基于統(tǒng)計分析的地磁車位探測器在線標定方法

引言

隨著城市經(jīng)濟規(guī)模的飛速發(fā)展和市民生活水平的不斷提高，城市各種車輛尤其是私家車保有量不斷增長，停車場難找、車位緊張、等位耗時等問題一直困擾著公眾。因此，出現(xiàn)了停車場誘導系統(tǒng)，通過地磁車位探測器檢測車位狀態(tài)，發(fā)布車位信息，弓導公眾泊車。

地磁車位探測器是采用地磁傳感器監(jiān)測車位在有車與無車兩種狀態(tài)下地磁的變化情況，實現(xiàn)車輛有無的判斷的。如果地磁車位探測器獲得的無車狀態(tài)下的地磁場磁感應強度值不準確，將會出現(xiàn)車位狀態(tài)判斷錯誤的情況。而由于設備自身原因及自然環(huán)境影響，在無車狀態(tài)下，地磁傳感器檢測的磁感應強度會發(fā)生變化，因此需要定期對地磁車位探測器在無車狀態(tài)下的磁感應強度值進行標定。

本文研究了地磁車位探測器的標定值（即在無車狀態(tài)下的磁感應強度值）的變化特點，根據(jù)其特點設計了一種地磁車位探測器的在線標定方法，實現(xiàn)地磁車位探測器的在線自動標定，使其標定值更加準確，以提高車位狀態(tài)判斷的準確率。

1標定值變化統(tǒng)計分析

筆者以一個停車場的35個地磁車位探測器為研究對象，對地磁車位探測器的標定值進行了統(tǒng)計分析。第一種是以5個月為階段，分析節(jié)點各月間的變化；第二是以4周為階段，分析節(jié)點標定值每周的變化；第三是以4周為階斷，針對部分典型節(jié)點分析每日的變化。

1.1月度變化

在5個月的時間內(nèi)，觀測到節(jié)點標定值均呈下降趨勢,計算平均每月的變化值及其累計分布，可得節(jié)點的月度變化值最大為T8,最小為T,變化值在［-10,-1］間的節(jié)點占94.29%。

1.2每周變化

對15個地磁車位探測器進行標定值每周變化分析，相鄰兩周的標定值的差值按從小到大排列，其散點圖如圖1所示,其縱坐標代表差值，橫坐標為序號。差值區(qū)間分布如表1所列。

由以上分析可得，相鄰兩周的差值變化主要集中在[－2，2]，占77.78%；在[-3，3]范圍內(nèi)占86.67%。

1.3每日變化

對部分節(jié)點在4周內(nèi)的標定值和每日變化值進行分析，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）相鄰兩天內(nèi)的標定值變化未呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性；不同節(jié)點的每天變化值大小不同。

（2）相鄰兩天的變化值所占百分比如圖2所示，變化值在[-3，3]區(qū)間的比率為90.84%，在[-4，4]區(qū)間占94.66%。

（3）連續(xù)兩天出現(xiàn)同一方向大幅度變動的情況很少，連續(xù)兩天變化值的百分比如圖3所示，連續(xù)兩天變化值在［-6,6］范圍內(nèi)的比率為94.44%。

（4）對于日變化值大的節(jié)點，在車位空閑情況下，可觀測到當天標定值逐漸下降。

1.4標定值變化分析

通過前面的分析，可得到如下結論：

（1）長時間內(nèi)，標定值具有下降趨勢；相鄰兩月的變化值大多數(shù)在[-10，10]范圍內(nèi)，占91.67%。

（2）每周標定值的變化主要集中在[-2，2]，占77.78%；在[-3，3]范圍內(nèi)占86.67%；在[-6，6]范圍內(nèi)占93.33%，在[-9，9]范圍內(nèi)達到100%。

（3）短時間內(nèi)，如相鄰兩天內(nèi)，標定值變化不定，上下振蕩。相鄰兩天的變化值在[-2，2]間的比率為83.97%，[-3，3]間占90.84%，[-4，4]間占94.66%，[-5，5]間占96.56%。

（4）連續(xù)兩天出現(xiàn)同一方向大幅度變動的情況很少，連續(xù)兩天變化值在[-4，4]范圍內(nèi)的百分比（即兩天的變化幅度在4以內(nèi)）為85.71%，在[-6，6]范圍內(nèi)的百分比（即兩天內(nèi)變化幅度在6以內(nèi)）為94.44%。

（5）對于日變化量較大的節(jié)點，若車位空閑，可觀測到標定值逐漸下降。

2基于統(tǒng)計分析的地磁車位探測器在線標定方法

基于上述標定值分析，本文提出了一種基于統(tǒng)計分析的地磁車位探測器在線標定方法。該在線標定方法中涉及到的設備包括地磁車位探測器、傳輸網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心。其中，地磁車位探測器用于檢測地磁的磁感應強度值，并將其經(jīng)傳輸網(wǎng)絡傳送給數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)進行分析，得出無車時的磁感應強度值，并將其作為標定值，同時將該值經(jīng)傳輸網(wǎng)絡發(fā)送給地磁車位探測器存儲。

