CN102156007A - 粮情预测系统、粮情控制系统及粮堆安全状态判别方法 - Google Patents
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Abstract
一种粮情预测系统包括:多个温度传感器、存储单元、分析单元和报警单元,温度传感器检测粮堆内各个位置的温度;存储单元存储当前及历史检测数据;分析单元包括计算模块和温度变化率比较模块;计算模块计算每一检测位置的实际温度变化率、预测温度、预测温度变化率以及实际温度变化率与预测温度变化率之间的温度变化率差值;温度变化率比较模块,比较每一检测位置的温度变化率差和该检测位置的温度变化率差阈值;分析单元还包括温度比较模块,比较每一检测位置的当前实际检测温度值与温度阈值;将温度变化率差是否大于等于该检测位置的温度变化率差阈值及当前实际检测温度值是否大于等于温度阈值作为报警条件,进行报警。
Description
技术领域
本发明涉及粮食仓储安全理论方法与工程控制应用技术,特别是关于一种新型的粮情预测系统、粮情控制系统以及粮堆安全状态的判别方法。。
背景技术
粮食是重要的农产品,是关系到国计民生的重要资源。为保障我国粮食安全,自1998年以来新建了大量的大型储备粮库,因此,对储备粮质量安全保障提出了重大的需求。目前,国内外监测粮情的普遍方法是:在粮仓中粮堆内部安装温度传感器,通过监测粮堆的温度,评判粮食质量安全状况。国外粮食储藏周期一般为3至6个月,由于储藏周期短,大多采用人工经验判断了解储粮安全状态。然而,我国的储备粮仓数量众多,单仓储粮量大,通常单仓容量都达到5千吨以上,储备时间长,一般为几年,例如小麦的储藏周期为3年,储藏环境也因地域不同具有多样性。因此,在粮堆内部需要安装大量的温度传感器监测粮堆的温度,,靠人工判断分析大量粮温数据的方法,并不适用于我国的储粮质量控制。
此外,采用人工分析的监测粮堆温度的方法,需要经验丰富的管理人员,否则会导致粮情误报、错报、粮温调控过程中采用通风、冷却以及防治措施的盲目性,影响粮食仓储过程质量控制的效果。例如一般情况下,粮堆质量监控采用最高温度控制的方法,即,预先设定一个较高温度作为报警的阈值,当粮仓温度达到或超过该阈值时,进行报警。这种方法可能带来的问题是存在漏报警的可能,当温度达到阈值温度的时候,粮堆中部分粮食可能已经变质,或者粮食整体质量状况已经非常紧急。为克服这样的问题,目前采用的补救方法是根据经验将报警阈值设置的较低,以方便粮仓管理人员提前采取防范措施。这样虽然能够起到提前警示的作用,但是同时也增加了不必要的误报警。这些方法虽然可以在一定程度上保证粮堆质量安全,但是由于多是经验手段,难以达到提前预防的目的,防治的盲目性较高。
因此需要一种能够通过检测粮堆的温度对粮仓的粮情精确报警的粮情警报系统,以解决我国大型粮仓中储粮质量控制问题。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种预报准确、预报速度快的智能粮情预测系统,以克服现有的粮情检测系统在粮情智能预测与分析、预警等方面的不足。
本发明的又一目的在于,提供一种粮情控制系统,能够根据实时粮情状况自动给出干预措施的建议,并及时有效的对粮仓采取通风、冷却、干燥等措施。
本发明的再一目的在于,提供一种快速准确预判粮堆安全状态的方法,以克服防治的盲目性。
为达到上述目的,本发明采用如下技术手段:
一种粮情预测系统,包括:多个温度传感器、存储单元、分析单元和报警单元,其中,温度传感器用于检测粮堆内各个位置的温度;存储单元用于存储包括每个温度传感器的检测位置、当前检测时间、当前检测温度以及前次检测时间和前次检测温度的数据;分析单元包括计算模块和温度变化率比较模块;计算模块用于计算每一检测位置的实际温度变化率、预测温度、 预测温度变化率以及实际温度变化率与预测温度变化率之间的温度变化率差;温度变化率比较模块用于比较每一检测位置的温度变化率差和该检测位置的温度变化率差阈值,当所述温度变化率差大于等于所述温度变化率差阈值时,分析单元发出不安全状态信息。
