CN104501717B - 泡货物体体积的动态自适应测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡货物体体积的动态自适应测量方法，首先，在前胶带机上设置至少一组的测长光电，其中必须有一组测长光电设置在前胶带机的中点位置；通过前胶带机上所有测长光电采集的包裹数据建立模糊规则数据库，并获得相应待测包裹的长度参考值；以l‑t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度采集开始时刻作为起始时刻，以位于前胶带机的中点位置的测长光电所采集到的待测包裹的时间段作为检测时间段，获得待测包裹的长度测量值；将待测包裹的长度测量值与待测包裹的长度参考值进行比较，若两者差值的绝对值在预设的校验标准以内时，则采用待测包裹的长度测量值作为待测包裹的长度取值，否则以待测包裹的长度参考值作为待测包裹的长度取值。

Description

泡货物体体积的动态自适应测量方法

技术领域

本发明涉及邮政快递领域，更具体地说，是涉及一种泡货物体体积的动态自适应测量方法。

背景技术

泡货通俗的讲就是轻货，在速递物流行业中，一般以体积/0.006大于重量即定为泡货。现有的应用于快递行业的泡货物体体积的方法种类较多，主要分为两大类：一是以立体视觉为典型的基于图像采集的三维重构算法；另一种是基于l-t关系的积分累计算法。

三维重构算法对获取不规则外形物体的体积有非常的优势，但劣势有二。一是采集图像需要相机等扫描设备，理论基础为Marr理论及双目立体视觉测量系统等对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型的方案，虽然精度高但价格更高；二是由于采图本身需要一定的曝光时间，而在后台重新生成图像并填充的时间更长，故不适宜用于低成本高效率的物流输送场合。

l-t关系的积分累计算法现有方案种类较多，一般采用光电类传感器对通过包裹的长、宽、高与包裹运行速度进行积分，最后得出包裹体积。该类方案最大的优势是成本低廉，尤其是在物流速递行业的应用，由于业内允许上机分拣的包裹外形基本为矩形或接近矩形，对异形件的检测要求很低(少数国家甚至要求异形件全部归算为矩形，或强制要求处理对象为标准外形)。该方案的问题是设备部署有一定难度且测量精度低，误差概率大且易出错。各类改进方案都在减少误差上有一定创新和改善，但引起误差的设备部署问题还没有根本性的解决方案。

以l-t关系的积分累计算法为例，如图1所示，11为前胶带机、12为后胶带机、13为上测宽光幕、14为下测宽光幕、15以及16为测高光幕，在实际生产中，上测宽光幕、下测宽光幕以及测高光幕放置在一个与前、后胶带机的传输方向相垂直的平面内，并且包裹的传输方向为从前胶带机11经过测量平面后被移送至后胶带机12，测宽光幕的安装位置必须是在前胶带机11与后胶带机12间隔的位置，因其采用红外对射原理，仅在包裹通过时挡住光线而获得触发信号。但也因为在该位置，包裹由于要从前胶带机11离开进入后胶带机12，因两段胶带机的高度、安装位置、水平角度的轻微差异都有可能使行进中的包裹发生垂直向和水平向的振动，故该位置并不是测高光幕的最理想安装位置。不过由于使用了积分累计算法，测高光幕对15、16即使安装在该位置，由于是小段小段的时间dt的累计，确实可以减少垂直向震动对最终积分结果的影响。故测高光幕在实际应用中还是和测宽光幕一起安装在胶带机间隔位置，测高光电对位于胶带机两侧垂直向安装，测宽光电一个在胶带面下方，一个在比最高包裹更高的位置水平向安装。

在包裹触发测高光幕与测宽光幕的时刻a到时刻b之间，任意包裹体积V的基础公式为，

其中，h(t)和w(t)与测高光幕和测宽光幕的实际物理量一一对应，v(t)为包裹运行速度，l＝v(t)dt积分结果为包裹长度，即l、h、w互相独立，不存在干扰。后续计算中，通过时间同步，将三个数据组合起来，构成一个完整的体积累计。理论上，包裹运行速度为前胶带机的运行速度，即已经常量，但在实际应用中，由于包裹在前胶带机与后胶带机之间的间隔传输过程中，因两段胶带机速度差异、高度差异和摩擦系数差异等因素的影响始终无法保持稳定的匀速，使得测量位置包裹的运行速度受外界影响并不是固定不变的，故为变量v(t)。

