一种多车道动态称重车辆快速匹配方法、系统及称台
技术领域
本发明涉及车辆称重领域，特别是涉及一种多车道动态称重车辆快速匹配方法、系统及称台。
背景技术
路网超载超限监测系统是一套专门针对当前超载超限严重危害道路安全而开发的、实时获取车辆轴重、总重等检测参数的信息化系统，实现对公路路面上各种车辆的动态称重功能和过往车辆的轴重、总重、车型、流量和速度等参数检测。
车辆在车道行驶时，超载超限监测系统可以实时对车辆的轴重、总重、车型、流量和速度等参数进行检测。然而，当车辆横跨相邻的两车道或多车道，车辆的总重即为多车道称重传感器数据的累加和；当各有一辆车通过不同车道时，不同车道称重传感器数据即为各车辆的总重。因此需要判断相邻两车道或多车道上通过的是否为同一车辆。
因此设计一种运行于嵌入式称重控制器的、基于多车道相关传感器信号序列的相似度，来对多车道动态称重车辆快速匹配的算法十分关键。
发明内容
针对车辆不按正常车道行驶问题，目前没有实际可行的方案判断多车道通行的是否为同一车辆；本发明提出了一种多车道动态称重车辆快速匹配方法、系统及称台，该方法运行于嵌入式称重控制器的、基于多车道相关传感器信号序列的相似度，来对多车道动态称重车辆快速匹配的算法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种多车道动态称重车辆快速匹配方法，包括以下步骤：
获取车辆通过和驶离地感线圈以及车轮通过轮胎识别仪时产生信号跳变沿；
根据获取不同车道传感器产生信号跳变沿的若干个时间序列，将邻近时刻产生的时间序列划分为一组；
组内计算序列元素个数并进行第一判断；
若序列元素个数不同则两车道上通过的为不同车辆；
若组内序列元素个数相同时，分别计算两序列除前两个序列元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距；再计算两个轮距序列对应序列元素的距离，进行第一判断；
若最终得到的距离序列各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；
若距离序列各序列元素的值小于设定的阈值时，计算两序列对应序列元素的距离，进行第三判断；
若该距离序列各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；反之则两车道上通过的为同一车辆。
作为本发明的进一步改进，所述划分为一组是指：
当邻近时刻，两车道地感线圈出现传感器信号跳变情况时，将两车道采集到的时间序列划分为一组，组内两序列分别命名为R,T序列，其中R＝{R(1),R(2),…,R(m)}，T＝{T(1),T(2),…,T(n)}。
作为本发明的进一步改进，所述信号跳变沿获取方法为：
两车道地感线圈的输出响应时间分别为t0、r0，两车道轮胎识别仪的输出响应时间分别为t1、r1，车辆通过两车道传感器的时刻分别记为Ti、Ri；
计算车辆通过两车道传感器的实时时间，其中车辆通过两车道地感线圈的实时时间分别为T1-t0、R1-r0，车辆驶离两车道地感线圈的实时时间分别为T2-t0、R2-r0，以此类推，车辆通过两车道轮胎识别仪的实时时间分别为Ti-t1、Ri-r1,i＝3,4…n；R序列的序列元素R(1)＝R1-r0即该车道车辆通过地感线圈的实时时间，序列元素R(2)＝R2-r0表示该车道车辆驶离地感线圈的实时时间，其余序列元素表示车辆通过轮胎识别仪的实时时间；T序列的序列元素T(1)＝T1-t0即该车道车辆通过地感线圈的实时时间，序列元素T(2)＝T2-t0表示该车道车辆驶离地感线圈的实时时间，其余序列元素表示车辆通过轮胎识别仪的实时时间；下标为1的序列元素为时间序列的起点，即该车道车辆通过地感线圈的实时时间；下标为m或n的序列元素为时间序列终点，即车辆最后一个车轮通过轮胎识别仪的实时时间。
作为本发明的进一步改进，第一判断具体为：
计算组内R,T两序列元素个数，通过比较两序列终点的序列元素下标m与n的大小，若m与n不相等说明两车道上通过的车辆轮数不同，则两车道上通过的为不同车辆；若两车道通过的车辆轮数分别为k,t，则R,T两序列的序列元素个数分别为k+2,t+2。
