基于数字孪生的粮库智能化系统

本发明属于粮库智能管理，具体是基于数字孪生的粮库智能化系统。

背景技术：

1、粮库是用于贮藏粮食的专用建筑物，主要涵盖仓房、货场和计量、输送、堆垛、清理、装卸、通风、干燥等设施并配备有测量、取样、检查化验等。粮库一般要求坚固耐用、防潮、隔热、通风、气以及防鼠雀等，可见，粮库是保障粮食安全的重要基础设施，从而大大提升粮食的安全。

2、当前粮库配备相应的管控设备，但粮库的日常管理还是需要依靠人工定期到库区巡检粮情、虫情等，以确保粮食仓储质量安全，常以采集报告或工作日志的形式上报负责人，负责人根据上报的数据凭经验进行判断和决策后，下达执行人员进行通风控制和虫害消杀等操作，此种粮库储存管理方式存在可视化程度低、粮情信息获取不及时、远程可视化控制难等问题。

3、为此，本发明提出基于数字孪生的粮库智能化系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供基于数字孪生的粮库智能化系统。

2、本发明所要解决的技术问题为：

3、如何实现粮库管理的高度可视化、粮情信息及时获取和远程可视化控制。

4、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

5、基于数字孪生的粮库智能化系统，包括物理粮库、数据采集模块、数据库和数字孪生平台，数字孪生平台包括模型生成模块、抽样模块、智能分析模块、智能预警模块、粮情显示模块和智能控制模块；

6、所述数据库用于存储物理粮库的3d结构图，所述模型生成模块用于生成物理粮库对应的粮库孪生模型，并将粮库孪生模型发送至粮情显示模块；

7、所述抽样模块用于对物理粮库内存储的粮食进行抽样，抽样得到多份粮食样本；所述智能分析模块用于对物理粮库的粮食样本进行分析，分析得到物理粮库内粮食样本的管理温度区间、管理湿度区间、管理氧气含量区间和管理二氧化碳含量区间并发送至智能预警模块；

8、所述数据采集模块用于采集物理粮库的实时存储数据，并将物理粮库的实时存储数据发送至智能预警模块；所述智能预警模块用于对物理粮库中粮食的存储状况进行智能预警，智能预警生成正常信号或各类异常信号并发送至智能控制模块和粮情显示模块；

9、所述粮情显示模块用于依据不同信号将物理粮库中对应粮库孪生模型进行显示，所述智能控制模块用于对物理粮库的存储状况进行智能控制。

10、进一步地，所述智能分析模块的分析过程具体如下：

11、步骤p101，将一份粮食样板置于模拟粮仓内，获取对应粮食样本的初始单位体积含虫量；

12、步骤p102，若初始单位体积含虫量为零，则将模拟粮仓当前的实时温度值和实时湿度值分别记录为适宜温度节点和适宜湿度节点；

13、若初始单位体积含虫量不为零，将模拟粮仓的实时温度值和实时湿度值进行降低，使模拟粮仓的实时温度值和实时湿度值维持固定时长；

14、步骤p103，而后获取模拟粮仓内对应粮食样本的实时单位体积含虫量；

15、若粮食样本的实时单位体积含虫量等于零时，则将模拟粮仓当前的实时温度值和实时湿度值分别记录为适宜温度节点和适宜湿度节点；

16、若粮食样本的实时单位体积含虫量不等于零时，则将实时单位体积含虫量与初始单位体积含虫量进行比对，当实时单位体积含虫量大于等于初始单位体积含虫量，则不进行任何操作，当实时单位体积含虫量小于初始单位体积含虫量，则将当前的实时单位体积含虫量替换为初始单位体积含虫量；

17、步骤p104，以此类推，将模拟粮仓的实时温度值和实时湿度值进一步降低，使模拟粮仓的实时温度值和实时湿度值维持固定时长，重复执行步骤p103，得到多组适宜温度节点和适宜湿度节点；

