基于分布式光纤传感系统的车辆轨迹提取方法

摘要

分布式光纤传感系统(distributed acoustic sensing,DAS)具有可获取连续分布信息、受环境影响小、成本低等优势,作者提出了一种利用DAS系统进行车辆轨迹提取的方法,为实现智慧化高速公路环境中全时空交通状态感知提供基础。首先,利用基于Φ-OTDR原理的DAS检测设备和高速公路通信光纤中的空闲纤芯,实时地采集车辆行驶时引发的地面振动信号;然后,利用S变换在检测扰动方面的优势,逐通道地将振动信号变换到时–频域,累积车辆振动信号所处频域区间内的能量,并堆积所有通道的振动能量形成时空2维振动能量响应;最后,通过Radon变换将多条增强后的车辆轨迹转化为距离–速度域中多个奇异点,通过提取距离–速度域的奇异点无监督地分离及提取车辆行驶轨迹。在双向三车道的真实高速公路环境中对车辆轨迹提取方法进行了验证和测试。实验结果表明:与经典的小波变换去噪算法相比,所提基于S变换的方法在抑制噪声的同时增强车辆行驶产生的振动信号,增加了车辆轨迹与背景之间的对比度,更利于后续提取车辆轨迹;与Hough变换相比,所提基于Radon变换的方法能更好地聚集DAS时空2维振动信号中的车辆轨迹,且提取轨迹受干扰小。该文所提方法能实现高速公路DAS车辆检测信号的轨迹提取。