基于多源时空数据集成的粮食质量安全快速评价方法与流程

本发明涉及储粮质量安全，尤其是基于多源时空数据集成的粮食质量安全快速评价方法。

背景技术：

1、粮食是人类赖以生存的重要资源，更是关乎国家发展和安全问题的战略性物资。储粮质量安全是我国粮食安全的重要组成部分和百姓“舌尖上安全”的底线保障。

2、目前，我国粮食储存储粮质量安全评价方法一般采用国家标准gb/t 5491-1985《粮油检验扦样分样法》或《政府储备粮油质量检查扦样检验管理办法》(国粮标规【2023】60号)文件要求，以不大于200或2000吨为一个检验单位，对根据储备(存)粮食粮仓形态，按一定的规则分区、分层设点扦样，混匀后抽样分别化验检验粮食的理化质量指标、储存品质指标以及食品安全卫生指标，用于评价储备(存)粮食质量安全状况。以散装平房仓按gb/t5491-1985对200吨粮食储备(存)粮食进行质量评价为例：仓储散粮取样时，按分区分层扦样。即每区按小于50平方米设置中心、四角5个取样点，分3-4层，每层按小于1.5米规则设置取样点，共需对15-20个扦样点每个取样点，每个点位样品不大于取不少于0.5公斤。各取样点扦取的样品按四周与中心点等量原则合并，充分混合均匀后分样，形成检验样品。

3、上述方法存在以下不足：

4、一是检验效率不高。对于大仓容粮仓入仓粮食经入仓平仓或验收检验后，在一个储存周期内按要求每年均需要进行2次以上的质量抽检，每次都按该法取样，工作量量较大、增加了工作负担和费用支出。

5、二是评价方法不科学。因粮食的不均匀性、生理特性和储存过程中外界环境的影响，储存期间局部粮食会受温度湿度影响品质变化较快，但因扦样加权混合的方法造成的“拉平效应”会掩盖局部粮食的品质劣变情况。

6、三是发现质量问题滞后。保证质量品质是粮食储存的首要任务，现有评价方法属于事后评价，不能预测粮食储存时间和对质量风险进行预警，对于保障储备(存)粮食价值不利。

7、四是不利于发现违法违规行为。扦样点位相对固定，不利于精准反映粮食的整体质量变化情况。特别是，对于一些不法份子，采取“点位埋样”、新旧粮混存入仓、“扒皮”轮换等违法违规方式，蒙混过关、躲避监管，严重损害国家和人民利益。

8、五是与仓储技术融合不够。现有储粮质量安全评价方法仅以样品抽检数据与规范指标比对来判定合格、不合格，未与储存粮仓空间信息、粮情(温度)数据信息、质量数据信息和历史统计数据相关联，对于科学指导储粮技术解决储存过程中的隐患还有差距。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于多源时空数据集成的粮食质量安全快速评价方法，能够弥补储粮安全隐患和管理漏洞，避免“拉平效应”，杜绝影响评估整体质量的违法违规行为，能增加储存粮食的质量安全性保障，提高储粮检验的效率与科学性。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于多源时空数据集成的粮食质量安全快速评价方法，它包含以下步骤：

3、s101、构建存储粮食多源时空数据集t，所述多源时空数据集t包括粮食质量安全综合数据t1、粮仓空间数据t2以及粮情数据t3，其中，所述粮食质量安全综合数据t1以时间为轴线改变的间接数据，粮仓空间数据t2以及粮情数据t3为通过监测得到的直接数据，所述粮食质量安全综合数据t1包括粮仓中每个点位的粮食质量数据a、粮食储存品质数据b以及食品安全数据c，所述粮仓空间数据t2为该粮仓的地理位置信息以及该粮仓中监测点位的空间位置信息，将上述粮仓中各监测点位的储粮质量安全综合数据t1、粮仓空间信息t2以及粮情数据数据t3一一对应形成三维立体网格的数据集，即得到该粮仓中有限个以时间为轴线的点位多源时空数据集t(t1，t2，t3)；

