基于DAS技术的车辆交通状态辨识与防碰撞预警研究
发布时间：2021-09-28 09:52
智能交通系统（Intelligent Transportation System,ITS）,是将先进的信息技术、传感器技术、电子控制技术、系统工程及人工智能技术等有效地综合运用、集成到交通管理中,从而实现保障安全、提高效率、改善环境、节约能源的先进交通系统。实现道路交通状态的智能管控与动态安全预警是道路智能交通系统建设的重要目标,而车辆交通状态的准确检测与辨识则是实现该目标的重要依据。因此,对道路交通状态辨识与车辆防碰撞预警问题的研究,已经成为道路智能交通系统研究领域广泛关注的重大课题。分布式光纤声学传感（Distributed Fiber Optic Acoustic Sensing,DAS）技术,以光纤作为传感传输媒介,是目前最先进的振动声学传感技术。DAS技术具有结构简单、使用方便、测量范围广、灵敏度高、动态范围大以及抗电磁干扰等明显优势。如何将DAS技术应用于车辆交通状态辨识的实际,并提出相应交通状态振动信号处理模型与算法,从而提高交通状态数据检测的准确率和安全性,是当前道路智能交通系统研究的一个重要方向。本论文基于分布式光纤声学传感技术,针对车辆交通状态辨识与防碰撞预警策略问...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
009-2018年北京市道路设施发展示意图
北京交通大学博士学位论文分布式光纤声学传感技术及信号处理相关理论16图2-1分布式光纤声学传感技术的工作原理Figure2-1Workingprincipleofdistributedopticalfiberacousticsensing2.1.2分布式光纤声学传感技术的系统设计分布式光纤声学传感技术的系统设置基础是相位生成载波（Phase-generatedCarrier,PGC）算法。该技术使用窄线宽（3khz）的激光作为相干光源，具有比传感光纤更长的相干长度激光，波长为1550.12nm，连续输出功率为20mW。利用声光调制器（AcousticOpticalModulator,AOM）进行脉冲调制后，用30ns和10kHz脉冲发生器产生脉冲宽度和重复频率，将连续光转换成脉冲光，然后用掺光纤放大器（Erbium-dopedOpticalFiberAmplifier,EDFA）进行放大后的光在1W时可以获得合适的峰值功率，而不受光纤的非线性影响。该技术利用窄3dB带宽（0.266nm）、中心波长1550.196nm和高反射率（99%）的光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating,FBG）来滤除EDFA引入的放大自发辐射（AmplifiedSpontaneousEmission,ASE）噪声。然后，脉冲光沿着光纤传输，产生相干瑞利散射光。EDFA、FBG、传感光纤和迈克尔逊干涉仪(MichelsonInterferometer,MI)之间的光由四盆环行器控制。传感技术使用不平衡的MI，两个臂之间的光纤延迟为6m。但是，来自特定位置的瑞利散射光将干扰MI的输出，并产生一个干扰信号，该信号由正弦PGC调制，振幅为1kHz，幅度适中，频率为2.63，满足C值。干扰信号相位携带诸如振动事件等感官信息。两个臂中使用的法拉第旋转镜（FaradayRotationMirror,FRM）可以有效消除极化衰减对系统的影响，其使用带宽为50M的高灵敏度光电检测器（Photodetector,PD）来检测瑞利散射光，并通过数据采集卡（DataAcquisitionCard,DAC）将PD和PGC的信号输出作为采样，
北京交通大学博士学位论文基于DAS技术的车辆交通状态辨识模型研究34确定振动信号的端点。为了验证改进的双阈值算法的检测效果，本节采用传统双阈值算法和改进的双阈值算法对典型车辆振动信号进行处理和分析。图3-5传统双阈值算法处理结果Figure3-5Traditionaldual-thresholdalgorithmprocessingresults图3-6改进双阈值算法处理结果Figure3-6Improveddual-thresholdalgorithmprocessingresults
【参考文献】：
期刊论文
[1]融合毫米波雷达与单目视觉的前车检测与跟踪[J]. 赵望宇,李必军,单云霄,徐豪达. 武汉大学学报(信息科学版). 2019(12)
