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基于激光雷达的散粮堆粮面异动识别算法研究与验证

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粮油食品科技 2024年

作者：尹正富许启铿刘永超王俊岭中国储备粮管理集团有限公司河南工业大学土木工程学院河南工大设计研究院有限公司河南工业大学理学院

粮面异动监测是国家储备粮日常库存检查的重要内容，是粮食仓储监管的一项新需求。为了解决传统粮面异动监测技术难题，本文提出了一种基于激光雷达的粮面异动监测方法。通过搭建一个能够模拟真实粮堆状态的足尺实验平台，利用高精度激... 详细信息

粮面异动监测是国家储备粮日常库存检查的重要内容，是粮食仓储监管的一项新需求。为了解决传统粮面异动监测技术难题，本文提出了一种基于激光雷达的粮面异动监测方法。通过搭建一个能够模拟真实粮堆状态的足尺实验平台，利用高精度激光三维测量装置，设计了基于激光扫描点云数据和出入仓作业信息的散粮堆粮面异动识别算法，并通过实验平台进行了算法检验与验证。结果表明：该方法可直接获取高精度的粮堆表面坐标信息，克服了图像识别技术数据精度不足的问题；构建的基于粮堆形貌坐标信息和出入库作业状态数据的粮面异动判据算法，能够实现可靠的定量计算；将所提出的方法应用于实际粮仓场景，验证了该方法的可行性和有效性，能够满足粮食库存动态监管需求，为粮面异动在线监测及预警提供了新技术。

关键词：激光雷达散粮堆粮面异动图像识别点云数据

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不同储粮工况下柱承式立筒仓结构动力特性

农业工程学报 2024年

作者：刘强陈鹏飞许启铿丁永刚郭呈周宋红领河南工业大学土木工程学院河南省粮油仓储建筑与安全重点实验室河南工大设计研究院有限公司

柱承式立筒仓广泛应用于国家粮食储备，不同储粮工况对其结构动力特性影响显著。为揭示粮食散体对柱承式立筒仓动力特性的影响规律，结合某实际柱承式立筒仓设计制作了缩尺比例为1/25的有机玻璃筒仓模型，在空仓、半仓、3/4仓和满仓4种... 详细信息

柱承式立筒仓广泛应用于国家粮食储备，不同储粮工况对其结构动力特性影响显著。为揭示粮食散体对柱承式立筒仓动力特性的影响规律，结合某实际柱承式立筒仓设计制作了缩尺比例为1/25的有机玻璃筒仓模型，在空仓、半仓、3/4仓和满仓4种储粮状态下，进行了振动台模态试验、有限元数值分析和自振频率理论计算。结果表明：不同储粮工况对柱承式立筒仓试验模型的固有频率影响显著，随储粮状态变化，固有频率减小幅度较大，应在结构设计中加以考虑；空仓状态下阻尼比最小，满仓状态比空仓增大42.65%，仓内原有储粮越多，阻尼比增值越大，减震耗能效果越明显；有限元模型一阶固有频率与试验值平均误差为5.1%，所建有限元模型较为合理，为结构动力响应分析及结构设计提供一种合理的数值模拟方法；简化的三质点串联多自由度的弹性动力模型较为准确计算柱承式立筒仓在4种储粮工况下的固有频率，试验值与理论值平均误差为5.6%。研究结果可为柱承式立筒仓结构动力特性计算提供参考，为其抗震性能设计提供理论基础和试验依据。

关键词：粮食贮藏柱承式立筒仓动力特性模态试验有限元分析理论计算

基于骨架序列多算法的粮仓作业人员异常行为视频识别

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粮油食品科技 2024年第3期32卷 201-210页

作者：侯晓龙杨卫东李磊于俊伟许启铿河南工业大学信息科学与工程学院河南郑州450001 河南工业大学人工智能与大数据学院河南郑州450001 河南工业大学土木工程学院河南郑州450001

粮仓是保障粮食储藏安全的重要设施。粮仓为封闭大空间,仓内光照昏暗、空气流通差,熏蒸、气调等作业增加了人员安全隐患,通过仓内安防视频对作业人员的异常行为进行识别与分析,是作业人员安全操作的一项重要技术保障。提出了一种基于骨... 详细信息

