基于多項式的支持向量回歸糧倉儲糧重量檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于多項式的支持向量回歸糧倉儲糧重量檢測方法及裝置，屬于糧倉 檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 糧食安全包括數(shù)量安全和質(zhì)量安全。糧食數(shù)量在線檢測技術(shù)與系統(tǒng)研究應(yīng)用是國 家糧食數(shù)量安全的重要保障技術(shù)，開展這方面的研究與應(yīng)用事關(guān)國家糧食安全，具有重要 的意義，并將產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益。
[0003]由于糧食在國家安全中的重要地位，要求糧堆數(shù)量在線檢測準確、快速和可靠。同 時由于糧食數(shù)量巨大，價格低，要求糧堆數(shù)量在線檢測設(shè)備成本低、簡單方便。因此檢測的 高精度與檢測系統(tǒng)的低成本是糧倉數(shù)量在線檢測系統(tǒng)開發(fā)必需解決的關(guān)鍵問題。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中專利文獻申請公布號為CN104330138A的"基于結(jié)構(gòu)自適應(yīng)檢測模型 的糧倉儲糧數(shù)量檢測方法"中公開了一種糧倉儲糧數(shù)量的檢測方法，該發(fā)明建立了一種糧 倉儲糧數(shù)量的檢測模型，即
通過在糧倉底面設(shè)置壓力傳感 器，采集糧倉所承受的壓力數(shù)據(jù)，代入到模型中即可得到糧倉儲糧數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是一種全新思路下的糧倉儲糧重量檢測方法，提出了基于多項式的支持向 量回歸糧倉儲糧重量檢測方法，本發(fā)明還提出了基于多項式的支持向量回歸糧倉儲糧重量 檢測裝置糧倉儲糧重量檢測裝置。
[0006]本發(fā)明是通過如下方案予以實現(xiàn)的：
[0007] 1.基于多項式的支持向量回歸糧倉儲糧重量檢測方法，步驟如下：
[0008] 步驟1，在糧倉底面上分別布置一組內(nèi)圈壓力傳感器和一組外圈壓力傳感器;外圈 壓力傳感器靠近側(cè)面墻間隔布置，內(nèi)圈壓力傳感器均距離側(cè)面墻設(shè)定距離且間隔布置；內(nèi) 圈壓力傳感器與側(cè)面墻距離為D，外圈壓力傳感器與側(cè)面墻距離為d;
[0009]步驟2,依據(jù)糧倉儲糧重量的理論檢測模型，建立基于傳感器輸出均值多項式的支 持向量回歸糧倉儲糧重量檢測模型為：
[0010]
[0011]
[0012]其中，0j，b，γ為通過支持向量機訓練所獲得的參數(shù)；乳,為相應(yīng)的支持向量點，j=1，. . .，1，1為支持向量的個數(shù)；AB為糧堆底面面積

義和iV；為最大階數(shù)NB和NF的最優(yōu)值，NB、NF分別為 么隊_.)、么(％"￡,)多項式的最大階數(shù)；為內(nèi)圈傳感器壓力的輸出均值，即為糧倉底 面壓強估計值；為外圈傳感器壓力的輸出均值，即為糧倉側(cè)面壓強估計值，
:B為糧倉底面周長；
[0013]步驟3,將內(nèi)圈和外圈壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)，代入到所建立的糧倉儲糧重量檢測 模型，求解出所述糧倉的儲糧重量。
[0014] 進一步的，步驟1中所述的糧倉儲糧重量的理論檢測模型為：
[0015]
[0016] 其中，Ab為糧堆底面面積；Qb(s)、Qf(s)分別為糧堆底面和側(cè)面中點s處的壓強； 3糧堆遠高于特征高度時的底面壓強飽和值;K為壓力轉(zhuǎn)向 jj
系數(shù)。
[0017] 進一步的，所述步驟2中對糧倉儲糧重量檢測模型中所述的參數(shù)Nb和Nf是依據(jù)如下 方式確定的:采集所述糧倉中的內(nèi)圈和外圈的壓力傳感器輸出值，作為給定的樣本集，根據(jù) 給定樣本集優(yōu)化么(\_.)、&(%#)多項式的最大階數(shù)Nb和Nf。
[0018]進一步的，所述給定的樣本集為S=股^膝/也匕；其中，堿為第k次檢測的糧倉 底面面積;K為樣本數(shù);Wk為第k次的實際進糧重量;將％/4取值以及的各項值分別規(guī)范 到[-1，1]之間；所述的樣本集分為三部分:支持向量機建模樣本Sm、&(^,",#)和&(%_^)項 最大階數(shù)選擇樣本So以及測試樣本St。
[0019] 進一步的，根據(jù)所述的最大階數(shù)選擇樣本集So和支持向量機建模樣本SM的預測誤 差E(NB，NF)，優(yōu)化么^,)、包(％_)多項式的最大階數(shù)Nb和NF，表達式如下：
[0020]
[0021]
[0022]其中，Wi為樣本點i的實際進糧重量;％為樣本點i的糧堆重量預測值；
