CN104457575A - 粮仓储量监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粮仓储量监测系统及检测方法，该系统包括采集系统、控制处理单元、监控客户端及远程监控中心，该系统采用高精度伺服转台驱动激光测距机，采集粮仓各检测点距离信息，形成点云图阵；控制处理单元再利用数字信号处理技术，实现体积计算、状态识别；粮库监控客户端监测单一粮仓并保存数据；最后通过传输系统传到远程监控中心，对各个粮库情况进行汇总、显示、控制。该系统能够快速、高精度且有效的测量大型不规则形状粮堆的体积，判断凹坑状态，并可实现远程监控；监测方法，成本低廉，易于实施，获得数据精确。

Description

粮仓储量监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及粮仓中粮食储量计算、监测领域，具体涉及一种粮仓储量监测系统及监测方法。

背景技术

我国粮食储备近3000亿斤，年粮食储备补贴约近百亿元，由于储备数量庞大，涉及巨大经济利益，使得虚库、虚报、以次换好、自盗等各类违规、违法事件层出不穷，给国家造成了巨大的经济损失。

目前国内粮仓在粮食储量统计上大多数还采用传统的管理记录模式，即在每次向粮仓内增加或移出粮食时，都要记录存帐，在每年的国家粮情检查时要对记录情况与实际情况进行检查。在信息技术发展日新月异的今天，这种计量方法显然显得十分落后，并且这种方法无法实现对粮仓的储量的实时监控不能有效防止监守人员有意误报粮食出入库量而发生监守自盗的事情。因此，迫切需要开发方便、快捷、准确的粮食储量监测系统，应用于全国的粮食储存库点，实现储粮库点与各级管理部门的动态实时监控。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中粮食储备量大，粮仓储量监控模式陈旧、落后，不能有效防止监守人员监守自盗的问题，提供一种粮仓储量监测系统及监测方法，该系统采用非接触方式测量粮仓储量，监测粮仓储量状态，测量精度高，可实现远程实时监控，监测方法成本低，安装方便，易于实施。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种粮仓储量监测系统，该系统包括采集系统、控制处理单元、监控客户端及远程监控中心，其中采集系统为：在粮仓上部安装伺服云台，云台上安装激光测距机，在粮仓X、Y方向设置若干目标采样点，所述伺服云台的输入端与控制处理单元的控制信号输出端信号连接，伺服云台的输出端与控制处理单元的角度信号采集端信号连接，所述激光测距机由伺服云台驱动旋转，激光测距机输出端与控制处理单元的距离信息采集端信号连接，所述控制处理单元根据接收的角度信息和距离信息计算各测量点的高度信息，并转化为粮食的体积、状态信息，控制处理单元粮食体积信息输出端与监控客户端信号连接，监控客户端通过互联网技术连接远程监控中心。

基于上述技术方案，所述采集系统中，伺服云台安装在粮仓中间距离地面8米位置。

基于上述技术方案，所述采集系统中，在粮仓X、Y方向每间隔1m处设置一个采样点。

一种利用上述粮仓储量监测系统监测粮仓的方法，该方法在粮仓中间位置上部安装伺服云台，云台上安装激光测距机，然后在粮仓的X、Y方向设置若干目标采样点，通过粮仓X、Y方向的二维图像坐标结合其高度预设值形成目标采样点的三维空间坐标，控制处理单元通过目标采样点的三维坐标值与云台安装位置的三维坐标值做计算，计算出云台需要转动的位置；控制处理单元根据计算结果向伺服云台传送控制信号，伺服云台根据接收到的信号，驱动激光测距机转动到相应的角度位置，并向控制处理单元发送角度反馈信息，激光测距机按固定的频率测量从测距机到粮食表面的距离信息，并将测得的距离信息传输给控制处理单元，控制处理单元接收伺服云台和激光测距机发送过来的角度和距离信息；然后根据角度信息和距离信息计算各测量点的高度信息，再利用一定的数学模型算法实现粮仓的体积计算、状态识别，并将该测量信息发送给监控客户端，监控客户端对接收的测量信息进行实时显示、保存及历史记录查询，实现对单一粮库的检测、管理；同时按需求将信息发送给远程监控中心。

基于上述技术方案，所述目标采样点的高度预设值测算方法为：激光测距机分别采集以下正投影点：俯仰0°，水平0°；俯仰30°，水平0°、90°、180°、270°；俯仰60°，水平0°、90°、180°、270°共9个点的高度信息，控制处理单元通过对9个点的数据处理，获取该目标采样点的预设高度值。

