CN107621653B - 一种快速检测集装箱是否为空的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速检测集装箱是否为空的方法，检测步骤如下：步骤一：为集装箱提供接触式弹性振动激励声源；步骤二：利用加速度传感器提取集装箱表面声场的非相干混响衰减曲线：步骤三：对混响时间内的声场强度进行积分，提高识别稳定度；步骤四：对不同类型的集装箱，不同收发位置和声源频率，进行多次实验，确定本系统的工作参数。本发明提高通关效率，检测过程不受天气、光线等自然条件的影响，免去了人工开箱检查验视的耗时费力，也避免了人工操作潜在的廉政隐患和非故意性操作失误，能够带来操作效能的大幅提升。

Description

一种快速检测集装箱是否为空的方法

技术领域

本发明涉及集装箱检测领域，具体是一种快速检测集装箱是否为空的方法。

背景技术

2008年以来，海关总署颁布了多项法规制度对海关监管场所、特殊监管区域以及保税监管场所的管理和设置进行了规范，作为公路口岸、码头、场站以及保税园区等封闭式监管区域，车辆进出场所配置自动化验放的通道卡口已经是标准的配置要求，但是在对场所的实际监管过程中，对于空车进出园区的监管一直是采用“卡口进出的空车/箱必须打开柜门、卡口必须有高位摄像头和探照灯能够照入箱体、人工拦截检查空箱内情况，或随机进行布控对空车重点人工/机检查验”等方法，这些方法均需要专门人员在卡口通道现场介入处理，存在操作效率低下、受天气光线等自然条件影响较大、大量机械性并且无效的检查易流于形式、潜在廉政隐患等缺陷，对于业务繁忙的监管场所，上述的缺陷容易被走私分子发现利用。

集装箱进出关都需根据报关情况进行人工开箱查验，人工查验时间长则十几分钟，短则四五分钟，严重影响货物进出关效率。目前，集装箱检测以产生X射线的大型X光机成像检测为主，该技术可以清晰探知集装箱内部情况，从而通过人工判别集装箱空满情况。本技术是从声学原理角度出发，利用主动声扫描方式探测集装箱货物装载量，是一种无辐射、安全的非入侵式探测方式。该探测方式有两种具体实现方案：1、利用不同声路径衰减曲线差异实现货物装载量探测；2、利用集装箱特征频率起伏实现货物具体实现是利用敲击或换能器或敲击和换能器同时进行作为激励源，通过加速度传感器采集信号，通过分析箱内混响或共振频率或相干性或以上任意组合得出集装箱空或非空情况。

现有集装空满检测一是利用人工开箱查验，二是通过大型X光机扫描。人工开箱查验效率低下；X光机扫描需借助人工图像识别判别集装箱是否为空，非智能化，而且产生核辐射，对通过检查的卡车司机和周围工作人员造成严重的身体伤害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速检测集装箱是否为空的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种快速检测集装箱是否为空的方法，其特征在于，检测步骤包括：

步骤一：为集装箱提供接触式弹性振动激励声源；

步骤二：利用加速度传感器提取集装箱表面声场的非相干混响衰减曲线，提取方法如下：

S1：采集单次激励产生的声场时域波形数据；

S2：对该数据进行滤波处理，滤掉货车发动机噪声数据，去掉直流成分；对该信号进行hilbert变换取包络得到时域波形；

S3：对S2得到的时域波形数据进行滑动平均，去掉包络曲线中的相干成分，得到信号包络即非相干混响衰减曲线；

步骤三：对混响时间内的声场强度进行积分，提高识别稳定度；

步骤四：对不同类型的集装箱，不同收发位置和声源频率，进行多次实验，确定步骤三中积分后的声场强度的合理阈值；通过分析箱内混响、共振频率、相干性或以上任意组合得出集装箱空或非空情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本产品利用声学的原理，有效弥补了背景技术的缺点，可以实现在不开箱的情况下快速识别集装箱空或非空情况，提高通关效率。利用敲击或/和换能器同时进行作为激励源，通过加速度传感器采集信号，通过分析箱内混响、共振频率、相干性或以上任意组合得出集装箱空或非空情况。本发明所配套的精确识别算法可在3秒内给出集装箱/车厢是否为空的检测结果，检测过程不受天气、光线等自然条件的影响，免去了人工开箱检查验视的耗时费力，也避免了人工操作潜在的廉政隐患和非故意性操作失误，能够带来操作效能的大幅提升。此外，设备具有先进的自学习功能，结合业务积累形成的箱空满数据、箱体模态值以及货物类型影像等数据库，自动积累判断经验不断提升检测准确率，并且可根据预置的特征影像对箱内所载运货物进行初步判断并进行警示。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的仰视结构示意图。

图3为本发明的系统实现流程图。

图4为本发明的空载集装箱声线传播示意图。

图5为本发明的载货集装箱声线传播示意图。

图6为本发明的空载集装箱声强分布示意图。

图7为本发明的载货集装箱声强分布示意图。

图8为本发明的单次激励产生的声场时域波形图。

图9为本发明的时域波形图。

图10为本发明的非相干混响衰减曲线图。

图中：1-检测器主体，2-把手，3-LCD显示屏，4-信号指示灯，5-磁铁，6-带磁头探测器，7-音频输出模块，8-开关机键，9-启停键，10-集装箱类型选择切换按键，11-数据采集模块，12-锂电池，13-充电接口，14-数据接口，15-微处理器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，如附图1和2所示，一种快速检测集装箱是否为空的仪器，包括检测器主体1，所述检测器主体1为长方体形状，检测器主体1的边角倒圆角，所述检测器主体1的顶部中间设有把手2，把手2为L形结构，通过把手2方便对检测器主体1操持，所述检测器主体1的顶部还设有LCD显示屏3，LCD显示屏3的一侧设有信号指示灯4，LCD显示屏3用于显示空或非空的检测结果、电量和运行状态提示，信号指示灯4为红色代表集装箱非空，绿色代表集装箱空。