作为本发明的进一步改进，第二判断具体为：
若两序列终点的序列元素下标m与n的大小相等说明两车道上通过的车辆轮数相同；分别计算两序列除前两个序列元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距，构成两个新的序列R’、T’；
其中，R’＝{|R(4)-R(3)|,|R(5)-R(4)|,…|R(m)-R(m-1)|}，T’＝{|T(4)-T(3)|,|T(5)-T(4)|,…|T(n)-T(n-1)|}；
R′序列的序列元素|R(4)-R(3)|表示该车道上车辆第一个轮子与第二个轮子间的轮距；以此类推，第二个序列元素表示车辆第二、三个轮子间的轮距；T′序列的序列元素|T(4)-T(3)|表示该车道上车辆第一个轮子与第二个轮子间的轮距，以此类推，第二个序列元素表示车辆第二、三个轮子间的轮距；再计算两个新序列R’、T’对应序列元素的距离,构成新序列Q＝{||T(4)-T(3)|-|R(4)-R(3)||,||T(5)-T(4)|-|R(5)-R(4)||,…||T(n)-T(n-1)|-|R(m)-R(m-1)||}；序列Q的序列元素||T(4)-T(3)|-|R(4)-R(3)||表示两车道上通行的车辆第一、二个轮子间的轮距的相似度，以此类推，第二个序列元素表示车辆第二、三个轮子间的轮距的相似度；
若最终得到的序列Q各序列元素的值大于设定的阈值说明两车道上通过的车辆轮距不同，则两车道上通过的为不同车辆。
作为本发明的进一步改进，第三判断具体为：
若序列Q各序列元素的值小于设定的阈值说明两车道上通过的车辆轮距相同，然后分别计算R,T两序列对应序列元素的距离，构成新的序列P；
其中，P＝{|T(1)-R(1)|,|T(2)-R(2)|,…|T(n)-R(m)|}，序列P的序列元素|T(1)-R(1)|表示不同车道车辆通过地感线圈的时间差，序列元素|T(2)-R(2)|表示不同车道车辆驶离地感线圈的时间差，序列P的其余序列元素表示不同车道车辆通过轮胎识别仪的时间差；若序列P各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；反之则两车道上通过的为同一车辆。
一种多车道动态称重车辆快速匹配系统，包括：
获取模块，用于获取车辆通过和驶离地感线圈以及车轮通过轮胎识别仪时产生信号跳变沿；
分组模块，根据获取不同车道传感器产生信号跳变沿的若干个时间序列，将邻近时刻产生的时间序列划分为一组；
第一判断模块，用于组内计算序列元素个数并进行第一判断；
若序列元素个数不同则两车道上通过的为不同车辆；
第二判断模块，用于若组内序列元素个数相同时，分别计算两序列除前两个序列元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距；再计算两个轮距序列对应序列元素的距离，进行第一判断；
若最终得到的距离序列各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；
第三判断模块，用于若距离序列各序列元素的值小于设定的阈值时，计算两序列对应序列元素的距离，进行第三判断；
若该距离序列各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；反之则两车道上通过的为同一车辆。
一种超载超限系统称台包括称台、地感线圈、轮胎识别仪和所述多车道动态称重车辆快速匹配系统；沿车辆行驶方向，按照地感线圈、轮胎识别仪及称台的顺序分别安装。
所述地感线圈与轮胎识别仪的距离为0.2～1.0米，轮胎识别仪与称台的距离为0.2～1.0米。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的一种多车道动态称重车辆快速匹配方法，首先获取多车道传感器信号序列并进行分组处理；对组内两序列的序列长度进行比较；计算组内两序列除前两个序列元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距；计算组内两序列对应序列元素的距离即不同车道车辆通过车道传感器的时间差。通过上述方式，解决了多车道传感器信号序列的相似度问题，提高了算法运行于嵌入式称重控制器的可行性。
