CN109507959B - 一种苹果等级分选运输生产线的智能控制方法 - Google Patents

一种苹果等级分选运输生产线的智能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种苹果等级分选运输生产线的智能控制方法,包括:用微型光纤光谱检测苹果包装生产线中的苹果品质,根据检测结果进行等级分选装箱;建立射频系统模型,用电子标签进行箱内苹果信息的自动存储与传递,射频读写器接收标签内载波信号并对其进行解码;在解码信息传输至后台运输管理系统过程中,用遗传算法调整电子标签信息组传输过程中的网络负载平衡,优化信息传输;运输管理系统对实时传输的解码信息进行处理,根据标签包含的苹果信息,控制苹果箱进入相应等级的传送装置。该方法具有灵活性和实时性,可根据当前的苹果等级信息和网络状态,选择最优调整方向并及时发送运输信息,快速有效地完成苹果分选运输的智能控制任务。

Description

一种苹果等级分选运输生产线的智能控制方法
技术领域
本发明涉及自动识别、计算机和自动化控制领域,具体涉及一种苹果等级分选运输生产线的智能控制方法。
背景技术
苹果是经常食用的水果之一,人们在选购时极为看重其内部品质,因此完善其无损检测及分级技术成为重要任务。以往的内部品质分选主要依靠破坏性检验方法,无法实现严格的质量分级,更可能出现欺骗消费者行为;对完成装箱的苹果进行运输时,以往主要采用人工分拣搬运,不仅会造成分拣错误率的提高,也会使苹果的损坏率提高,出现成本高效率低的现象。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种自身具有灵活性,并且实时性好的苹果运输生产线的智能控制方法。
本发明解决其问题所采用的技术方案,包括以下步骤:
A.用微型光纤光谱检测苹果包装生产线中的苹果品质,根据检测结果进行等级分选装箱;
B.建立射频系统模型,用电子标签进行箱内苹果信息的自动存储与传递,射频读写器接收标签内载波信号并对其进行解码;
C.在解码信息传输至后台运输管理系统过程中,用遗传算法调整电子标签信息组传输过程中的网络负载平衡,达到优化信息传输的目的;
D.运输管理系统对实时传输的解码信息进行处理分析,根据标签包含的苹果详细信息,控制苹果箱进入相应等级的传送装置,完成苹果分选运输的智能控制任务。
进一步的,所述步骤A包括:
(1)采用漫反射微型光纤光谱测量系统对苹果内部品质进行检测;
设置漫反射检测装置,采用近红外漫反射技术检测苹果的酸度、硬度及糖分含量;利用光源发生的不确定方向的漫反射,获得苹果表面和内部的光谱信息,根据光谱信息分析苹果外形及内部组织的信息;
(2)根据光谱信息的分析结果,对苹果进行相应的等级划分,并完成同等级苹果的装箱。
进一步的,所述步骤B包括:
(1)设置主动式电子标签,标记不同等级的苹果箱,存储箱内苹果的详细信息,并向射频读写器发送载波信号;
苹果完成分级装箱后,贴上电子标签,电子标签内包含苹果相应的等级及所经过的处理信息;随着苹果箱在流水线上流动,电子标签进入发射天线的工作区域内产生感应电流,获得发送载波信号的能力;
(2)射频读写器实时接收电子标签的载波信号,并对其进行解码分析;
电子标签产生感应电流后,将自身包含的苹果信息的编码信息通过天线工作区域发送出去;在天线区域获取到电子标签发送的载波信号,经天线调节器传送至射频读写器,读写器对其进行解码分析,并将其传送至后台运输管理系统。
进一步的,所述步骤C包括:
(1)所有电子标签信息完成解码后进行传输,计算网络传输过程中所消耗的费用;
①网络传输过程中任意节点nodei的CPU使用费用和缓冲区使用费用之和为:
Figure GDA0002409411420000031
其中,p1表示使用CPU资源的单位价格,p2表示使用缓冲区资源的单位价格,Nodei表示节点间通信经过节点nodei的节点集合,该集合包含于所有节点集合Z,RC_d emandm表示节点m的CPU资源需求,RB_d emandm表示节点m的缓冲区资源需求,m表示节点计数;