4、s102、初始化所述粮食多源时空数据集t，粮食入仓后按照现有标准扦样，得到若干个固定点位的原始数据，同时统计上述固定点位以及其它有限个点位的现有数据集q，将该固定点位的原始数据及现有数据集q赋值到多源时空数据集t，得到初始化后该固定点位以及其它有限个点位在不同时间及温度下的多源时空数据集t’；

5、s103、数据拟合确定粮食质量安全综合数据t1，将多源时空数据集t’中具有具体数值的点位进行数据拟合，得到该点位的关于粮食质量安全综合数据t1中多个指标的拟合公式，根据公式计算得到该粮仓中每个点位在不同时间及温度下的粮食质量安全综合数据t1，其中，有具体数值的点位直接得到拟合公式x1，没有具体数值的点位通过内插法或公式法得到其余点位的拟合公式x2；

6、s104、分别按照单点、单线、单层、单区和整体作为评价单元，通过拟合公式x1和拟合公式x2得到该评价单元及该评价单元中所有点位在一个储存周期内的粮食质量安全综合数据集tw，对粮仓中任意评价单元进行质量安全符合性评价，根据该评价单元粮食质量的否定性评价,拟合公式x1和拟合公式x2确定得到对应的安全时间点tx，所述否定性评价是指该评价单元得到不达标、不宜存或不合格的否定评价结论，所述安全时间点tx是指该评价单元得到否定性评价的时间点，步骤s102中原始数据中粮食入仓时间为t0，根据评价单元该粮食的安全时间点tx和入仓时间t0得到该评价单元粮食的理论预测储存时间tp，tp＝t0+tx；

7、s105、抽检评价：在该理论预测储存时间tp内，随机分区、分层选择若干个点位进行抽样检测，得到有限个点位的监测数据集tx，所述检测数据集tx包括粮食质量安全综合数据tx1、粮仓空间数据tx2以及粮情数据tx3，将该监测数据集tx中的点位的粮食质量安全综合数据tx1与所述粮食质量安全综合数据集tw中与之对应的点位的粮食质量安全综合数据进行如下对比分析：

8、a、检测点储存状态评价：若该点位的粮食质量安全综合数据tx1与其对应点位的粮食质量安全综合数据偏差﹤20％，则评价该检测点为“正常储存点”；若该点位的粮食质量安全综合数据tx1与其对应点位的粮食质量安全综合数据偏差≥20％，则评价该检测点为“储存异常点”，进行预警；

9、b、预测下次抽检的最小时间单位：若检测点储存状态评价中出现“储存异常点”，则进行预测下次抽检的调整，以便确定下次抽检的最小时间单位tmin，本次抽检的时间点为t1，下次抽检的时间节点为tn，tmin＝t1+tn，tmin即为下次抽检时间点的起点，重复步骤105直至tn不小于理论预测储存时间tp，其中，tn＝m*tp，m为抽检时间调整系数，m取值20％—70％。

10、作为优选的,多次抽检时每次抽检的m取值逐渐减小，即申请在多次采用进行越抽越频的抽检。由于本技术在预测下次抽检的最小时间单位时已经缩短了下次抽检的时间间隔(m值变小)，在间隔变小后如果还存在“储存异常点”(理论上在理论预测储存时间tp内都不会出现“储存异常点”)，就说明粮仓内的粮食已经在加速变质，因此需要越抽越频以及时的监测粮仓内粮食。比如，按照正常理论计算，粮仓内粮食的脂肪酸的理论预测储存时间tp为365天，于2021年8月1日入仓，理论上该粮仓内该监测点理论有效预测储存日期为2022年7月30日之前脂肪酸值低于标准值(其他点位根据拟合公式同理可以推算)。若第一次随机抽检，并没有出现“储存异常点”，则不需要预警，则第二次抽检时，m取值50％，则第二次抽检时间点为2021年8月1日再加50％*365≈185天(即第二次抽检tmin为2022年3月7日)，若第二次抽检出现了“储存异常点”，则说明粮仓内粮食内出现了加速变质的请，需要进行加大对粮仓所有点位抽检的频率，第三抽检时，2022年3月7日即为第三次抽检的起点，m取值30％，则第三次抽检时间点为2022年3月7日再加30％*375≈110天(即第三次抽检tmin为2022年6月27日)即可，其余指标同理，不在一一举例。