本发明的快速匹配系统，通过三个判断模块对组内计算序列元素个数进行判断，得到是否为同一车辆，解决了多车道传感器信号序列的相似度问题，提高了算法运行于嵌入式称重控制器的可行性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要适用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1超载超限系统称台结构示意图；
图2车辆行驶情况示意图；
图3车辆通行时轮胎识别仪信号示意图；
图4多车道动态称重车辆快速匹配方法流程图。
其中，1为称台，2为轮胎识别仪，3为地感线圈。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了判断不同车道驶过的是否为同一车辆问题，实现多车道动态称重车辆快速匹配方法，以相邻两车道为例，包括以下步骤：
对传感器进行零位标定，记录各传感器的输出响应时间；
在车道第一块称台前方按顺序安置地感线圈、轮胎识别仪；
车辆通过和驶离地感线圈以及车轮通过轮胎识别仪时产生信号跳变沿；
去除传感器零位，获取不同车道传感器产生信号跳变沿的若干个时间序列；
将邻近时刻产生的时间序列划分为一组，组内计算序列元素个数，若序列元素个数不同则两车道上通过的为不同车辆；
组内序列元素个数相同时，分别计算两序列除前两个序列元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距，再计算两个轮距序列对应序列元素的距离。若最终得到的距离序列各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；
距离序列各序列元素的值小于设定的阈值时，计算两序列对应序列元素的距离。若该距离序列各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；反之则两车道上通过的为同一车辆。
具体的，以下结合附图对本发明进行详细说明：
(1)超载超限系统称台结构设计
本发明首先利用传感器模块以采集车辆的通行状态。本超载超限系统的传感器模块的安装结构如图1所示，其硬件系统由地感线圈3、轮胎识别仪2和称台1组成。沿车辆行驶方向，按照地感线圈、轮胎识别仪及称台的顺序分别安装。其中，地感线圈与轮胎识别仪的距离应取0.2～1.0米，轮胎识别仪与第一个称台的距离也应在0.2～1.0米之间。
本发明采用的地感线圈3，在车道第一块称台1的前端。当车辆通过地感线圈或者停在该线圈上时，车辆本身的铁质将会改变线圈内的磁通，引起线圈回路电感量的变化，通过检测该电感量的变化来判断通行车辆状态。
本发明采用的轮胎识别仪，在车道地感线圈的后端。当车辆通过轮胎识别仪时，传感器会产生信号跳变，通过检测信号变化来判断当前通过车辆的轴数、轮数。
本发明每隔2ms对传感器数据进行一次采样，采样频率为500Hz。通过对这些采样点的分析，把车辆通过和驶离地感线圈的过程辨识出来，提取出各个过程的特征值。为了便于对车轮的检测和识别，本发明的车轮检测采用了分析轮胎识别仪信号跳变时的时间序列。
该系统不仅可以同时准确监测两个车道称重数据，当个别车辆在中间行驶时，同样可以精确称量。在实际应用中，为了进一步提高系统精度，建议在道路中间加硬隔离设施，便于区分来往车辆，防止车辆逆行逃避检测。
(2)基于动态时间规整的跨道车辆匹配方法