18、步骤p105，若存在多组适宜温度节和适宜湿度节点，将多组适宜温度节点进行遍历比对，得到适宜温度节点中的最小值和最大值，将适宜温度节点中的最小值作为左端点，将适宜温度节点中的最大值作为右端点，依据左端点和右端点构建粮食样本的第一适宜温度区间，同理，将多组适宜湿度节点进行遍历比对，得到适宜湿度节点中的最小值和最大值，将适宜湿度节点中的最小值作为左端点，将适宜湿度节点中的最大值作为右端点，依据左端点和右端点构建粮食样本的第一适宜湿度区间；

19、若仅为一组适宜温度节点和适宜湿度节点，则进入步骤p112。

20、进一步地，所述智能分析模块的分析过程还包括：

21、步骤p106，将另一份粮食样本置于模拟粮仓内，获取对应粮食样本的初始单位体积发霉量；

22、步骤p107，若初始单位体积发霉量为零，则将模拟粮仓当前的实时温度值和实时湿度值分别记录为适宜温度节点和适宜湿度节点；

23、若初始单位体积发霉量不为零，将模拟粮仓的实时温度值和实时湿度值进行降低，使模拟粮仓的实时温度值和实时湿度值维持固定时长；

24、步骤p108，而后获取模拟粮仓内对应粮食样本的实时单位体积发霉量；

25、若粮食样本的实时单位体积发霉量等于零时，则将模拟粮仓当前的实时温度值和实时湿度值分别记录为适宜温度节点和适宜湿度节点；

26、若粮食样本的实时单位体积发霉量不等于零时，则将实时单位体积发霉量与初始单位体积发霉量进行比对，当实时单位体积发霉量大于等于初始单位体积发霉量，则不进行任何操作，当实时单位体积发霉量小于初始单位体积发霉量，则将当前的实时单位体积发霉量替换为初始单位体积发霉量；

27、步骤p109，以此类推，将模拟粮仓的实时温度值和实时湿度值进一步降低，使模拟粮仓的实时温度值和实时湿度值维持固定时长，重复执行步骤p108，得到多组适宜温度节点和适宜湿度节点；

28、步骤p110，若存在多组适宜温度节和适宜湿度节点，将多组适宜温度节点进行遍历比对，得到适宜温度节点中的最小值和最大值，将适宜温度节点中的最小值作为左端点，将适宜温度节点中的最大值作为右端点，依据左端点和右端点构建粮食样本的第二适宜温度区间，同理，将多组适宜湿度节点进行遍历比对，得到适宜湿度节点中的最小值和最大值，将适宜湿度节点中的最小值作为左端点，将适宜湿度节点中的最大值作为右端点，依据左端点和右端点构建粮食样本的第二适宜温度区间和第二适宜湿度区间；

29、若仅为一组适宜温度节点和适宜湿度节点，则进入步骤p112。

30、进一步地，所述智能分析模块的分析过程还包括：

31、步骤p111，获取第一适宜温度区间、第二适宜温度区间、第一适宜湿度区间以及第二适宜湿度区间，取第一适宜温度区间与第二适宜温度区间的交集作为粮食样本的管理温度区间，同理，取第一适宜湿度区间与第二适宜湿度区间的交集作为粮食样本的管理湿度区间；

32、步骤p112，将两组适宜温度节点进行大小比对，将两组适宜温度节点中的较小值作为左端点，将适宜温度节点中的较大值作为右端点，依据左端点和右端点构建粮食样本的管理温度区间，同理，将两组适宜湿度节点进行大小比对，将两组适宜湿度节点中的较小值作为左端点，将两组适宜湿度节点中的较大值作为右端点，依据左端点和右端点构建粮食样本的管理湿度区间。

33、进一步地，所述智能分析模块的分析过程还包括：

34、步骤p113，将一份粮食样板置于模拟粮仓内，获取对应粮食样本的初始单位体积含虫量；

35、步骤p114，若初始单位体积含虫量为零，则将模拟粮仓当前的实时氧气含量和实时二氧化碳含量分别记录为适宜氧气含量节点和适宜二氧化碳含量节点；

36、若初始单位体积含虫量不为零，降低模拟粮仓内的实时氧气含量，增加模拟粮仓内的实时二氧化碳含量，使模拟粮仓的实时氧气含量和实时二氧化碳含量维持固定时长，同时进入下一步骤；

