背景技术：
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1传统蓄冷物流方式：
在物流箱内放入足量的冷媒，使箱内温度维持在冷媒的融化点以下。通常可使用一次性的纸箱，此时，冷媒由寄件人封装在纸箱内，冷媒按普通货物价格收取快递费用，物流公司将包裹投递至收件人处，由收件人处理冷媒和纸箱，通常难以得到回收利用。另有快递公司提供物流箱，即快递公司收件后将包裹放入物流箱内，收件人签收后将物流箱收回，这种重复利用的物流箱相对保温效果好，但成本高于纸箱，且一般的蓄冷方式的主要缺点是冷媒过重，增加成本。为了保障箱内产品的品质，寄件人倾向于加入足量的冷媒，这些冷媒使包裹变重，邮寄成本增加。一般蓄冷的其他缺点还包括，难以应对变化的环境。当气温发生波动，箱内冷媒全部失效导致箱内温度升高，但不能及时进行更换，导致产品变质。另外，一般蓄冷使用的冷媒难以实现回收，造成了浪费
2.智能制冷物流方式：
使用带有制冷功能的物流箱进行运输。这种物流箱的使用方式与普通物流箱一样，即由快递公司提供物流箱，快递公司收件后将包裹放入物流箱内，快递员在收件人签收后将物流箱收回。只是在常温物流箱的基础上增加了半导体制冷模块，由单片机负责对温度进行智能化控制。这样的快递箱一般也将配备物联网模块，将箱子的温度、位置等信息实时上传到服务器。但是该种方式存在以下缺点：采取主动制冷的方法的冷链物流箱的主要缺点是成本高，制冷器件的成本较高，使得箱子的制造成本和平均使用成本大大提高，造成实际应用的困难。
其次，制冷设备耗电量大，相应的电池成本和重量也要增加，使物流箱自身较重，给物流过程造成了负担，这种方式更适合大宗冷链运输业务。
技术实现要素：
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发明目的：
本发明提出一种基于预测算法的冷媒管理设备及冷媒管理方法，其解决了小宗冷链运输成本偏高的问题。
技术方案：
一种基于预测算法的冷媒管理设备，该设备由两部分构成，分别是具有测温，保温，警报功能的物联网物流箱和能够实现冷媒快速替换的快速更换结构，快速更换结构为能设置进物联网物流箱内且能从物联网物流箱内取出的结构；
快速更换结构由支撑框架、冷媒和冷媒卡槽组成，冷媒卡槽固定在支撑框架上，冷媒能拆卸的卡接在冷媒卡槽处，多个冷媒之间形成置物空间。
冷媒卡槽均匀的分布在支撑框架上，使得使用时，冷媒能够均匀的分布在物流箱的四周，中间留出置物空间。
冷媒卡槽通过卡槽固定架设置在支撑框架下方；
卡槽固定架包括挂钩架和支撑架，挂钩架包括升降横板和设置在升降横板两端的l形挂钩；支撑架包括竖向固定方柱和横向压板，竖向固定方柱为方形立柱，竖向固定方柱的上端连接支撑框架下方，竖向固定方柱的下端连接接横向压板形成倒t形结构；
升降横板的中部套在竖向固定方柱上，且升降横板能沿着竖向固定柱上下升降；竖向固定方柱的下部套有上顶弹簧，上顶弹簧的上端顶触升降横板且始终保持向上顶升降横板的力，上顶弹簧的下端顶触横向压板；横向压板为使用时顶住冷媒的结构；
每个冷媒对应两个冷媒卡槽，两个冷媒卡槽使用时布置在冷媒顶部的左右两侧，冷媒卡槽的上端设置有能容纳l形挂钩且形状与l形挂钩相适应的l形通槽，使用时，l形挂钩从l形通槽的一端插进l形通槽内；
在顶触升降横板的前端设置有能旋转的扳手，当扳手旋转至长度方向与升降横板垂直时，扳手的上端顶触支撑框架底部，进而使得升降横板下降，当扳手的上端离开支撑框架底部时，升降横板在上顶弹簧的作用下向上移动；
