基于粮堆高度与底面压强关系的粮仓重量检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于粮堆高度与底面压强关系的粮仓重量检测方法及装置，属于 粮食重量检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 粮食安全包括数量安全和质量安全。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术，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，要求粮堆数量 在线检测准确、快速和可靠。同时由于粮食数量巨大，价格低，要求粮堆数量在线检测设备 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仓数量在线检测方法开发 必需解决的关键问题。
[0003] 申请号为201410101693. 5的专利申请，提供了 一种基于结构自适应检测模 型的粮仓储粮数量检测方法，该检测方法在粮仓底面上布置两圈压力传感器，检测各 传感器的输出值，依据所建立的检测模型计算粮仓重量估计，所建立的检测模型为
该检测模型通过将侧面压强、底面压强分别估计为关于外圈压力传感 器、内圈压力传感器输出均值的多项式得到。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于粮堆高度与底面压强关系的粮仓重量检测方法及 装置，是一种新的储量检测思路。
[0005] 本发明为实现上述目的提供了一种基于粮堆高度与底面压强关系的粮仓重量检 测方法，该检测方法包括以下步骤：
[0006] 1)在粮仓底面上布置两组压力传感器，一组为内圈传感器，一组为外圈传感器，外 圈传感器靠近侧面墙间隔布置，内圈传感器距离侧面墙设定距离且间隔布置；
[0007] 2)依据步骤1)中传感器的布置方式，建立粮仓重量检测模型：
[0008]
[0009] 其中AB为粮堆底面面积，，CB为底面周长，为内圈传感器输出均 值，为外圈传感器输出均值，bB(m)和bF(n)分别为估计项的系 数，m= 0, · · ·，ΝΒ，η= 0, · · ·，NF，NB和NF分别为和ftOcw)估计的多项式阶数，
[0010] 3)检测步骤1)中各传感器的输出值，依据步骤2)中的检测模型计算被检测粮仓 重量的估计值# &
[0011] 所述步骤2)中粮仓重量检测模型中各参数的标定如下：
[0012] A.在多于6个粮仓中按照步骤1)的方式布置压力传感器，进粮至满 仓，待压力传感器输出值稳定后，采集各仓的压力传感器输出值，形成样本集
…. _______ . _，其中i为样本点号，i= 1，2,3，...具1为样本个数；
分别为第i个样本点Ki^为样本点i的实际进 粮重量，4为相应的粮仓面积；
[0013] B.将样本集S分为三个部分，优化与多元回归样本集SM、和&(%^)项最大 阶数选择样本S。以及测试样本Sτ;
[0014] C.给定一个ΚΡ，利用优化与多元回归样本集SM，通过多元回归方法确定回归参数 bB (m)和bF (η);
[0015] D.根据优化与多元回归样本集SM，采用以下优化模型优化参数ΚΡ，
[0016]
[0017] 约束条件：ΚΡ> 0
[0018]
[0019]Ε.依据百分比误差模型计算样本集S。和SM的预测误差E(Nb，Nf)
[0020]
[0021]设定NB选择范围[1，MaxNB]，乂选择范围[1，MaxNF]，若
[0022]
[0023] 贝1JUX)即为检测模型和项所求的最佳最大阶数。
[0024] 所述步骤E中的MaxNB和MaxNF的值为4-10。
[0025] 所述的检测模型是在粮仓重量理论检测模型的基础上得到的，粮仓重量理论检测 模型为：
[0026]
[0027] 其中，f为粮堆重量估计
VB为粮堆底面面积，C8为底面周 长
分别为粮堆底面和侧面中s点的压 强，为粮堆远高于一定高度时的底面压强饱和值。
[0028] 所述外圈传感器距离侧面墙距离d大于0小于1米，内圈传感器距离侧面墙距离 D大于2米。
[0029] 本发明还提供了一种基于粮堆高度与底面压强关系的粮仓重量检测装置，该检测 装置包括检测单元以及与检测单元连接且设置在粮仓底面的压力传感器，所述压力传感器 分两组布置，一组为内圈传感器，一组为外圈传感器，外圈传感器靠近粮仓侧面墙间隔布 置，内圈传感器距离粮仓侧面墙设定距离且间隔布置，所述检测单元中执行有一个或多个 模块，所述一个或多个模块用于执行以下步骤：
