本发明属于水产品冷库，具体涉及一种水产品冷库微环境气体组分监控系统及方法。
背景技术：
1、水产品作为蛋白质的重要来源在我国居民饮食消费结构中占有重要地位，以其营养丰富、味道鲜美、营养平衡的优点深受人们喜爱。随着我国居民收入水平的不断提高，对消费水产品新鲜度的要求越来越高，水产品的保鲜也直接关系到生产企业的经济效益。在这样的情况下，冷库水产品低温保鲜技术进入人们的视野，并得到较广泛的应用。
2、近几年，国家发展规划对发展现代服务业和节能环保提出新的要求，就目前状况来看，我国水产品冷库的气体监控技术相对比较落后。可以通过物联网对冷库微环境气体进行合理监控和管理，使水产品冷库行业有更广的发展前景。传统的气相色谱体积大，检测速度慢，难以在物联网的在线监控中使用。而己烷、三氯甲烷、环己烯、3-甲基丁醛、3-甲基丁醇、三甲胺等水产品腐败标志性气体又难以使用相关的气体传感器检测到。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的问题，本发明提出了一种水产品冷库微环境气体组分监控系统及方法。
2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
3、第一方面，本发明提供了一种水产品冷库微环境气体组分监控系统，包括：
4、mems气体检测模块，用于实现对水产品冷库微环境中样品气体的气体组分实时的在线监测；
5、温度监测与位置模块，用于实时监测水产品仓储过程中的温度信息与位置信息，并将所有信息传输至信息汇聚与自适应分析处理模块；
6、信息汇聚与自适应分析处理模块，用于将mems气体检测模块监测到的气体组分信号进行分析判定，并建立水产品品质标志性气体组分数据库，同时通过位置、温度结合气体浓度阈值构建分析预测模型对冷库微环境进行调控；
7、预警调控模块，用于根据冷链运输的异常信息产生示警信号，通知用户或管理者对水产品冷库进行调控；
8、信息交互模块，分别与所述mems气体检测模块、所述温度监测与位置模块、所述预警调控模块及所述信息汇聚与自适应分析处理模块连接，用于实时显示各模块的信息。
9、进一步地，所述mems气体检测模块包括mems前置装置以及与mems前置装置连接的mems主装置；
10、所述mems前置装置包括ph传感器和微型预浓缩进样装置，所述ph传感器用于检测ph值，微型预浓缩进样装置用于富集冷库内气体组分；在监测到的ph达到预设阈值之后，启动微型预浓缩进样装置以实现后续气体环境的监测；
11、所述mems主装置包括载气模块、微型色谱柱模块及微型传感器模块，所述载气模块用于将预浓缩进样装置富集冷库内气体组分，泵入微型色谱柱模块；所述微型色谱柱模块用于吸附各气体组分并对其进行分离；微型传感器模块用于分析分离后的气体组分，将气体组分采用微弱电信号表示。
12、进一步地，所述微型色谱柱模块包括气体进样口、2个相互独立的正方形色谱沟道、1个非色谱沟道及气体出样口；所述色谱沟道填充有极性、非极性的固定相；非色谱沟道未进行固定相填充，气体组分在经过非色谱沟道后未进行色谱分离直接进入微型传感器模块。
13、进一步地，所述信息汇聚与自适应分析处理模块包括依次连接的信息汇聚单元、气体组分判定单元及分析预测调控单元；
14、所述信息汇聚单元与微型传感器模块、温度监测与位置模块连接，采集mems气体检测模块采集到的气体信号，并采集温度与位置模块采集到的温度及位置信息，并将采集到的信息传输至气体组分判定单元及分析预测调控单元；
15、所述气体组分判定单元用于对气体信号进行分析判定，分析品质变化标志性气体组分标准品，建立气体种类与保留时间一一对应关系，并建立水产品品质标志性气体组分数据库；
16、所述分析预测调控单元用于通过温度监测与位置模块采集的信息结合气体浓度阈值信息构建分析预测模型对冷库微环境进行调控。
17、进一步地，所述气体组分判定单元通过气体组分判定模块进行水产品品质标志性气体判定，将监测到的气体组分时间信号与强度信号进行分析判定，所述气体组分判定模块由气体成分因子集x、浓度等级v与权重b表示：
18、x＝{x1,x2,…,xn}
19、v＝{v1,v2,v3,v4,v5}
20、b＝{b1,b2,…,bn}
21、其中，x为气体成分的因子集，x1,x2，…，xn表示被测气体的n个影响指标；v为被测气体浓度，根据不同气体浓度阈值分为五个等级:v1,v2,v3,v4,v5；b为影响因素权重向量集，b1,b2,…,bn为要素权重向量。
22、进一步地，所述气体组分判定单元进行水产品品质标志性气体判定的具体包括：
23、通过数据标准化对m个评价指标n个样本变量值数据中心化获得标准化样本变量并获得标准化指标变量
24、
25、
26、其中，
27、式中，xij表示样本变量，sj表示样本标准差，表示第j个指标的样本均值；xi表示指标变量，第i个指标的样本均值；
28、构建过程数据相关系数矩阵r＝(rij)m×m与相关系数rij，并获取其特征值λj，特征向量aj及方差贡献率bj：
29、
30、
31、
32、
33、计算m个组分的累计贡献率μp，并将关键组分累计到达90％时进行保留；
34、
