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[案例][2017-软件算法:基于分层的一维算法,应用于称重业务]

[案例][2017-软件算法:基于分层的一维算法,应用于称重业务]

一. 背景

    弹簧称,是大部分人均在初中物理课(现在可能是小学,科技课)接触到;本文谈到的一维算法,原理则以此为起点进行延伸叙述。用一个弹簧秤对一个物体重量进行检测,则我们从一个通道获取重量信息;简称为单通道称重,重量与弹簧形变成正比。如果用多个弹簧秤对一个物体进行检测,我们称为多通道称重,则物体总重量 = 各个通道测量值的和。以上即是一个简单的称重算法,多个通道,采集多个信号;最终基于某种算法(本例中,即 总重量 = sum(f(形变长度))),得出最终计算值。

     生活中,有很多这人简单原理,结合拉力传感器;有相应的应用场景,如吊钩称重,如下图所示。

      主要应用场景有:生活垃圾转运,土方转运,建筑垃圾转运等按重量收费的行业应用。      以上是靠拉力进行感应的称重场景,生活也有一类靠压力值进行感应称重的场景,如高速公路称重,地磅等;其中,单个传感器如下图所示。

     每个压力传感器为一个采集通道,本文即将讲述的,即是基于压力传感器的多通道采集的称重算法原理;其中,用于称重的台面如下图所示。

      其中,桔色方形矩形区域,即是用于称重的台面,其材质是不易形变的高强度钢(本身亦有重量);位于台面之下,矩形四个端点区域均有一个图2所示压力传感器。图3所示的,即是单台面(4通道)动态汽车衡,用于高速收费站;市场上还有2台面(8通道)、4台面(16通道)、8台面(32通道)等动态汽车衡。随着台面增加,传感器越多,称重算法越复杂;但原理类似,以下我们以单台面动态汽车衡为例讲述称重算法原理。

二. 算法框架

三. 数据采集层(通道数据,信号处理如FFT, 小波变换略)

3.1 单通道数据

       如上图所示,X轴表示采样时间,Y轴表示重量(由传感器上报);上图为单个通道,基于某个采样频率采集到的重量值。其中,蓝色曲线代表原始采样值,红色为经过信息处理后数据值;每个通道均需经过一系列信号处理,去除噪声干扰等因素。

3.2 四通道数据

     为表示方向,即汽车从台面左边,还是右边上秤;则至少需要2个通道,进行数据采集。一般业内,会采用每个台面(如图3所示)配备4个传感器;即4个通道采集压力信号转为重量值。把台面分成三个区域(理想情况),即左部,中间,右部,则正向进车重量采集值变化如下。

    (1)正向进车,车轮驶入左部;右部,即重心偏左区域。左边2个传感器感应值,逐渐升高,然后迅速达到峰值,如图6所示;同时右边2个传感器感应值逐渐攀升。

    (2)正向进车,车轮驶中间部分;中间部分,即为台面重心附近区域。左边2个传感器感应值,由高转低,同时右边2个传感器值由低转高;在重心平衡线相交(即左侧重量值与右侧重量值相等,到达平衡区域)。

    (3)正向进车,车轮驶入右部;右部,即重心偏右区域。右边2个传感器感应值,逐渐升高,然后迅速达到峰值;同时左边2个传感器逐渐降低。

    同理,反向过车,波形类似;则每4个通道组成一个台面的数据,具体如下所示(蓝色代表左边2个传感器重量和值,红色代表右边2个传感器重量和值)。

3.3 和值数据

     每个子图形代表一个台面,蓝色代表左边2个传感器重量和值,红色代表右边2个传感器重量和值)

      其中,P1 ~ P4为台面,1,2,3,4为对应车轴。整体识别过程,详见章节四业务处理层。

四. 业务处理层(一维信号 -> 台面状态 -> 轴重-> 整车)

4.1 业务处理逻辑

如图所示,信息采集(含信号处理)后的波形数据,传入业务处理逻辑层,

4.2 波形识别

4.3 台面状态

5.4 车轴状态

五. 表示层(某车型,正向/反向过车,重量 * 收费标准)