CN107839581B - 一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物流领域，尤其涉及一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢和方法。通过布置在全车的温度传感器获取全车的三维可视化温度场，构建三维图像，通过RGB色系识别的方式进行识别，取偏红，标定其在车厢内的位置；设定为优先级一；设定危险温度为T，判断最新的时间点下的温度和危险温度的温度差，取小，标定其在车厢内的位置；设定为优先级二；温度传感器定期获取温度，判断相同时间点内的温度趋势以及温度变化量，取大，标定其在车厢内的位置；设定为优先级三；万向风头通过进风管能够分风导向，所述进风管连接着冷气气源，所述万向风头依次对准优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位吹风，进行精确调温。

Description

一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢和方法

技术领域

本发明涉及物流领域，尤其涉及一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢和方法。

背景技术

现有的冷藏车中，存在如下缺陷：

生鲜易腐类产品的品质对温度环境的波动异常敏感，尤其在运输过程中，冷藏车厢内部环境控温不准确、不及时，容易造成其品质严重的腐败与变质。冷藏运输是保证生鲜易腐类食品保鲜与品质安全的重要途径。冷藏车在运输过程中的制冷效率与控温的精准程度，直接影响了易腐类食品的新鲜度与货架期。而冷藏车在运输过程中的能耗问题，直接影响了易腐类食品的运输成本。因此，目前生鲜易腐类食品的冷藏运输过程存在诸多成本问题与安全隐患。

冷藏车运输过程中的控温精准率偏低，能耗过高。机械式制冷是目前的冷藏车主要采用的制冷方法，主要根据蒸发箱进风口、出风口的温度差和蒸发器的进风风温控制电子膨胀阀和压缩机，此种控制方式在机组压缩机启动和停止工作瞬间，会因风机启停的延迟或出风口温的急剧变化而引起厢体内各区域温差较大，车内温度波动不稳定，且降温速度慢，能源消耗大大增加。

目前冷藏车多采用单一送风口设计或送风口布局不合理，会因车厢内紧凑的货物堆垛和壁面摩擦对气流产生流通阻力，导致车厢后部通风不良，存在气流停滞区，产生了靠近送风口的货物由于温度过低而发生冷害，远离送风口的货物由于温度过高而腐烂的问题。这种冷藏车设置的送风口靠近车厢前部，而车厢温度波动最为剧烈的地方是车厢后部，尤其是靠近车门的地方。在车厢开、关门的过程中，由于热传导作用，车厢内外空气进行热交换，造成车门部分的温度急剧升高，温度波动十分剧烈。在冷藏车进行制冷过程中，又因为送风口距离车门部分较远，造成了送风风程过长，因而又加剧了制冷能耗，从而造成制冷效率偏低。

冷藏车运输过程中的环境温度数据无法及时、准确获取。现有冷藏车在运输过程中，由于车厢内部温度传感器数量偏少，布局不合理，造成车厢环境温度数据丢失，数据采集不及时，传输数据不准确等问题。车厢环境温度数据的缺失与不完善，直接影响了生鲜易腐类食品在运输过程中的品质评价的准确性，造成了运输过程无法监控。环境温度无法实现实时采集，直接影响了对生鲜易腐类食品在运输过程中的动态监控与及时决策管理。

车厢是整体通风，整体通风的风量大，尤其是货物比较多的时候，冷风不能直接吹到温度比较高的地方去，浪费能源，且冷风车厢内的风程有限，尤其是有货物的时候，风阻很大，难以迅速进行冷却。

举例说明，传统单一固定的送风口送风时长高达45-50分钟，功率大而造成了能耗大的现象。

发明内容

发明的目的：为了提供一种效果更好的一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢和方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢，其特征在于，

通过布置在全车的温度传感器获取全车的三维可视化温度场，构建三维图像，温度较高的点显示为红色，温度较低的点显示为蓝色，中间温度显示为绿色，通过RGB色系识别的方式进行识别，取偏红，标定其在车厢内的位置；设定为优先级一；

