本发明涉及通道式集装箱空箱查验场景的检测领域，特别是涉及一种通过声学算法快速检测集装箱是否为空的装置及方法。
背景技术：
1、近年来海关总署颁布了多项法规制度对海关监管场所、特殊监管区域以及保税监管场所的管理和设置进行了规范。车辆进出所配置自动化验放的通道卡口已经是标准的配置要求，但是在对场所的实际监管过程中，对于空车(箱)进出园区的监管一直是采用“卡口进出的空车(箱)必须打开柜门、卡口必须有高位摄像头和探照灯能够照入箱体、人工拦截检查空箱内情况，或随机进行布控对空车重点人工(机验)查验”等方法。这些方法均需要专门人员在卡口通道现场介入处理，存在操作效率低下、受天气光线等自然条件影响较大、检查易流于形式、潜在廉政隐患等缺陷。对于业务繁忙的监管场所，上述的缺陷容易被走私分子利用。
2、目前海关主要是通过四种方式进行空箱查验：a、人工，b、称重，c、x光机辐射抽查，d、高位摄像头和探照灯，拍摄箱内情况；
3、a、人工开箱验检：存在廉政隐患、用工成本高、通关效率低下；
4、b、称重验放：误差太大、精度低(空箱验放标准：40尺箱体小于500公斤，20尺箱体小于250公斤)，监管有效性不高；准确率低，流于形式，时间漫长，效率低，通常2-3次称重比对，整体称重平均耗时2-3分钟；
5、c、x光机辐射抽查：产生严重核辐射不安全、效率低、时间不低于5分钟，只能做抽检；
6、d、高位摄像头和探照灯：流于形式、用工成本高、通关效率低下。
7、基于以上情况，为了解决空箱检查的自动化程度低、效率低、误差大、检查存在安全隐患、不环保且成本过高等问题，提出了本申请。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种通过声学算法快速检测集装箱是否为空的装置及方法，该发明利用声学原理探测、扫描方式探测集装箱货物装载情况，是一种无辐射、安全的非入侵式探测方式。该探测方式有两种具体实现途径：
2、1、利用超声共振、混响衰减曲线差异，实现货物装载量探测；
3、2、利用集装箱内声学特征脉冲透射衰减和辐射阻尼实现空箱探测；
4、该技术是通过电能激振器作为声音信号激励源，通过声学传感器进行箱内声音信号采集，通过分析箱内混响数据或共振频率或脉冲透射衰减、辐射阻尼等声学参数，得出集装箱空或非空的结果。
5、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6、本发明提供一种通过声学算法快速检测集装箱是否为空的装置，包括预埋底座，所述预埋底座的顶部固定有机械臂底座，所述机械臂底座的顶部安装有机械臂，所述机械臂的末端安装有检测前端，所述检测前端和所述机械臂均与控制柜建立通信。
7、优选地，所述检测前端包括壳体，所述壳体的前侧面设有传感器、激光窗口和电能激振器。
8、优选地，所述壳体的顶部设有三色信号指示灯。
9、本发明还提供一种通过声学算法快速检测集装箱是否为空的方法，包括以下步骤：
10、s1.利用机械臂将检测前端的电能激振器和传感器与集装箱箱体表面相接触，为采集数据做准备；
11、s2.通过激光窗口内的激光定位算法控制机械臂动作，自动将检测前端贴附到集装箱侧面，通过传感器采集电能激振器振动产生的声源信号经过集装箱内部的声场原始数据，提取到非相干混响衰减曲线及混响时间内的声场强度；
12、s3.对混响时间内的声场强度进行积分，提高识别稳定度；
13、s4.将得到的非相干混响衰减曲线以及混响时间内的声场强度与标准集装箱的空箱数据进行综合分析判定，得出集装箱是否为空的结果。
14、优选地，步骤s2中，其提取方法如下：
15、s21.设对单次激励采集到的声场数据时域波形；
16、s22.对该数据进行滤波处理，滤掉货车发动机噪声数据，记为s(t)，去掉直流成分：
17、x(t)＝s(t)-e[s(t)] (1)；
18、对该信号进行hilbert变换取包络：
19、y(t)＝|x(t)+hilbert[x(t)]| (2)；
20、得到时域波形；
21、s23.对该数据进行滑动平均，去掉包络曲线中的相干成分：
22、
23、其中，n为滑动平均的点数，得到信号包络即非相干混响衰减曲线；
24、优选地，步骤s3中，对混响时间内的声场强度进行积分的方法为：
25、
26、其中，t为混响时间，max[p(t)]为声压最大值对应的时刻。
27、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
28、本发明提供的一种通过声学算法快速检测集装箱是否为空的装置及方法，相比于现有设备，它的应用场景更适用于海关监管的港口、码头及中转集装箱空箱的场所，在受监管场所的通关通道上进行车辆的自动查验。无人工干预，实现设备全天候、自动化运行，实现了智能海关设备智能化监管要求。该产品利用声学的原理，有效弥补了背景技术中提出的缺陷，可实现在不开箱的情况下，在通关通道上实现快速识别集装箱空或非空的情况，从而大大提高了通关效率。利用电能激振器作为声源激励源，通过前端的传感器采集信号，通过分析箱内混响、共振频率、相干性或以上任意组合得出集装箱空或非空情况。本发明在与原始声源数据进行精准匹配后，通过特定的识别算法，可以更加精准、更快速的判定出被检集装箱车厢内是否为空的结果，检测时间控制在3秒以内，其检测条件不受天气、光线、气候等自然条件的影响，实现空箱查验的自动化查验。免去人工开箱查验、验视的过程，同时也避免了人工操作潜在的廉政隐患和非故意性操作失误，使集装箱空箱查验的效率大大提升。另外，通过提升改进声音源的激励装置电能激振器作为声源激励，相比以前的机械式发生装置，其声源稳定性大大提升，与算法精准匹配，使查验预想的声学模型与实际箱体接收的声学参数模型比较更为精准，更易判定箱内物体是否存在。
1.一种通过声学算法快速检测集装箱是否为空的装置，其特征在于：包括预埋底座，所述预埋底座的顶部固定有机械臂底座，所述机械臂底座的顶部安装有机械臂，所述机械臂的末端安装有检测前端，所述检测前端和所述机械臂均与控制柜建立通信。
2.根据权利要求1所述的通过声学算法快速检测集装箱是否为空的装置，其特征在于：所述检测前端包括壳体，所述壳体的前侧面设有传感器、激光窗口和电能激振器。
3.根据权利要求2所述的通过声学算法快速检测集装箱是否为空的装置，其特征在于：所述壳体的顶部设有三色信号指示灯。
4.一种基于权利要求1-3任一所述的通过声学算法快速检测集装箱是否为空的装置的快速检测集装箱是否为空的方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的快速检测集装箱是否为空的方法，其特征在于：步骤s2中，其提取方法如下：
6.根据权利要求4所述的快速检测集装箱是否为空的方法，其特征在于：步骤s3中，对混响时间内的声场强度进行积分的方法为：
