基于分布式传感信息的道路断面双向车辆速度估计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于分布式声传感信息的断面双向速度估计方法。传统的道路交通流车流速度检测主要依赖于地埋式环形感应线圈检测器、雷达测速检测器、视频检测器等，这些检测方法存在着易损坏、埋设成本高、点式感应的缺陷。本发明专利技术是基于光纤传感的分布式声学检测器获得不同检测断面由于车辆振动引起的光纤振动数据，通过数据处理，得到不同区段车辆双向速度。本发明专利技术充分利用了已铺设的路侧光纤资源，实现了车辆速度检测，弥补了传统检测方法成本高、分布不均的缺陷，为交通管控提供了一种新的信息获取思路和方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于分布式声传感信息的道路断面双向车流速度估计方法，用于城市道路和高速公路的控制与管理，属于智能交通研究领域。
技术介绍
在城市道路和高速公路中，对车流速度进行科学准确的估计，可以为交通管理者和驾驶员提供动态车速控制和交通决策的依据，也为改进交通管理方法提供数据支持。目前的道路交通中对车流车速的检测，主要依赖于地埋式环形感应线圈检测器、雷达测速检测器、视频检测器等，这些检测方法存在着易损坏、埋设成本高、点式感应的缺陷。分布式声传感系统有对长距离光纤转变为虚拟麦克风阵列的能力，它允许用户实时监控长距离线性特性，检测在管线附近发生的声学事件。应用这一技术可以直接辨别和测量车辆移动、阻塞和排队等交通特征，并在沿光纤的任何检测点实时实现这种辨别和测量。分布式声传感(DistributedAcousticSensing)是基于基础通信光纤，在光纤初始点加装光子处理器，将光线附近的振动牵引光纤产生的小范围位移形成的数据加以收集和处理分析，从而将通信光纤转化为一个监听设备。因此，光纤能够反映出它所经过的沿线上的任何振动，如同一个个小的监听器串接起来。分布式声传感技术可以在长距离，复杂路段情况下取代点式车速检测装置，并得到更全面、实时的交通数据。随着道路交通情况日益复杂，交通管理者和使用者对车流车速信息的需求越来越迫切，建立一种基于分布式声传感信息的道路断面双向车流速度估计方法十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于分布式声传感信息的道路断面双向车流速度估计方法。为实现上述目的，本专利技术提出利用分布式声学传感设备和系统，得到车辆在任意时刻经过任意检测断面的振动信息步骤、个体车辆行驶速度计算步骤、特定检测区间的双向车流平均速度估计步骤。其具体步骤如下：c1、利用分布式声学传感设备和系统，得到车辆在任意时刻经过任意检测断面的振动数据，通过分析光纤中的噪声特性确定车辆信息。c2、个体车辆运行速度估计；c3、特定检测区间的车流平均车速估计；步骤c1中得到车辆振动数据获取过程包括：c11、确定所需检测的路段及断面区间；c12、通过分布式声传感系统，得到所检测断面在特定时段内的相关振动能量数据，并利用“3σ”原则剔除背景噪声数据。c13、以检测区间的起始位置为横轴的零点，以检测起始时间为纵轴零点，并以时间为纵轴，检测区间为横轴建立直角坐标系。c14、对每个单位的检测区间，对获得的每个时间点的振动能量数据进行排序，计算振动幅度前α％位的样本数据期望，默认α％可取15％。对样本中大于该期望的振动能量数据取波峰位置，作为运动车辆在该单位检测区间中的位置信息；将得到的数据以检测区间位置为横轴X，时间为纵轴Y，标记在直角坐标系中。步骤c2中对检测区间内行驶的单车运行速度估计的过程包括：c21、选取速度检测的时间间隔Ts，默认情况下取为1s，在直角坐标系中对应纵轴位置为t1至t2。c22、针对检测区间S，将每一个时间间隔内的震动能量数据进行分类，分类的个数为震动能量的波峰个数；每一类数据表征一辆运动车辆在该时间间隔内的运动信息；c23、针对某一类数据，将其最大值作为能量质心，并作为该类数据的特征点；c24、针对某一检测区间，在所选取的区间内，按照质心的空间位置划分质心组；c25、针对检测区间S，对每一个质心组数据依照能量质心进行最小二乘法拟合。设某一个质心组数据的样本量为m，数据点坐标为(xi，yi)，i＝1,2,…,m，作直线拟合：y(x)＝ax+b使直线与数据点的偏差的平方和：达到最小值。对上式分别对a、b求偏导得：整理后得到方程组：求解上述方程组，求得拟合直线的参数a和b的最佳估计值：代入式y(x)＝ax+b中，得到拟合直线。其中，拟合直线斜率的绝对值|a|即为个体车辆的行驶速度，单位为米/秒，斜率为正值代表车辆向下游运动，负值代表向上游运动。步骤c3中特定路段的车流平均车速估计过程包括：c31、在所选区间中，在直角坐标系中呈现出带状性的振动信息进行分组，一组信息对应于一辆车辆，利用最小二乘法拟合得到车辆通过该检测区间的车辆的行驶速度V，单位为米/秒。c32、根据所得车辆速度的数据以正负值为依据，负值表征向上游行驶，正值表征向下游行驶，分为两个车速集合分别为Vdc＝{υc1，υc2，...，υcm本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于分布式声传感信息的道路断面双向车辆速度估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：c1、利用分布式声学传感系统，得到车辆在任意时刻经过任意检测断面的振动数据，通过分析光纤中的噪声特性确定车辆信息；c2、估计个体车辆运动速度；c3、估计某个检测区间的车流平均车速；步骤c1具体是：c11、确定所需检测的断面区间；c12、通过分布式声传感系统，获取检测断面区间的振动数据，剔除背景噪声数据；c13、以检测区间的起始位置为横轴的零点，以检测起始时间为纵轴零点，并以时间为纵轴，检测区间为横轴建立直角坐标系；c14、对获得的每个时间点的震动数据，计算振动幅度前α％位的样本数据期望；对样本中大于该期望的振动能量数据取波峰位置，作为运动车辆在该单位检测区间中的位置信息；将得到的数据期望值以时间为纵轴，检测区间位置为横轴，标记在直角坐标系中。

【技术特征摘要】
1.基于分布式声传感信息的道路断面双向车辆速度估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：c1、利用分布式声学传感系统，得到车辆在任意时刻经过任意检测断面的振动数据，通过分析光纤中的噪声特性确定车辆信息；c2、估计个体车辆运动速度；c3、估计某个检测区间的车流平均车速；步骤c1具体是：c11、确定所需检测的断面区间；c12、通过分布式声传感系统，获取检测断面区间的振动数据，剔除背景噪声数据；c13、以检测区间的起始位置为横轴的零点，以检测起始时间为纵轴零点，并以时间为纵轴，检测区间为横轴建立直角坐标系；c14、对获得的每个时间点的震动数据，计算振动幅度前α％位的样本数据期望；对样本中大于该期望的振动能量数据取波峰位置，作为运动车辆在该单位检测区间中的位置信息；将得到的数据期望值以时间为纵轴，检测区间位置为横轴，标记在直角坐标系中。2.根据权利要求1所述的基于分布式声传感信息的道路断面双向车辆速度估计方法，其特征在于：步骤c2具体是：c21、将检测路段以Ls为间隔单元等距划分成为Ns个检测区间，区间S在整个路段中的位置为Xs1至Xs2，对应直角坐标系中横轴位置为X1至X2；c22、选...

【专利技术属性】
技术研发人员：马东方，叶彬，瞿逢重，吴叶舟，李文婧，徐敬，孙贵青，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33