设定危险温度为T，判断最新的时间点下的温度和危险温度的温度差，取小，标定其在车厢内的位置；设定为优先级二；

温度传感器定期获取温度，判断相同时间点内的温度趋势以及温度变化量，取大，标定其在车厢内的位置；设定为优先级三；

还包含如下装置，即，在车厢内设置的多个万向风头，万向风头通过进风管能够分风导向，所述进风管连接着冷气气源，所述万向风头依次对准优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位吹风或者选取任意一种优先级判定方法所判定的点位吹风，进行精确调温。

本专利进一步技术方案在于，所述利用全车的温度传感器获取全车的三维可视化温度场的方法是采用粒子群算法进行计算。

本专利进一步技术方案在于，所述进风管走在车厢的夹层内，车厢的夹层内部还包含风冷管，所述风冷管连接着冷气气源。

本专利进一步技术方案在于，所述万向风头包含底座，底座中部包含转动中心轴，底座上包含第一转动基座，所述第一转动基座固定连接转动中心轴，转动中心轴动力连接方位电机，方位电机能够带动转动中心轴转动，所述第一转动基座内部固定有转动电机，转动电机的动力轴连接着导风转动体，导风转动体上包含导风口，导风口通过软管连接进风管；所述第一转动基座能够围绕转动中心轴实现360度转动，所述导风转动体能够围绕转动电机的轴转动，转动的过程中，能够使得导风口朝向不同的方向。

本专利进一步技术方案在于，所述万向风头包含壳体，所述壳体上包含出风口，每个出风口各自连接一个分风管，分风管连接着分风口，分风口连接中部风道，中部风道连接着冷气气源，每个分风管道上各自包含有一个电磁阀开关，还包含中控系统，中控系统能够控制电磁阀开关的关闭和开启；

多个分风口朝向车厢内的多个方向和位置，能够直接导风到需要的部位。

本专利进一步技术方案在于，所述万向风头位于移动板上，移动板下方为槽道，槽道位于轨道上，移动板能够上下移动，万向风头能够随着移动板上下移动，所述移动板能够被气缸推动着上下移动，所述进风管为软管。

一种基于温度场三维成像的自控反馈方法，其特征在于，利用如上任意一项权利要求所述的车厢，包含如下方案：

判定优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位；

在车厢内设置的多个万向风头，万向风头通过进风管能够分风导向，所述进风管连接着冷气气源，所述万向风头依次对准优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位吹风；

吹风的时候，调整导风口朝向所需要吹风的方位；或者是开启对应的电磁阀开关，关闭其他电磁阀开关，使得定量的风通入分风管中进行加速吹风，增加风程，能迅速冷却。

采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：相对于现有技术，传统单一固定的送风口送风时长高达45-50分钟，对比于现有技术，而新型的冷藏车模型能够满足对不同温度下产品的冷藏要求，并且没有发生融化现象，同时降温时间为30-33分钟，采用小功率送风，缩短降温时长的同时降低了功率，能耗方面比传统冷风机降低了33％-45％。

附图说明

为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：

图1为车厢温区分布图；

图2为万向风头的实施例一结构示意图；

图3为万向风头的实施例一的内部剖面图；

图4为万向风头的实施例二的内部结构图；

图5为万向风头的实施例二的外表示意图；

图6为车厢的结构图；

图7为车厢内壁的实现结构图

图8为车厢和万向风口的模拟图；

图9中显示了三个万向风口进行扫风降温后的温度界面示意图，可发现，核心储藏区域大部分属于适宜储藏的区域。

其中：1.底座；2.转动中心轴；3.方位电机；4.第一转动基座；5.转动电机；6.导风转动体；7.边侧轴；8.导电滑环；9.中部风道；10.分风口；11.壳体；12.分风管；13.电磁阀开关；14.出风口；15.导风口；16.车厢壁；17.风冷管；18.进风管；19.移动板；20.万向风头；21.导轨；22.车头；23.冷气气源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：