使用时，旋转扳手，使得升降横板下降，然后将卡住冷媒冷媒卡槽，挂在l形挂钩上，之后再次旋转扳手使得升降横板上移，直至横向压板顶住冷媒顶部中部的位置。
竖向固定方柱的内侧(如图6中的垂直纸面向内的背对看图者的一侧，也是图9中的左侧)的上部设置有临时固定卡，升降横板套住竖向固定方柱的位置设置有方形滑孔，方形滑孔的宽度l(即图6和8中的左右方向)与竖向固定方柱的宽度相适应，方形滑孔的长度h大于竖向固定方柱的长度j加上临时固定卡的宽度k之和或者满足刚好容纳竖向固定方柱与临时固定卡通过；
升降横板的底部设置有u形托，u形托的底部套在竖向固定方柱上，u形托的顶端伸进升降横板底部的内外向滑槽内，(内外向即图6中的垂直于图面的方向，也是图9中的左右方向)u形托的顶端能在内外向滑槽内相对移动，使得升降横板能相对于u形托做内外移动；
顶弹簧的顶部顶触升降横板的u形托底部，u形托底部始终处于临时固定卡的下方。
在冷媒的上部设置有围绕冷媒四周设置在横向的通槽；冷媒卡槽为由横撑和竖板构成的门形结构，在竖板的底部设置有向内延伸的、使用时能够伸进通槽内并卡在通槽内的凸起。
支撑框架的侧壁的下部设置有定位挂钩，定位挂钩的上端通过转轴与支撑框架的侧壁连接，定位挂钩能以该转轴为轴做上扬和下摆的转动，(如图9中的弧线箭头方向！)当冷媒卡槽固定柱冷媒后，定位挂钩勾住升降横板，使得升降横板在上下方向上限位。(防止升降横板在上下方向上乱动影响对冷媒的固定，主要是增强固定效果用的，定位挂钩与升降横板底部之间可以留有1-3毫米的间隙，以便于有更加充裕的空间勾住升降横板！)
转轴处设置有扭簧。使得挂钩被扳起后能够在扭簧的作用下向下复位！
利用上述的一种基于预测算法的冷媒管理设备所实施的基于预测算法的冷媒管理方法，其特征在于：
在替换冷媒时，快递员通过提拉支撑框架的方式一次性从物联网物流箱内取出所有失效冷媒，然后放入携带有有效冷媒的另一支撑框架，实现快速更换冷媒；配套使用的具有测温，保温，警报功能的物联网物流箱，将在运输途中进行保温，以及全程的温度检测警报。
运输途中的冷媒管理流程如下：
(一)、通过物联网物流箱使用温度测量模块，全程测量物联网物流箱内温度；
(二)、通过通讯模块将温度信息实时上传到服务器端；
(三)、服务器端根据当前温度、当地天气、历史温度、物品种类数据，通过预测算法做出预测，选定冷媒最优更换方案，判断是否需要更换；
(四)、预测结果通过通讯模块回传到物联网物流箱，如果冷媒不需要更换则温度测量继续进行，若冷媒需要替换则物联网物流箱开始警报；
(五)、通过警报功能协助快递员更快地找到冷媒失效的物流箱，快递员听到警报后对失效的冷媒进行更换。
(三)步骤中的预测算法为：
其中，t是当前运输条件下将要更换冷媒的时长，t表示当前温度，w表示当地天气，h表示历史温度，s表示物品种类，i表示符合当前计算条件的第i个数据，n表示符合当前计算条件的数据总数，a、b、c、d分别为当前温度、当地天气、历史温度、物品种类相应因素的权重系数。
优点效果：
本发明提出一种基于预测算法的冷媒管理设备及冷媒管理方法，同时，本发明还设计了基于该方法的商业模式。其效果如下：
1、相比传统蓄冷方案，本发明中的冷媒运输成本低，其以包裹内温度作为输入，计算出最少运输冷媒的数量，从而降低运输重量和成本。同时，普通蓄冷方式是一个开环系统，可靠性差。传统方式若想达到与本发明同样可靠的温控效果，则需要在邮寄前在包裹内加入大量冷媒以保证在运输结束时包裹内温度不高于物品所能承受的上限，增加的冷媒的重量使运输成本大大增加。
