【摘要】：交通系統(tǒng)的典型非線性、強(qiáng)耦合和泛時(shí)空特征,導(dǎo)致其運(yùn)行規(guī)律極為復(fù)雜。受限于車輛信息的感知與識別技術(shù),傳統(tǒng)的交通流信息獲取方式已不足以滿足現(xiàn)代交通控制的需求。而集成計(jì)算、通信和控制技術(shù)于一體的信息物理融合系統(tǒng)(Cyber Physical Systems,CPS),為新一代智能交通系統(tǒng)提供了可行的發(fā)展方向。面向交通CPS,實(shí)現(xiàn)對道路車輛信息的準(zhǔn)確、高效和深度感知,是全面掌握交通狀況的前提和基礎(chǔ)。因此,車輛信息感知與識別成為智能交通系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重要方向。圍繞車輛感知過程中數(shù)據(jù)融合、信息共享和信息提取等方面的關(guān)鍵問題開展研究,具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文在研究CPS相關(guān)理論和方法的基礎(chǔ)上,建立一個(gè)完整的車輛感知與識別系統(tǒng),主要研究內(nèi)容有:1.在研究信息物理融合系統(tǒng)的相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上,針對現(xiàn)代交通系統(tǒng)的泛時(shí)空分布、網(wǎng)絡(luò)互連和規(guī)模化的復(fù)雜特點(diǎn),基于地磁感應(yīng)技術(shù),建立車輛感知與識別信息物理融合系統(tǒng)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)和功能模型,將系統(tǒng)劃分為感知層、傳輸層、運(yùn)算層和決策層。系統(tǒng)具有廣泛規(guī)�；荚O(shè)、網(wǎng)絡(luò)化無線互聯(lián)和車輛多物理特征信息感知的特點(diǎn)。2.研究車輛運(yùn)動(dòng)對地磁場擾動(dòng)作用的原理,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)感知層物理實(shí)體——車輛信息感知節(jié)點(diǎn)。為了解決感知層對車輛地磁擾動(dòng)信號有效識別問題,基于隨機(jī)過程理論,建立背景信號高斯模型,設(shè)計(jì)擾動(dòng)數(shù)據(jù)自動(dòng)識別算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,算法能夠有效地將車輛擾動(dòng)信息與背景數(shù)據(jù)分離,解決了地磁檢測容易受外部環(huán)境干擾的問題。3.針對系統(tǒng)感知節(jié)點(diǎn)廣泛布設(shè)的特性,在考察典型十字路口交通流變化規(guī)律基礎(chǔ)上,提出根據(jù)交通流變化特點(diǎn)的分時(shí)段網(wǎng)絡(luò)分簇算法,在能耗模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了路由協(xié)議的多跳算法。為了模擬實(shí)際應(yīng)用長期運(yùn)行效果,建立了網(wǎng)絡(luò)仿真模型,仿真結(jié)果表明,網(wǎng)絡(luò)能耗被有效均衡,系統(tǒng)生命周期得到延長。4.在建立多感知節(jié)點(diǎn)車輛檢測模型的基礎(chǔ)上,先對多節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)以幅值和時(shí)間兩個(gè)維度歸一化預(yù)處理,以統(tǒng)一融合數(shù)據(jù)基準(zhǔn)。針對相鄰車道車輛干擾現(xiàn)象,基于極大似然估計(jì)理論,設(shè)計(jì)多節(jié)點(diǎn)地磁感知信息數(shù)據(jù)融合方法。針對連續(xù)通過車輛的辨別問題,以能量范數(shù)為基準(zhǔn),對三軸信息進(jìn)一步融合,設(shè)計(jì)雙閾值車輛信息分割算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相關(guān)技術(shù)和方法有效解決了傳統(tǒng)單節(jié)點(diǎn)感知漏檢和誤檢的問題。5.考察地磁擾動(dòng)信號的時(shí)域和頻域特性,為了利用地磁擾動(dòng)信號頻率特征實(shí)現(xiàn)車輛類型識別,應(yīng)用高斯過程分類模型,提出將地磁擾動(dòng)信號頻譜與分類徑向基函數(shù)關(guān)聯(lián),以求取長度尺度超參數(shù)的方法。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)車輛類型二分類算法;基于有向無環(huán)圖,設(shè)計(jì)多分類補(bǔ)充算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的分類方法和傳統(tǒng)方法相比具有良好的車輛類型識別性能。綜上,本文基于CPS的相關(guān)理論和方法,研究了車輛地磁擾動(dòng)信息感知與辨識、面向能耗均衡的無線網(wǎng)絡(luò)分簇、多節(jié)點(diǎn)地磁感知信息融合和基于地磁信息頻譜特征的車型識別等關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過測試數(shù)據(jù)實(shí)例分析、軟件仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的現(xiàn)場測試,證明了所提出方法和算法的有效性和實(shí)用性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U495

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本文編號：2319662