一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢，其特征在于，

通过布置在全车的温度传感器获取全车的三维可视化温度场，构建三维图像，温度较高的点显示为红色，温度较低的点显示为蓝色，中间温度显示为绿色，通过RGB色系识别的方式进行识别，取偏红，标定其在车厢内的位置；设定为优先级一；

设定危险温度为T，判断最新的时间点下的温度和危险温度的温度差，取小，标定其在车厢内的位置；设定为优先级二；

温度传感器定期获取温度，判断相同时间点内的温度趋势以及温度变化量，取大，标定其在车厢内的位置；设定为优先级三；

还包含如下装置，即，在车厢内设置的多个万向风头，万向风头通过进风管能够分风导向，所述进风管连接着冷气气源，所述万向风头依次对准优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位吹风或者选取任意一种优先级判定方法所判定的点位吹风，进行精确调温。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：相对于现有技术，传统单一固定的送风口送风时长高达45-50分钟，对比于现有技术，而新型的冷藏车模型能够满足对不同温度下产品的冷藏要求，并且没有发生融化现象，同时降温时间为30-33分钟，采用小功率送风，缩短降温时长的同时降低了功率，能耗方面比传统冷风机降低了33％-45％。

需要说明的是，优先级一、优先级二、优先级三可选择任意一个优先级进行温度控制。

所述利用全车的温度传感器获取全车的三维可视化温度场的方法是采用粒子群算法进行计算。作为进一步的优选，在整个车厢内部进行多个截面截取，获取其温度情况。

空间温度场的构建

利用温度传感器对冷藏车厢内部进行全局温度布局。本研究以冷藏车厢6800mm*2350mm*2500mm为例，分别布局14个传感器节点，对车厢内部温度进行采集。通过采集的传感器节点数据，构建车厢内部可视化三维温度场。设计温度数据采集的时间间隔为20s。利用反距离插值算法，模拟整个车厢的温度场三维布局。

对车厢全局温度场进行数值模拟，首先建立系统相对应的控制方程，即温度场数学模型。针对车厢内部的空气流速问题，本研究利用温度气流场模型，即气流基本为湍流，采用雷诺平均法来模拟。设置湍流模型边界条件，设立车厢内部气流扰动处，如空调的出风口，地板处的进风口以及服务器机柜的风扇口，这些扰动处都将对室内空气的流动产生激烈影响。根据湍流的特征描述，将气流扰动处的空气流动定义为湍流，利用湍流模型对车厢温度场进行数学描述。

对冷藏车厢内部空间进行三维可视化，利用平面上分布一系列散乱点,已知P点坐标P(x_i，y_i)和属性值Z_i(i＝1,2,3，...n)，由周围离散点的属性值计算点的值。将周围散乱点的属性值进行加权平均，权重大小根据已知点与未知点距离来判断，权值为两点之间距离的次方的倒数(在一般情况下取2)。(反距离加权插值算法)

式中：表示散乱点(x_i,y_i)到P点的距离。

根据冷链车厢环境设立边界条件、速度场与气流场模型，构建k-ε三维湍流温度场模型。利用Fluent软件建立k-ε三维湍流温度场模型，设定边界条件，确立温度区间虚拟湍流边界。利用温度传感器采集的温度数据，对冷藏车运输过程中的温度波动，建立温度场模式识别库，并对温度数据进行采集与整理。利用三维可视化温度场建模，突破简单二维温度阈值控制，将三维离散数据场引入对空间温度场的描述过程，结合空间数据库构建原理，形成以时序状态为特征的温度场可视化模型。选用标准k-ε湍动模型进行数值求解。标准K-ε模型在湍动能K方程的基础上引入湍流耗散率ε方程。

ρ为流体密度，kg/m³；t为时间参数，s；U为速度，m/s；x为位移，m；T为温度，k；μ为粘性系数，Pa s；k为湍动能；ε为湍动能耗散率；C_p为定压比热；C_1e为经验常数；C_2e为经验常数；Q_r为辐射热，J；W_sQ_s为流体单位体积重反应放热，J；σT为湍流对应的数；为湍动能k对应的Prandtl数；为耗散率ε对应的Prandt1数；Gk为平均速度梯度引起的湍动能k产生项。经验常数C_1e、C_2e、σk和σ_e的取值分别为C_1e＝1.44，C_2e＝1.92，σk＝1.0，σ_e＝1.3。