[0023] 設(shè)定Nb選擇范圍[1，MaxNB] ;Nf選擇范圍[1，MaxNF] ;MaxNB和MaxNF取值范圍為4-10; 則(iV〗，.<.)為最優(yōu)的么)、迄.).多項式最大階數(shù)Nb和Nf。
[0024] 2.基于多項式的支持向量回歸糧倉儲糧重量檢測裝置，該裝置包括:壓力傳感器 和檢測單元，其中，在糧倉底面上分別布置一組內(nèi)圈壓力傳感器和一組外圈壓力傳感器，檢 測單元與壓力傳感器單元的輸出連接，檢測單元中執(zhí)行有一個或多個模塊，所述模塊用于 執(zhí)行以下步驟：
[0025] 1)依據(jù)糧倉儲糧重量的理論檢測模型，建立基于傳感器輸出均值多項式的支持向 量回歸糧倉儲糧重量檢測模型：
[0026]
[0027]
[0028]其中，Pj，b,γ為通過支持向量機訓練所獲得的參數(shù)；:Si?為相應(yīng)的支持向量點，j =1，. . ·，1，1為支持向量的個數(shù)；AB為糧堆底面面積；= ，
和為最大階數(shù)NB和NF的最優(yōu)值，NB、NF分別為 多項式的最大階數(shù)；為內(nèi)圈傳感器壓力的輸出均值，即為糧倉底 面壓強估計值；為外圈傳感器壓力的輸出均值，即為糧倉側(cè)面壓強估計值，
:b為糧倉底面周長。
[0029]2)將壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)，代入到所建立的糧倉儲糧重量檢測模型，求解出所 述糧倉的儲糧重量。
[0030] 進一步的，所述的外圈壓力傳感器靠近側(cè)面墻間隔布置，所述的內(nèi)圈壓力傳感器 均距離側(cè)面墻設(shè)定距離且間隔布置；內(nèi)圈壓力傳感器與側(cè)面墻距離為D，外圈壓力傳感器與 側(cè)面墻距離為d。
[0031] 進一步的，所述的糧倉儲糧重量的理論檢測模型為：
[0032]
K ........
[0033] 其中，Ab為糧堆底面面積；Qb(s)、Qf(s)分別為糧堆底面和側(cè)面中點s處的壓強；
為糧堆遠高于特征高度時的底面壓強飽和值;K為壓力轉(zhuǎn)向 系數(shù)。
[0034]進一步的，所述的糧倉儲糧重量檢測模型中參數(shù)Nb和Nf是依據(jù)如下方式確定的：采 集所述糧倉中的內(nèi)圈和外圈的壓力傳感器輸出值，作為給定的樣本集，根據(jù)給定樣本集優(yōu) 化ft(、J、ft(h"f,)多項式的最大階數(shù)Nb和Nf。
[0035] 進一步的，所述給定的樣本集為S= 丨f=i;其中，為第k次檢測的糧倉 底面面積;K為樣本數(shù);Wk為第k次的實際進糧重量;將％ /4取值以及(4/的各項值分別規(guī)范 到[-1，1]之間；所述的樣本集分為三部分:支持向量機建模樣本Sm、和項 最大階數(shù)選擇樣本So以及測試樣本ST;
[0036] 根據(jù)最大階數(shù)選擇樣本集So和支持向量機建模樣本SM的預測誤差E(Nb，Nf)，優(yōu)化 、色(^_)多項式的最大階數(shù)Nb和Nf，表達式如下：
[0037]
[0038]
[0039]其中，Wi為樣本點i的實際進糧重量；&為樣本點i的糧堆重量預測值；
[0040] 設(shè)定Nb選擇范圍[1，MaxNB] ;Nf選擇范圍[1，MaxNF] ;MaxNB和MaxNF取值范圍為4_10; 貝1J , )為最優(yōu)的最大階數(shù)Nb和Nf
[0041]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0042]本發(fā)明提出了一種全新思路下的糧倉儲糧重量的檢測方法及其裝置，建立基于傳 感器輸出均值多項式的支持向量回歸糧倉儲糧重量檢測模型，實現(xiàn)對糧倉儲糧重量的準確 檢測。利用支持向量機的結(jié)構(gòu)風險最小化的特性，本發(fā)明在保證對儲糧重量的檢測精確度 的基礎(chǔ)上，具有較強適應(yīng)性和魯棒性。
【附圖說明】
[0043]圖1本發(fā)明平房倉底面壓力傳感器布置模型；
[0044]圖2本發(fā)明筒倉底面壓力傳感器布置模型；
[0045]圖3本發(fā)明檢測模型示意圖；
[0046]圖4本發(fā)明的通州糧庫建模樣本重量預測誤差的示意圖；
[0047]圖5本發(fā)明的通州糧庫所有樣本重量預測誤差的示意圖；
[0048]圖6本發(fā)明的洪澤和齊河糧庫建模樣本重量預測誤差的示意圖；
[0049]圖7本發(fā)明的洪澤和齊河糧庫所有樣本重量預測誤差的示意圖；
[0050] 圖8本發(fā)明的實施過程流程圖。
【具體實施方式】
[0051] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0052] (一）、基于多項式的支持向量回歸糧倉儲糧重量檢測方法的實施例
[0053]本發(fā)明是基于傳感器輸出均值多項式的支持向量回歸糧倉重量檢測方法，建立糧 倉儲糧重量的檢測模型，并依據(jù)該模型計算儲糧重量，下面分別就儲糧重量理論檢測模型、 糧倉傳感器布置、儲糧重量檢測模型推導和參數(shù)標定進行依次說明。
[0054] (1)糧倉儲糧重