所述检测器主体1的底部四角四个磁铁，5、6可以带传感器磁铁或磁铁，码头集装箱卡车停止，操作者将该产品放置于集装箱上，整机借助磁铁5和带磁头探测器6上的磁头吸附，所述磁铁5和带磁头探测器6突出于检测器主体1的底部高度为1cm，所述检测器主体1的底部分别设有开关机键8、启停键9和集装箱类型选择切换按键10，检测器主体1的底部还设有充电接口13和数据接口14，通过充电接口13和数据接口14可进行充电和数据的获取，所述检测器主体1的底部还设有音频输出模块7，通过音频输出模块7播报“本箱为空请通行”或“本箱非空请注意”的语音提示。

所述检测器主体1的内部还分别设有微处理器15、数据采集模块11和锂电池12，通过锂电池12可对整体供电，数据采集模块11可进行数据采集，微处理器15可对整体进行系统控制。

利用主动声扫描方式探测集装箱货物装载量，是一种无辐射、安全的非侵入式探测方式。当集装箱空载或者载有货物时，箱内声场表现为不同的表现形式，如图4-7所示，其中图4、5为声源在空载和载货集装箱中的传播路径，图6、7为声源在空载和载货集装箱不同空间位置的声强分布。

空载和载货集装箱声场分布的差异可以用混响特性描述，即声源发出的声波能量，在传播过程中是一个不断被壁面反射吸收而逐渐衰减的过程。对于空载集装箱，声波被刚性壁多次发射后壁面吸声系数较小，声能衰减速率较慢，而对于载货集装箱，由于被不同材料的货物吸收反射，声能衰减速率较快。这种声能分布的差异还与声源有关，当声源频率等于箱体的固有频率时，将激起箱体的共振，由于空载集装箱和载货集装箱本身结构的差异，其共振频率存在明显差异。基于以上描述，我们提出了一种利用非相干混响衰减曲线区分集装箱空载或满载的方法。考虑到集装箱的特性阻抗，声波难以从空气中入射到箱内，故激励声源采用接触式弹性振动，利用加速度传感器提取集装箱表面声场的非相干混响衰减曲线。提取方法如下：

采集单次激励产生的声场时域波形数据如图8所示。

首先，对该数据进行滤波处理，滤掉货车发动机噪声数据，去掉直流成分：

对该信号进行hilbert变换取包络得到时域波形：

如图9所示。

为去掉包络曲线中的相干成分，对该数据进行滑动平均：

其中，N为滑动平均的点数，得到信号包络即非相干混响衰减曲线如图10所示（实线：空载；虚线：载货）。

理论上，对于空载和满载集装箱，图10所示的衰减曲线表现为不同的衰减速率，为提高识别稳定度，我们对混响时间内的声场强度进行积分：

其中，T为混响时间，为声压最大值对应的时刻。通过设置合理的阈值，即可判断集装箱空载或满载。

为获得最佳检测效果，需要对不同类型的集装箱，不同收发位置和声源频率，进行充分的实验分析，确定本系统的工作参数。系统实现流程如附图3所示。

本产品利用声学的原理，有效弥补了背景技术的缺点，可以实现在不开箱的情况下快速识别集装箱空或非空情况，提高通关效率。利用敲击或/和换能器同时进行作为激励源，通过加速度传感器采集信号，通过分析箱内混响、共振频率、相干性或以上任意组合得出集装箱空或非空情况。

本发明所配套的精确识别算法可在3秒内给出集装箱/车厢是否为空的检测结果，检测过程不受天气、光线等自然条件的影响，免去了人工开箱检查验视的耗时费力，也避免了人工操作潜在的廉政隐患和非故意性操作失误，能够带来操作效能的大幅提升。此外，设备具有先进的自学习功能，结合业务积累形成的箱空满数据、箱体模态值以及货物类型影像等数据库，自动积累判断经验不断提升检测准确率，并且可根据预置的特征影像对箱内所载运货物进行初步判断并进行警示。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (1)

1.一种快速检测集装箱是否为空的方法，其特征在于，检测步骤包括：

步骤一：为集装箱提供接触式弹性振动激励声源；

步骤二：利用加速度传感器提取集装箱表面声场的非相干混响衰减曲线，提取方法如下：

S1：采集单次激励产生的声场时域波形数据；

S2：对该数据进行滤波处理，滤掉货车发动机噪声数据，去掉直流成分；对该信号进行hilbert变换取包络得到时域波形；

S3：对S2得到的时域波形数据进行滑动平均，去掉包络曲线中的相干成分，得到信号包络即非相干混响衰减曲线；

步骤三：对混响时间内的声场强度进行积分，提高识别稳定度；

步骤四：对不同类型的集装箱，不同收发位置和声源频率，进行多次实验，确定步骤三中积分后的声场强度的合理阈值；通过分析箱内混响、共振频率、相干性或以上任意组合得出集装箱空或非空情况。

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