分析单元还包括温度比较模块,温度比较模块用于比较每一检测位置的当前检测温度值与温度阈值,当所述当前检测温度大于等于温度阈值时,分析单元发出不安全状态信息。
报警单元收到分析单元发出的所述不安全状态信息时进行报警。
预测温度的计算公式为: ,
其中b为由该检测位置的历史检测温度取均值得到的平均温度;A为该检测位置粮温变化幅度,由该检测位置的历史数据最高温度与最低温度之差获得;ω为常数,是该检测位置的初始相位值;t为检测时间。
所述温度变化率差阈值与检测位置和/或粮仓环境温度有关,取值范围为0.2~0.8℃/天。
所述温度传感器的温度检测频率为至少1次/天。
所述温度阈值与粮仓环境温度、检测位置和/或当前储藏粮食的水分有关,取值范围为0-35℃。
一种包括所述粮情预测系统的粮情控制系统,进一步包括控制单元,所述控制单元接收所述不安全状态信息以及所述的每个温度传感器的检测位置、检测时间和该检测时间的检测温度的数据,并控制通风装置,冷却装置和干燥装置中的一种或多种工作。
一种粮堆安全状态判别方法,包括以下步骤:检测粮堆中多个检测位置的温度;计算每一检测位置的实际温度变化率;计算每一检测位置的预测温度,并计算该检测位置的预测温度变化率;将每一检测位置的实际温度变化率与预测温度变化率的数据值相减,得到温度变化率差;比较每一检测位置的温度变化率差和该检测位置的温度变化率差阈值,当温度变化率差大于等于所述温度变化率差阈值时,发出不安全状态信息。
除了比较每一检测位置的温度变化率差和该检测位置的温度变化率差阈值之外,还要比较每一检测位置的当前检测温度和温度阈值,当所述实际检测温度大于等于温度阈值时,发出不安全状态信息。
当收到所述的不安全状态信息时进行报警。
其中b为由该检测位置的历史检测温度取均值得到的平均温度;A为该检测位置粮温变化幅度,由该检测位置的历史数据最高温度与最低温度之差获得;ω为常数,是该检测位置的初始相位值;t为检测时间,单位为天。
所述温度变化率差阈值与检测位置和/或粮仓环境温度有关,取值范围为0.2~0.8℃/天。
检测粮堆中每一检测位置温度的检测频率为至少1次/天。
所述温度阈值与粮仓环境温度、检测位置和/或当前储藏粮食的水分有关,取值范围为0-35℃。
本发明的有益效果在于:本发明利用了现有粮库中用于测量粮堆各测温点温度的温度传感器,将粮堆中各测温点的温度变化率作为判别粮堆安全状态的条件,克服了传统粮温监控系统无智能化分析、漏报与错报几率高等缺点,构建一种预报准确、速度快的智能粮情报警系统。本发明能够快速准确的预判粮堆安全状态,为储粮安全提供准确的安全控制信息。
附图说明
图1为本发明粮情预测系统的系统结构图。
图2为本发明粮情预测系统分析单元的结构图。
图3为本发明粮情控制系统的系统结构图。
图4为本发明的粮堆安全状态判别方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。
如图1所示,一种粮情预测系统10,包括多个温度传感器1、存储单元2、分析单元3、报警单元4,粮堆内各个检测位置分别设定温度阈值Tmax和温度变化率差阈值ΔKmax。
温度传感器1用于检测粮堆内各个位置的温度T,通过数据传输电缆传输到存储单元2。温度传感器1可采用有线或无线温度传感器,例如DS18B20型温度传感器、pt热敏电阻型温度传感器等,根据需要在粮堆的上层、中层和下层设置多个温度检测点,温度采集频率例如至少为1次/天。
存储单元2用于存储包括每个温度传感器1的检测位置、当前检测时间tN和当前检测温度TN,并且用于存储每个温度传感器检测的历史数据,如前次检测时间tN-1以及前次检测温度TN-1。