粮仓是保障粮食储藏安全的重要设施。粮仓为封闭大空间,仓内光照昏暗、空气流通差,熏蒸、气调等作业增加了人员安全隐患,通过仓内安防视频对作业人员的异常行为进行识别与分析,是作业人员安全操作的一项重要技术保障。提出了一种基于骨架序列多算法的粮仓内作业人员异常行为的视频识别算法。首先,利用YOLOv3tiny模型对人体进行快速检测,结合Sort对多目标进行运动轨迹跟踪,通过AlphaPose模型提取人体骨架坐标序列及权重信息;进而,根据人体骨架自然连接节点构成的实际空间图(RSG)和虚拟人体的重心与头、手、脚互连构建的虚拟空间图(VSG),基于人体动力学重心与手脚互动的平衡性,提取仓内作业人员异常行为的空间特征和串联时间卷积(TC)的时空特征;最后,提出了虚实结合的时空图卷积网络(VR-STGCN)仓内作业人员的异常行为视频识别算法。同时自建了混合数据集,并将VR-STGCN与SSD、PCANet、Two-StreamCNN、STGCN等四种算法进行了对比实验与分析。结果表明:VR-STGCN各项指标均优于其他四种算法;VR-STGCN能够在光线不足、多目标、远距离等复杂环境下准确地识别出仓内人员的跌倒、爬行、躺平等异常行为,识别准确率达到97.7%,处理速度为18.67 fps,能够实时分析作业人员异常行为。研究成果为复杂环境下粮仓作业人员的安全保障提供了一种全新高效的技术。

关键词：时空图卷积异常行为识别人体动力学粮仓作业安全

基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析

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防灾减灾工程学报 2024年第3期44卷 640-648页

作者：许启铿李建业刘涛王桂玲刘强任国旗河南工业大学土木工程学院河南郑州450001 机械工业第六设计研究院有限公司河南郑州450001

易损性分析是柱承式筒仓结构开展基于性能设计研究的重要基础。为此,选用某钢筋混凝土柱承式筒仓为研究对象,通过有限元软件ABAQUS,分别采用混凝土损伤塑性模型和理想弹塑性模型(Dracker-Prager)模拟筒仓结构及仓内粮食颗粒,建立考虑粮... 详细信息

易损性分析是柱承式筒仓结构开展基于性能设计研究的重要基础。为此,选用某钢筋混凝土柱承式筒仓为研究对象,通过有限元软件ABAQUS,分别采用混凝土损伤塑性模型和理想弹塑性模型(Dracker-Prager)模拟筒仓结构及仓内粮食颗粒,建立考虑粮食-仓体相互作用的柱承式筒仓非线性有限元模型。根据增量动力分析法(IDA),按照谱相容性原则选取10条地震动记录,分别以最大层间位移角和地面峰值加速度作为筒仓结构工程需求参数和地震动强度参数,进行空仓、半仓、满仓三种储粮工况的柱承式筒仓结构地震易损性分析以及地震损伤风险评估。结果表明:(1)三种储粮工况下柱承式筒仓结构最大层间位移角均发生在柱顶位置,支承柱进入塑性状态的层间位移角分别为0.015、0.013、0.011 rad;(2)储粮质量大小是决定柱承式筒仓结构损伤刚度退化的重要因素;(3)三种储粮工况下的柱承式筒仓结构均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标;(4)满仓工况筒仓50年超越倒塌极限状态的概率为0.45%,小于FEMA P750中定义的50年倒塌风险的限值1%。研究成果可为筒仓结构基于性能的设计研究及抗震性能评估提供依据。

关键词：柱承式筒仓增量动力分析法易损性分析有限元模型粮食颗粒

“结构-隔热”一体化墙体粮食侧压力下力学性能影响因素分析

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河南师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 100-107,I0006-I0010页

