时域稀疏状况下多源融合的微能耗车辆感知方法研究

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近年来,城市服务和生活品质升级需求引发国内外智慧城市建设热潮,智慧停车系统作为智慧城市建设的重要载体,成为众多学者的重点研究对象。实时、精准和高效的泊位车辆状态信息是驱动智慧停车系统稳定运作的源动力,而作为现阶段泊位车辆状态测量的关键设备地磁车辆检测器,因地磁信号刻画车辆物理属性的局限性和能量资源的有限性,导致现阶段地磁车辆检测器的感知精准度和生命期无法满足智慧停车系统高效且稳定运作的基本诉求。为突破地磁车辆检测器精准度和生命期受限两大技术瓶颈,本文面向“十三五”交通强国战略重大需求,依托国家重点研发计划“物联网与智慧城市关键技术及示范”重点专项,提炼泊位车辆状态感知应用场景中科学问题,提出时域稀疏状况下多源融合的微能耗车辆感知方法,围绕时域稀疏状况下地磁多维同质特征融合感知、时域稀疏状况下多源异质信息融合感知,以及面向微能耗优化的事件驱动型多源异质信息融合感知等三个方面展开研究,通过理论研究与物理实验相结合形式验证所提方法的有效性,主要工作归纳如下:(1)为解决地磁传感器温漂问题,提出基于最小二乘法多项式曲线拟合的轻量级温漂补偿算法,以提升时域稀疏状况下地磁数据的精准性。与此同时,推导与研究描述停车过程中地磁信号时域相似性与幅值的物理模型及其特征提取方法。在此基础之上,提出基于地磁多维同质特征融合的车辆感知算法,提升泊位车辆状态感知的鲁棒性,也为后续研究建立重要基础。(2)为提升地磁车辆检测器的精准度,推导与研究不同状况下车辆衰减电磁波能量模型,并提出基于电磁波特征的车辆感知算法,充实与丰富了基于电磁波特征车辆感知算法的基础理论。进一步,提出基于模糊理论的多源异质信息融合车辆感知算法,综合车辆在地磁场和电磁场中表征的互补属性实现泊位车辆状态感知,提升泊位车辆状态感知精准度,为后文研究奠定基础。(3)为减少泊位占用与空闲状态下地磁稳态冗余信息处理的能量浪费,推导车辆震动信号传播特性及动圈式地震检波器数学模型,阐述微能耗震动事件驱动机制的基本原理,设计微能耗车辆震动事件驱动电路与构建事件驱动机制,并基于前文研究成果,提出车辆震动事件驱动下微能耗多源异质信息融合车辆感知算法,实现泊位车辆状态高准度与微能耗感知的目的。最后,本文凝练四种实验场景对所提算法的感知精准度与微能耗特性进行综合评估与验证。在感知精准度方面,本文所提算法在不同实验场景下的总体精准度可达98.8%,相对于现有算法提升了13.4%。在微能耗特性方面,本文所提算法在泊位日均周转率达到30车次状况下平均能耗低至17μA,仅为现有算法的10.6%。因此,本文研究内容可为指导高精准度和微能耗的地磁车辆检测技术提供理论支撑和依据准则,具有较高的理论价值和科学意义。
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