11、所述抽检点位的空间位置信息包括该抽检点到基点的水平距离x、纵向距离y以及竖直距离z，xyz构成该抽检点相对于基点的空间位置信息，所述基点位该粮仓的边缘点。

12、所述步骤s104中，所述评价单元及该评价单元中所有取样点的粮食质量安全综合数据的计算方式如下：

13、以单点作为评价单元时，通过拟合公式x1或拟合公式x2得到取样点位的粮食质量安全综合数据t1，评价单元的评价数据为单点数据，所述单点数据包括该取样点位的粮食质量数据a、粮食储存品质数据b以及食品安全数据c，然后结合该取样点位的粮仓空间数据t2以及粮情数据t3，形成该取样点位的多源时空数据集t；

14、以单线作为评价单元时，该评价单元为粮仓内任一纵、横、斜向直线或任意曲线，通过拟合公式x1和拟合公式x2得到该评价单元内所有取样点位的粮食质量安全综合数据t1，评价单元的评价数据包括该评价单元内所有取样点位所有的单点数据以及通过权重计算得到的该评价单元的平均数据，所述单点数据包括该取样单元内所有取样点位的粮食质量数据a、粮食储存品质数据b以及食品安全数据c，然后结合该取样点位的粮仓空间数据t2以及粮情数据t3，形成该取样点位的多源时空数据集t，该评价单元的平均数据包括粮食质量平均数据aj、粮食储存品质平均数据bj以及食品安全平均数据cj，其中，k为该评价单元边缘点数量，k≤2，f0为该评价单元中心点的权重系数，f1为该评价单元边缘点的权重系数，a0为该评价单元中心点的粮食质量数据，b0为该评价单元中心点的粮食储存品质数据，c0为该评价单元中心点的食品安全数据，ak为该评价单元边缘点的粮食质量数据，bk为该评价单元边缘点的粮食储存品质数据，ck为该评价单元边缘点的食品安全数据；

15、以单层作为评价单元时，该评价单元为该粮仓内任一切面或曲面，通过拟合公式x1和拟合公式x2得到该评价单元内所有取样点位的粮食质量安全综合数据t1，评价单元的评价数据包括该评价单元内所有取样点位所有的单点数据以及通过权重计算得到的该评价单元的平均数据，所述单点数据包括该取样单元内所有取样点位的粮食质量数据a、粮食储存品质数据b以及食品安全数据c，然后结合该取样点位的粮仓空间数据t2以及粮情数据t3，形成该取样点位的多源时空数据集t，该评价单元的平均数据包括粮食质量层面平均数据am、粮食储存品质层面平均数据bm以及食品安全层面平均数据cm，其中，k为该评价单元边缘点数量，f0为该评价单元中心点的权重系数，f1为该评价单元边缘点的权重系数，a0为该评价单元中心点的粮食质量数据，b0为该评价单元中心点的粮食储存品质数据，c0为该评价单元中心点的食品安全数据，ak为该评价单元边缘点的粮食质量数据，bk为该评价单元边缘点的粮食储存品质数据，ck为该评价单元边缘点的食品安全数据；

16、以单区作为评价单元时，该评价单元为该粮仓内任意三维立体空间，通过拟合公式x1和拟合公式x2得到该评价单元内所有取样点位的粮食质量安全综合数据t1，评价单元的评价数据包括该评价单元内所有取样点位所有的单点数据以及通过权重计算得到的该评价单元的平均数据，所述单点数据包括该取样单元内所有取样点位的粮食质量数据a、粮食储存品质数据b以及食品安全数据c，然后结合该取样点位的粮仓空间数据t2以及粮情数据t3，形成该取样点位的多源时空数据集t，该评价单元的平均数据包括粮食质量层面平均数据an、粮食储存品质层面平均数据bn以及食品安全层面平均数据cn，其中，k为该评价单元边缘点数量，f0为该评价单元中心点的权重系数，f1为该评价单元边缘点的权重系数，a0为该评价单元中心点的粮食质量数据，b0为该评价单元中心点的粮食储存品质数据，c0为该评价单元中心点的食品安全数据，ak为该评价单元边缘点的粮食质量数据，bk为该评价单元边缘点的粮食储存品质数据，ck为该评价单元边缘点的食品安全数据；