如图2所示,分析单元3包括计算模块31和温度变化率比较模块32,计算模块31用于计算每一检测位置的实际温度变化率K,K=(TN- TN-1)/ Δt,其中Δt=tN -tN-1。计算模块31还根据检测位置、该检测位置的历史温度、粮温变化幅度等数据计算该检测位置的预测温度T预测,,其中b为由该检测位置的历史检测温度取均值得到的平均温度;A为该检测位置粮温变化幅度,由该检测位置的历史数据最高温度与最低温度之差获得;ω为常数,是该检测位置的初始相位值;t为检测时间,单位为天,是自1月1日起的天数。
温度变化率比较模块32用于比较每一检测位置的温度变化率差ΔK和该检测位置的温度变化率差阈值ΔKmax,分析单元3还包括温度比较模块33,用于比较每一检测位置的当前检测温度值与温度阈值。当所述温度变化率差ΔK大于等于所述温度变化率差阈值ΔKmax时,或者当所述温度变化率差ΔK大于等于所述温度变化率差阈值ΔKmax且所述当前检测温度TN大于等于温度阈值Tmax时,粮堆处于不安全状态,分析单元3将不安全状态信息发送给报警单元4。
报警单元4接收到该不安全状态信息时,则进行报警。
温度阈值Tmax例如可设置为0-35℃。温度阈值Tmax的取值除与粮仓环境温度和/或检测位置有关外,还与当前储藏粮食的水分有关,例如粮食水分每提高一个百分点,则温度阈值Tmax下降4-6℃。
粮堆温度变化率差阈值ΔKmax例如可设置为0.2~0.8℃/天;粮堆温度变化率差阈值ΔKmax的取值与检测位置和/或粮仓环境温度等因素相关,例如检测位置在粮堆上层(一般指粮堆上层高度2米以内)、靠近粮仓门以及边壁位置时,则ΔKmax适当提高,一般取0.4~0.8℃/天;而当检测位置在粮堆深部,或者粮仓环境温度较高,特别是达到25℃以上时,ΔKmax取值则应适当降低。
如图3所示,一种粮情控制系统20,包括粮情预测系统10和控制单元5,粮情预测系统10的工作原理及结构如前所述。粮情预测系统10的分析单元3判断出粮堆状态不安全时,将不安全状态信息以及例如温度数据、检测时间和检测位置等数据发送给控制单元5,控制单元5控制通风装置,冷却装置和干燥装置中的一种或多种工作以使粮堆恢复安全状态。
所述粮情控制系统20,还可以包括专家系统6,当粮情预测系统10的分析单元3判断出粮堆状态不安全时,将不安全状态信息以及例如温度数据、检测时间和检测位置等数据发送给专家系统6,专家系统6对上述数据进行分析,并结合当前环境特点,给出防治的建议。
图4为本发明粮情预测系统的粮堆安全状态判别方法的流程图。
图1结合图4所示,分析单元3是通过判断温度变化率差ΔK是否大于等于所述温度变化率差阈值ΔKmax,或者当前检测温度TN是否大于等于温度阈值Tmax且粮堆温度的变化率差ΔK是否大于温度变化率差阈值ΔKmax来判断粮堆安全状态。粮堆安全状态判别方法的具体实现步骤为:
步骤一:检测粮堆中多个检测位置的温度。
温度传感器1检测粮堆内各个检测位置的温度,根据需要在粮堆的上层、中层和下层设置多个温度检测点,温度采集频率例如为至少1次/天。当前检测时间为tN,当前检测温度为TN,前次检测时间tN-1,前次检测温度为TN-1。
步骤二:根据当前检测数据和前次检测数据,计算每一检测位置的实际温度变化率K。所述检测数据包括检测温度和检测时间。
K=(TN- TN-1)/ Δt,其中Δt=tN -tN-1。
步骤三:根据每一检测位置的历史检测温度,计算每一检测位置的预测温度T预测,并计算该检测位置的预测温度变化率K预测。
预测温度T预测的计算公式为:,
其中b为由该检测位置的历史检测温度取均值得到的平均温度;A为该检测位置粮温变化幅度,由该检测位置的历史数据最高温度与最低温度之差获得;ω为常数,是该检测位置的初始相位值;t为检测时间,单位为天,是自1月1日起的天数。
步骤四:将每一检测位置的实际温度变化率K与预测温度变化率K预测的数据值相减,得到温度变化率差ΔK,ΔK= K - K预测。
步骤五:比较每一检测位置的温度变化率差和该检测位置的温度变化率差阈值,并且比较每一检测位置的当前检测温度和温度阈值,当所述温度变化率差ΔK大于等于所述温度变化率差阈值ΔKmax时,或者当所述温度变化率差大于等于所述温度变化率差阈值且所述当前检测温度大于等于温度阈值时,粮堆处于不安全状态,进行报警。