②网络传输过程中通过任意路径的带宽使用费用为:
Figure GDA0002409411420000032
其中,p3表示使用带宽资源的单位价格,Nodej表示节点间通信经过路径pathj的节点集合,该集合包含于所有节点集合Z,TW_d emandm表示节点m通信的带宽资源需求,m表示节点个数;
③采用斯坦纳树进行网络传输资源使用费用的计算,利用NP完全问题的求解方式解决费用最小的斯坦纳树问题,网络传输使用费用为:
Figure GDA0002409411420000033
(2)用遗传算法计算启发式费用最小的斯坦纳树问题,通过计算启发式费用,建立满足传输要求的传输路径;
①用遗传算法计算启发式费用最小的斯坦纳树问题的具体流程如下:
(a)采用遗传算法求解前s个启发式费用最小的斯坦纳树;
(b)初始化i=0,执行i+=1,若i<=s,则执行下一步,否则退出;
(c)检查第i棵斯坦纳树是否满足所有约束条件,若满足条件的保留,算法结束,否则执行(b);
②随机确定遗传计算的初始种群,种群的规模由算法的性能确定,采用二进制方式描述包含所有指定节点的染色体,每个染色体表示一个节点集合Z;
③使用遗传算法将最小化问题转化为最大化问题,将资源加权求和计算启发式费用:
F(A,B,C)=w1A-1+w2B-1+w3C-1
其中,A,B,C分别表示CPU资源量、缓冲区资源量和带宽资源量,w1,w2,w3分别表示相应资源量的权值;
④由于启发式费用与网络传输过程中各可用资源量成反比变化,通过变异调整染色体向最优解方向演变,计算最大费用值,从而实现最优网络传输。
进一步的,所述步骤D包括:
运输管理系统接收解码信息后,根据电子标签内的苹果信息与运输生产线中的运输方案的对比结果,控制传输装置中的连接板,连接到相应的等级的运输带,根据传输装置的智能连接,苹果箱完成等级分选,实现分选运输的智能控制。
本发明的有益效果是:
在复杂的苹果分选控制任务中,本发明能够实时、灵活地完成分选运输生产线的智能控制任务,可根据当前的苹果等级信息和网络状态,选择最优调整方向并及时发送运输信息,具有稳定灵活的有益效果。
附图说明
图1为一种苹果等级分选运输生产线的智能控制方法的整体流程图;
图2为苹果漫反射检测装置;
图3为射频系统模型;
图4为苹果等级分选运输生产线的网络传输流程图;
图5为运输生产线的智能控制示意图。
具体实施方式
参照图1,本发明所述的方法包括以下步骤:
A.用微型光纤光谱检测苹果包装生产线中的苹果品质,根据检测结果进行等级分选装箱;
(1)采用漫反射微型光纤光谱测量系统对苹果内部品质进行检测;
①设置漫反射检测装置,采用近红外漫反射技术检测苹果的酸度、硬度及糖分含量;
②利用光源发生的不确定方向的漫反射,获得苹果表面和内部的光谱信息,根据光谱信息分析苹果外形及内部组织的信息;
(2)根据光谱信息的分析结果,对苹果进行相应的等级划分,并完成同等级苹果的装箱;
B.建立射频系统模型,用电子标签进行箱内苹果信息的自动存储与传递,射频读写器接收标签内载波信号并对其进行解码;
(1)设置主动式电子标签,标记不同等级的苹果箱,存储箱内苹果的详细信息,并向射频读写器发送载波信号;
①苹果完成分级装箱后,贴上电子标签,电子标签内包含苹果相应的等级及所经过的处理信息;
②随着苹果箱在流水线上流动,电子标签进入发射天线的工作区域内产生感应电流,获得发送载波信号的能力;
(2)射频读写器实时接收电子标签的载波信号,并对其进行解码分析;
①电子标签产生感应电流后,将自身包含的苹果信息的编码信息通过天线工作区域发送出去;
②在天线区域获取到电子标签发送的载波信号,经天线调节器传送至射频读写器,读写器对其进行解码分析,并将其传送至后台运输管理系统;