基于上述技术方案，所述粮仓的状态识别包括粮仓体积变化及粮仓凹坑检测。

基于上述技术方案，在所述粮仓的X、Y方向每间隔1m处设置一个目标采样点。

本发明的有益效果：本发明通过云台转动激光测距机获取粮仓各个监测点的距离信息，生成附以坐标的点云图阵，利用数字信号处理技术获取其体积、状态；其能够快速、高精度且有效的测量大型不规则形状粮堆的体积，判断凹坑状态，并可实现远程监控；动态进行激光测距机测量，能够得到较为精确的点云数据，从而在粮食体积测量上能够保证高精度。且为保证大面积扫描的精度，能够得到合理的控制，选择了高精度伺服云台，此方法成本低廉，易于实施。监测方法，成本低廉，易于实施，获得数据精确，动态测量，测量及时、准确，能有效实现粮仓的远程监控，有效防止监守人员有意误报粮食出入库量而发生监守自盗的事情，利用互联网技术实现各个粮库之间、粮库与监控中心之间信息互联、互传并搭建远程监控平台，实现远程监控、统一调度。监测方法也适用于其他行业储量的检测，如砂石、煤矿、研磨材料等。

说明书附图

图1是本发明粮仓储量监测系统整体控制模块结构示意图；

图2是图1中采集系统结构示意图；

图3是图1中控制处理单元控制原理结构示意图；

图4是本发明粮仓储量监测方法控制原理结构示意图。

图中标号，1为伺服云台，2为激光测距机，3为粮仓。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：一种粮仓储量监测系统，参见图1，该系统包括采集系统、控制处理单元、监控客户端及远程监控中心，各系统功能如下：采集系统：完成各粮库采样点数据采集，获取点云图阵；控制处理单元：该单元通过控制板实现采集设备控制，点云数据处理，获取其体积、状态；监控客户端：用于单个粮库的监测，存储粮库监测结果；远程监控中心：对各个粮库情况进行汇总、显示，远程控制。具体为：该系统可以同时监控多个粮库，每个粮库内储备有多个粮仓，如图1所示，粮仓分为：粮仓1、粮仓2……，参见图2，在粮仓上部距离地面8m处安装伺服云台，为保证大面积扫描的精度，能够得到合理的控制，伺服云台采用高精度伺服云台。云台上安装激光测距机，在粮仓X、Y方向每间隔1m处设置一个目标采样点。

如图3所示，所述伺服云台的输入端与控制处理单元的控制信号输出端信号连接，伺服云台的输出端与与控制处理单元的角度信号采集端信号连接，具体为：伺服云台与控制处理单元通讯接口RS232（COM1）连接，接收控制单元的转动命令，驱动激光测距机2旋转，并向控制单元传输角度反馈信号。激光测距机输出端与控制处理单元的距离信息采集端信号连接，具体为：激光测距机输出端连接控制处理单元的；；另一个通讯接口RS232（COM2），向控制单元反馈测得的距离信息，所述控制处理单元内设电源转换模块，电源转换模块输入端连接+12V供电电源，输出端分别与伺服云台电源输入端、激光测距机电源输入端及ZigBee模块（监控客户端）电源输入端电气连接，分别向伺服云台提供+12V电压，向激光测距机及ZigBee模块（监控客户端）提供+5V电压。所述控制处理单元根据接收的角度信息和距离信息计算各测量点的高度信息，并转化为粮食的体积、状态信息，控制处理单元粮食体积信息输出端与监控客户端信号连接，监控客户端主要由上位机组成，接收控制单元发送过来的测量信息并进行实时显示、保存、历史记录查询，实现对单一粮库的检测、管理；同时按需求通过互联网技术发送给远程监控中心，远程监控中心利用互联网技术实现各个粮库之间、粮库与监控中心之间信息互联、互传并搭建远程监控平台，实现远程监控、统一调度。

本实施例公开了一种具体的监测粮仓方法，具体为：在粮仓上部距离地面8m处安装伺服云台，云台上安装激光测距机，根据粮仓形状和检测精度要求在粮仓X、Y方向每间隔1m处设置一个目标采样点，通过粮仓X、Y方向的二维图像坐标结合其高度预设值形成目标采样点的三维空间坐标，获取云台和目标采样点的三维空间坐标，控制处理单元通过目标采样点的三维坐标值与云台安装位置的三维坐标值做计算，计算出云台需要转动的位置；以形成云台控制参数，控制处理单元向伺服云台传送控制信号，然后云台按照控制参数驱动激光测距机运动到指定角度采集距离信息。并向控制处理单元发送该角度反馈信息。

从理论上而言，二维图像的坐标点是不可能实现到三维空间坐标的，但是由于云台设备均在特定环境下应用，拍摄目标的高度是可预估的，或者说高度的变换范围不大，通过初始目标点高度预算值即可获取。

目标采样点的高度预设值测算方法为：激光测距机分别采集以下正投影点：俯仰0°，水平0°；俯仰30°，水平0°、90°、180°、270°；俯仰60°，水平0°、90°、180°、270°共9个点的高度信息，控制处理单元通过对9个点的数据处理，获得一个预设高度值。

