基于統(tǒng)計(jì)分析的地磁車位探測(cè)器在線標(biāo)定方法

引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)，停車場(chǎng)難找、車位緊張、等位耗時(shí)等問(wèn)題一直困擾著公眾。因此，出現(xiàn)了停車場(chǎng)誘導(dǎo)系統(tǒng)，通過(guò)地磁車位探測(cè)器檢測(cè)車位狀態(tài)，發(fā)布車位信息，弓導(dǎo)公眾泊車。

地磁車位探測(cè)器是采用地磁傳感器監(jiān)測(cè)車位在有車與無(wú)車兩種狀態(tài)下地磁的變化情況，實(shí)現(xiàn)車輛有無(wú)的判斷的。如果地磁車位探測(cè)器獲得的無(wú)車狀態(tài)下的地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度值不準(zhǔn)確，將會(huì)出現(xiàn)車位狀態(tài)判斷錯(cuò)誤的情況。而由于設(shè)備自身原因及自然環(huán)境影響，在無(wú)車狀態(tài)下，地磁傳感器檢測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，因此需要定期對(duì)地磁車位探測(cè)器在無(wú)車狀態(tài)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行標(biāo)定。

本文研究了地磁車位探測(cè)器的標(biāo)定值（即在無(wú)車狀態(tài)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度值）的變化特點(diǎn)，根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種地磁車位探測(cè)器的在線標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)地磁車位探測(cè)器的在線自動(dòng)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(jì)分析

筆者以一個(gè)停車場(chǎng)的35個(gè)地磁車位探測(cè)器為研究對(duì)象，對(duì)地磁車位探測(cè)器的標(biāo)定值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。第一種是以5個(gè)月為階段，分析節(jié)點(diǎn)各月間的變化；第二是以4周為階段，分析節(jié)點(diǎn)標(biāo)定值每周的變化；第三是以4周為階斷，針對(duì)部分典型節(jié)點(diǎn)分析每日的變化。

1.1月度變化

在5個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，觀測(cè)到節(jié)點(diǎn)標(biāo)定值均呈下降趨勢(shì),計(jì)算平均每月的變化值及其累計(jì)分布，可得節(jié)點(diǎn)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(diǎn)占94.29%。

1.2每周變化

對(duì)15個(gè)地磁車位探測(cè)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(diǎn)圖如圖1所示,其縱坐標(biāo)代表差值，橫坐標(biāo)為序號(hào)。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(duì)部分節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)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(duì)于日變化值大的節(jié)點(diǎn)，在車位空閑情況下，可觀測(cè)到當(dāng)天標(biāo)定值逐漸下降。

1.4標(biāo)定值變化分析

通過(guò)前面的分析，可得到如下結(jié)論：

（1）長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，標(biāo)定值具有下降趨勢(shì)；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[-9，9]范圍內(nèi)達(dá)到100%。

（3）短時(shí)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(dòng)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(duì)于日變化量較大的節(jié)點(diǎn)，若車位空閑，可觀測(cè)到標(biāo)定值逐漸下降。

2基于統(tǒng)計(jì)分析的地磁車位探測(cè)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(jì)分析的地磁車位探測(cè)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(cè)器、傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心。其中，地磁車位探測(cè)器用于檢測(cè)地磁的磁感應(yīng)強(qiáng)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出無(wú)車時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，并將其作為標(biāo)定值，同時(shí)將該值經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給地磁車位探測(cè)器存儲(chǔ)。

地磁車位探測(cè)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(jì)算周期，假設(shè)為m小時(shí)。

第二，對(duì)地磁車位探測(cè)器檢測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，步驟如下：

地磁車位探測(cè)器定期采集當(dāng)前車位的地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度值，并將該值和采集時(shí)間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心；

通過(guò)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(shí)間內(nèi)每個(gè)計(jì)算周期內(nèi)無(wú)車時(shí)地磁車位探測(cè)器檢測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值:

數(shù)據(jù)中心計(jì)算相鄰兩個(gè)計(jì)算周期的磁感應(yīng)強(qiáng)度的差值，并對(duì)差值進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算a的值，使差值落在范圍［-a,a］內(nèi)的概率為90%。

第三，對(duì)標(biāo)定值進(jìn)行在線標(biāo)定，步驟如下：

通過(guò)人工判斷，可得到無(wú)車時(shí)地磁車位探測(cè)器檢測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，并以此作為地磁車位探測(cè)器在下一個(gè)計(jì)算周期的標(biāo)定值B存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)中心，同時(shí)發(fā)送給地磁車位探測(cè)器存儲(chǔ)；

