量，设置单阈值即可检测车辆从传感器通过。固定阈值算法，的检测流程如图所示。图单阈值检测状态机万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章基于无线磁阻传感器网络的车辆检测原理文献指出，单阈值检测算法应用于实际系统中还需要两个方面的改进传感器节点测量到的地磁场扰动信号中，存在着地磁场信号的特定的漂移，这种漂移因时因地而异。为了设置固定阈值，必须实时跟踪地磁场的漂移情况，如图所示。当无车辆通过时，通过前置滤波器实时获取采样值，用以更新基线。由于测量值都用相对值表示，这样做同时还能消除不同的传感器节点测量结果的不同。于此作为对比，磁感线圈的测量值则取决于线圈的布置方式，不可能整齐划的设定特定阈值。磁感线圈测量的未知偏差显而易见。同辆车对地磁场的扰动信号与特定阈值多处相交，这样就会造成误判为多辆车通过。如图所示，如果在较短时间内设为，信号与特定阈值多次相交，则可以认为是同辆车如果大于个特定值，则认为是多辆车。显然，的设定取决于车辆的速度，不可能有个特定值。另外，由于车辆的多样性及地磁场的漂移，信号与阈值的相交次数也因时因地而异。图地磁场产生的漂移及单辆车的复杂信号如文献所指出的，设定单阈值往往困难，不存在个有效的阈值适合所有情况。实验数据也表明，固定阈值检测算法误检率高，这主要是由于阈值的固定性所照成的，算法不能适应系统的实时变化。为了解决固定阈值算法的先天缺陷，自适应阈值算法，也已经被提出。算法是基于能量分布的实时算法，算法首先计算时域信号能量分布，然后用自适应阈值切割能量分布曲线，阈值在特定状态实时更新。最后将阈值切割后的结果送入特定的状态机做判决。算法包括信号能量分布曲线计算，滤波，阈值自适应和状态机检测四个部分。自适应阈值检测算法框图如图所示。从图中可见，获得信号能量分布滤波自适应阈值和检测分别对应能量分布曲线的计算能量信号滤波阈值自适应和状态机检测。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章基于无线磁阻传感器网络的车辆检测原理获得信号能量分布滤波自适应阈值检测图自适应阈值检测算法处理过程流程如下能量分布计算原始信号通过基带滤波器以消除环境噪声，基带滤波器输出采样点值的平方，得到能量信号式中代表采样率。能量信号滤波能量信号可能非常不平稳，需经过低通滤波器做平滑。自适应阈值如果输入大于当前阈值，判决输出否则。能量信号的滑动平均计算如下式中表示能量信号的滑动平均值，表示滑动平均的采样个数。阈值按下式实时更新式中两个参数小于和大于用以调整滑动平均值，整数用以延迟滑动平均值，常数表示系统设置的最小阈值。状态机检测图示出状态机转换图，状态机包含状态机的输入定义如下对于状态都有个计数器与之关联，当状态机跳到其他状态万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章基于无线磁阻传感器网络的车辆检测原理时计数器清零。这些计数器及状态机中的参数和的引入，使得检测得以迟延，增强了算法的健壮性。图自适应阈值检测算法状态机事实上，基于阈值的车辆检测算法存在先天缺陷。首先，本身就不存在个合理的阈值用以区分车辆信号及干扰信号，特别是在低信噪比的条件下。其次，不同地方的地磁场强度不同，不存在个阈值适合所有情况。我们的实验也表明，上述两种基于阈值的算法应用于实际系统中的检测精度低于。基于波形特征检测方法另种车辆检测方法是考察波动信号的特征。提出最大最小值检测算法。图为最大最小值检测算法的框图。获得信号能量分布和滤波模块和自适应阈值算法相同。图为最大最小值检测算法的状态机。获得信号能量分布最大最小值检测滤波图最大最小值检测算法框图如图所示，状态机包括状态机的输入为的斜率差分的符号，定义为式中是预先定义的正常量。