本發(fā)明涉及氣體測量監(jiān)測，更具體地說，本發(fā)明涉及一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、堆肥過程中的氨氣監(jiān)測系統(tǒng)是確保堆肥質(zhì)量和優(yōu)化堆肥管理的重要工具，近年來，這方面的技術(shù)和應(yīng)用不斷發(fā)展，開發(fā)了多種高靈敏度的氨氣傳感器，包括電化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器和金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器等，這些傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，并具有較高的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度；利用氣相色譜(gc)、質(zhì)譜(ms)等先進(jìn)技術(shù)，可以對堆肥過程中氨氣的濃度和變化進(jìn)行精確分析。這些技術(shù)通常用于實(shí)驗(yàn)室研究，但逐漸向現(xiàn)場應(yīng)用轉(zhuǎn)化。許多氨氣監(jiān)測系統(tǒng)將傳感器與云平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶可以通過手機(jī)或電腦隨時(shí)查看監(jiān)測數(shù)據(jù)；通過機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析，可以對收集到的氨氣數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，從而預(yù)測堆肥過程中的氣體釋放趨勢，優(yōu)化堆肥管理。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在的不足：

3、測量不準(zhǔn)確可能導(dǎo)致氨氣排放超標(biāo)，對周圍環(huán)境造成污染，影響空氣質(zhì)量；過量氨氣會(huì)對植物生長產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致土壤酸化和生物多樣性減少；氨氣濃度超標(biāo)可能對人類健康造成威脅，長期暴露可能導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)問題、眼睛刺激和其他健康問題；在農(nóng)業(yè)中，氨氣的排放與氮肥的使用密切相關(guān)，測量精度不足可能導(dǎo)致施肥不當(dāng)，影響作物生長和收成；由于無法準(zhǔn)確評(píng)估氨氣釋放，可能造成肥料過量使用，增加農(nóng)業(yè)成本。因此，本發(fā)明涉及一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)對氨氣測量精度進(jìn)行監(jiān)測分析，解決了堆肥過程氨氣監(jiān)測不準(zhǔn)確的問題。

4、針對上述問題，本發(fā)明提出一種解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，通過對氨氣測量精度進(jìn)行監(jiān)測分析，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括以下步驟：濃度測量模塊，用于獲取氨氣通入水后的待測溶液，采用離子選擇電極法測量溶液中的氨離子濃度；信息采集模塊，用于獲取氨離子濃度測量過程中的數(shù)據(jù)信息，包括電化學(xué)特征信息和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性信息，并獲取堆肥過程中微生物分解肥料產(chǎn)生氨氣時(shí)的微生物活性系數(shù)；綜合分析模塊，用于將電化學(xué)特征信息和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性信息結(jié)合微生物活性系數(shù)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立監(jiān)測評(píng)估模型，生成監(jiān)測評(píng)估值；隱患預(yù)警模塊，用于將監(jiān)測評(píng)估值與預(yù)設(shè)的監(jiān)測評(píng)估閾值進(jìn)行對比分析，判斷氨氣測量精度，并根據(jù)對比分析結(jié)果，對存在異常的隱患發(fā)出預(yù)警提示；反饋分析模塊，用于對氨氣測量時(shí)存在的精度異常進(jìn)行維護(hù)管理，并將維護(hù)管理后實(shí)時(shí)輸出的監(jiān)測評(píng)估值進(jìn)行綜合標(biāo)準(zhǔn)差和均值分析，判斷維護(hù)管理結(jié)果。

4、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述采用離子選擇電極法測量溶液中的氨離子濃度的具體過程如下：獲取已知不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，將電極浸入標(biāo)準(zhǔn)溶液中；當(dāng)電極電位穩(wěn)定時(shí)記錄電極的電位值；對每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)電位測量過程，并記錄對應(yīng)的電位值；將標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度和電位值基于線性回歸擬合繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；獲取待測溶液，將離子選擇電極浸入待測溶液中；當(dāng)電極電位穩(wěn)定時(shí)記錄電極電位值；根據(jù)電極電位值基于繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線得到待測氨離子的濃度。

5、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述電化學(xué)特征信息包括溶解濃度變異系數(shù)；所述動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性信息包括氨離子活度系數(shù)。

6、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述溶解濃度變異系數(shù)的具體獲取步驟如下：采用離子選擇電極法多次測量待測溶液的電極電位，根據(jù)繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線找出對應(yīng)的氨離子濃度；記錄每次測量的氨離子濃度值得到數(shù)據(jù)集合，計(jì)算這組數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；根據(jù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差基于預(yù)設(shè)的變異系數(shù)公式計(jì)算得到溶解濃度變異系數(shù)。

7、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氨離子活度系數(shù)的具體獲取步驟如下：測量待測溶液的電導(dǎo)率，根據(jù)測量得到的電導(dǎo)率計(jì)算溶液中各離子的濃度；根據(jù)各離子的濃度與各離子電荷數(shù)計(jì)算得到溶液的離子強(qiáng)度；根據(jù)溶液的離子強(qiáng)度結(jié)合氨離子的電荷和半徑基于debye-hücke?l公式計(jì)算出氨離子活度系數(shù)。

