CN104280089B - 基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统 - Google Patents

基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及远程粮食仓储监管技术领域，提出一种基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，包括：若干设于不同粮食仓库内的远程采集终端，用于采集超声波传感器测距阵列与粮堆顶面之间的距离；粮情传感器埋设在粮堆内，用于采集粮食的当前温度、水分与湿度；远程管理平台，经互联网与各远程采集终端相连接，用于向相应的远程采集终端发出控制指令，获取相关测量数据，并通过误差修正模块、容重估算模块和粮食数量测算模块准确计算出仓内粮食数量，并可获得各地粮仓的空置情况。该系统可以对远程粮仓内粮食进行实时、准确的测算，并自动与账面粮食数量进行比对，分析是否异常，若是则通过邮件与短信方式报警，实现自动监管目的。

Description

基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统
技术领域
本发明涉及远程粮食仓储监管技术领域，具体涉及一种基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统。
背景技术
粮食安全是关系国计民生的战略大事，加强粮食库存数量监管可以增强政府对粮食的宏观调控和抗风险能力，确保政府需要时调得动，用得上。当前粮食库存仓储数量管理通常是根据进出仓时计量记账法或现场人工测量法来判定仓内粮食数量与空置仓容情况。因此，若库存异常（由于通风导造成粮堆密实度改变而引起自然误差）或未经许可擅自动用储备粮时无法及时预警，且主管部门无法实时准确把握分散各地粮库的仓储数量与仓容空置情况，而这些信息是对粮食的出入仓调配具有重要意义。
通过超声波测距技术与容重估算技术来实现远程粮食数量准确测量，这克服地理条件的限制，自动化实现粮食数量误差警报，这将极大地提高粮食仓储安全，让监管者做到胸有成竹，具有重大应用价值与推广意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，该系统可以对远程粮仓内粮食进行实时、准确的测算，并自动与账面粮食数量进行比对，分析是否异常，若是则通过邮件与短信方式报警，实现监测目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，其特征在于，包括：
若干设于不同粮食仓库内的远程采集终端，各远程采集终端的超声波传感器测距阵列架设于相应粮食仓库的顶部，用于测量超声波传感器阵列与粮堆顶面之间的距离，并形成距离矩阵；在粮堆内埋设粮情传感器，用于测量粮堆的温度、粮食的含水率及仓库的空气温度；
远程管理平台，经互联网与各远程采集终端相连接，用于对各远程采集终端进行管理，向相应的远程采集终端发出控制指令，获取距离矩阵，然后通过体积误差修正模块、容重估算模块和粮食数量测算模块准确计算出仓内粮食数量。
在本发明一实施例中，所述远程采集终端包括：
超声波传感器测距阵列，由若干连接成网络状的超声波传感器测距点构成，所述各超声波传感器测距点呈水平面布置，用于获取超声波传感器测距阵列与粮堆顶面之间的距离矩阵，以推算仓内粮堆的动态高度；
粮情传感器，在粮堆内埋设若干温度传感器、水分传感器及湿度传感器，用于测量粮堆的温度、粮食的含水率及空气湿度。
控制器，用于接收远程管理平台的指令，并控制超声波传感器、粮情传感器与通信模块，实现模块协同工作。
通信模块，用于传感器与WEB服务器之间的数据通信。
进一步的，所述远程管理平台包括：
WEB服务器，用于安装系统管理软件，提供用户远程信息浏览服务，包括系统的输入控制命令、仓库相关参数和进出仓计量数据，测算结果的返回等。数据库，用于存放远程采集终端送来的数据；
体积误差修正模块，用于修正粮食数量体积测量误差，应用粮堆曲面模拟法，通过二重积分计算出粮堆体积，再扣除附属物的体积，即可获取粮堆的实际体积。
容重估算模块，根据粮情传感器所测定的数据（温度、水分、湿度），及粮食入库时录入的进仓时间、品种及杂质来估算当前粮食容重；
粮食数量测算模块，用于根据远程采集终端发送来的距离矩阵推算仓内粮堆高度，结合体积误差修正模块计算出粮堆体积，然后乘以由容重估算模块得出的粮食容重，较精确地计算出仓内粮食数量；
