基于底面单圈大小值多项式模型的粮仓检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于底面单圈大小值多项式模型的粮仓检测方法及系统，本发明专利技术针对全国储粮数量在线检测的迫切需要和检测的具体要求，根据粮仓压强分布特点，提出了一种基于底面单圈压力传感器输出值序列均值的粮仓储粮数量检测模型。本发明专利技术的核心技术包括基于底面单圈压力传感器输出值序列均值的模型项构造与粮仓储粮数量检测模型两个部分。所提出的模型及检测方法具有检测精度高、便于远程在线粮仓数量检测等特点，适应于多种粮仓结构类型，可满足通常使用粮仓储粮数量远程在线检测的需要。

Granary detection method and system based on single circle size polynomial model of bottom surface

【技术实现步骤摘要】
基于底面单圈大小值多项式模型的粮仓检测方法及系统
本专利技术涉及一种基于底面单圈大小值多项式模型的粮仓检测方法及系统，属于传感器与检测

技术介绍
粮食安全包括数量安全和原粮安全。粮食数量在线检测技术与系统研究应用是国家粮食数量安全的重要保障技求，开展这方面的研究与应用事关国家粮食安全，具有重要的意义，并将产生巨大的社会经济效益。由于粮食在国家安全中的重要地位，要求粮食数量在线检测准确、快速和可靠。同时由于粮食数量巨大，价格低，要求粮食数量在线检测设备成本低、简单方便。因此检测的高精度与检测系统的低成本是粮食数量在线检测系统开发必需解决的关键课题。授权公告号为CN105403294B的中国专利技术专利文件公开了一种基于多项式展开的粮仓储粮重量检测方法及其装置。该专利技术专利涉及基于多项式展开的粮仓储粮重量检测方法及其装置。依据粮仓储粮重量的理论检测模型，建立基于多项式展开的粮仓储粮重量检测模型，利用基于回归和多项式最大阶数选择样本集的多项式最大阶数优化方法对模型参数进行优化。该方法基于粮仓两圈传感器模型，提高了储粮数量(即储粮重量)的检测精确度，还具有较强适应性和鲁棒性。然而，两圈传感器的设置方式成本较高，而且由于粮食的存储性质和传感器精度的限制，储粮数量的检测精度还有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于底面单圈大小值多项式模型的粮仓检测方法及系统，以解决如何在现有技术基础上进一步节省成本、提高检测精确度的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案包括：本专利技术的一种基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测方法，包括如下步骤：1)检测粮仓底面设置的单圈压力传感器的输出值；2)利用单圈压力传感器的大值传感器输出值的均值估计粮堆底面压强均值构建与的关系；3)利用单圈压力传感器的大值传感器输出值的均值估计粮堆高度H，构建与H的关系；4)利用单圈压力传感器的小值传感器输出值的均值估计粮堆侧面单位面积平均摩擦力构建与的关系；其中，所述单圈压力传感器的小值传感器输出值为小于设定值的单圈压力传感器的输出值，所述单圈压力传感器的大值传感器输出值为大于等于设定值的单圈压力传感器的输出值；将步骤2)、3)、4)得到的关系代入粮仓储粮数量理论检测模型得出粮仓储粮数量与关系的检测模型，进而根据步骤1)检测的单圈压力传感器的输出值得出粮仓储粮数量其中，Kc＝CB/AB，AB为粮堆底面面积，CB为粮堆底面周长。进一步的，步骤4)中，所述设定值为为该圈传感器输出值中值及相邻设定数量的输出值的均值。进一步的，步骤1)中，还对压力传感器的输出值进行筛选，筛选方法为：仅保留与该圈压力传感器输出值的平均值的差在设定范围内的输出值；所述压力传感器输出值的平均值为传感器输出值的中值及其相邻设定数量的输出值的平均值。进一步的，若对应传感器输出值满足则去除该传感器输出值；其中，QB(s(i))为第i个传感器输出值，SDMed(s)为该圈传感器输出值标准差，TSD为单圈压力传感器点去除阈值系数。进一步的，步骤2)中，与的关系为：其中，为的估计，bB(m)为估计项的系数，NB为估计的多项式阶数，m＝0,...,NB；步骤3)中，与H的关系为：其中，为H的估计，bH(j)为H估计项的系数，NH为H估计的多项式阶数，j＝0,...,NH；步骤4)中，与的关系为：其中，为的估计，bF(n)为估计项的系数、NF为估计的多项式阶数，n＝0,...,NF；步骤5)中得出粮仓储粮数量为：进一步的，还包括步骤6)，步骤6)包括整理步骤5)中的检测模型，限制项的最大阶数为NB，限制项的最大阶数为NF，得出：其中，aB(m)、aF(n,m)为估计项的系数。进一步的，整理步骤6)中的检测模型，对第二项按与乘积项的阶数和Nn+m的升序排序，Nn+m按阶数由低到高排序，得出：其中，Nn+m为检测模型第二项中与乘积项的阶数和，取值区间为[1,NB+NF]；本专利技术的一种基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测系统，包括处理器，所述处理器用于执行实现上述方法的指令。本专利技术的有益效果为：本专利技术根据粮仓压强分布特点，提出了一种采用基于底面单圈压力传感器输出值序列均值的粮仓储粮数量检测模型的粮仓储粮重量检测方法，本方案相比现有技术进一步提高了检测精度，鲁棒性更强，能够适应多种类型的粮仓结构，同时进一步减少了传感器的使用，降低了系统成本和运维费用。附图说明图1是平房仓底面压力传感器布置模型示意图；图2是筒仓底面压力传感器布置示意图；图3是小麦平房仓建模样本的粮仓储粮重量计算误差示意图；图4是小麦平房仓所有样本的粮仓储粮重量计算误差示意图；图5是稻谷平房仓建模样本的粮仓储粮重量计算误差示意图；图6是稻谷平房仓所有样本的粮仓储粮重量计算误差示意图；图7是本专利技术的粮仓储粮数量检测方法流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测系统，该系统包括处理器，该处理器用于执行实现本专利技术的基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测方法，下面对该方法做详细介绍与说明。1.检测理论模型通过粮堆受力分析可以推出，粮仓储粮数量理论检测模型为：其中，AB为粮堆底面面积，KC为模型参数，Kc＝CB/AB，CB为粮堆底面周长，H为粮堆高度，fF为粮堆侧面与粮仓侧面之间的平均摩擦系数，为对底面压强均值，为粮堆侧面压强均值，令：其中，为粮堆侧面单位面积平均摩擦力。则有：由式(3)可以看出，粮堆重量与且仅与粮堆底面压强均值侧面单位面积平均摩擦力以及粮堆高度H有关。因此基于压力传感器的粮仓储粮数量检测的核心在于和H三参数的检测与估计。2.传感器布置模型对于通常使用的平房仓和筒仓，在粮仓底面按单圈布置压力传感器，如图1和图2所示，圆圈为压力传感器布置位置。在保证方便粮食装卸的条件下，各压力传感器与侧面墙距离d一般可取为1-2米。为了保证检测模型的通用性，各粮仓的压力传感器与侧面墙距离d应相同。传感器个数均为10-15，传感器间距应大于1m。3.传感器均值与标准差计算对于图1和图2所示的粮仓底面单圈压力传感器布置模型，下面讨论传感器输出值均值计算方法。3.1传感器去除规则对于图1和图2所示的粮仓底面单圈压力传感器布置模型，假设传感器输出值序列QB(s(i))，i＝1,2,...,NS，NS为粮仓底面单圈压力传感器布置个数。对输出值序列依大小排序，求出中值点。取中值点左边相邻NLM个输出值点，取中值点右边相邻NRM个输出值点，形成中值邻近点的传感器输出值序列QMed(s(i))。一般取NLM＝2-3，NRM＝2-3。求出所选取传感器输出值序列QMed(s(i))的均值即：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)检测粮仓底面设置的单圈压力传感器的输出值；/n2)利用单圈压力传感器的大值传感器输出值的均值