车辆在车道上有多种行驶情况，如图2所示。在相邻的两车道或多车道上各自有一辆车驶过，同一车辆跨道驶过两车道或多车道。车辆通过和驶离地感线圈时分别会出现信号跳变，记录信号跳变出现的时刻；车辆通过轮胎识别仪时，每经过一个车轮，传感器信号出现一次信号跳变，记录每次信号跳变出现的时刻。同一车辆跨道行驶时，采集两车道地感线圈、轮胎识别仪产生信号跳变时的时间序列；各有一辆车通过不同车道时，采集不同车道地感线圈、轮胎识别仪产生信号跳变时的时间序列。当不同车道有车辆通过轮胎识别仪时，传感器信号跳变的产生情况如图3所示，图中脉冲信号表示车辆的轮数。
对传感器进行零位标定，记录各传感器的输出响应时间。每个车道上第一块称台前方按顺序布置地感线圈、轮胎识别仪。当邻近时刻，两车道地感线圈出现传感器信号跳变情况时，将两车道采集到的时间序列划分为一组，组内两序列分别命名为R,T序列，其中R＝{R(1),R(2),…,R(m)}，T＝{T(1),T(2),…,T(n)}。两车道地感线圈的输出响应时间分别为t0、r0，两车道轮胎识别仪的输出响应时间分别为t1、r1，车辆通过两车道传感器的时刻分别记为Ti、Ri。消除传感器零位造成的误差影响，计算车辆通过两车道传感器的实时时间。其中车辆通过两车道地感线圈的实时时间分别为T1-t0、R1-r0，车辆驶离两车道地感线圈的实时时间分别为T2-t0、R2-r0，以此类推，车辆通过两车道轮胎识别仪的实时时间分别为Ti-t1、Ri-r1,i＝3,4…n。R序列的序列元素R(1)＝R1-r0即该车道车辆通过地感线圈的实时时间，序列元素R(2)＝R2-r0表示该车道车辆驶离地感线圈的实时时间，其余序列元素表示车辆通过轮胎识别仪的实时时间；T序列的序列元素T(1)＝T1-t0即该车道车辆通过地感线圈的实时时间，序列元素T(2)＝T2-t0表示该车道车辆驶离地感线圈的实时时间，其余序列元素表示车辆通过轮胎识别仪的实时时间。下标为1的序列元素为时间序列的起点，即该车道车辆通过地感线圈的实时时间；下标为m或n的序列元素为时间序列终点，即车辆最后一个车轮通过轮胎识别仪的实时时间。
该算法的步骤如图4所示，首先计算组内R,T两序列元素个数，通过比较两序列终点的序列元素下标m与n的大小，若m与n不相等说明两车道上通过的车辆轮数不同，则两车道上通过的为不同车辆。若两车道通过的车辆轮数分别为k,t，则R,T两序列的序列元素个数分别为k+2,t+2。
若两序列终点的序列元素下标m与n的大小相等说明两车道上通过的车辆轮数相同。然后分别计算两序列除前两个序列元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距，构成两个新的序列R’、T’。
其中，R’＝{|R(4)-R(3)|,|R(5)-R(4)|,…|R(m)-R(m-1)|}，T’＝{|T(4)-T(3)|,|T(5)-T(4)|,…|T(n)-T(n-1)|}。R′序列的序列元素|R(4)-R(3)|表示该车道上车辆第一个轮子与第二个轮子间的轮距，以此类推，第二个序列元素表示车辆第二、三个轮子间的轮距；T′序列的序列元素|T(4)-T(3)|表示该车道上车辆第一个轮子与第二个轮子间的轮距，以此类推，第二个序列元素表示车辆第二、三个轮子间的轮距。再计算两个新序列R’、T’对应序列元素的距离,构成新序列Q＝{||T(4)-T(3)|-|R(4)-R(3)||,||T(5)-T(4)|-|R(5)-R(4)||,…||T(n)-T(n-1)|-|R(m)-R(m-1)||}。序列Q的序列元素||T(4)-T(3)|-|R(4)-R(3)||表示两车道上通行的车辆第一、二个轮子间的轮距的相似度，以此类推，第二个序列元素表示车辆第二、三个轮子间的轮距的相似度。若最终得到的序列Q各序列元素的值大于设定的阈值说明两车道上通过的车辆轮距不同，则两车道上通过的为不同车辆。
若序列Q各序列元素的值小于设定的阈值说明两车道上通过的车辆轮距相同，然后分别计算R,T两序列对应序列元素的距离，构成新的序列P。
其中，P＝{|T(1)-R(1)|,|T(2)-R(2)|,…|T(n)-R(m)|}，序列P的序列元素|T(1)-R(1)|表示不同车道车辆通过地感线圈的时间差，序列元素|T(2)-R(2)|表示不同车道车辆驶离地感线圈的时间差，序列P的其余序列元素表示不同车道车辆通过轮胎识别仪的时间差。若序列P各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；反之则两车道上通过的为同一车辆。