地磁車位探測(cè)器檢測(cè)得到當(dāng)前車位的磁感應(yīng)強(qiáng)度值,并將數(shù)值和采集時(shí)間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心；

一個(gè)計(jì)算周期(m小時(shí))到達(dá)后，數(shù)據(jù)中心對(duì)該時(shí)間段范圍［B-a,B+a］中的磁感應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，假設(shè)值為x的磁感應(yīng)強(qiáng)度值的數(shù)目最多，則存儲(chǔ)x作為下一個(gè)計(jì)算周期的的標(biāo)定值；

數(shù)據(jù)中心將該計(jì)算周期的標(biāo)定值x發(fā)送給地磁車位探測(cè)器，地磁車位探測(cè)器存儲(chǔ)該值；

在下一個(gè)計(jì)算周期重復(fù)步驟(2)、(3)、(4)。

3系統(tǒng)實(shí)施案例

本文的在線標(biāo)定方法已經(jīng)在實(shí)際系統(tǒng)中得到應(yīng)用。基于統(tǒng)計(jì)分析的地磁車位探測(cè)器在線標(biāo)定系統(tǒng)由地磁車位探測(cè)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)備包括中繼和網(wǎng)關(guān)；中繼實(shí)現(xiàn)與地磁車位探測(cè)器和網(wǎng)關(guān)的直接通信；網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與中繼和數(shù)據(jù)中心的直接通信。

地磁車位探測(cè)器檢測(cè)地磁的磁感應(yīng)強(qiáng)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(cè)器主要由地磁傳感器、微處理器、存儲(chǔ)模塊、無(wú)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(cè)器所在車位的地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度；微處理器模塊控制其他模塊進(jìn)行工作；存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)地磁傳感器采集的磁感應(yīng)強(qiáng)度值和標(biāo)定值；無(wú)線通信模塊用來(lái)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(cè)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，執(zhí)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算得到該地磁車位探測(cè)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(cè)器。

設(shè)置標(biāo)定值的計(jì)算周期可設(shè)為24h。對(duì)標(biāo)定值統(tǒng)計(jì)分析的步驟如下：

地磁車位探測(cè)器每隔20s采集一次磁感應(yīng)強(qiáng)度值,并將該值和采集時(shí)間發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。

在地磁車位探測(cè)器的安裝位置安排人員記錄有無(wú)車輛，并告知數(shù)據(jù)中心的工作人員；通過(guò)數(shù)據(jù)中心的軟件篩選出28天內(nèi)每24h無(wú)車時(shí)地磁車位探測(cè)器檢測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。

數(shù)據(jù)中心計(jì)算得到相鄰兩天的磁感應(yīng)強(qiáng)度差值，計(jì)算這些差值的概率；同時(shí)計(jì)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：

將上面分析的第28天無(wú)車時(shí)地磁車位探測(cè)器檢測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值設(shè)為第29天的標(biāo)定值存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)中心，并通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至地磁車位探測(cè)器；地磁車位探測(cè)器通過(guò)其存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)該值。假設(shè)該值B=4170。

地磁車位探測(cè)器將第29天內(nèi)采集到的磁感應(yīng)強(qiáng)度值和采集時(shí)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(duì)第29天內(nèi)在范圍［4170-3,4170+3］即［4167,4173］中的磁感應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行數(shù)目統(tǒng)計(jì)，假設(shè)值為4171的磁感應(yīng)強(qiáng)度值的數(shù)目最多，貝帝儲(chǔ)4171作為第30天的標(biāo)定值。

數(shù)據(jù)中心將第30天的標(biāo)定值4171經(jīng)網(wǎng)關(guān)和中繼發(fā)送給地磁車位探測(cè)器，地磁車位探測(cè)器通過(guò)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)該值。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)地磁車位探測(cè)器的標(biāo)定值不穩(wěn)定的問(wèn)題，本文研究了地磁車位探測(cè)器的標(biāo)定值的變化特點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了一種地磁車位探測(cè)器的在線標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)了地磁車位探測(cè)器的在線自動(dòng)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(guò)對(duì)標(biāo)定值的變化范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可跟蹤標(biāo)定值的變化，對(duì)其進(jìn)行定期修正。目前,該方法已在實(shí)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(cuò)誤問(wèn)題,提高了停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

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