在温度场建模的基础上，利用反距离加权插值算法将冷车车厢划分为许多小网格，网格节点的信息储存于数据库中。每个节点都包含坐标和温度两个数据。利用颜色图谱的方法，将温度数据得以区分体现，即从深蓝过渡到深红划分为15种颜色，其中深蓝表示最低温，深红表示最高温。利用绘制矩形的函数，将每个节点构成一个彩色的温度场网格。所有的温度场网格的组合即构成了空间的温度场。

所述进风管走在车厢的夹层内，车厢的夹层内部还包含风冷管，所述风冷管连接着冷气气源。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：作为改进，风冷管能够作为冷壁，避免外部的热量直接进入车内。

实施例一：结合图2和图3；

所述万向风头包含底座，底座中部包含转动中心轴，底座上包含第一转动基座，所述第一转动基座固定连接转动中心轴，转动中心轴动力连接方位电机，方位电机能够带动转动中心轴转动，所述第一转动基座内部固定有转动电机，转动电机的动力轴连接着导风转动体，导风转动体上包含导风口，导风口通过软管连接进风管；所述第一转动基座能够围绕转动中心轴实现360度转动，所述导风转动体能够围绕转动电机的轴转动，转动的过程中，能够使得导风口朝向不同的方向。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：该种结构实现了导风口的方向的确定，在使用的过程中，当需要向某个点进行吹风的时候，直接驱动万向风头中的方位电机和转动电机，使得风口朝向目标位置。

实施例二：结合图4和图5；

所述万向风头包含壳体，所述壳体上包含出风口，每个出风口各自连接一个分风管，分风管连接着分风口，分风口连接中部风道，中部风道连接着冷气气源，每个分风管道上各自包含有一个电磁阀开关，还包含中控系统，中控系统能够控制电磁阀开关的关闭和开启；

多个分风口朝向车厢内的多个方向和位置，能够直接导风到需要的部位。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：开启对应的电磁阀开关，关闭其他电磁阀开关，使得定量的风通入分风管中进行加速吹风，增加风程，能迅速冷却。具体来说，定量的风，如果漫无目的，朝向多个方向吹，容易出现的问题是冷风作用不到真正需要吹风的位置，采用本结构，打开对应的电磁阀开关，能够定点吹风；同时，定量的风朝向一个方向，小管道口径，能够增加风速。

所述万向风头位于移动板上，移动板下方为槽道，槽道位于轨道上，移动板能够上下移动，万向风头能够随着移动板上下移动，所述移动板能够被气缸推动着上下移动，所述进风管为软管。结合图7，本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：万向风头上下移动，能够更高效更全面地对车厢内进行精确的定点降温。需要说明的是，所述轨道还可以横向布置或者斜向布置，以此能达到车厢位置的全覆盖，定点送风。

一种基于温度场三维成像的自控反馈方法，其特征在于，利用如上任意一项权利要求所述的车厢，包含如下方案：

判定优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位；

在车厢内设置的多个万向风头，万向风头通过进风管能够分风导向，所述进风管连接着冷气气源，所述万向风头依次对准优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位吹风；