【技术特征摘要】
1.一种基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)检测粮仓底面设置的单圈压力传感器的输出值；
2)利用单圈压力传感器的大值传感器输出值的均值估计粮堆底面压强均值构建与的关系；
3)利用单圈压力传感器的大值传感器输出值的均值估计粮堆高度H，构建与H的关系；
4)利用单圈压力传感器的小值传感器输出值的均值估计粮堆侧面单位面积平均摩擦力构建与的关系；其中，所述单圈压力传感器的小值传感器输出值为小于设定值的单圈压力传感器的输出值，所述单圈压力传感器的大值传感器输出值为大于等于设定值的单圈压力传感器的输出值；
5)将步骤2)、3)、4)得到的关系代入粮仓储粮数量理论检测模型得出粮仓储粮数量与关系的检测模型，进而根据步骤1)检测的单圈压力传感器的输出值得出粮仓储粮数量其中，Kc＝CB/AB，AB为粮堆底面面积，CB为粮堆底面周长。


2.根据权利要求1所述的一种基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测方法，其特征在于，步骤4)中，所述设定值为为该圈传感器输出值中值及相邻设定数量的输出值的均值。


3.根据权利要求2所述的一种基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测方法，其特征在于，步骤1)中，还对压力传感器的输出值进行筛选，筛选方法为：仅保留与该圈压力传感器输出值的平均值的差在设定范围内的输出值；所述压力传感器输出值的平均值为传感器输出值的中值及其相邻设定数量的输出值的平均值。


4.根据权利要求3所述的一种基于底面单圈压力传感器的粮仓储粮检测方法，其特征在于，若对应传感器输出值满足则去除该传感器输出值；其中，QB(s(i))为第i个传感器输出值，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德贤，张苗，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41