[2]车辆前向防碰撞主动预警系统设计[J]. 李阳娟. 邵阳学院学报(自然科学版). 2019(03)
[3]基于Φ-OTDR的光纤传感技术原理及其应用现状[J]. 张智娟,郭文翰,徐志钮,赵丽娟. 半导体光电. 2019(01)
[4]协同式道路交叉口防碰撞模型仿真研究[J]. 李进龙,刘红星,谢文杰,罗霞. 计算机仿真. 2018(11)
[5]基于支持向量机的混合车辆音频信号的车型识别研究[J]. 赵宏旭,张一闻,杨文帅. 激光杂志. 2018(09)
[6]基于双重扩展卡尔曼滤波汽车防碰撞模型研究[J]. 游忍,李绪龙,张嘉明,钱立军. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[7]Faster R-CNN模型在车辆检测中的应用[J]. 王林,张鹤鹤. 计算机应用. 2018(03)
[8]汽车驾驶员自适应防碰撞预警系统设计[J]. 胡均平,刘镇,李勇成. 计算机仿真. 2017(11)
[9]基于车路协同的高速公路车辆碰撞预警模型[J]. 杨澜,马佳荣,赵祥模,穆柯楠,马峻岩. 公路交通科技. 2017(09)
[10]分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展[J]. 刘铁根,于哲,江俊峰,刘琨,张学智,丁振扬,王双,胡浩丰,韩群,张红霞,李志宏. 物理学报. 2017(07)
博士论文
[1]数字雷达技术在车流量检测雷达中的应用[D]. 蒋铁珍.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2006
硕士论文
[1]基于FPGA车辆防碰避障技术的研究[D]. 徐文涛.贵州大学 2016
[2]基于环形线圈感应的车辆测速技术与实现[D]. 胡志高.上海应用技术大学 2016
[3]基于视频的车辆跟踪及车流长度检测算法研究[D]. 薛晓铂.湖南大学 2016
[4]基于视频检测的高速公路交通事件影响预测研究[D]. 刘晓亮.山东大学 2015
[5]基于HOG特征的车辆检测技术研究[D]. 马蓓蓓.华南理工大学 2015
[6]基于磁阻传感器的车流量检测系统的设计与应用[D]. 肖宝森.厦门大学 2014
[7]基于磁阻传感器的低功耗车辆检测技术研究[D]. 王玮.浙江大学 2014
[8]基于视频的交通参数检测与分析[D]. 楼俊杰.大连交通大学 2013
[9]基于磁阻传感器车辆检测算法的研究与实现[D]. 张晓森.北京交通大学 2012
[10]基于视频图像处理的车流检测算法研究[D]. 骆嫚.武汉理工大学 2012
本文编号：3411683
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
009-2018年北京市道路设施发展示意图
北京交通大学博士学位论文分布式光纤声学传感技术及信号处理相关理论16图2-1分布式光纤声学传感技术的工作原理Figure2-1Workingprincipleofdistributedopticalfiberacousticsensing2.1.2分布式光纤声学传感技术的系统设计分布式光纤声学传感技术的系统设置基础是相位生成载波（Phase-generatedCarrier,PGC）算法。该技术使用窄线宽（3khz）的激光作为相干光源，具有比传感光纤更长的相干长度激光，波长为1550.12nm，连续输出功率为20mW。利用声光调制器（AcousticOpticalModulator,AOM）进行脉冲调制后，用30ns和10kHz脉冲发生器产生脉冲宽度和重复频率，将连续光转换成脉冲光，然后用掺光纤放大器（Erbium-dopedOpticalFiberAmplifier,EDFA）进行放大后的光在1W时可以获得合适的峰值功率，而不受光纤的非线性影响。该技术利用窄3dB带宽（0.266nm）、中心波长1550.196nm和高反射率（99%）的光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating,FBG）来滤除EDFA引入的放大自发辐射（AmplifiedSpontaneousEmission,ASE）噪声。然后，脉冲光沿着光纤传输，产生相干瑞利散射光。