吹风的时候，调整导风口朝向所需要吹风的方位；或者是开启对应的电磁阀开关，关闭其他电磁阀开关，使得定量的风通入分风管中进行加速吹风，增加风程，能迅速冷却。

本系统能够独立调控传感器数据采集时间间隔1min～60min；能够自动识别并定位，误差率<5％，网络传输与响应时间<35s。系统根据感应模式，能够自动调节送风大小，平均组风量：3200m3/h(1883cu ft/min)，制冷达到稳态状态时差<10min，送风策略根据温度场分布进行调整，稳态分布时间>25％。制冷传输效能提高10％～40％，对比传统控温节能25％～45％。系统根据感应模式，能够自动调节送风大小，平均组风量：3200m3/h(1883cuft/min)；制冷达到稳态状态时差<10min；送风策略根据温度场分布进行调整，稳态分布时间>25％。经验证，温度场三维成像具有画面定格功能，实时或定时采集冷藏车厢内部三维温度场分布图；多路图像信号实时传输、切换显示，能够定时录像、报警自动录像；冷藏车厢盲区边缘<10cm，能够准确可靠的反映车厢环境状况。系统正确反映了冷藏车厢内的温度分布，且具有良好的人机交互功能，能实现多角度地观察温度场变化。实现了后台温度的实时监控，为改善冷链运输问题提供了依据。

开创性地，以上各个效果独立存在，还能用一套结构完成上述结果的结合。

以上结构实现的技术效果实现清晰，如果不考虑附加的技术方案，本专利名称还可以是一种物流车厢。图中未示出部分细节。

需要说明的是，本专利提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢，其特征在于，

通过布置在全车的温度传感器获取全车的三维可视化温度场，构建三维图像，温度较高的点显示为红色，温度较低的点显示为蓝色，中间温度显示为绿色，通过RGB色系识别的方式进行识别，取偏红，标定其在车厢内的位置；设定为优先级一；

设定危险温度为T，判断最新的时间点下的温度和危险温度的温度差，取小，标定其在车厢内的位置；设定为优先级二；

温度传感器定期获取温度，判断相同时间点内的温度趋势以及温度变化量，取大，标定其在车厢内的位置；设定为优先级三；

还包含如下装置，即，在车厢内设置的多个万向风头，万向风头通过进风管能够分风导向，所述进风管连接着冷气气源，所述万向风头依次对准优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位吹风或者选取任意一种优先级判定方法所判定的点位吹风，进行精确调温。

2.如权利要求1所述的一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢，其特征在于，所述利用全车的温度传感器获取全车的三维可视化温度场的方法是采用粒子群算法进行计算。

3.如权利要求1所述的一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢，其特征在于，所述进风管走在车厢的夹层内，车厢的夹层内部还包含风冷管，所述风冷管连接着冷气气源。

4.如权利要求1所述的一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢，其特征在于，所述万向风头包含底座，底座中部包含转动中心轴，底座上包含第一转动基座，所述第一转动基座固定连接转动中心轴，转动中心轴动力连接方位电机，方位电机能够带动转动中心轴转动，所述第一转动基座内部固定有转动电机，转动电机的动力轴连接着导风转动体，导风转动体上包含导风口，导风口通过软管连接进风管；所述第一转动基座能够围绕转动中心轴实现360度转动，所述导风转动体能够围绕转动电机的轴转动，转动的过程中，能够使得导风口朝向不同的方向；

或者所述万向风头包含壳体，所述壳体上包含出风口，每个出风口各自连接一个分风管，分风管连接着分风口，分风口连接中部风道，中部风道连接着冷气气源，每个分风管道上各自包含有一个电磁阀开关，还包含中控系统，中控系统能够控制电磁阀开关的关闭和开启；

多个分风口朝向车厢内的多个方向和位置，能够直接导风到需要的部位。

5.如权利要求1所述的一种基于温度场三维成像的自控反馈车厢，其特征在于，所述万向风头位于移动板上，移动板下方为槽道，槽道位于轨道上，移动板能够上下移动，万向风头能够随着移动板上下移动，所述移动板能够被气缸推动着上下移动，所述进风管为软管。

6.一种基于温度场三维成像的自控反馈方法，其特征在于，利用权利要求4所述的车厢，包含如下方案：

判定优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位；

在车厢内设置的多个万向风头，万向风头通过进风管能够分风导向，所述进风管连接着冷气气源，所述万向风头依次对准优先级一、优先级二、优先级三所判定的点位吹风；

吹风的时候，调整导风口朝向所需要吹风的方位；或者是开启对应的电磁阀开关，关闭其他电磁阀开关，使得定量的风通入分风管中进行加速吹风，增加风程，能迅速冷却。

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