地磁車位探測器在線標定方法一般由三部分組成：

第一，設置標定值的計算周期，假設為m小時。

第二，對地磁車位探測器檢測的磁感應強度值進行統(tǒng)計分析，步驟如下：

地磁車位探測器定期采集當前車位的地磁場磁感應強度值，并將該值和采集時間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心；

通過人工判斷車位狀態(tài)并告知數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心篩選出一段時間內(nèi)每個計算周期內(nèi)無車時地磁車位探測器檢測的磁感應強度值:

數(shù)據(jù)中心計算相鄰兩個計算周期的磁感應強度的差值，并對差值進行概率統(tǒng)計分析，計算a的值，使差值落在范圍［-a,a］內(nèi)的概率為90%。

第三，對標定值進行在線標定，步驟如下：

通過人工判斷，可得到無車時地磁車位探測器檢測的磁感應強度值，并以此作為地磁車位探測器在下一個計算周期的標定值B存儲于數(shù)據(jù)中心，同時發(fā)送給地磁車位探測器存儲；

地磁車位探測器檢測得到當前車位的磁感應強度值,并將數(shù)值和采集時間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心；

一個計算周期(m小時)到達后，數(shù)據(jù)中心對該時間段范圍［B-a,B+a］中的磁感應強度值進行統(tǒng)計，假設值為x的磁感應強度值的數(shù)目最多，則存儲x作為下一個計算周期的的標定值；

數(shù)據(jù)中心將該計算周期的標定值x發(fā)送給地磁車位探測器，地磁車位探測器存儲該值；

在下一個計算周期重復步驟(2)、(3)、(4)。

3系統(tǒng)實施案例

本文的在線標定方法已經(jīng)在實際系統(tǒng)中得到應用?；诮y(tǒng)計分析的地磁車位探測器在線標定系統(tǒng)由地磁車位探測器、傳輸網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心構成。傳輸網(wǎng)絡為ZigBee無線網(wǎng)絡，其設備包括中繼和網(wǎng)關；中繼實現(xiàn)與地磁車位探測器和網(wǎng)關的直接通信；網(wǎng)關實現(xiàn)與中繼和數(shù)據(jù)中心的直接通信。

地磁車位探測器檢測地磁的磁感應強度值，并將其經(jīng)傳輸網(wǎng)絡傳送給數(shù)據(jù)中心。地磁車位探測器主要由地磁傳感器、微處理器、存儲模塊、無線通信模塊、電源組成。其中，地磁傳感器采集該地磁車位探測器所在車位的地磁場磁感應強度；微處理器模塊控制其他模塊進行工作；存儲模塊用于存儲地磁傳感器采集的磁感應強度值和標定值；無線通信模塊用來與傳輸網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信；電源用于給其他模塊供電。

數(shù)據(jù)中心接收地磁車位探測器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，執(zhí)行統(tǒng)計分析，計算得到該地磁車位探測器的標定值，并將其經(jīng)網(wǎng)關和中繼發(fā)送至地磁車位探測器。

設置標定值的計算周期可設為24h。對標定值統(tǒng)計分析的步驟如下：

地磁車位探測器每隔20s采集一次磁感應強度值,并將該值和采集時間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。

在地磁車位探測器的安裝位置安排人員記錄有無車輛，并告知數(shù)據(jù)中心的工作人員；通過數(shù)據(jù)中心的軟件篩選出28天內(nèi)每24h無車時地磁車位探測器檢測的磁感應強度值。

數(shù)據(jù)中心計算得到相鄰兩天的磁感應強度差值，計算這些差值的概率；同時計算a的值，使差值落在范圍［-a,a］內(nèi)的概率為90%。根據(jù)第2節(jié)的分析結果可得a=3。

在線標定步驟如下：

將上面分析的第28天無車時地磁車位探測器檢測的磁感應強度值設為第29天的標定值存儲于數(shù)據(jù)中心，并通過傳輸網(wǎng)絡發(fā)送至地磁車位探測器；地磁車位探測器通過其存儲模塊存儲該值。假設該值B=4170。

地磁車位探測器將第29天內(nèi)采集到的磁感應強度值和采集時間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。

在第30天0:00:00，數(shù)據(jù)中心對第29天內(nèi)在范圍［4170-3,4170+3］即［4167,4173］中的磁感應強度值進行數(shù)目統(tǒng)計，假設值為4171的磁感應強度值的數(shù)目最多，貝帝儲4171作為第30天的標定值。

數(shù)據(jù)中心將第30天的標定值4171經(jīng)網(wǎng)關和中繼發(fā)送給地磁車位探測器，地磁車位探測器通過存儲模塊存儲該值。

4結語

針對地磁車位探測器的標定值不穩(wěn)定的問題，本文研究了地磁車位探測器的標定值的變化特點，并設計了一種地磁車位探測器的在線標定方法，實現(xiàn)了地磁車位探測器的在線自動標定。該方法可使其標定值更加準確，以提高車位狀態(tài)判斷的準確率。該在線標定方法通過對標定值的變化范圍進行統(tǒng)計分析，可跟蹤標定值的變化，對其進行定期修正。目前,該方法已在實際系統(tǒng)中得到應用，并取得了較好的效果，可有效減少由于標定值不準確而引起的車位狀態(tài)判斷錯誤問題,提高了停車場管理系統(tǒng)的準確性。

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