C.在解码信息传输至后台运输管理系统过程中,用遗传算法调整电子标签信息组传输过程中的网络负载平衡,达到优化信息传输的目的;
(1)所有电子标签信息完成解码后进行传输,传输过程中由排队延迟、发送延迟、出错率等影响网络资源的使用效率,计算网络传输过程中所消耗的费用;
①网络传输过程中任意节点nodei的CPU使用费用和缓冲区使用费用之和为:
Figure GDA0002409411420000061
其中,p1表示使用CPU资源的单位价格,p2表示使用缓冲区资源的单位价格,Nodei表示节点间通信经过节点nodei的节点集合,该集合包含于所有节点集合Z,RC_d emandm表示节点m的CPU资源需求,RB_d emandm表示节点m的缓冲区资源需求,m表示节点个数;
②网络传输过程中通过任意路径的带宽使用费用为:
Figure GDA0002409411420000062
其中,p3表示使用带宽资源的单位价格,Nodej表示节点间通信经过路径pathj的节点集合,该集合包含于所有节点集合Z,TW_demandm表示节点m通信的带宽资源需求,m表示节点个数;
③采用斯坦纳树进行网络传输资源使用费用的计算,利用NP完全问题的求解方式解决费用最小的斯坦纳树问题,网络传输使用费用为:
Figure GDA0002409411420000071
(2)用遗传算法计算启发式费用最小的斯坦纳树问题,通过计算启发式费用,建立满足传输要求的传输路径;
①用遗传算法计算启发式费用最小的斯坦纳树问题的具体流程如下:
(a)采用遗传算法求解前s个启发式费用最小的斯坦纳树;
(b)初始化i=0,执行i+=1,若i<=s,则执行下一步,否则退出;
(c)检查第i棵斯坦纳树是否满足所有约束条件,若满足条件的保留,算法结束,否则执行(b);
②随机确定遗传计算的初始种群,种群的规模由算法的性能确定,采用二进制方式描述包含所有指定节点的染色体,每个染色体表示一个节点集合Z;
③使用遗传算法将最小化问题转化为最大化问题,将资源加权求和计算启发式费用:
F(A,B,C)=w1A-1+w2B-1+w3C-1
其中,A,B,C分别表示CPU资源量、缓冲区资源量和带宽资源量,w1,w2,w3分别表示相应资源量的权值;
④由于启发式费用与网络传输过程中各可用资源量成反比变化,通过变异调整染色体向最优解方向演变,计算最大费用值,从而实现最优网络传输;
D.运输管理系统对实时传输的解码信息进行处理分析,根据标签包含的苹果详细信息,控制苹果箱进入相应等级的传送装置,完成苹果分选运输的智能控制任务。
运输管理系统接收解码信息后,根据其中包含的信息,控制苹果箱进入相应等级的传输装置内,完成苹果分选运输的智能控制任务。
①根据电子标签内的苹果信息与运输生产线中的运输方案的对比结果,控制传输装置中的连接板,连接到相应的等级的运输带;
②根据传输装置的智能连接,苹果箱完成等级分选,实现分选运输的智能控制。
综上所述,便实现了一种苹果等级分选运输生产线的智能控制方法。在复杂的苹果分选控制任务中,本发明能够实时、灵活地完成分选运输生产线的智能控制任务,可根据当前的苹果等级信息和网络状态,选择最优调整方向并及时发送运输信息,具有稳定灵活的有益效果。

Claims (4)

1.一种苹果等级分选运输生产线的智能控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
A.用微型光纤光谱检测苹果包装生产线中的苹果品质,根据检测结果进行等级分选装箱;
B.建立射频系统模型,用电子标签进行箱内苹果信息的自动存储与传递,射频读写器接收标签内载波信号并对其进行解码;
C.在解码信息传输至后台运输管理系统过程中,用遗传算法调整电子标签信息组传输过程中的网络负载平衡,达到优化信息传输的目的,包括以下步骤:
(1)所有电子标签信息完成解码后进行传输,计算网络传输过程中所消耗的费用;
①网络传输过程中任意节点nodei的CPU使用费用和缓冲区使用费用之和为:
Figure FDA0002409411410000011
其中,p1表示使用CPU资源的单位价格,p2表示使用缓冲区资源的单位价格,Nodei表示节点间通信经过节点nodei的节点集合,该集合包含于所有节点集合Z,RC_d emandm表示节点m的CPU资源需求,RB_d emandm表示节点m的缓冲区资源需求,m表示节点计数;
②网络传输过程中通过任意路径的带宽使用费用为:
Figure FDA0002409411410000012
其中,p3表示使用带宽资源的单位价格,Nodej表示节点间通信经过路径pathj的节点集合,该集合包含于所有节点集合Z,TW_d emandm表示节点m通信的带宽资源需求,m表示节点计数;
③采用斯坦纳树进行网络传输资源使用费用的计算,利用NP完全问题的求解方式解决费用最小的斯坦纳树问题,网络传输使用费用为:
Figure FDA0002409411410000021
(2)用遗传算法计算启发式费用最小的斯坦纳树问题,通过计算启发式费用,建立满足传输要求的传输路径;
①用遗传算法计算启发式费用最小的斯坦纳树问题的具体流程如下:
(a)采用遗传算法求解前s个启发式费用最小的斯坦纳树;
(b)初始化i=0,执行i+=1,若i<=s,则执行下一步,否则退出;
(c)检查第i棵斯坦纳树是否满足所有约束条件,若满足条件的保留,算法结束,否则执行(b);
②随机确定遗传计算的初始种群,种群的规模由算法的性能确定,采用二进制方式描述包含所有指定节点的染色体,每个染色体表示一个节点集合Z;
③使用遗传算法将最小化问题转化为最大化问题,将资源加权求和计算启发式费用:
F(A,B,C)=w1A-1+w2B-1+w3C-1
其中,A,B,C分别表示CPU资源量、缓冲区资源量和带宽资源量,w1,w2,w3分别表示相应资源量的权值;
④由于启发式费用与网络传输过程中各可用资源量成反比变化,通过变异调整染色体向最优解方向演变,计算最大费用值,从而实现最优网络传输;
D.运输管理系统对实时传输的解码信息进行处理分析,根据标签包含的苹果详细信息,控制苹果箱进入相应等级的传送装置,完成苹果分选运输的智能控制任务。
2.如权利要求1所述的苹果等级分选运输生产线的智能控制方法,其特征在于,所述步骤A包括:
(1)采用漫反射微型光纤光谱测量系统对苹果内部品质进行检测;
设置漫反射检测装置,采用近红外漫反射技术检测苹果的酸度、硬度及糖分含量;利用光源发生的不确定方向的漫反射,获得苹果表面和内部的光谱信息,根据光谱信息分析苹果外形及内部组织的信息;
(2)根据光谱信息的分析结果,对苹果进行相应的等级划分,并完成同等级苹果的装箱。
3.如权利要求1或2所述的苹果等级分选运输生产线的智能控制方法,其特征在于,所述步骤B包括:
(1)设置主动式电子标签,标记不同等级的苹果箱,存储箱内苹果的详细信息,并向射频读写器发送载波信号;
苹果完成分级装箱后,贴上电子标签,电子标签内包含苹果相应的等级及所经过的处理信息;随着苹果箱在流水线上流动,电子标签进入发射天线的工作区域内产生感应电流,获得发送载波信号的能力;
(2)射频读写器实时接收电子标签的载波信号,并对其进行解码分析;
电子标签产生感应电流后,将自身包含的苹果信息的编码信息通过天线工作区域发送出去;在天线区域获取到电子标签发送的载波信号,经天线调节器传送至射频读写器,读写器对其进行解码分析,并将其传送至后台运输管理系统。
4.如权利要求3所述的苹果等级分选运输生产线的智能控制方法,其特征在于,所述步骤D包括:
运输管理系统接收解码信息后,根据电子标签内的苹果信息与运输生产线中的运输方案的对比结果,控制传输装置中的连接板,连接到相应的等级的运输带,根据传输装置的智能连接,苹果箱完成等级分选,实现分选运输的智能控制。
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