此外，将测量光幕传感器安装在同一位置或相近位置，会由于光幕触发信号的不稳定，对包裹序列造成影响。图2所示为两种常见的触发错误：

1)“多出”一个包裹。该现象常发生于包裹底面不平或包裹有行进方向的前后位移，此时包裹通过光幕时并不是一个平稳的电平而是出现多个上升下降边，系统会认为发生两个包裹连续上机，则第n个包裹变成了第n包裹和“第n+1个包裹”，真正的第n+1个包裹则顺延变成第n+2个包裹，不仅测量的长度不准确而且会引起包裹逻辑混乱而停机。

2)缺失一个长度信息。为避免情况1的发生，某些方案中会将触发光电的垂直安装位置提高或选用精度低(间隔位大)的光幕，这样就可大概率低避免底面不平问题，但同时就产生了对高度较低包裹的信号缺失问题。当某个包裹高度偏低(信封、文件类)时，该包裹通过胶带机完成无法触发光电/光幕，测量序列里就少了一个包裹的长度信息，后续包裹的长度信息会被误置到前一个包裹上。

发明内容

针对现有技术中存在的“l-t关系的积分累计算法中的数据采集过程中由于包裹的长度测量存在不准确的可能，而导致的泡货物体体积计算不准确”的问题，本发明的目的是提供一种泡货物体体积的动态自适应测量方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种泡货物体体积的动态自适应测量方法，该方法的具体步骤为：

A.在前胶带机上设置至少一组的测长光电，其中必须有一组测长光电设置在前胶带机的中点位置；

B.通过前胶带机上所有测长光电采集的包裹数据建立模糊规则数据库，并获得相应待测包裹的长度参考值；

C.对现有的l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值采用以下规则：

C1.以现有的l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度采集开始时刻作为起始时刻，以位于前胶带机的中点位置的测长光电所采集到的待测包裹的时间段作为检测时间段，获得待测包裹的长度测量值；

C2.将步骤C1中的待测包裹的长度测量值与步骤B中的待测包裹的长度参考值进行比较，若两者差值的绝对值在预设的校验标准以内时，则采用步骤C1中的待测包裹的长度测量值作为l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值，否则以步骤B中的待测包裹的长度参考值作为l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值。

所述步骤B的具体步骤为：

模糊规则数据库，该数据库由不同位置的若干个光电采集的所有包裹长度{lx}构成，并由针对同一个包裹{lx}之间可以得出误差域E和误差变化域ΔE，

模糊规则：

1)若输入E为负大或负小，则将所有测长光电获得的待测包裹的长度实际值的算术平均值作为待测包裹的长度参考值；

2)若输入E为正小且ΔE为负小，则将所有测长光电获得的待测包裹的长度实际值的加权平均值作为待测包裹的长度参考值；其中，

以位于前胶带机的中点位置的测长光电所采集到的待测包裹的长度实际值的权重为最大，且权重的比重以测长光电的排序服从正态分布；

3)若输入E为零，则将所有测长光电获得的待测包裹的长度实际值的算术平均值作为待测包裹的长度参考值；

4)其余情况则以位于前胶带机的中点位置的测长光电所采集到的待测包裹的长度实际值作为待测包裹的长度参考值。

所述测长光电均设于前胶带机的中段位置。

与现有技术相比，采用本发明的一种泡货物体体积的动态自适应测量方法，以降低动态测量设备成本为目的，在现有的l-t关系的积分累计算法基础上，解决设备安装部署引起的误差问题；将同步测量改进为异步测量，提高采样输出准确性；引入模糊控制理论增强采样数据的准确性。即提出了一种全新的、低成本的、高效的、易于实现的适用于泡货稽核设备的动态体积测量算法。

附图说明

图1为现有技术中采用l-t关系的积分累计算法的设备布置示意图；

图2为现有技术存在的两种常见的触发错误示意图；

图3为本发明的实施例的流程示意图；

图4为本发明的实施例的控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图3所示的一种泡货物体体积的动态自适应测量方法，该方法的具体步骤为：

A.在前胶带机上设置至少一组的测长光电(型号FT5.3/2N，LEUZE劳易测)，其中必须有一组测长光电设置在前胶带机的中点位置；

B.通过前胶带机上所有测长光电采集的包裹数据建立模糊规则数据库，并获得相应待测包裹的长度参考值；

C.对l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值采用以下规则：

C1.以l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度采集开始时刻作为起始时刻，以位于前胶带机的中点位置的测长光电所采集到的待测包裹的时间段T(x)作为检测时间段，获得待测包裹的长度测量值；