35、通过得分图分析水产品品质标志性气体组分信息，气体组分信息包括种类、浓度和保留时间rt，并将其以数据库的形式存储。
36、进一步地，所述分析预测模型包括：
37、
38、式中：ct表示贮藏t时间后水产品理化指标含量；c0表示水产品理化指标的初始含量；k表示品质下降速率常数；t表示贮藏时间；a，b分别为常数；f(x)为品质变化指标：a0,a1,...an分别为常数，x为影响因子:微环境的氧气浓度、二氧化碳浓度、氮气浓度和温度；t表示绝对温度；k1表示速率常数；r表示气体常数；ea表示反应活化能。
39、最终获得冷库微环境品质变化标志性气体组分与理化指标耦合模型：
40、
41、第二方面，本发明还提供了一种水产品冷库微环境气体组分监控方法，包括以下步骤：
42、mems气体检测模块监测水产品冷库微环境气体组分信号，其包括ph传感器开启，采集ph数据；
43、温度监测与位置模块实时监测水产品仓储过程中的温度信息与位置信息；
44、判断ph传感器监测到的ph数据是否达到阈值：若达到，则启动微型预浓缩进样装置载气泵入微型色谱柱模块，微型色谱柱模块吸附各气体组分并对其进行分离；
45、微型传感器模块分析分离后的气体组分，将气体组分采用微弱电模拟信号表示；
46、信息汇聚与自适应分析处理模块将监测到的气体组分信号进行分析判定，将微型传感器模块监测到的气体组分时间信号与强度信号转换成各气体实际种类和浓度；并建立水产品品质标志性气体组分数据库，同时通过温度信息与位置信息结合气体浓度阈值构建分析预测模型对冷库微环境进行调控；
47、分析预测调控模块中存储有多个预设程序并根据分析预测模型获得气体环境变化趋势，并根据不同等级气体浓度阈值对冷库微环境的环境参数进行相关调控；
48、通过预警调控模块通知用户并对冷库内相关参数进行自动调控，各气体组分实际种类、浓度、温度数据以及报警和预警信息均在信息交互模块中进行显示。
49、进一步地，当采集到的气体组分信息与温度等环境信息经过分析预测调控模块处理后获得的气体浓度阈值达到预设气体浓度时，则根据不同气体浓度阈值等级提出相关调控方法，调控方法包括：
50、⑴：确定气调设备参数，打开气调设备调整co2、o2、n2浓度；
51、⑵：确定制冷设备参数，打开制冷设备调整微环境温度；
52、各项参数达到预设值之后，设备工作结束并自动关闭。
53、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
54、本发明提供的一种水产品冷库微环境多气体组分监控系统及方法，可以实现多种气体组分的分析。相比较于传统的气相色谱，系统中的预浓缩装置与色谱分离能力极大地改善了传感器对单一气体的检测限，可以实现水产品储运过程中微环境气体的现场实时监测，可以实现对己烷、三氯甲烷、环己烯、3-甲基丁醛、3-甲基丁醇、三甲胺这些关键性的危害气体的痕量监测。该多组分气体检测装置及方法将微型色谱分离技术、传感器检测技术、数据采集与处理等功能集成融为一体，形成微型多组分气体检测系统，可以代替多个气体传感器，为冷库中水产品的腐败变质快速发现、提高微环境参数控制提供了参考依据，对于水产品冷库的发展具有深远意义。
1.一种水产品冷库微环境气体组分监控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种水产品冷库微环境气体组分监控系统，其特征在于，所述mems气体检测模块包括mems前置装置以及与mems前置装置连接的mems主装置；
3.根据权利要求2所述的一种水产品冷库微环境气体组分监控系统，其特征在于，所述微型色谱柱模块包括气体进样口、2个相互独立的正方形色谱沟道、1个非色谱沟道及气体出样口；所述色谱沟道填充有极性、非极性的固定相；非色谱沟道未进行固定相填充，气体组分在经过非色谱沟道后未进行色谱分离直接进入微型传感器模块。
4.根据权利要求3所述的一种水产品冷库微环境气体组分监控系统，其特征在于，所述信息汇聚与自适应分析处理模块包括依次连接的信息汇聚单元、气体组分判定单元及分析预测调控单元；
5.根据权利要求4所述的一种水产品冷库微环境气体组分监控系统，其特征在于，所述气体组分判定单元通过气体组分判定模块进行水产品品质标志性气体判定，将监测到的气体组分时间信号与强度信号进行分析判定，所述气体组分判定模块由气体成分因子集x、浓度等级v与权重b表示：
6.根据权利要求5所述的一种水产品冷库微环境气体组分监控系统，其特征在于，所述气体组分判定单元进行水产品品质标志性气体判定的具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种水产品冷库微环境气体组分监控系统，其特征在于，所述分析预测模型包括：
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种水产品冷库微环境气体组分监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种水产品冷库微环境气体组分监控方法，其特征在于，当采集到的气体组分信息与温度等环境信息经过分析预测调控模块处理后获得的气体浓度阈值达到预设气体浓度时，则根据不同气体浓度阈值等级提出相关调控方法，调控方法包括：