[0030] 1)建立粮仓重量检测模型：
[0031]
[0032] 其中^为粮堆底面面积，&=?，CB为底面周长，l(\w)为内圈传感器输出均 值，为外圈传感器输出均值，bB(m)和&]7(11)分别为和估计项的系 数，m= 0,. . .，ΝΒ，η= 0,. . .，NF，队和Ν「分别为和fis(Siw)估计的多项式阶数，
[0033] 2)检测各传感器的输出值，依据所建立的粮仓重量检测模型计算被检测粮仓重量 的估计值#β
[0034] 所述的粮仓重量检测模型中各参数的标定如下：
[0035] Α.在多于6个粮仓中按照权利要求6的方式布置压力传感器，进粮至 满仓，待压力传感器输出值稳定后，采集各仓的压力传感器输出值，形成样本集 ，其中i为样本点号，i= 1，2, 3,. . .，Μ，Μ为样本个数； &(&_.，0)，分别为第i个样本点的6(?胃)和&值；样本点i的实际进 粮重量，4为相应的粮仓面积；
[0036] B.将样本集S分为三个部分，优化与多元回归样本集SM、和项最 大阶数选择样本S。以及测试样本Sτ;
[0037] C.给定一个ΚΡ，利用优化与多元回归样本集SM，通过多元回归方法确定回归参数 bB (m)和bF (η);
[0038] D.根据优化与多元回归样本集SM，采用以下优化模型优化参数ΚΡ，
[0039]
[0040] 约束条件：ΚΡ> 0
[0041] \~KpQBF(s)>Q·,
[0042] E.依据百分比误差模型计算样本集S。和SM的预测误差E(NB，<
[0043]
[0044] 设定NB选择范围[1，MaxNB],NF选择范围[1，MaxNF]，若
[0045]
[0046] 则:(4.，4 )即为检测模型的和项所求的最佳最大阶数。
[0047] 所述步骤E中的MaxNB和MaxNF的值为4-10。
[0048] 所述的检测模型是在粮仓重量理论检测模型的基础上得到的，粮仓重量理论检测 模型为：
[0049]
[0050] 其中，#为粮堆重量估计，
\B为粮堆底面面积，cBS底面周 长
分别为粮堆底面和侧面中s点的压 强，⑷为粮堆远高于一定高度时的底面压强饱和值。
[0051] 所述外圈传感器距离侧面墙距离d大于0小于1米，内圈传感器距离侧面墙距离 D大于2米。
[0052] 本发明的有益效果是：本发明通过在粮仓底面上布置两组压力传感器，建立粮仓 重量检测模型
，检测各传感器输出值，依 据所建立的检测模型，实现对粮仓重量的检测。本发明所提出的检测方法具有检测精度高， 对传感器性能要求低、适应性和鲁棒性强、便于远程在线粮仓数量检测和粮仓状态监测等 特点，可满足通常使用粮仓储粮数量远程在线检测的需要，本发明的检测方法适应于多种 粮仓结构类型的储粮数量检测，具有巨大的应用价值，为保障国家粮食数量安全提供了新 的技术手段。
【附图说明】
[0053] 图1是平房仓底面压力传感器布置模型示意图；
[0054] 图2是筒仓底面压力传感器布置模型示意图；
[0055] 图3是本发明检测实例2中建模样本重量预测误差示意图；
[0056] 图4是本发明检测实例2中所有样本重量预测误差示意图；
[0057] 图5是本发明粮仓重量检测方法的实施流程图。
【具体实施方式】
[0058] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0059] -、基于粮堆高度与底面压强关系的粮仓重量检测方法的实施例
[0060] 本发明的基于粮堆高度与底面压强关系的粮仓重量检测方法通过建立相应的粮 仓重量检测模型，依据所建立的检测模型计算粮仓重量，关于该模型获得的理论前提、对应 的粮仓传感器布置、模型推导和参数标定，下面依次具体介绍。
[0061] 1.粮仓重量理论检测模型
[0062] 通常使用的粮仓有平房仓、浅圆仓、筒仓等类型，粮食入仓后，粮堆顶部要求摊平， 平房仓粮堆形状大致上为不同尺寸的立方体，浅圆仓、筒仓粮堆形状大致上为不同尺寸的 圆柱体。通过粮堆受力分析可以得出，粮仓粮堆重量与粮仓压强分布具有下式所示的关系。
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