[發明專利]一種基于溫度濕度場耦合的糧堆結露預警防控系統及方法

有效

• 申請號: 201410222195.4
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN104007776A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 吳子丹;張忠杰;趙會義;李福君;吳曉明;李興軍;尹君;曹陽;魏雷
• 申請（專利權）人: 國家糧食局科學研究院
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02;G01D21/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

技術領域

本發明涉及糧食儲藏安全理論和工程控制技術領域，特別涉及一種基于溫度濕度場耦合的糧堆結露預警防控系統及方法。

背景技術

糧食安全關系國家安全。我國自1998年以來新建了一批大型糧食儲備庫，國家糧食局科學研究院的吳子丹為首的研究團隊提出了儲糧“四合一”新技術并推廣使用，使我國糧食綜合儲藏技術邁上了一個新臺階，而糧堆結露是威脅糧食安全的重要隱患之一。

糧堆結露是指糧堆中水汽達到飽和狀態，開始在糧粒、器材、倉墻表面出現凝結水的現象。當糧堆內部溫度驟降到一定程度，使糧堆孔隙中所含的水汽量達到飽和狀態時，糧粒表面開始結露。引起糧堆結露的主要原因是糧堆不同部位之間存在冷熱界面，界面溫差越大，結露越嚴重，糧食水分對結露也有一定影響，高水分糧在溫差較小的情況下也可能發生結露。

糧堆結露發生是一個逐步發展積累的過程，與糧堆溫度場、濕度場之間的耦合密切相關。根據糧食平衡水分原理和WU(CAE)模型，糧堆高溫區域糧食平衡絕對濕度(水汽分壓值)較高，反之較低溫度區域糧食平衡絕對濕度較低，在水汽分壓壓差的彌散作用下，糧食水分不斷從相對高溫區域向相對低溫區域轉移，使低溫區域糧食吸濕致水分逐漸上升。如果這一進程持續發展，將在糧堆低溫區域發生結露，進而導致糧食霉變。實際儲藏過程中，糧堆內溫度場隨外界氣候變化而變化，其中相對高溫區域和低溫區域也隨之變化，是否能構成水分持續轉移直至發生結露的條件，現有技術的糧情預測報警技術尚不能準確判斷。

現有技術的糧情預測報警技術是通過檢測儲糧溫度進而對超過閾值的測溫點進行報警，基本原理是通過對每一個測溫點單獨進行溫度數值、溫度變化率、歷史變化數據的分析，設定一定的閾值，以判斷該位置的儲糧是否安全。現有技術的上述方法的不足是，糧堆溫度的異常改變通常是由于微生物快速生長或蟲害導致，當測溫點的相關數據超出預定閾值而發出報警時，糧堆局部可能已經發生問題，尤其是在糧堆局部發生結露時難以及時進行判斷，而往往是由結露導致發生霉變、檢測到局部發熱信息后才能報警；即使是采用密布濕度傳感器或糧食水分傳感器的檢測系統，直接感應到異常變化現象時，往往已經出現結露霉變。此外，上述方法缺乏對糧堆整體溫度場和濕度場變化的耦合分析，無法提前預測糧堆儲藏狀態趨向穩定或不穩定，也無法提前預知糧堆將來可能出現結露霉變的部位和時間。作為補救辦法，儲糧管理人員可能依據經驗提前對糧堆進行機械通風，平衡糧堆的溫度濕度，以預防結露。但是這需要管理人員有足夠的經驗，否則不適當的通風不僅加大費用開支，而且可能導致過度的水分減量損失；而通風不及時往往造成嚴重的霉變損失。

因此，需要一種能夠對大型糧堆整體儲藏穩定性進行準確測量、判斷的新方法，該新方法能夠對糧堆在數天或數十天后可能發生結露的時間和位置進行預測，進而避免發生霉變損失，降低費用開支，確保儲糧的數量和質量安全。

發明內容

本發明的目的之一是針對現有技術的上述缺陷，提供一種基于溫度濕度場耦合的糧堆結露預警防控系統。

本發明的目的之二是針對現有技術的上述缺陷，提供一種基于溫度濕度場耦合的糧堆結露預警防控方法。

本發明提供的基于溫度濕度場耦合的糧堆結露預警防控系統包括依次電連接的測溫傳感器陣列、分析預警裝置和通風控制裝置；

所述測溫傳感器陣列包括多個規則排列的溫度傳感器，該多個溫度傳感器分別設置于糧堆內部的不同位置，且每一個溫度傳感器位于糧堆內部的一個實際測量點；

所述測溫傳感器陣列用于每天定時測量糧堆內部不同位置的溫度值，并將測量得到的溫度值發送給所述分析預警裝置；

所述分析預警裝置包括溫度場構建模塊、濕度場構建模塊和耦合模塊，且所述溫度場構建模塊依次與所述濕度場構建模塊和所述耦合模塊電連接；

所述溫度場構建模塊用于通過差分法由需要測量的任意時刻糧堆內部的任意一個測量面內的實際測量點的溫度測量值計算得到該測量面內所有的虛擬測量點的溫度計算值；還用于由需要測量的任意時刻任意測量面內的實際測量點的溫度測量值和虛擬測量點的溫度計算值獲得該時刻糧堆內部的該測量面內的等溫線圖；還用于由需要測量的任意時刻糧堆內部的任意一個測量面內的等溫線圖確定該時刻糧堆內部的該測量面內的源點和結露方向；還用于由需要測量的任意時刻糧堆內部的任意一個測量面內的等溫線圖計算得到該測量面內的沿結露方向的溫度梯度值；