即当ΔK≥ΔKmax时,或者当ΔK≥ΔKmax且TN≥Tmax时,当前该检测位置的粮堆状态判断为不安全,向报警单元发出不安全的状态信息,否则判断为安全。
温度阈值Tmax例如可设置为0-35℃。温度阈值Tmax的取值除与粮仓环境温度和/或检测位置有关外,还与当前储藏粮食的水分有关,例如粮食水分每提高一个百分点,则温度阈值Tmax下降4-6℃。
粮堆温度变化率差阈值ΔKmax例如可设置为0.2~0.8℃/天;粮堆温度变化率差阈值ΔKmax的取值与检测位置和/或粮仓环境温度等因素相关,例如检测位置在粮堆上层,例如在粮堆上层高度2米以内、靠近粮仓门以及边壁位置时,则ΔKmax适当提高,一般取0.4~0.8℃/天;而当检测位置在粮堆深部,或者粮仓环境温度较高,特别是达到25℃以上时,ΔKmax取值则应适当降低。
温度变化率差值反映出当前温度的变化趋势,本发明根据该变化趋势以及当前实时测定的温度值发出警报信息,避免了决策的滞后与漏报和误报。
Claims (10)
1.一种粮情预测系统,其特征在于,包括:多个温度传感器、存储单元、分析单元和报警单元,其中,
温度传感器用于检测粮堆内各个位置的温度;
存储单元用于存储包括每个温度传感器的检测位置、当前检测时间、当前检测温度以及前次检测时间和前次检测温度的数据;
分析单元包括计算模块和温度变化率比较模块;
计算模块用于计算每一检测位置的实际温度变化率、预测温度、预测温度变化率以及实际温度变化率与预测温度变化率之间的温度变化率差;
温度变化率比较模块用于比较每一检测位置的温度变化率差和该检测位置的温度变化率差阈值,当所述温度变化率差大于等于所述温度变化率差阈值时,分析单元发出不安全状态信息。
2.根据权利要求1所述的粮情预测系统,其特征在于:分析单元还包括温度比较模块,温度比较模块用于比较每一检测位置的当前检测温度值与温度阈值,当所述当前检测温度大于等于温度阈值时,分析单元发出不安全状态信息。
3.根据权利要求1或2所述的粮情预测系统,其特征在于:报警单元收到分析单元发出的所述不安全状态信息时进行报警。
4.根据权利要求3所述的粮情预测系统,其特征在于:预测温度的计算公式为: ,
其中b为由该检测位置的历史检测温度取均值得到的平均温度;A为该检测位置粮温变化幅度,由该检测位置的历史数据最高温度与最低温度之差获得;ω为常数,是该检测位置的初始相位值;t为检测时间。
5. 根据权利要求4所述的粮情预测系统,其特征在于:预测温度变化率的计算公式为: ,t为检测时间。
6.根据权利要求5所述的粮情预测系统,其特征在于:所述温度变化率差阈值与检测位置和/或粮仓环境温度有关,取值范围为0.2~0.8℃/天。
7.根据权利要求6所述的粮情预测系统,其特征在于:所述温度传感器的温度检测频率为至少1次/天。
8.根据权利要求2所述的粮情预测系统,其特征在于:所述温度阈值与粮仓环境温度、检测位置和/或当前储藏粮食的水分有关,取值范围为0-35℃。
9.一种包括权利要求1所述的粮情预测系统的粮情控制系统,其特征在于:所述系统进一步包括控制单元,所述控制单元接收所述不安全状态信息以及所述的每个温度传感器的检测位置、检测时间和该检测时间的检测温度的数据,并控制通风装置,冷却装置和干燥装置中的一种或多种工作。
10.一种粮堆安全状态判别方法,其特征在于包括以下步骤:
检测粮堆中多个检测位置的温度;
计算每一检测位置的实际温度变化率;
计算每一检测位置的预测温度,并计算该检测位置的预测温度变化率;
将每一检测位置的实际温度变化率与预测温度变化率的数据值相减,得到温度变化率差;
比较每一检测位置的温度变化率差和该检测位置的温度变化率差阈值,当温度变化率差大于等于所述温度变化率差阈值时,发出不安全状态信息。
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