2、相比传统蓄冷，本发明实现了重复利用，环保的功能；普通蓄冷方式多使用冰袋作为冷媒，通常收件人会直接遗弃包裹中的冰袋，造成资源的浪费。
3、相比传统智能制冷方案，本发明箱子的成本低；传统方式制冷器件耗电量大，在小宗冷链运输中使用制冷器件需适配可以实现长途运输的电池，这样的电池通常质量大，成本高，相比之下本发明使用的冷媒成本更低。
4、本发明更快速、更换省时省力；本发明在人为更换冷媒的过程中，通过蜂鸣器帮助快递员物联网物流箱进行定位，然后通过快速更换结构实现了对失效冷媒的快读更换，相比一般人为更换冷媒的过程，更加省时省力。
5、本发明算法优化，综合策略最优；在冷媒更换判断上没有采用一般简单的阈值判断，而是根据历史数据和当前数据通过预测算法进行预测，进而得到最优更换的策略，提高了效率。
附图说明：
图1为快速更换结构图；
图2为整体结构示意图；
图3为冷媒管理方法内部测温过程流程图；
图4为冷媒管理方法外部整体流程图；
图5为寄付流程图；
图6为卡槽固定架处于固定状态时的示意图；
图7为卡槽固定架处于解锁状态时的示意图；
图8为升降横板的俯视图；
图9为卡槽固定架的局部侧视图；
图10为图9中升降横板向外拉时的示意图；
图11为冷媒卡槽的一种形式的结构示意图；
图12为图6的主体部分的局部放大图。
具体实施方式：
一种基于预测算法的冷媒管理设备，该设备由两部分构成，分别是具有测温，保温，警报功能的物联网物流箱5和能够实现冷媒快速替换的快速更换结构6，快速更换结构为能设置进物联网物流箱内且能从物联网物流箱内取出的结构；
快速更换结构6由支撑框架1、冷媒2和冷媒卡槽3组成，冷媒卡槽3固定在支撑框架1上，冷媒2能拆卸的卡接在冷媒卡槽3处，多个冷媒2之间形成置物空间4。
冷媒卡槽3均匀的分布在支撑框架1上，使得使用时，冷媒能够均匀的分布在物流箱的四周，中间留出置物空间4。
冷媒卡槽3通过卡槽固定架设置在支撑框架1下方；
卡槽固定架包括挂钩架和支撑架，挂钩架包括升降横板21和设置在升降横板21两端的l形挂钩22；支撑架包括竖向固定方柱7和横向压板8，竖向固定方柱为方形立柱，竖向固定方柱7的上端连接支撑框架1下方，竖向固定方柱7的下端连接接横向压板8形成倒t形结构；
升降横板21的中部套在竖向固定方柱7上，且升降横板21能沿着竖向固定柱上下升降；竖向固定方柱7的下部套有上顶弹簧9，上顶弹簧9的上端顶触升降横板21且始终保持向上顶升降横板21的力，上顶弹簧9的下端顶触横向压板8；横向压板8为使用时顶住冷媒2的结构；
每个冷媒2对应两个冷媒卡槽3，两个冷媒卡槽3使用时布置在冷媒2顶部的左右两侧，冷媒卡槽3的上端设置有能容纳l形挂钩22且形状与l形挂钩22相适应的l形通槽10，使用时，l形挂钩22从l形通槽10的一端插进l形通槽10内；
在顶触升降横板21的前端设置有能旋转的扳手11，当扳手11旋转至长度方向与升降横板21垂直时，扳手11的上端顶触支撑框架1底部，进而使得升降横板21下降，当扳手11的上端离开支撑框架1底部时，升降横板21在上顶弹簧9的作用下向上移动；
使用时，旋转扳手11，使得升降横板21下降，然后将卡住冷媒2冷媒卡槽3，挂在l形挂钩22上，之后再次旋转扳手11使得升降横板21上移，直至横向压板8顶住冷媒2顶部中部的位置。
竖向固定方柱7的内侧(如图6中的垂直纸面向内的背对看图者的一侧，也是图9中的左侧)的上部设置有临时固定卡12，升降横板21套住竖向固定方柱7的位置设置有方形滑孔23，方形滑孔23的宽度l(即图6和8中的左右方向)与竖向固定方柱7的宽度相适应，方形滑孔23的长度h大于竖向固定方柱7的长度j加上临时固定卡12的宽度k之和或者满足刚好容纳竖向固定方柱7与临时固定卡12通过；
