基于多源信息融合的粮堆特性研究及粮情评估模型构建.pdfVIP

摘要

粮食储藏是个复杂的过程，受虫害、霉菌、温湿度和水分等生物因素和非生物因

素影响。为保证粮情监测的全面性和实时性，采用多传感器检测粮堆参数变化已成为

趋势，然而现有的粮情监测技术对数据利用率不高，判断标准仍以粮温为主，粮情分

析简单，未能充分将粮堆内温湿度、水分、气体浓度等参数信息相融合，形成统一评

估结果。针对粮堆中各类参数信息孤立、片面反应粮堆状态的不足，对发热、结露和

霉变等粮情进行储藏特性的研究，将温湿度、水分和CO等参数进行信息融合，构建

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评估模型，实现实时动态的评估粮堆状态。主要研究内容如下：

（1）查阅国内外粮情分析和多源信息融合的研究现状，明确从温湿度、粮堆含

水率和CO浓度等多尺度对稻谷粮堆进行储藏特性研究。

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（2）基于搭建的模拟粮仓和数据采集系统，从时间和空间角度分析多种典型粮

情现象的迁移规律和演变趋势。揭示了储藏过程中粮温具有滞后性，粮堆数据具有时

空相关性，发热和霉变现象在温度趋势上具有持续性，异常粮情出现时粮堆数据会出

现分层现象。结合粮温升降幅度、结露方程和稻谷外观特征确定发热、结露和霉变日

期，通过生成温湿度云图结合温湿度趋势图，确定发热、结露和霉变区域。

（3）基于卡尔曼滤波和灰色关联度法，设计了串并型结构相结合的两级融合粮

情评估模型。通过卡尔曼滤波的一级信息融合达到获取最优估计值、去除冗余数据效

果；通过粮情分类器和灰色关联度分析结合的二级信息融合达到粮情分类评估效果。

将评估模型与粮温分层现象结合提出一种粮情判断方法，未出现分层现象进行粮堆整

体判断，出现分层现象进行精确点粮情判断，从而确定异常区域。

（4）验证粮情评估模型，以平均误差为评价指标证明经过一级融合能有效去除

传感器噪声，获得同类数据最优估计值；提取粮温变化率、粮温与气温差值等粮情特

征向量，以识别正确率为评价指标证明经过二级融合能有效区分粮情种类。

综上所述，本文根据搭建的模拟粮仓和数据采集系统采集多种粮情下的数据，对

数据进行时空分析，在提取到粮情特征向量下代入两级粮情评估模型，实现对多类粮

情数据的分类识别，为后续粮食仓储装备精准作业提供一定帮助。

关键词：多源信息融合；粮堆特性；时空规律；粮情分析；评估模型

ABSTRACT

Grainstorageisacomplexprocessaffectedbybioticandabioticfactorssuchaspests,

microorganisms,temperature,humidityandmoisture.Inordertoensurethe

comprehensivenessandreal-timenatureofgrainconditionmonitoring,ithasbecomeatrend

tousemultiplesensorstodetectparameterchangesinthegrainheap,however,theexisting

grainconditionmonitoringtechnologydoesnothaveahighutilizationrateofthedata,and

thejudgmentstandardisstillbasedonthegraintemperature,andtheanalysisofthegrain

conditionissimple,anditfailstoadequatelyintegratetheinformationoftemperature,

humidity,moisture,gasconcentration,andotherparametersofthegrainheap,andtoforma

unifiedassessmentresult.Inviewoftheinad