通过这一个预设的高度值，结合目标采样点的二维平面坐标，可以计算出目标采样点的三维坐标值，通过这一个三维坐标值与云台安装位置的三维坐标值做计算，可以计算出云台需要转动的位置。

水平角度：

垂直角度：

其中，(RX，RY，RZ)是目标采样点的空间坐标值，(PX，PY，PZ)是云台的位置信息。

激光测距机在伺服云台驱动下转动到指定位置，然后按固定的频率测量从测距机到粮食表面的距离信息，并将测得的距离信息传输给控制处理单元，控制处理单元接收伺服云和激光测距机发送过来的角度和距离信息；然后根据角度信息和距离信息计算各测量点的高度信息，然后根据角度信息和距离信息计算各测量点的高度信息，再利用数字处理技术进一步转化为粮食的体积信息，实现粮仓的体积计算、状态识别。其中状态识别是根据粮仓日常管理需要设定，包括粮仓体积变化、粮仓凹坑检测等，粮仓凹坑检测，是指定位粮仓中凸起的粮堆、凹陷的粮坑位置。控制处理单元将该测量信息发送给监控客户端，监控客户端对接收的测量信息进行实时显示、保存及历史记录查询，实现对单一粮库的检测、管理；同时按需求将信息发送给远程监控中心。

综上，本实施例监测粮仓方法，整体思路为：如图4所示，采用高精度伺服转台驱动激光测距机，采集粮仓各检测点距离信息，形成点云图阵；控制处理单元再利用数字信号处理技术，实现体积计算、状态识别；粮库监控客户端监测单一粮仓并保存数据；最后通过传输系统传到远程监控中心，对各个粮库情况进行汇总、显示、控制。

Claims (7)

1.一种粮仓储量监测系统，其特征是：该系统包括采集系统、控制处理单元、监控客户端及远程监控中心，其中采集系统为：在粮仓上部安装伺服云台，云台上安装激光测距机，在粮仓X、Y方向设置若干目标采样点，所述伺服云台的输入端与控制处理单元的控制信号输出端信号连接，伺服云台的输出端与控制处理单元的角度信号采集端信号连接，所述激光测距机由伺服云台驱动旋转，激光测距机输出端与控制处理单元的距离信息采集端信号连接，所述控制处理单元根据接收的角度信息和距离信息计算各测量点的高度信息，并转化为粮食的体积、状态信息，控制处理单元粮食体积信息输出端与监控客户端信号连接，监控客户端通过互联网技术连接远程监控中心。

2.根据权利要求1所述的粮仓储量监测系统，其特征是：所述采集系统中，伺服云台安装在粮仓中间距离地面8米位置。

3.根据权利要求1所述的粮仓储量监测系统，其特征是：所述采集系统中，在粮仓X、Y方向每间隔1m处设置一个采样点。

4.一种采用如权利要求1所述的粮仓储量监测系统监测粮仓的方法，其特征是：该方法在粮仓中间位置上部安装伺服云台，云台上安装激光测距机，然后在粮仓的X、Y方向设置若干目标采样点，通过粮仓X、Y方向的二维图像坐标结合其高度预设值形成目标采样点的三维空间坐标，控制处理单元通过目标采样点的三维坐标值与云台安装位置的三维坐标值做计算，计算出云台需要转动的位置；控制处理单元根据计算结果向伺服云台传送控制信号，伺服云台根据接收到的信号，驱动激光测距机转动到相应的角度位置，并向控制处理单元发送角度反馈信息，激光测距机按固定的频率测量从测距机到粮食表面的距离信息，并将测得的距离信息传输给控制处理单元，控制处理单元接收伺服云台和激光测距机发送过来的角度和距离信息；然后根据角度信息和距离信息计算各测量点的高度信息，再利用一定的模型算法实现粮仓的体积计算、状态识别，并将该测量信息发送给监控客户端，监控客户端对接收的测量信息进行实时显示、保存及历史记录查询，实现对单一粮库的检测、管理；同时按需求将信息发送给远程监控中心。

5.根据权利要求4所述的监测粮仓的方法，其特征是：所述目标采样点的高度预设值测算方法为：激光测距机分别采集以下正投影点：俯仰0°，水平0°；俯仰30°，水平0°、90°、180°、270°；俯仰60°，水平0°、90°、180°、270°共9个点的高度信息，控制处理单元通过对9点的数据处理，获取该目标采样点的预设高度值。

6.根据权利要求4所述的监测粮仓的方法，其特征是：所述粮仓的状态识别包括粮仓体积变化及粮仓凹坑检测。

7.根据权利要求4-6任一项所述的监测粮仓的方法，其特征是：在所述粮仓的X、Y方向每间隔1m处设置一个目标采样点。