在状态，都有个计数万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章基于无线磁阻传感器网络的车辆检测原理器与该状态关联，计数器只在该状态计数，跳入其他状态后计数清零。图最大最小值检测算法状态机在状态机中有两个变量它们按以下方式更新，式中。实时跟踪局部极小值的变化，实时跟踪局部极大值的变化。当状态机从跳到时，如果局部极大值和局部极小值的绝对差值大于特定阈值时，则认为检测到辆车。文献提出种最大最小值检测算法的改进版本，改进的最大最小值算法的架构图如图所示。第步获取原始的磁力计采样信号，然后计算信号局部加权平均值，用以消除了局部信号冲击对信号的振荡影响，如式所示。第二步，计算局部均值与原始信号的差值的平方，增大有用信号的同时消除噪声。如式所示。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章基于无线磁阻传感器网络的车辆检测原理原始信号采集局部平均平方滤波最大最小值检测滑动平均低通滤波图改进的最大最小值检测算法流程这步使得信号成分更加显著，以方便下步滤波。然后，计算个的选取取决于有限的存储器空间和节点能量供应先前测量值的滑动平均值。最后，滑动平均值送入最大最小值算法检测车辆的存在。该算法分析了泊车过程地磁场扰动信号的局部特征，但仍受限于采用设定阈值的方法，检测精度并没有得到提升。文献针对基于磁阻传感器的车辆检测技术也进行了深入的研究，通过计算在低信噪比情况下车辆对地磁场扰动信号和参考信号的相关性，提出基于相关性的车辆检测算法，。图车辆的典型响应信号万方数据单位代码密级公开专业学位硕士论文论文题目基于无线磁阻传感器网络的车辆检测技术研究关向科周井泉教授工程硕士申请全日制申请电子与通信工程年月学号姓名导师专业学位类别类型专业领域论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相致。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要随着我国城市化的加快，城市中机动车保有量的持续高速增长，交通问题日益严峻。国内大中城市的停车调查数据表明，城市路边停车问题尤其突出，特别是繁忙时段，动态交通拥堵严重。在此背景下，智能交通系统逐步形成。在智能交通系统中，交通信息的采集如车辆检测占有重要地位，是交通流预测控制及紧急事件快速反应的基础。由于车辆是铁磁性物质，车辆在空间的存在会对地磁场产生扰动，故而可以通过装置在地面上的各向异性磁阻传感器探测该扰动，从而达到车辆检测的目的。将传感器节点与无线网络相连，构成无线传感器网络，可以广泛应用于智能交通系统。目前，基于无线磁阻传感器网络的车辆检测技术还不成熟，检测车辆泊车等基础性问题依然没有得到很好的解决。本文针对上述问题开展研究工作，首先通过对车辆泊车对地磁场扰动信号的提取及考察，分析信号的特征及其识别方法其次通过提取的信号特征数据，利用协同信息处理策略，融合相邻节点数据，在现有的车辆检测算法的基础上，针对单节点检测提出局部极值检测算法，针对多节点检测提出协同决策检测算法。局部极值检测算法采用了基于过程的方法，考虑泊车信号变化过程的情况，通过状态机实时提取信号的波动特征，根据特征数据设计相应的判断规则。协同决策检测算法关注相邻停车位信号的关联性，在传感器节点检测到的信号幅度较小时触发检测，根据算法得到的特征数据，通过路由器融合不同节点的信息做出综合判断。上述两种算法分别应用于传感器节点和路由器节点。算法在实际的系统中应用超过个月，节点数超过个，通过实验验证和实际系统的反馈数据，证明了所提算法的可靠性及较高的检测精度。关键词无线磁阻传感器网络，车辆检测，阈值算法，数据融合，过程算法万方数据，万方数据目录专用术语注释表第章绪论研究背景及意义国内外研究现状论文的主要工作第二章基于无