8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微生物活性系數(shù)的具體獲取方法如下：收集堆肥溶液，將溶液稀釋并接種到培養(yǎng)基中，按照適宜的溫度和時(shí)間進(jìn)行培養(yǎng)；獲取初始細(xì)胞濃度和時(shí)間t時(shí)的細(xì)胞濃度，根據(jù)初始細(xì)胞濃度和時(shí)間t時(shí)的細(xì)胞濃度基于生長曲線計(jì)算生長速率，將生長速率與已知基質(zhì)中可利用的營養(yǎng)物質(zhì)濃度的比值作為微生物活性系數(shù)。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述隱患預(yù)警模塊的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：將監(jiān)測評(píng)估值與預(yù)設(shè)的監(jiān)測評(píng)估閾值進(jìn)行對比分析，根據(jù)對比分析結(jié)果判斷氨氣測量精度是否異常；若監(jiān)測評(píng)估值大于預(yù)設(shè)的監(jiān)測評(píng)估閾值，則氨氣測量精度正常，不需要發(fā)出預(yù)警提示；若監(jiān)測評(píng)估值小于預(yù)設(shè)的監(jiān)測評(píng)估閾值，則氨氣測量精度異常，需要發(fā)出預(yù)警提示，并進(jìn)行維護(hù)管理。

10、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述反饋分析模塊的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：對測量精度異常的系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理后，實(shí)時(shí)獲取氨氣測量時(shí)的若干個(gè)監(jiān)測評(píng)估值，并構(gòu)成分析集合，計(jì)算分析集合內(nèi)監(jiān)測評(píng)估值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；將分析集合內(nèi)監(jiān)測評(píng)估值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差與預(yù)先設(shè)定的評(píng)估閾值和標(biāo)準(zhǔn)差參考閾值進(jìn)行比較分析；若集合內(nèi)監(jiān)測評(píng)估值的平均值小于預(yù)先設(shè)定的評(píng)估閾值，則維護(hù)管理失敗，氨氣測量精度異常，則需要進(jìn)一步進(jìn)行維護(hù)管理；若集合內(nèi)監(jiān)測評(píng)估值的平均值大于預(yù)先設(shè)定的評(píng)估閾值，集合內(nèi)監(jiān)測評(píng)估值的標(biāo)準(zhǔn)差大于標(biāo)準(zhǔn)差參考閾值，則維護(hù)管理效果波動(dòng)，則需要再次計(jì)算監(jiān)測評(píng)估值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并與預(yù)先設(shè)定的評(píng)估閾值和標(biāo)準(zhǔn)差參考閾值進(jìn)行對比分析；若集合內(nèi)監(jiān)測評(píng)估值的平均值大于預(yù)先設(shè)定的評(píng)估閾值，集合內(nèi)監(jiān)測評(píng)估值的標(biāo)準(zhǔn)差小于標(biāo)準(zhǔn)差參考閾值，則維護(hù)管理成功，氨氣測量精度正常。

11、本發(fā)明一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

12、1.本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測堆肥過程中氨氣的濃度變化，及時(shí)反饋堆肥環(huán)境的氣體狀況，幫助操作人員快速識(shí)別潛在問題，通過監(jiān)測氨氣濃度，可以優(yōu)化堆肥的通氣和水分管理，從而提高堆肥的發(fā)酵效率和最終產(chǎn)品的質(zhì)量，氨氣的過量排放會(huì)對環(huán)境造成污染，實(shí)時(shí)監(jiān)測能夠有效控制氨氣的釋放，降低對周邊環(huán)境的影響，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

13、2.本發(fā)明與其他堆肥設(shè)備聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，減少人工干預(yù)，提高操作效率，能夠記錄氨氣濃度數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的分析與研究，幫助改進(jìn)堆肥工藝和管理策略，通常配備友好的用戶界面，使操作人員能夠方便地查看監(jiān)測數(shù)據(jù)和趨勢，增強(qiáng)系統(tǒng)的可操作性，通過優(yōu)化堆肥過程，減少不必要的資源浪費(fèi)，降低運(yùn)營成本，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

技術(shù)特征：

1.一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述采用離子選擇電極法測量溶液中的氨離子濃度的具體過程如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述電化學(xué)特征信息包括溶解濃度變異系數(shù)；所述動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性信息包括氨離子活度系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述溶解濃度變異系數(shù)的具體獲取步驟如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述氨離子活度系數(shù)的具體獲取步驟如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物活性系數(shù)的具體獲取方法如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述隱患預(yù)警模塊的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋分析模塊的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測評(píng)估值的具體計(jì)算公式如下：式中，p是監(jiān)測評(píng)估值，b溶解濃度變異系數(shù)，r是氨離子活度系數(shù)，k是微生物活性系數(shù)，μ1是溶解濃度變異系數(shù)權(quán)重，μ2是氨離子活度系數(shù)權(quán)重，μ3是微生物活性系數(shù)權(quán)重。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種堆肥過程氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，涉及氣體測量監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，包括信息采集模塊，用于獲取氨離子濃度測量過程中的數(shù)據(jù)信息，包括電化學(xué)特征信息和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性信息，并獲取堆肥過程中微生物分解肥料產(chǎn)生氨氣時(shí)的微生物活性系數(shù)；綜合分析模塊，用于將電化學(xué)特征信息和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性信息結(jié)合微生物活性系數(shù)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立監(jiān)測評(píng)估模型，生成監(jiān)測評(píng)估值；隱患預(yù)警模塊，用于將監(jiān)測評(píng)估值與預(yù)設(shè)的監(jiān)測評(píng)估閾值進(jìn)行對比分析，判斷氨氣測量精度，并根據(jù)對比分析結(jié)果，對存在異常的隱患發(fā)出預(yù)警提示；解決了堆肥過程氨氣監(jiān)測不準(zhǔn)確的問題，提高了堆肥過程中氨氣實(shí)時(shí)監(jiān)測效率和氨氣測量精度。

技術(shù)研發(fā)人員：周嶺,張紅美,王龍杰,吳平凡,郭瀟君,許偉國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：塔里木大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28