地磁传感器应用于停车场车辆检测
【摘要】基于地磁传感器的车辆检测系统通过检测停车场车辆通行情况，可以用于城市道路交通的控制与管理，以提高城市道路的通行能力，决策领导层可以停车场车辆检测到的数据做出相应的判断，以使得停车场能有效地容量更多的测量，缓和城市交通拥挤状况。

【关键词】地磁传感器；停车场；车辆检测
1.引言
在现代大城市中，交通的车辆有几十万甚至几百万辆，汽车通常会停考在停车场，而且停车场上的情况瞬息万变。

如果能够快速探侦测到测量数量情况并且做出相应的决策，将会大大提升由此造成的停车场的容量情况，这对国民经济的发展以及城市的建设和规划都会产生重要作用。

为此作者设计了基于地磁传感器的停车场车辆检测系统。

利用地磁传感检测道路车辆通行情况，通过通信系统将采集到的信息传输到交通控制中心，用于停车场交通的控制与管理，对提高城市道路的通行能力、缓和城市交通拥挤将会起到一定作用。

2.地磁传感器的检测原理及应用特性研究
2.1 地磁传感器的检测原理
基于集成电路的异向性磁阻（Anisotropic Magneto Resistive，AMR）传感器就是一种应用于地磁感应的传感器，它在能够快速检测静态地磁的同时，也能够轻松的获取地磁的方向和大小等地磁参数。

地磁传感器的一般应用是将四个AMR传感器电阻条进行相互连接，进而形成一个典型的惠斯通电桥，这样就可以测出沿着单一轴线的磁场强度和方向，电桥的典型阻值和带宽分别为1KΩ和1～5MHz。

AMR地磁传感器最突出的特点就是它可以通过沉积硅片的方式进行量产，封装为专有的IC外形，这样使得地磁传感器可以被集成在系统元器件或其它电路中。

2.2 车辆检测原理
无论一个铁磁性物体是静止的还是运动的，它都会对一定范围内的地球磁场形成明显的磁干扰。

在汽车的车轮和发动机处，这种地磁扰动表现的尤为明显，当然这也可能是由于在汽车车顶或后备箱中有引起地磁扰动的其它铁磁性物体。

一般来说，铁磁性物体都会对地磁的磁力线有一定的畸变和扭曲，并且不同类型的车辆对于地球磁场的扰动一般是不一样的，即对于地磁的干扰会随着铁磁性物体的质量、内部结构和外形的不同而有所变化，这也是当前检测车辆各项交通参数的原理所在。

在实际的交通应用中，地磁传感器的放置地点和距离是很重要的，一般是由
车辆的类型情况和检测要求来决定的。

如果是检测车辆的分类和速度，那么一般是将传感器埋入地下，即车辆就会从传感器上面经过，这样能够使地磁传感器对车辆的检测更加全面；若是要检测车辆的方向和存在情况，那最好是将传感器放置在车辆经过的路边即可。

2.3 车辆的分类
根据地磁传感器对于车辆检测的原理，一般通过地磁的扰动和变化提供的关于车辆的详细地磁特征，就可以判断分析出不同类型的车辆，即进行车辆的分类工作。

对车辆进行测试的实验装置为，三轴AMR地磁传感器放置在距离地面30cm高的位置，X轴指向西，Y轴指向南，Z轴是垂直向上的。

在检测车辆分类的实验中，将三轴AMR地磁传感器放置在车辆旁边，这样就可以提取出车辆经过时引起的地磁扰动及其详细的地磁特征信号。

当车辆通过这10米的距离时，就可以测试出地磁信号输出中两个峰值之间的时间，并因此可以计算出相应的车速（距离10米与峰值的时间差之比）。

从而就为车辆分类又提供了一个重要的交通参数，同时也为车辆是否超速和电子眼的工作提供了重要的依据。

在此基础上，结合输出曲线中的畸变扭曲部分及其具体程度，就能够再进一步计算出车辆的长度，这样就会更加有利于对车辆分类的进一步研究。

2.4 车辆的存在
检测车辆存在的问题时，只需要有一个方向向上的单轴传感器就能够满足要求。

此时输出的地磁曲线只要经过简单的分析，就能够检验车辆是否存在。

同时，为了避免或过滤相邻车道的地球磁场干扰，可以适当地在地磁信号输出曲线上进行一些阀值的设置来进行一定程度的数据转换，这样就能够有效而可靠地进行地磁的抗干扰设计。

另外，进行车辆检测的存在性也有其它办法，比如可以通过计算当前周围磁场变化的方法。

当前周围磁场变化=（X2+Y2+Z2）1/2。

此时计算出来的数值变化就表明了车辆对地球磁场整体的扰动程度，各个地磁输出曲线在总体的走势上基本是大同小异，但是在信号的强度，即正负峰值的变化确实非常大，可以看出这种衰减的变化是非常快的。

为此，如果地磁传感器不需要考虑相邻车道的情况，而仅仅是检测当前车道上的车辆时，那么这种衰减的变化就会真正地充分地发挥作用和优势，而且也是特别有效的。

在实际的交通应用中，AMR地磁传感器在一定的道路范围内可以有着非常好的检测准确度。

同时，这也能够很好地检测车辆的存在和方向情况，并且在实际使用中也不需要进行切割道路等工作，这就使得整个检测的准备工作和过程是特别地有效和简便。

2.5 车型判别
系统可识别的车型分为4种，分别定义为：小型车，0；中型车，1；大型车，2；特大型车，3。

其分类标准为：4m以下为小型车，4～7m为中型车，7～11m 为大型车，11m以上为特型车。

车型的判别是通过单条通道的数据来判断的，具体的思路是：波形长度的总点数是已知的，且采样频率是已知的，且车辆的速度
如前所示，已经可以算出来。

则可根据式来计算出车长，并可根据车长来识别车型。

Lcar=Vcar×[N×（1/f采样频率）]式中：Vcar为车辆的速度；N为一个单通道的波形所包含的时间序列点数；f采样频率为地磁传感器的采样频率。

3.结束语
地磁传感器相比于地磁线圈有很大优点。

线圈会跟随路面变形（沉降、裂缝、搓移等），因此其使用效果及寿命受路面质量的影响甚大，一般寿命仅2年。

另外环境的变化和环形线圈的正常老化对检测器的工作性能有较大的影响，可使检测器材谐振回路失谐而不能判断车辆存在产生的频率变化。

地磁传感器受力面积小，抗外界干扰比地磁线圈小，而且输出的是数字信号，不需要模拟信号处理，电路简单，抗干扰性强。

安装、维修方便，不必封闭车道、对路面破坏小，维修时只需检查地磁传感器即可；检测点不易遭到破坏，不受路面移动影响。

停车场车辆检测系统是目前交通运输领域的前沿研究课题。

发达国家提出并执行了一系列研究计划，其核心是针对日益严重的交通需求和环境保护压力，采用通信技术、计算机技术、控制技术、信息处理技术等对传统交通运输系统进行深入改造。

在我国，智能交通的研究处于起步阶段。

伴随着经济的发展，城市化进程的加快，大城市交通拥堵以及能源、环境问题也变得相当严重。

智能交通系统研究必将为我国社会经济的飞速发展提供强有力的支撑。

参考文献
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