升降横板21的底部设置有u形托13，u形托13的底部套在竖向固定方柱7上，u形托13的顶端伸进升降横板21底部的内外向滑槽14内，(内外向即图6中的垂直于图面的方向，也是图9中的左右方向)u形托13的顶端能在内外向滑槽14内相对移动，使得升降横板21能相对于u形托13做内外移动；
上顶弹簧9的顶部顶触升降横板21的u形托13底部，u形托13底部始终处于临时固定卡12的下方。
在冷媒2的上部设置有围绕冷媒2四周设置在横向的通槽18；冷媒卡槽3为由横撑15和竖板16构成的门形结构，在竖板16的底部设置有向内延伸的、使用时能够伸进通槽18内并卡在通槽18内的凸起17。
支撑框架1的侧壁的下部设置有定位挂钩19，定位挂钩19的上端通过转轴20与支撑框架1的侧壁连接，定位挂钩19能以该转轴20为轴做上扬和下摆的转动，(如图9中的弧线箭头方向！)当冷媒卡槽3固定柱冷媒2后，定位挂钩19勾住升降横板21，使得升降横板21在上下方向上限位。(防止升降横板21在上下方向上乱动影响对冷媒2的固定，主要是增强固定效果用的，定位挂钩19与升降横板21底部之间可以留有1-3毫米的间隙，以便于有更加充裕的空间勾住升降横板21！)
转轴20处设置有扭簧。使得挂钩被扳起后能够在扭簧的作用下向下复位！
使用时，将定位挂钩19向上扳起，然后将旋转扳手11旋转至图7所示的位置，即使得旋转扳手11的顶部顶住支撑框架1，此时，升降横板21下移至临时固定卡12的下方，然后向外(即向垂直图7的方向向外，在图6中就是向下拉出)拉出升降横板21，使得方形滑孔23卡住临时固定卡12的底部限位，然后，将旋转扳手11旋转回图6中的位置，然后将冷媒卡槽3的凸起17卡入冷媒2的通槽18内,然后将冷媒卡槽3的l形通槽10卡在l形挂钩22处，并向内推动升降横板21，使得方形滑孔23能够透过临时固定卡12，然后在上顶弹簧9的辅助作用下将冷媒卡槽3上移直至横向压板8顶住冷媒顶部，而这个过程，因为考虑到冷媒的重量，为了省力也可以将冷媒放在地面上，探后向外拉支撑框架1，然后在上顶弹簧9的作用下，支撑框架1下移并使得横向压板8顶住冷媒顶部，所有这些操作完之后，向下扳动定位挂钩19，使得定位挂钩19勾住升降横板21，完成安装，拆卸时，重复上述动作，使得横向压板8离开冷媒顶部即可，这里不再赘述，而对于卡槽固定架的制作及安装过程简介如下：
先在工厂委托统一制作竖向固定方柱7、横向压板8、上顶弹簧9、旋转扳手11、u形托13、升降横板21以及l形挂钩22等部件，这些部件并无制作难度，上述关键制备完成后，进行装配，将竖向固定方柱7和横向压板8直接按照图中所示焊接、也可以在竖向固定方柱7的底端设置一小段圆柱形外螺纹，而在横向压板8的中心设置一个带有内螺纹的凹槽，然后将圆柱形外螺纹璇拧进横向压板8的凹槽内螺纹配合，总之这些都是公知技术，不再一一列举，然后将上顶弹簧9先行套在竖向固定方柱7上，然后，将u形托13套在竖向固定方柱7的上顶弹簧9的上方，然后套上升降横板21，并使得u形托13的顶端伸进升降横板21底部的内外向滑槽14内，然后将竖向固定方柱7直接焊接在支撑框架1底部即可，竖向固定方柱7与支撑框架1底部的连接方式还可以选择另外一种，即在制作时，要在竖向固定方柱7的上端焊接一小段带有内螺纹的螺母，其螺母的外径要小于竖向固定方柱7的外沿，然后安装时，在对应的支撑框架1的安装位置打孔，孔径略大于竖向固定方柱7上端的带有内螺纹的螺母且小于竖向固定方柱7的外沿，使得该螺母伸进该通孔内，但是竖向固定方柱7的上端刚好顶住通孔底沿，然后将螺栓24自上而下伸进通过，并使得螺栓23的下端与螺母螺纹配合，随着璇拧而逐渐固定紧，完成固定。当然还有其他的方式，这里不再赘述。而冷媒卡槽3的制作过程也是直接委托厂家按照我们的要求定做生产即可，没有什么制作难度！