C2.将步骤C1中的待测包裹的长度测量值与步骤B中的待测包裹的长度参考值进行比较，若两者差值的绝对值在预设的校验标准β以内时，则采用步骤C1中的待测包裹的长度测量值作为l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值，否则以步骤B中的待测包裹的长度参考值作为l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值。

所述步骤B的具体步骤为：

模糊规则数据库，该数据库由不同位置的若干个光电采集的所有包裹长度{lx}构成，并由针对同一个包裹{lx}之间可以得出误差域E和误差变化域ΔE，

模糊规则：

1)若输入E为负大或负小，则将所有测长光电获得的待测包裹的长度实际值的算术平均值作为待测包裹的长度参考值；

2)若输入E为正小且ΔE为负小，则将所有测长光电获得的待测包裹的长度实际值的加权平均值作为待测包裹的长度参考值；其中，

以位于前胶带机的中点位置的测长光电所采集到的待测包裹的长度实际值的权重为最大，且权重的比重以测长光电的排序服从正态分布；

3)若输入E为零，则将所有测长光电获得的待测包裹的长度实际值的算术平均值作为待测包裹的长度参考值；

4)其余情况则以位于前胶带机的中点位置的测长光电所采集到的待测包裹的长度实际值作为待测包裹的长度参考值。

具体的说：

1)测长光电至少有一个必须安装在前胶带机胶带运行最稳定的位置，一般为前胶带机的中点，此处v为常量，即胶带机运行速度＝包裹运行速度。

该测长光电以从包裹接触光电输出有效的l(t)≠0开始到输出再次为0的时间为T(x),T(x)时间段内，

l(x)＝∫v(t)dt

但此时获得的l(x)只是预测长度，即光电所在位置包裹的长度，并不是包裹的实际长度(尤其是对于不规则外形包裹)，包裹实际长度不应小于l(x)，即

T(x)时间段内，l(x)≤∫v’(t)dt，

在前胶带机的内端(即光幕测量端)实际速度为v’(t)。

由于现有测高、测宽光幕(邦纳的MEL4232A/BMRL4232A)的测量可能存在误差，故此时获取的时间段T(x)将成为光幕触发测量维持的时间量。理由有三，一是虽然允许不规则外形泡货上机，但实际生产中此类包裹外形依然趋向规整，少见包裹相对两面的面积差距过大者；二是物品上机时，操作人员习惯也是以最大面朝下以稳定重心的方式进行摆放，可保证T(x)值的有效性；三是可有人工拜访上机的泡货本身体积有限，误差范围可同样有限。

2)截面积

由于测高光幕15、16和测宽光幕13、14安装位置在同一个立面上，故包裹通过两个光幕时获得的h(t)w(t)dt＝S(t)dt，即单位时间内的截面积。对于任意包裹x，从包裹接触光幕输出有效的S(t)开始到计时T(x)，期间S(t)≠0的为有效数据。

3)基本思想

包裹x经过测量段时，首先过预测长光电获取T(x)和参考值l(x)。

包裹x到达测量光幕的平面时，以S(t)≠0为触发条件，进入时长T(x)的体积测量状态。

此时，光幕平面除输出截面积S(t)外，还输出了该位置测量到的长度l’(x)。

将l’(x)和参考值l(x)进行检验，检验标准为β。当|l(x)-l’(x)|≤β时，表示l’(x)测量在正常范围内，l’(x)可作为正确结果被接受；当|l(x)-l’(x)|≥β时，表示l’(x)测量结果异常。

当发生异常状态时，参考值l(x)介入，修正v’(t)dt的结果。

校验标准β一般参考测量精度设计，本方案正式实施时，设β等于两倍的测量精度，即β＝20mm。

4)逻辑表达

连续测量时，各个包裹按包裹序号逐个测量，测量值以包裹序号标志，计算时归并在对应序号的包裹上,具体如图3所示。

5)模糊判断

如上文所述，光电预测长度对于逻辑状态而言并不是一个简单的参考值，一旦校验出错，预测长度将代替实测长度进行计算。为保证测量精度，在系统上同时存在多个光电的条件下，可以充分利用已安装的光电多次测量求解最优。对光电的位置要求有二，一是必须在光幕安装位置之前输出数据，否则输出数据无效；二是光电安装位置应当尽量选择不受外界干扰的位置，即安装在机头机尾位置的应尽量规避。