17、以整体作为评价单元时，该评价单元为该粮仓，通过拟合公式x1和拟合公式x2得到该评价单元内所有取样点位的粮食质量安全综合数据t1，评价单元的评价数据包括该评价单元内所有取样点位所有的单点数据以及通过权重计算得到的该评价单元的平均数据，所述单点数据包括该取样单元内所有取样点位的粮食质量数据a、粮食储存品质数据b以及食品安全数据c，然后结合该取样点位的粮仓空间数据t2以及粮情数据t3，形成该取样点位的多源时空数据集t，该评价单元的平均数据包括粮食质量整体平均数据ao、粮食储存品质整体平均数据bo以及食品安全整体平均数据co，其中，k为该评价单元边缘点数量，f0为该评价单元中心点的权重系数，f1为该评价单元边缘点的权重系数，a0为该评价单元中心点的粮食质量数据，b0为该评价单元中心点的粮食储存品质数据，c0为该评价单元中心点的食品安全数据，ak为该评价单元边缘点的粮食质量数据，bk为该评价单元边缘点的粮食储存品质数据，ck为该评价单元边缘点的食品安全数据。

18、由于粮食质量安全综合数据t1是随时间变化的，粮食质量数据a为不同粮种在当地不同储藏条件下，粮食质量指标随时间变化的统计数据整合而得到的最适变化趋势模型，其拟合公式为：

19、ait＝∫fa(t)*dt；

20、式中：ait指任一储存时间时的粮食质量数据；fa(t)为与储粮品种、储存温度和湿度、粮仓气体成份、微生物和虫害情况，以及不同储粮防护材料和措施、方式有关的，随时间变化的公式；dt指微小的时间变化值，可取统计数据收集的最小时间单位；

21、粮食储存品质数据b为不同粮种在当地不同储藏条件下，粮食储存品质指标随时间变化的统计数据整合而得到的最适变化趋势模型，其拟合公式为：

22、bit＝∫fb(t)*dt；

23、式中：bit指任一储存时间时的粮食储存品质数据；fb(t)为与储粮品种、储存温度和湿度、粮仓气体成份、微生物和虫害情况，以及不同储粮防护材料和措施、方式有关的，随时间变化的公式；dt指微小的时间变化值，可取统计数据收集的最小时间单位；

24、食品安全数据c为不同粮种在当地不同储藏条件下，食品安全指标随时间变化的统计数据整合而得到的最适变化趋势模型，其拟合公式为：

25、cit＝∫fc(t)*dt；

26、式中：cit指任一储存时间时的食品安全指标数据；fc(t)为与储粮品种、储存温度和湿度、粮仓气体成份、微生物和虫害情况，以及不同储粮防护材料和措施、方式有关的，随时间变化的公式；dt指微小的时间变化值，可取统计数据收集的最小时间单位。

27、因此本技术采用数据拟合的方式得到拟合公式。

28、所述粮情数据t3包括粮仓中该抽检点所在空间位置的温度、空气相对湿度、粮仓气体成份、虫害情况以及微生物情况。

29、所述现有数据集q用于确定粮食质量数据a、粮食储存品质数据b以及食品安全数据c的数据的数据，该现有数据集q统计来源于本粮仓或其它粮仓采用现有标准扦样所得到的数据。

30、所述现有标准采用gb/t 5491-1985《粮油检验扦样分样法》或《政府储备粮油质量检查扦样检验管理办法》。

31、所述粮食储存品质数据b包括脂肪酸值、发芽率、，所述食品安全数据c包括重金属含量、真菌霉素含量。

32、所述粮食质量数据a为粮食理化指标数据。

33、所述粮食为稻谷，所述粮食质量数据a包括出糙率、整精米率、黄粒米含量、水分含量、杂质含量。

34、所述步骤s105中，对监测结果得到质量评价具体如下：

35、单点评价时，将该点的粮食质量数据a、粮食储存品质数据b以及食品安全数据c分别对比ni，ni为现行国家标准限量或评价值，具体如下：该点的粮食质量数据a不符合ni的达标要求，给出“不达标”预警，该点的粮食质量数据a的数值极差值大于二个等级梯度值的，给出“异常”预警；该点的粮食储存品质数据b不符合ni给出的宜存要求时，给出“不宜存”预警，该点的粮食储存品质数据b的数值值极差值大于二倍该指标的标准方法规定的检验误差的，给出“异常”预警；该点的食品安全数据c＞ni时，给出“不合格”预警，该点的食品安全数据c的数值极差值大于国家标准限量值的20％的，给出“异常”预警；