在本发明一实施例中，所述误差修正模块，一是采用曲面模拟法，即根据距离矩阵的数值分布情况，应用曲面模拟法模拟出粮堆上曲面，然后通过二重积分计算出粮堆体积；二是扣除地上垄通风系统、侧面柱体与挡粮门所占的体积。以上两个方法的结合应用以修正粮食数量测算误差，提高测算精度。
进一步的，所述容重估算模块，根据粮情传感器所测定的数据（温度、水分、湿度），及粮食入库时录入的进仓时间、品种及杂质来估算当前粮食容重。通过构建一个基于神经网络的容重预测模型来实现容重估算，神经网络的输入端为粮情数据（温度、水分与湿度）与粮食属性（进仓时间、品种及杂质等），输出端为粮食当前容重估算值。通过大量历史数据的充分学习，容重预测模型训练完成，即为稳定的容重估算模块，然后通过算法编程，嵌入软件系统。
进一步的，所述粮食数量测算模块，通过体积误差修正模块，准确计算出粮堆实际体积。根据容重估算模块，将容重乘以实测体积则计算出粮食数量。然后自动与账面粮食数量进行比对，分析是否异常，若是则通过邮件与短信方式报警。
本发明的有益效果是通过在粮食仓库内设置远程数据采集终端，然后基于互联网或GPRS进行数据传输，远程管理平台可对多个远程采集终端进行交互式操作，可实时或定时获取粮食数量数据，实现了对远程粮仓内粮食进行实时、准确的测算，以确保粮食仓储数量真实可信，并可实现异常时的报警功能，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构示意图。
图2是本发明实施例的系统拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，如图1和图2所示，包括：若干设于不同粮食仓库内的远程采集终端，各远程采集终端的超声波传感器测距阵列架设于相应粮食仓库的顶部，用于测量超声波传感器阵列与粮堆顶面之间的距离，并形成距离矩阵；在粮堆内埋设粮情传感器，用于测量粮堆的温度、粮食的含水率及仓库的空气温度；远程管理平台，经互联网与各远程采集终端相连接，用于对各远程采集终端进行管理，向相应的远程采集终端发出控制指令，获取距离矩阵，然后通过体积误差修正模块、容重估算模块和粮食数量测算模块准确计算出仓内粮食数量。
请继续参见图1，本实施例中，所述远程采集终端包括：超声波传感器测距阵列，由若干超声波传感器排列而成，具体的，该超声波传感器阵列由若干连接成网络状的超声波传感器测距点构成，根据仓库的大小，超声波传感器测距点数为20-40个不等；所述各超声波传感器阵列呈水平面布置，用于获取超声波传感器测距阵列与粮堆顶面之间的距离矩阵，传回远程服务器用于计算粮堆的体积；所述粮情传感器，包括在粮堆内埋设的若干温度传感器、水分传感器及湿度传感器，用于测量粮堆的温度、粮食的含水率及空气湿度；通信模块，用于所述粮情传感器与远程管理平台之间的数据通信；以及控制器，用于接收远程管理平台的指令，并控制超声波传感器、粮情传感器与通信模块，实现模块协同工作。
在本发明一实施例中，所述远程管理平台包括：WEB服务器，用于安装系统管理软件，提供用户远程信息浏览服务，包括系统的输入控制命令、仓库相关参数和进出仓计量数据，测算结果的返回；数据库，用于存放远程采集终端送来的数据；体积误差修正模块，用于修正粮食数量体积测量误差，应用粮堆曲面模拟法，通过二重积分计算出粮堆体积，再扣除附属物的体积，即可获取粮堆的实际体积；容重估算模块，根据粮情传感器所测定的数据（温度、水分、湿度），及粮食入库时录入的进仓时间、品种及杂质来估算当前粮食容重；粮食数量测算模块，用于根据远程采集终端发送来的距离矩阵推算仓内粮堆高度，结合体积误差修正模块计算出粮堆体积，然后乘以由容重估算模块得出的粮食容重，较精确地计算出仓内粮食数量。
较佳的，在本发明一实施例中，所述误差修正模块，一是采用曲面模拟法，即根据距离矩阵的数值分布情况，应用曲面模拟法模拟出粮堆上曲面，然后通过二重积分计算出粮堆体积（）；二是扣除地上垄通风系统、粮食仓库侧面柱体与挡粮门所占的体积（），最终获取实际的粮堆体积（）；以上两个方法的结合应用以修正粮食数量测算误差，提高测算精度。
所述容重估算模块，根据粮情传感器所测定的数据（温度、水分、湿度），及粮食入库时录入的进仓时间、品种及杂质来估算当前粮食容重。通过构建一个基于神经网络的容重预测模型来实现容重估算，神经网络的输入端为粮情数据（温度、水分与湿度）与粮食属性（进仓时间、品种及杂质等），输出端为粮食当前容重估算值。通过大量历史数据的充分学习，容重预测模型训练完成，即为稳定的容重估算模块，然后通过算法编程，嵌入软件系统。
