【摘要】：隨著智慧城市這一概念的提出,城市的現(xiàn)代化建設(shè)速度越來越快。如今,交通擁堵問題已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的重要問題,為了解決這一問題,我們迫切需要一種低成本的交通流感知方式�？梢姽飧兄鳛榻鼛啄陙頍衢T的新興感知技術(shù),具有保密性好、成本低、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢,在交通流的檢測方面有著廣闊的應(yīng)用前景。本課題主要進(jìn)行了光伏模式下發(fā)光二極管(Lighting-emitting Diode,LED)性能及其等效電路模型的研究,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了基于全被動式可見光感知的交通流檢測系統(tǒng)的設(shè)計。該方案使用不可調(diào)制的太陽光作為光源,使用LED作為光探測器,利用LED路燈的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對交通流環(huán)境信號的感知。由于車輛外表面對太陽光的反射作用,LED路燈下方區(qū)域的車輛會改變光線傳輸方式和傳輸路徑,使得LED產(chǎn)生不同強(qiáng)度的響應(yīng)信號。進(jìn)一步的,通過采集并檢測響應(yīng)信號特征來檢測交通流流量。為了優(yōu)化LED路燈的感知性能,我們首先借鑒了光電二極管的物理機(jī)理,分析并推導(dǎo)了接收信號為低頻信號時LED的內(nèi)阻值,提出了LED在光伏模式下的等效電路模型,并通過實(shí)驗(yàn)對提出的等效電路模型進(jìn)行了驗(yàn)證�；谠摰刃щ娐纺Ｐ吞岢隽斯夥Ｊ较碌腖ED陣列結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。為了得到路面上車輛位置與LED感知信號的響應(yīng)關(guān)系,我們基于Zemax搭建了室外交通流環(huán)境中考慮汽車、光源、道路等物體影響下的信道仿真平臺,并利用非序列光學(xué)追跡得到了車輛信息與感知信號之間的響應(yīng)關(guān)系,驗(yàn)證了基于全被動式可見光感知的交通流檢測系統(tǒng)的可行性。道路交通是一個背景環(huán)境時變的場景,為了在該場景下從LED感知信號中提取交通流信息,我們提出了基于支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)的交通流檢測算法。該算法實(shí)現(xiàn)了在不同背景光強(qiáng)度下,從感知信號中識別出車輛從LED路燈正下方經(jīng)過時感知信號的特征波形,并以此為基礎(chǔ)來計算交通流流量。為了使得LED有更高的響應(yīng)度,我們設(shè)計了LED路燈的陣列結(jié)構(gòu)及光學(xué)天線。為了實(shí)現(xiàn)交通流流量的長時間監(jiān)控,我們設(shè)計了系統(tǒng)的驅(qū)動電路使其能夠通過無線傳輸終端將感知信號上傳到云服務(wù)器。最終搭建了一個較為完整的交通流感知實(shí)驗(yàn)平臺,通過在道路上長時間的信號監(jiān)控測試了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性。
【圖文】：

為了實(shí)現(xiàn)ＬＥＤ路燈對交通流信號的感知，主要使用發(fā)光二極管（Ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ逡逑Ｄｉｏｄｅ，邋ＬＥＤ）作為信號探測器。ＬＥＤ是一種光伏型光電探測器，其核心結(jié)構(gòu)是逡逑Ｐ－Ｎ結(jié)，如圖１．２所示，帶額外電子的半導(dǎo)體叫做Ｎ型半導(dǎo)體，由于它帶有額外逡逑負(fù)電粒子，所以在Ｎ型半導(dǎo)體材料中，自由電子是從負(fù)電區(qū)域向正電區(qū)域流動。逡逑帶額外電子空穴的半導(dǎo)體叫做Ｐ型半導(dǎo)體，由于帶有正電粒子，電子可以從一個逡逑電子空穴跳向另一個電子空穴，，從負(fù)電區(qū)域向正電區(qū)域流動。二極管是由Ｎ型逡逑半導(dǎo)體物質(zhì)與Ｐ型半導(dǎo)體物質(zhì)結(jié)合，這樣排列使電流只能向一個方向流動。當(dāng)沒逡逑有電壓加在二極管兩端時，電子就沿著過渡層之間的匯合處從Ｎ型半導(dǎo)體流向逡逑Ｐ型半導(dǎo)體，從而形成一個損耗區(qū)。在損耗區(qū)中，半導(dǎo)體物質(zhì)會恢復(fù)到它原來的逡逑絕緣狀態(tài)，這些電子空穴都會被填滿，此時沒有自由電子，不產(chǎn)生電流。而當(dāng)光逡逑照射到Ｐ－Ｎ結(jié)時

邐（ｂ）被動光源式邐（ｃ）被動物體式邐（⑴全被動式逡逑圖１．１邋ＶＬＳ系統(tǒng)的分類逡逑被調(diào)制，感知端接收到的光仍然包含了環(huán)境的信息。主動物體的限制體現(xiàn)在：并逡逑不是所有的物體都包含光接收器，比如本文所需要感知的汽車一般都不帶有光逡逑電探測器。即使給汽車安裝了光電探測器，由于全主動式ＶＬＳ系統(tǒng)依賴于光源逡逑和物體之間的視距鏈路（Ｌｉｎｅ邋ｏｆ邋Ｓｉｇｈｔ，邋ＬＯＳ），因此會使得ＶＬＳ系統(tǒng)的應(yīng)用受逡逑到限制。本課題所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)屬于全被動式ＶＬＳ系統(tǒng)，相比于全主動式ＶＬＳ系逡逑統(tǒng)，該系統(tǒng)的研宄目標(biāo)并不是直接感知物體的信息，而是通過感知環(huán)境變化的信逡逑息，進(jìn)一步地推導(dǎo)物體的相關(guān)信息。由于光源無法被調(diào)制，目標(biāo)物體也不攜帶光逡逑探測器
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U495;TN312.8

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本文編號：2679829