算法性能测试时，采用现场车辆模拟实测。
同一车辆横跨两车道沿车道正常行驶，两车道上的传感器产生信号序列，分别命名为R,T序列。计算R、T序列的元素个数，得到两序列元素个数相同，说明此时两车道上通过的车辆轮数相同；然后计算R、T序列除前两个元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距，得出此时两车道上通过的车辆相邻两轮间的轮距相同；最后计算R,T两序列对应序列元素的距离即不同车道车辆通过车道传感器的时间差，得出时间差小于设定的阈值，说明此时两车道上通过的为同一车辆。
不同车道上各自驶过一辆车时，两车道上的传感器产生信号序列，分别命名为R,T序列。计算R、T序列的元素个数，若车辆车型相同，得到两序列元素个数相同，说明此时两车道上通过的车辆轮数相同，若车辆车型不同，得到两序列元素个数不同，说明此时两车道上通过的为不同车辆；若R、T序列的元素个数相同，计算R、T序列除前两个元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距，若此时两车道上通过的车辆相邻两轮间的轮距不同，说明此时两车道上通过的为不同车辆；若两车道上通过的车辆相邻两轮间的轮距相同，计算R,T两序列对应序列元素的距离即不同车道车辆通过车道传感器的时间差，时间差大于设定的阈值，说明此时两车道上通过的为不同车辆。
最终的实验测试结果为多车道动态称重车辆快速匹配方法能进行跨道车辆匹配处理，判别相邻的两车道或多车道上驶过的是否为同一车辆。
本发明第二个目的在于提供一种多车道动态称重车辆快速匹配系统，包括：
获取模块，用于获取车辆通过和驶离地感线圈以及车轮通过轮胎识别仪时产生信号跳变沿；
分组模块，根据获取不同车道传感器产生信号跳变沿的若干个时间序列，将邻近时刻产生的时间序列划分为一组；
第一判断模块，用于组内计算序列元素个数并进行第一判断；
若序列元素个数不同则两车道上通过的为不同车辆；
第二判断模块，用于若组内序列元素个数相同时，分别计算两序列除前两个序列元素外其余相邻序列元素间的距离即车辆相邻两轮间的轮距；再计算两个轮距序列对应序列元素的距离，进行第一判断；
若最终得到的距离序列各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；
第三判断模块，用于若距离序列各序列元素的值小于设定的阈值时，计算两序列对应序列元素的距离，进行第三判断；
若该距离序列各序列元素的值大于设定的阈值则两车道上通过的为不同车辆；反之则两车道上通过的为同一车辆。
本发明第三个目的在于提供一种超载超限系统称台，包括称台、地感线圈、轮胎识别仪和所述多车道动态称重车辆快速匹配系统；沿车辆行驶方向，按照地感线圈、轮胎识别仪及称台的顺序分别安装。
所述地感线圈与轮胎识别仪的距离为0.2～1.0米，轮胎识别仪与称台的距离为0.2～1.0米。
本发明第四个目的在于提供一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述多车道动态称重车辆快速匹配方法。
本发明第五个目的在于提供一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述多车道动态称重车辆快速匹配方法。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算系统来实现，它们可以集中在单个的计算系统上，或者分布在多个计算系统所组成的网络上，可选地，它们可以用计算系统可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储系统中由计算系统来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