进一步的，所述粮食数量测算模块，通过体积误差修正模块，准确计算出粮堆实际体积。具体的，该粮食数量测量模块根据超声波传感器传输回的距离矩阵，通过曲面模拟法模拟出粮堆的曲面，然后依据传感器数，将曲面对应的粮堆划分出小柱体个数，通过二重积分计算出每个小柱体体积，然后再累加所有柱体，则可获得仓内粮堆的体积（V），如公式（1）所示。
（1）
其中为小柱体的上曲面，是底面积的微分，为柱体的个数。最后根据容重估算模块，将容重乘以实测体积则计算出粮食数量。然后自动与账面粮食数量进行比对，分析是否异常，若是则通过邮件与短信方式报警。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，其特征在于，包括：
若干设于不同粮食仓库内的远程采集终端，各远程采集终端的超声波传感器测距阵列架设于相应粮食仓库的顶部，用于测量超声波传感器阵列与粮堆顶面之间的距离，并形成距离矩阵；在粮堆内埋设粮情传感器，用于测量粮堆的温度、粮食的含水率及仓库的空气温度，根据粮情传感器所测定的数据，及粮食入库时录入的进仓时间、品种及杂质来估算当前粮食容重；
远程管理平台，经互联网与各远程采集终端相连接，用于对各远程采集终端进行管理，向相应的远程采集终端发出控制指令，获取距离矩阵，然后通过体积误差修正模块、容重估算模块和粮食数量测算模块准确计算出仓内粮食数量。
2.根据权利要求1所述的基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，其特征在于，所述远程采集终端包括：
超声波传感器测距阵列，由若干超声波传感器排列而成，所述各超声波传感器阵列呈水平面布置，用于获取超声波传感器测距阵列与粮堆顶面之间的距离矩阵，以推算仓内粮堆的动态高度；
粮情传感器，包括在粮堆内埋设的若干温度传感器、水分传感器及湿度传感器，用于测量粮堆的温度、粮食的含水率及空气湿度；
通信模块，用于所述粮情传感器与远程管理平台之间的数据通信；
控制器，用于接收远程管理平台的指令，并控制超声波传感器、粮情传感器与通信模块，实现模块协同工作。
3.根据权利要求1所述的基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，其特征在于，所述远程管理平台包括：
WEB服务器，用于安装系统管理软件，提供用户远程信息浏览服务，包括系统的输入控制命令、仓库相关参数和进出仓计量数据，测算结果的返回；数据库，用于存放远程采集终端送来的数据；
体积误差修正模块，用于修正粮食数量体积测量误差，通过粮堆曲面模拟法与对粮仓内的附属物的体积扣除，以提高测算精度；
容重估算模块，根据粮情传感器所测定的数据，及粮食入库时录入的进仓时间、品种及杂质来估算当前粮食容重；
粮食数量测算模块，用于根据远程采集终端发送来的距离矩阵推算仓内粮堆高度，结合体积误差修正模块计算出粮堆体积，然后乘以由容重估算模块得出的粮食容重，精确地计算出仓内粮食数量。
4.根据权利要求3所述的基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，其特征在于，所述误差修正模块，一是采用曲面模拟法，即根据距离矩阵的数值分布情况，应用曲面模拟法模拟出粮堆上曲面，然后通过二重积分计算出粮堆体积；二是扣除地上垄通风系统、粮食仓库侧面柱体与挡粮门所占的体积。
5.根据权利要求3所述的基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，其特征在于，所述容重估算模块，根据粮情传感器所测定的数据，及粮食入库时录入的进仓时间、品种及杂质来估算当前粮食容重；通过构建一个基于神经网络的容重预测模型来实现容重估算，神经网络的输入端为粮情数据与粮食属性，输出端为粮食当前容重估算值；通过历史数据的学习，容重预测模型训练完成，即为稳定的容重估算模块，然后通过算法编程，嵌入软件系统。
6.根据权利要求3所述的基于容重估算的库存粮食数量远程测算系统，其特征在于，所述粮食数量测算模块，根据超声波传感器测距阵列获取的距离矩阵推算仓内粮堆高度，应用粮堆曲面模拟法，通过二重积分计算出粮堆体积，再扣除附属物体积，即可获取粮堆的实际体积；根据容重估算模块，估算当前粮食容重，乘以实测体积则计算出粮食数量；然后自动与账面粮食数量进行比对，分析是否异常，若是则通过邮件与短信方式报警。
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