36、单线评价时，将单线上各取样点的质量数据a、储存品质数据b与食品安全数据c，采取权重方式获得的粮食质量平均数据aj、粮食储存品质平均数bj与食品安全平均数据cj，分别对比ni，具体如下：单线上取样点的质量数据a中存在不符合ni给出的达标要求，但粮食质量平均数据aj符合时，给出“不达标”预警；单线上取样点的质量数据a及粮食质量平均数据aj均不符合ni给出的要求时，给出“不达标”结论，并给出位置信息；单线上取样点的储存品质数据b存在不符合ni给出的达标要求，但粮食储存品质平均数bj符合时，给出“不宜存”预警；储存品质数据b及粮食储存品质平均数bj均不符合ni给出的要求时，给出“不宜存”结论，并给出位置信息；单线上取样点的食品安全数据c＞ni时，给出“不合格”预警；单线上两个及以上取样点的食品安全数据或食品安全平均数据cj不符合ni给出的要求时，给出“不合格”结论，并给出位置信息；

37、单层评价时，将单层上各取样点的质量数据a、储存品质数据b与食品安全数据c，采取权重方式获得的粮食质量层面平均数据am、粮食储存品质层面平均数据bm以及食品安全层面平均数据cm，分别对比ni，具体如下：单层上取样点的质量数据a中存在不符合ni给出的达标要求，但粮食质量层面平均数据am符合时，给出“不达标”预警；单层上两个及以上取样点的质量数据a及粮食质量层面平均数据am均不符合ni给出的要求时，如果该层面处于粮仓最上层则给出“不达标”预警，如该层面处于其余层面则给出“不达标”结论，并给出位置信息；单层上取样点的储存品质数据b中存在不符合ni给出的达标要求，但粮食储存品质层面平均数据bm符合时，给出“不宜存”预警；单层上取样点的储存品质数据b及粮食储存品质层面平均数据均不符合ni给出的要求时，如果该层面处于粮仓最上层的则给出“不宜存”预警，如该层面处于其余层面给出“不宜存”结论，并给出位置信息；单层上取样点的食品安全数据c＞ni时，给出“不合格”预警；单层上两个及以上取样点的食品安全数据c或食品安全层面平均数据cm不符合ni给出的要求时，给出“不合格”结论，并给出位置信息；

38、单区评价时，将单区内各取样点的质量数据a、储存品质数据b与食品安全数据c，采取权重方式获得的粮食质量层面平均数据an、粮食储存品质层面平均数据bn以及食品安全层面平均数据cn，分别对比ni，具体如下：单区上取样点的质量数据a中存在不符合ni给出的达标要求，但粮食质量层面平均数据an符合时，给出“不达标”预警；单区上取样点的质量数据a及粮食质量层面平均数据an均不符合ni给出的要求时，如果该单区处于粮仓最上层区域则给出“不达标”预警，该单区处于其余区域则给出“不达标”结论，并给出位置信息；单区上取样点的储存品质数据b中存在不符合ni给出的达标要求，但粮食储存品质层面平均数据bn符合时，给出“不宜存”预警；单区上取样点的储存品质数据b及粮食储存品质层面平均数据bn均不符合ni给出的要求时，如果该单区处于粮仓最上层区域则给出“不宜存”预警，该单区处于其余区域则给出“不宜存”结论，并给出位置信息；单区上取样点的食品安全数据c＞ni时，给出“不合格”预警；单区内两个及以上的取样点食品安全数据c或食品安全层面平均数据cn不符合ni给出的要求时，给出“不合格”结论，并给出位置信息；、