如图2所示，该设备由两部分构成，分别是具有测温，保温，警报功能的物联网物流箱5和能够实现冷媒快速替换的快速更换结构6，快速更换结构为能设置进物联网物流箱内且能从物联网物流箱内取出的结构；
如图1所示，快速更换结构6由支撑框架1、冷媒2和冷媒卡槽3组成，冷媒卡槽3固定在支撑框架1上，冷媒2能拆卸的卡接在冷媒卡槽3处，多个冷媒2之间形成置物空间4。
冷媒卡槽3均匀的分布在支撑框架1上，使得使用时，冷媒能够均匀的分布在物流箱的四周，中间留出置物空间4。
卡槽的另一种形式是卡槽上带有防滑纹理，使得冷媒通过摩擦力固定于卡槽上，实现与支撑框架的连接。通过这种标准化冷媒替换装置，我们也可以快速的替换掉已经失效的冷媒，避免了一个个放置冷媒带来的效率低下以及放置不均带来的受冷不均。
利用上述的一种基于预测算法的冷媒管理设备所实施的基于预测算法的冷媒管理方法，
在替换冷媒时，快递员可以通过提拉支撑框架1的方式一次性从物联网物流箱5内取出所有失效冷媒，然后放入携带有有效冷媒的另一支撑框架，实现快速更换冷媒；配套使用的具有测温，保温，警报功能的物联网物流箱，将在运输途中进行保温，以及全程的温度检测警报。
运输途中的冷媒管理流程如下：
(一)、通过物联网物流箱使用温度测量模块，全程测量物联网物流箱内温度；
(二)、通过通讯模块(窄带物联网模块等)将温度信息实时上传到服务器端；
(三)、服务器端根据当前温度、当地天气、历史温度、物品种类等数据，通过预测算法(机器学习方法或传统统计学方法)做出预测，选定冷媒最优更换方案，判断是否需要更换；
(四)、预测结果通过通讯模块回传到物联网物流箱，如果冷媒不需要更换则温度测量继续进行，若冷媒需要替换则物联网物流箱开始警报；
(五)、通过警报功能可以协助快递员更快地找到冷媒失效的物流箱，快递员听到警报后对失效的冷媒进行更换。这样箱内在保证物品品质的前提下，冷媒的重量将由于算法优化达到最优，大大减少了运输成本。
(三)步骤中的预测算法为：
其中，t是当前运输条件下将要更换冷媒的时长，t表示当前温度，w表示当地天气，h表示历史温度，s表示物品种类，i表示符合当前计算条件的第i个数据，n表示符合当前计算条件的数据总数，a、b、c、d分别为当前温度、当地天气、历史温度、物品种类相应因素的权重系数。
在小宗冷链运输中使用时，持有此套装置的物流公司将在寄件人付寄后将所寄物品打包入纸箱，并将纸箱装入已放置携有适量冷媒的快速更换结构的智能物流箱。，然后与普通快递一样进行装车运输。运输过程中，服务器端会依据环境条件和物流状态，提醒物流人员在物流箱进过特定的中转站时更换所需的冷媒。装有物品的物流箱到达投递站后，由快递员进行投递。物品交付收件人后回收箱子和冷媒，以待投入下一次使用。
盈利模式
拥有该套冷媒管理方法和设备的公司，通过向物流公司出租箱子并提供数据服务的方式盈利。物流公司向持有箱子的公司支付押金后领取箱子，箱子由物流公司保管。箱子不参与物流时不收取租金，仅当箱子携带物品，需要测温并上传数据时收取租金。
利润＝租赁押金*年利率+日租费率*每年平均租赁天数-箱子制造成本/箱子寿命年数
*此处单指一个箱子的利润和制造成本。