作者：丁永刚宋战炯陈科委许启铿刘浩宇河南工业大学土木工程学院郑州450001 河南省粮油仓储建筑与安全重点实验室郑州450001

“结构-隔热”一体化墙体是一种新型粮食平房仓构件.为研究墙体参数对其在粮食荷载作用下的力学性能影响,通过有限元模拟分析,探究了连接件的直径、间距、墙体厚度及保温板厚度对墙体挠度、应力的影响.结果表明:在常用范围内,连接件直... 详细信息

“结构-隔热”一体化墙体是一种新型粮食平房仓构件.为研究墙体参数对其在粮食荷载作用下的力学性能影响,通过有限元模拟分析,探究了连接件的直径、间距、墙体厚度及保温板厚度对墙体挠度、应力的影响.结果表明:在常用范围内,连接件直径及墙体厚度对“结构-隔热”一体化墙体的挠度和应力影响较为显著,连接件的间距及保温板的厚度影响较小.墙体挠度随连接件直径的增大而减小,但易出现应力集中、突变现象.墙体挠度随墙厚度的增大而减小,且内外叶墙单独受力,内叶墙在一定范围内越厚使连接件扭曲越小,对结构越有利.研究成果为“结构-隔热”一体化墙体在实际工程中的设计及优化提供参考.

关键词： “结构-隔热”一体化墙体粮食荷载力学性能影响因素

基于离散单元法的立筒仓卸料动态侧压力数值模拟分析

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现代食品科技 2024年第6期40卷 214-220页

作者：刘强张茜茜许启铿丁永刚孙启帅王依峰河南工业大学土木工程学院河南郑州450001 河南省粮油仓储建筑与安全重点实验室河南郑州450001

为研究粮食立筒仓卸料时的动态侧压力,采用离散元仿真软件EDEM数值模拟玉米、小麦和稻谷三种粮食,研究不同种类贮料物理特性和接触属性下的静态侧压力分布,并与规范计算值进行对比;分析卸料过程中动态侧压力分布规律和相应超压系数、流... 详细信息

为研究粮食立筒仓卸料时的动态侧压力,采用离散元仿真软件EDEM数值模拟玉米、小麦和稻谷三种粮食,研究不同种类贮料物理特性和接触属性下的静态侧压力分布,并与规范计算值进行对比;分析卸料过程中动态侧压力分布规律和相应超压系数、流动状态与速度分布关系;基于灰色关联度分析法进行卸料时动态侧压力影响因素分析。研究表明:三种贮料的静态侧压力最大值均出现在仓壁底部范围内且大于规范值,规范公式计算值偏于保守。动态侧压力在卸料过程中会发生震荡增大,三种贮料的动态侧压力最大值分别为6.08、5.38和4.73 kPa,均发生在0.8 m测点深度处且均超过规范中所要求的水平侧压力修正系数,现行规范中水平侧压力修正系数偏于不安全。贮料密度、贮料与仓壁静摩擦系数和贮料与筒仓结构碰撞恢复系数是影响动态侧压力的主要因素。该文可为筒仓规范中对贮料与筒仓结构的碰撞恢复系数的分析提供理论支持。

关键词：粮食立筒仓离散单元法卸料侧压力灰色关联度分析法

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粮库储粮数量智能检测方法研究进展

粮食与饲料工业 2024年第3期 10-12页

作者：尹正富李磊许启铿孙寿良中国储备粮管理集团有限公司北京100039 河南工业大学信息工程学院河南郑州450001 河南工业大学土木工程学院河南郑州450001 国粮武汉科学研究设计院有限公司湖北武汉430079

储粮数量安全是国家粮食储备安全的重要内容,储粮库存数量检查是保障粮食数量安全的重要手段。传统储粮数量库存检查通常采用直接测量方法,存在耗时、费力、数据滞后、客观性差等不足。近年来,科研人员研究提出了一些智能化、自动化的... 详细信息

储粮数量安全是国家粮食储备安全的重要内容,储粮库存数量检查是保障粮食数量安全的重要手段。传统储粮数量库存检查通常采用直接测量方法,存在耗时、费力、数据滞后、客观性差等不足。近年来,科研人员研究提出了一些智能化、自动化的粮食数量检测法,旨在以信息化技术实现国家粮食数量安全监测,进一步推进智慧粮库建设。围绕单点激光、激光雷达、超声波、压力传感器及视觉等技术,综述了这五种主流的仓内储粮数量智能化检测/监测方法,分析了检测精度和优缺点,展望了储粮数量检测技术未来研究方向。