39、整体评价时，将整体内各取样点的质量数据a、储存品质数据b与食品安全数据c，采取权重方式获得的粮食质量整体平均数据ao、粮食储存品质整体平均数据bo以及食品安全整体平均数据co，分别对比ni，具体如下：整体内取样点质量数据a中存在不符合ni给出的达标要求，但粮食质量整体平均数据ao符合时，给出“不达标”预警整体内取样点质量数据a及粮食质量整体平均数据ao均不符合ni给出的要求时，给出“不达标”结论，并给出位置信息；整体内取样点储存品质数据b中存在不符合ni给出的达标要求，但粮食储存品质整体平均数据bo符合时，给出“不宜存”预警；整体内取样点储存品质数据b及粮食储存品质整体平均数据bo均不符合ni给出的要求时，给出“不宜存”结论，并给出位置信息；整体内取样点食品安全数据c＞ni时，给出“不合格”预警；整体内两个及以上取样点的食品安全数据c或食品安全整体平均数据co不符合ni给出的要求时，给出“不合格”结论，并给出位置信息。

40、可见，本技术在粮食入仓平仓后实施质量验收监测时，依据所属监测货位的基础信息，抽样布设监测点位在所属粮仓的空间位置信息，结合经检验检测获得的各监测点位粮食对应的质量等级、储存品质及食品安全监测数据以及货位所布设的粮情测控系统监测到的对应点位的粮情(温度等)数据信息，构建一个包括粮仓空间架构、监测点位立体分布、监测时间以及各监测点位对应的质量等级、储存品质、食品安全监测数据、粮情数据等为一体的多源时空数据集为基础的、以货位为单元的粮仓立体化质量监测分布图；依据储备(存)粮食质量评价的需要和评价类型，选取合理的层、点以及对应的指标数据信息，按照确定的方法进行数据拟合，得到单点、局部以及全局的储备(存)粮食质量等级、储存品质及食品安全评价结论，确定储备(存)粮食质量验收结论和潜在风险区域；并建立粮食质量与粮情数据在空间结构上的基础数据仓。

41、进一步的，该货位粮食在同一储存周期内，按需要开展储存粮食质量安全评价时，随机选择粮仓中任意若干个点位进行抽样监测，并将对应监测点位所归属的粮仓空间位置信息、监测时间信息，以及对应的质量等级、储存品质及食品安全监测数据和粮仓粮情数据信息，与上述1建立的粮食质量与粮情数据在空间结构上的基础数据仓进行合并，形成以时间为轴线的新的多源时空数据变化集，并得到新的立体化质量监测分布图；依据储备(存)粮食质量评价的需要和评价类型，选取原多源时空数据集中与此次确定的若干个点位关联性较大的层、点数据信息和粮情变化数据信息，按照确定的方法进行数据拟合，得到的指标与温度、时间相关联的变化情况，对照粮食在储存过程中质量等级、储存品质及食品安全指标变化规律合理性，得到该货位储备(存)粮食储存安全定性评价结果，作为粮食储存期间质量是否符合要求的依据；同时，及时对储存粮食存在的质量安全潜在隐患做出预警，以便采取适当措施确保储粮安全。上述的指标是根据评价需要，由在粮食储存过程中较为稳定、容易变化两类指标中选取的，用于表征储存粮食品质变化合理性的质量、品质或食品安全指标。

42、本发明的有益效果是：本技术的储备(存)粮质量监测评价方法引入了追溯和风险管控的方法，可以系统、灵活的、全面的对储备(存)粮食的质量达标、储藏宜存和食品安全进行多维度评价，客观、真实的反映整仓(货位)储存粮食质量安全状况和变化趋势，有利于储存粮食的质量评价和风险防控，解决了现有评价方法对储存粮食质量评价视角单一、系统性缺乏以及因“拉平效应”造成的部分粮食品质劣变未被及时发现等问题，能有效弥补传统储存粮食质量安全评价科学性、准确性和全面性的不足，对于加强储存期间的粮食管理具有较强的适应性，可精准地识别出一些潜在的储粮安全隐患和管理漏洞，提高了储存粮食的质量安全性保障。

43、说明书附图

44、图1为本发明实施例中现有数据集绘制到坐标中的示意图。