基于統(tǒng)計分析的地磁車位探測器在線標(biāo)定方法

摘要：針對地磁車位探測器的標(biāo)定值不穩(wěn)定的問題，研究了地磁車位探測器標(biāo)定值的變化特點，提出了一種地磁車位探測器的在線標(biāo)定方法。該方法可實現(xiàn)在線自動標(biāo)定，并可以提高車位狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確率。這種在線標(biāo)定方法使用統(tǒng)計學(xué)方法對標(biāo)定值的變化范圍進(jìn)行分析，可跟蹤標(biāo)定值的變化，并對其進(jìn)行定期修正。文章最后用一個實際應(yīng)用案例驗證了該在線標(biāo)定方法的可行性。
關(guān)鍵詞：在線標(biāo)定；地磁；車位探測器；統(tǒng)計分析

0 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—直困擾著公眾。因此，出現(xiàn)了停車場誘導(dǎo)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，引導(dǎo)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(yīng)強度值不準(zhǔn)確，將會出現(xiàn)車位狀態(tài)判斷錯誤的情況。而由于設(shè)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(yīng)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(yīng)強度值進(jìn)行標(biāo)定。
    本文研究了地磁車位探測器的標(biāo)定值(即在無車狀態(tài)下的磁感應(yīng)強度值)的變化特點，根據(jù)其特點設(shè)計了一種地磁車位探測器的在線標(biāo)定方法，實現(xiàn)地磁車位探測器的在線自動標(biāo)定，使其標(biāo)定值更加準(zhǔn)確，以提高車位狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確率。

1 標(biāo)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(biāo)定值進(jìn)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(biāo)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(biāo)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-18，最小為-1，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(jìn)行標(biāo)定值每周變化分析，相鄰兩周的標(biāo)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(biāo)代表差值，橫坐標(biāo)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(biāo)定值和每日變化值進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)：
    (1)相鄰兩天內(nèi)的標(biāo)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(dāng)天標(biāo)定值逐漸下降。
1．4 標(biāo)定值變化分析
    通過前面的分析，可得到如下結(jié)論：
    (1)長時間內(nèi)，標(biāo)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(biāo)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[-19，9]范圍內(nèi)達(dá)到100％。
    (3)短時間內(nèi)，如相鄰兩天內(nèi)，標(biāo)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(biāo)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(biāo)定方法
    基于上述標(biāo)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(biāo)定方法。該在線標(biāo)定方法中涉及到的設(shè)備包括地磁車位探測器、傳輸網(wǎng)絡(luò)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(yīng)強度值，并將其經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出無車時的磁感應(yīng)強度值，并將其作為標(biāo)定值，同時將該值經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給地磁車位探測器存儲。
    地磁車位探測器在線標(biāo)定方法一般由三部分組成：
    第一，設(shè)置標(biāo)定值的計算周期，假設(shè)為m小時。
    第二，對地磁車位探測器檢測的磁感應(yīng)強度值進(jìn)行統(tǒng)計分析，步驟如下：
    (1)地磁車位探測器定期采集當(dāng)前車位的地磁場磁感應(yīng)強度值，并將該值和采集時間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心；
    (2)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(yīng)強度值；
    (3)數(shù)據(jù)中心計算相鄰兩個計算周期的磁感應(yīng)強度的差值，并對差值進(jìn)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(biāo)定值進(jìn)行在線標(biāo)定，步驟如下：
    (1)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(yīng)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(biāo)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；
    (2)地磁車位探測器檢測得到當(dāng)前車位的磁感應(yīng)強度值，并將數(shù)值和采集時間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心；
    (3)一個計算周期(m小時)到達(dá)后，數(shù)據(jù)中心對該時間段范圍[B-a，B+a]中的磁感應(yīng)強度值進(jìn)行統(tǒng)訛假設(shè)值為x的磁感應(yīng)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(biāo)定值；
    (4)數(shù)據(jù)中心將該計算周期的標(biāo)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；
    (5)在下一個計算周期重復(fù)步驟(2)、(3)、(4)。

3 系統(tǒng)實施案例
    本文的在線標(biāo)定方法已經(jīng)在實際系統(tǒng)中得到應(yīng)用。基于統(tǒng)計分析的地磁車位探測器在線標(biāo)定系統(tǒng)由地磁車位探測器、傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心構(gòu)成。傳輸網(wǎng)絡(luò)為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)備包括中繼和網(wǎng)關(guān)；中繼實現(xiàn)與地磁車位探測器和網(wǎng)關(guān)的直接通信；網(wǎng)關(guān)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(yīng)強度值，并將其經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)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(yīng)強度；微處理器模塊控制其他模塊進(jìn)行工作；存儲模塊用于存儲地磁傳感器采集的磁感應(yīng)強度值和標(biāo)定值；無線通信模塊用來與傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(biāo)定值，并將其經(jīng)網(wǎng)關(guān)和中繼發(fā)送至地磁車位探測器。
    設(shè)置標(biāo)定值的計算周期可設(shè)為24 h。對標(biāo)定值統(tǒng)計分析的步驟如下：
    (1)地磁車位探測器每隔20 s采集一次磁感應(yīng)強度值，并將該值和采集時間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。
    (2)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24 h無車時地磁車位探測器檢測的磁感應(yīng)強度值。
    (3)數(shù)據(jù)中心計算得到相鄰兩天的磁感應(yīng)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(jié)果可得a=3。
    在線標(biāo)定步驟如下：
    (1)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(yīng)強度值設(shè)為第29天的標(biāo)定值存儲于數(shù)據(jù)中心，并通過傳輸網(wǎng)絡(luò)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(shè)該值B=4 170。
    (2)地磁車位探測器將第29天內(nèi)采集到的磁感應(yīng)強度值和采集時間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。
    (3)在第30天0：00：00，數(shù)據(jù)中心對第29天內(nèi)在范圍[4 170-3，4 170+3]即[4 167，4 173]中的磁感應(yīng)強度值進(jìn)行數(shù)目統(tǒng)計，假設(shè)值為4 171的磁感應(yīng)強度值的數(shù)目最多，則存儲4 171作為第30天的標(biāo)定值。
    (4)數(shù)據(jù)中心將第30天的標(biāo)定值4 171經(jīng)網(wǎng)關(guān)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(jié)語
    針對地磁車位探測器的標(biāo)定值不穩(wěn)定的問題，本文研究了地磁車位探測器的標(biāo)定值的變化特點，并設(shè)計了一種地磁車位探測器的在線標(biāo)定方法，實現(xiàn)了地磁車位探測器的在線自動標(biāo)定。該方法可使其標(biāo)定值更加準(zhǔn)確，以提高車位狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確率。該在線標(biāo)定方法通過對標(biāo)定值的變化范圍進(jìn)行統(tǒng)計分析，可跟蹤標(biāo)定值的變化，對其進(jìn)行定期修正。目前，該方法已在實際系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得了較好的效果，可有效減少由于標(biāo)定值不準(zhǔn)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(zhǔn)確性。