关键词：储粮数量粮食安全清仓查库智慧粮库数量检测信息化技术

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不同贮料工况下散装粮食楼房仓动力特性初探

农业工程学报 2023年第3期39卷 272-278页

作者：许启铿石梓辰刘强丁永刚任国旗河南工业大学土木工程学院郑州450001 河南省粮油仓储建筑与安全重点实验室郑州450001

散装粮食楼房仓作为一种新型储粮仓型,其在不同贮料工况下的动力特性是影响该结构抗震性能的关键因素。为揭示散装粮食楼房仓在不同贮料工况下的动力特性规律,该研究设计制作了散装粮食楼房仓缩尺有机玻璃模型,考虑贮料在不同高度的盈... 详细信息

散装粮食楼房仓作为一种新型储粮仓型,其在不同贮料工况下的动力特性是影响该结构抗震性能的关键因素。为揭示散装粮食楼房仓在不同贮料工况下的动力特性规律,该研究设计制作了散装粮食楼房仓缩尺有机玻璃模型,考虑贮料在不同高度的盈空分布,进行振动台模态试验、有限元模态分析和固有频率理论计算。研究结果表明:贮料只存储于首层时,结构固有频率较空仓工况减小1.20%,差异较小;随着贮料质量由一层至三层逐层增加时,每增加一层,结构固有频率减少约35%;贮料质量恒定(单层满仓)时,随着贮料位置每增高一层,结构固有频率减少约33%;贮料分布位置越高,料体晃动越明显,结构阻尼比越大,减震耗能效果越显著;贮料对散装粮食楼房仓结构提供一定的刚度和质量贡献,贮料对该层的层间刚度贡献系数为1.16,对上层、下层质量点的质量分配系数分别为0.13、0.87。研究成果可为散装粮食楼房仓结构动力响应分析和抗震设计提供理论参考。

关键词：粮食模态试验散装粮食楼房仓有限元分析理论计算

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分层卸料时粮食立筒仓动态侧压力试验研究

河南工业大学学报（自然科学版） 2022年第1期43卷 113-120页

作者：丁永刚孙启帅刘强许启铿河南工业大学土木工程学院河南郑州450001 河南省粮油仓储建筑与安全重点实验室河南郑州450001

粮食立筒仓卸料时的动态侧压力是仓体部位设计时需要考虑的重要因素,动态侧压力的取值直接关系卸料时立筒仓的安全性。为研究立筒仓分层卸料时动态侧压力分布规律和超压系数,分别进行了立筒仓模型一次性卸料和分层卸料试验,测定了两种... 详细信息

粮食立筒仓卸料时的动态侧压力是仓体部位设计时需要考虑的重要因素,动态侧压力的取值直接关系卸料时立筒仓的安全性。为研究立筒仓分层卸料时动态侧压力分布规律和超压系数,分别进行了立筒仓模型一次性卸料和分层卸料试验,测定了两种不同卸料工况下立筒仓模型不同高度处的动态侧压力,对比分析了动态侧压力分布规律与相应超压系数。结果表明:满仓静态侧压力分布值大于规范值,且静态侧压力最大值出现在仓壁与漏斗连接部位;分层卸料时,漏斗处卸料稳定后的静态侧压力出现增大现象,较上一级卸料增大3%,结构设计时应重点关注该部位;一次性卸料时,不同卸料流速下,仓体下部2/3h_(n)范围内的超压系数明显不同,沿测点深度0.5、0.8、1.1 m的超压系数分别增大了10.8%、1.9%、0.7%;一次性卸料时,在0.8 m测点深度处超压系数最大;分层卸料时,在0.8 m测点深度处超压系数高于一次性卸料的超压系数,现行规范的水平侧压力修正系数C_(h)=2.0是偏于不安全的。研究成果可为实际筒仓卸料工程提供依据和重要参考。

关键词：立筒仓分层卸料一次性卸料动态侧压力超压系数