EDFA、FBG、传感光纤和迈克尔逊干涉仪(MichelsonInterferometer,MI)之间的光由四盆环行器控制。传感技术使用不平衡的MI，两个臂之间的光纤延迟为6m。但是，来自特定位置的瑞利散射光将干扰MI的输出，并产生一个干扰信号，该信号由正弦PGC调制，振幅为1kHz，幅度适中，频率为2.63，满足C值。干扰信号相位携带诸如振动事件等感官信息。两个臂中使用的法拉第旋转镜（FaradayRotationMirror,FRM）可以有效消除极化衰减对系统的影响，其使用带宽为50M的高灵敏度光电检测器（Photodetector,PD）来检测瑞利散射光，并通过数据采集卡（DataAcquisitionCard,DAC）将PD和PGC的信号输出作为采样，
北京交通大学博士学位论文基于DAS技术的车辆交通状态辨识模型研究34确定振动信号的端点。为了验证改进的双阈值算法的检测效果，本节采用传统双阈值算法和改进的双阈值算法对典型车辆振动信号进行处理和分析。图3-5传统双阈值算法处理结果Figure3-5Traditionaldual-thresholdalgorithmprocessingresults图3-6改进双阈值算法处理结果Figure3-6Improveddual-thresholdalgorithmprocessingresults
【参考文献】：
期刊论文
[1]融合毫米波雷达与单目视觉的前车检测与跟踪[J]. 赵望宇,李必军,单云霄,徐豪达. 武汉大学学报(信息科学版). 2019(12)
[2]车辆前向防碰撞主动预警系统设计[J]. 李阳娟. 邵阳学院学报(自然科学版). 2019(03)
[3]基于Φ-OTDR的光纤传感技术原理及其应用现状[J]. 张智娟,郭文翰,徐志钮,赵丽娟. 半导体光电. 2019(01)
[4]协同式道路交叉口防碰撞模型仿真研究[J]. 李进龙,刘红星,谢文杰,罗霞. 计算机仿真. 2018(11)
[5]基于支持向量机的混合车辆音频信号的车型识别研究[J]. 赵宏旭,张一闻,杨文帅. 激光杂志. 2018(09)
[6]基于双重扩展卡尔曼滤波汽车防碰撞模型研究[J]. 游忍,李绪龙,张嘉明,钱立军. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[7]Faster R-CNN模型在车辆检测中的应用[J]. 王林,张鹤鹤. 计算机应用. 2018(03)
[8]汽车驾驶员自适应防碰撞预警系统设计[J]. 胡均平,刘镇,李勇成. 计算机仿真. 2017(11)
[9]基于车路协同的高速公路车辆碰撞预警模型[J]. 杨澜,马佳荣,赵祥模,穆柯楠,马峻岩. 公路交通科技. 2017(09)
[10]分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展[J]. 刘铁根,于哲,江俊峰,刘琨,张学智,丁振扬,王双,胡浩丰,韩群,张红霞,李志宏. 物理学报. 2017(07)
博士论文
[1]数字雷达技术在车流量检测雷达中的应用[D]. 蒋铁珍.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2006
硕士论文
[1]基于FPGA车辆防碰避障技术的研究[D]. 徐文涛.贵州大学 2016
[2]基于环形线圈感应的车辆测速技术与实现[D]. 胡志高.上海应用技术大学 2016
[3]基于视频的车辆跟踪及车流长度检测算法研究[D]. 薛晓铂.湖南大学 2016
[4]基于视频检测的高速公路交通事件影响预测研究[D]. 刘晓亮.山东大学 2015
[5]基于HOG特征的车辆检测技术研究[D]. 马蓓蓓.华南理工大学 2015
[6]基于磁阻传感器的车流量检测系统的设计与应用[D]. 肖宝森.厦门大学 2014
[7]基于磁阻传感器的低功耗车辆检测技术研究[D]. 王玮.浙江大学 2014
[8]基于视频的交通参数检测与分析[D]. 楼俊杰.大连交通大学 2013
[9]基于磁阻传感器车辆检测算法的研究与实现[D]. 张晓森.北京交通大学 2012
[10]基于视频图像处理的车流检测算法研究[D]. 骆嫚.武汉理工大学 2012
本文编号：3411683
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3411683.html