首先，需要累积一定的正确数据，建立模糊规则数据库。该数据库由不同位置的若干个光电采集的所有包裹长度{lx}构成，并由针对同一个包裹{lx}之间可以得出误差域E和误差变化域ΔE。对于第x件包裹，则其测量值Tn的误差e_x、和误差的变化Δe_x定义为，

e_x ²＝E(T²)-[E(T)]²

Δe_x＝|e_xn-e_x(n-1)|

即e_x是同一个包裹在各个光电测量出的的均方时间值差，而Δe_x为该包裹和前一个包裹的均方差相减的绝对值。

而输入输出关系为E,ΔE→ΔU，其中E、ΔE为输入的参考量，ΔU为输出的控制量。有效的模糊规则可以表达为，

R1：如果输入E为负大或负小，则ΔU正中,符合PM关系；

R2：如果输入E为正小且ΔE为负小，则输出ΔU为正大，符合PB关系；

R3：如果输入E为零，则输出ΔE为正中，符合PM关系。

模糊词集为{NB,NS,PM,NM,ZO，PS}。包括NB为负大(negative big)，NS为负小(negative small)、正中PM(Positive Medium)、负中NM(NegativeMedium)、零ZO(Zero)，正小PS(Positive small)

以此模糊关系执行，则可筛选出符合NM、ZO、PM关系的有效电平触发数据。其中，

符合PM关系时，lx数据采样有效，取平均值

符合PB关系时，l_k数据采样发生有效范围内的正偏离，取数学期望E(lx)，

E(lx)＝l_x1*P1+l_x2*P2+……+l_xn*Px

其中，概率P1+P2+……+Px＝1,Px一般服从正态分布。

例如本方案实施时，取n＝2，则P1＝P2＝0.5；取n＝3,则P1＝P3＝0.25,P2＝0.5。

不符合上述所有关系的，调取{lx}，根据先前包裹的数值，选择取值概率最高位置光电的数据，即最优位置光电的数据l_xh。

当{lx}样本足够大，光电数量充足时，其取值的概率密度函数将呈现正态分布，位置在前胶带机中心的光电取值l_m在函数分布中的位置最接近其全局期望μ。

本发明大幅提升光电触发信号准确性，在同样的低成本范畴内，单边测量精度上高于光切法方案，体积精度高于边缘检测方案，而外形采集精度全面高于定标测量模式。

由于逐段积分累计的方法可以有效获取不规则外形的泡货体积，故无论是常规泡货还是集包后的邮袋都可以上机检测，对于使用者而言兼容性更大，更适合大规模场地的作业。

本发明与三维重构算法相比，复杂度大大降低，避免了大量检索坐标信息的工作，从而减少了系统开销，节省了信息处理量。

同理，由于算法整体流程的简化，从数据采集结束到数据输出的时间较立体视觉方式要下降2个数量级，最高不超过10ms。

由于系统可以根据预测量长度和时间段产生一个参考值，故对于误触发的数据会有一个自动修正。而预测量长度因为使用统计分析和模糊判断后会得到一个最优解，可使得系统误判率可以降低到0.05％以下。

系统的工作流程如图4所示。启动时，系统初始化后进行系统自检，更新数据库、规则和参数配置。当得到预触发信号后，系统获得长度参考值并判断有效时间段T(x)，通过光幕时完成体积测量后进行数据校验，错误的话系统自动进行数据修正，输出正确数据后自动更新数据库并进入下一轮状态。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (2)

1.一种泡货物体体积的动态自适应测量方法，其特征在于：

该方法的具体步骤为：

A.在前胶带机上设置至少一组的测长光电，其中必须有一组测长光电设置在前胶带机的中点位置；

B.通过前胶带机上所有测长光电采集的包裹数据建立模糊规则数据库，并获得相应待测包裹的长度参考值；

C.对l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值采用以下规则：

C1.以l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度采集开始时刻作为起始时刻，以位于前胶带机的中点位置的测长光电所采集到的待测包裹的时间段作为检测时间段，获得待测包裹的长度测量值；

C2.将步骤C1中的待测包裹的长度测量值与步骤B中的待测包裹的长度参考值进行比较，若两者差值的绝对值在预设的校验标准以内时，则采用步骤C1中的待测包裹的长度测量值作为l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值，否则以步骤B中的待测包裹的长度参考值作为l-t关系的积分累计算法中的待测包裹的长度取值。

2.根据权利要求1所述的动态自适应测量方法，其特征在于：

所述测长光电均设于前胶带机的中段位置。