37、步骤p115，重复执行步骤p103-步骤p112，得到粮食样本的管理氧气含量区间和管理二氧化碳含量区间。

38、进一步地，实时存储数据为物理粮库的粮库实时温度、粮库实时湿度、粮库实时单位体积含虫量，以及物理粮库内的单位体积氧气含量和单位体积二氧化碳含量。

39、进一步地，所述智能预警模块的智能预警过程具体如下：

40、获取物理粮库的粮库实时温度、粮库实时湿度、粮库实时单位体积含虫量以及物理粮库内不同气体的单位体积气体含量；

41、而后获取物理粮库对应粮食样本的管理温度区间、管理湿度区间、管理氧气含量区间和管理二氧化碳含量区间；

42、若粮库实时温度属于管理温度区间，粮库实时湿度属于管理湿度区间，单位体积氧气含量属于管理氧气含量区间，单位体积二氧化碳含量属于管理二氧化碳含量区间，则生成正常信号。

43、进一步地，所述智能预警模块的智能预警过程还包括：

44、若粮库实时温度不属于管理温度区间，当粮库实时温度小于管理温度区间的左端点，则生成温度偏低信号，当粮库实时温度大于管理温度区间的右端点，则生成温度偏高信号；

45、若粮库实时湿度不属于管理湿度区间，当粮库实时湿度小于管理湿度区间的左端点，则生成湿度偏低信号，当粮库实时湿度大于管理湿度区间的右端点，则生成湿度偏高信号；

46、若单位体积氧气含量不属于管理氧气含量区间，当单位体积氧气含量小于管理氧气含量区间的左端点，则生成氧气偏低信号，当单位体积氧气含量大于管理氧气含量区间的右端点，则生成氧气偏高信号；

47、若单位体积二氧化碳含量不属于管理二氧化碳含量区间，当单位体积二氧化碳含量小于管理二氧化碳含量区间的左端点，则生成二氧化碳偏低信号，当单位体积二氧化碳含量大于管理二氧化碳含量区间的右端点，则生成二氧化碳偏高信号。

48、进一步地，所述智能控制模块的智能控制过程具体如下：

49、若接收到温度偏高信号，则生成降温指令发送至控制箱，控制箱依据降温指令控制轴流风机进行工作；

50、若接收到温度偏低信号，则生成升温指令发送至控制箱，控制箱依据升温指令控制加热器进行工作；

51、若接收到湿度偏高信号，则生成除湿指令发送至控制箱，控制箱依据除湿指令控制除湿机进行工作；

52、若接收到湿度偏低信号，则生成加湿指令发送至控制箱，控制箱依据加湿指令控制加湿器进行工作。

53、进一步地，所述智能控制模块的智能控制过程还包括：

54、若接收到氧气偏高信号，则生成去氧指令发送至控制箱，控制箱依据去氧指令控制除氧装置进行工作；

55、若接收到氧气偏低信号，则生成增氧指令发送至控制箱，控制箱依据增氧指令控制增氧机进行工作；

56、若接收到二氧化碳偏高信号，则生成去碳指令发送至控制箱，控制箱依据去碳指令控制二氧化碳净化器进行工作；

57、若接收到二氧化碳偏低信号，则生成增碳指令发送至控制箱，控制箱依据增碳指令控制二氧化碳发生器进行工作。

58、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

59、1、本发明首先抽样物理粮库内存储的粮食，得到多份粮食样本，而后对物理粮库内的粮食样本进行分析，分析得到物理粮库内粮食样本的管理温度区间、管理湿度区间、管理氧气含量区间和管理二氧化碳含量区间，实现对粮库存储数据的智能更新和及时更新；

60、2、本发明通过采集物理粮库的实时存储数据，结合实时存储数据对物理粮库中粮食的存储状况进行智能预警，预警生成正常信号或各类异常信号，结合智能更新的数据以及实时采集的数据，本发明能够及时获取粮情信息，从而实现粮库情况的准确判定；

61、3、本发明通过3d结构图生成物理粮库对应的粮库孪生模型，而后依据不同信号将物理粮库中对应粮库孪生模型进行显示，并对物理粮库内的存储状况进行智能控制，本发明实现粮库不同情况的可视化管理，并实现粮库的远程可视化控制。