一种多源感知的集装箱全域安全智能风控系统及方法与流程

本发明属于数据采集与监视控制，尤其涉及一种多源感知的集装箱全域安全智能风控系统及方法。

背景技术：

1、在集装箱多式联运过程中，数据采集与监视控制系统通常用于持续监测集装箱状态并进行风险控制，现有系统一般在集装箱箱体上设置环境温湿度模块、三轴姿态感知模块和状态响应封条模块，按照设定周期采集相关数据，再通过无线通信网络上传至云端监视控制平台，由云端监视控制平台进行风险评估并下发控制指令，集装箱在远洋海运、港口装卸和陆路运输等不同工况下运行时，各感知模块所采用的硬件晶振精度存在差异，计时偏差会随着运行时间逐渐累积，而且不同类型感知模块的采样频率也不一致，将各感知模块异步采集的数据组合成用于状态监视的数据时，同一时刻的不同数据可能无法准确对应，容易影响风险判断结果，甚至造成误判。

2、集装箱监视终端通常依靠内置电池供电，运输过程中难以及时补充电量，采用固定周期的低频采样虽然能够降低功耗，但容易漏掉持续时间较短的机械冲击、非法开箱等突发事件；持续采用高频采样又会加快电池消耗，使终端可能在运输后半程失去监视能力，单纯增加电池容量或者长期提高采样频率，不仅会增加终端重量和硬件成本，还会产生大量无效数据，增加无线传输负担，仍然难以兼顾续航时间和突发风险捕获能力，当集装箱堆放在船舶舱底或者受到金属货架遮挡时，无线信号容易受到多径衰减影响，并可能出现较长时间的通信延迟或通信中断，现有系统的风险判断和控制较多依赖云端监视控制平台，当无线通信断开时，云端控制指令无法及时到达集装箱监视终端，终端也就难以及时在本地执行防护和恢复操作。

3、因此，如何减小多源感知数据在采样时间上的偏差，并在通信条件和供电条件受限的情况下，使系统能够根据集装箱状态变化调整数据采集过程，同时在本地完成监视、判断和控制，仍是现有集装箱安全监视系统需要解决的问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种多源感知的集装箱全域安全智能风控系统，包括：

2、车载/船载感知边缘节点，包含三轴姿态感知模块、状态响应封条模块与环境温湿度模块，且与集装箱全域风控终端连接；

3、集装箱全域风控终端包含：

4、时空对齐与数据融合模块，用于接收车载/船载感知边缘节点的采样数据，采用滑动窗口插值算法消除硬件时钟漂移，生成状态张量；

5、自适应采样率控制模块，用于依据状态张量的欧氏距离变化率计算波动指数，并由波动指数阶梯式调节车载/船载感知边缘节点的采样频率；自适应采样率控制模块在供电电压低于设定门限时，依据供电电压与设定截止电压的比值收缩最高采样频率上限值；

6、本地风险状态机控制模块，用于基于状态张量匹配状态转移条件，在通信中断且波动指数大于预设门限时，驱动本地防护模块触发控制动作；

7、信道对冲模块，用于在通信丢包率超过预设门限时，控制车载/船载感知边缘节点切入缓存模式，并在恢复后采用线性预测编码算法完成插值恢复。

8、优选的，时空对齐与数据融合模块建立统一的基准时间轴，基于三阶拉格朗日多项式插值公式将车载/船载感知边缘节点的异步采样数据映射至基准时间轴上，生成包含三轴加速度、温度、湿度以及状态响应封条模块回路阻抗状态的状态张量；其中，在采样时间戳序列的抖动方差超过预先设定抖动门限时，时空对齐与数据融合模块由三阶拉格朗日多项式插值降级切换至一阶线性外推模式。

9、优选的，自适应采样率控制模块根据连续状态张量的差分值与权值向量的哈达玛积计算2-范数作为波动指数；自适应采样率控制模块依据波动指数，通过下式计算采样频率：，其中，为更新后的采样频率，为预先设定的基础采样频率，为预先设定的最高采样频率，为当前时刻的波动指数，为预先设定的第一采样调节门限，为预先设定的第二采样调节门限；在波动指数大于等于第二采样调节门限时，将采样频率设定为最高采样频率；在波动指数小于等于第一采样调节门限时，将采样频率设定为预先设定的最低采样频率。

10、优选的，本地风险状态机控制模块内部包含正常监视态、环境预警态、物理入侵态以及严重事故态；状态转移逻辑结合波动指数、环境温湿度界限以及状态响应封条模块回路阻抗状态建立复合裁决矩阵；状态转移条件的成立需连续预先设定数量的离散时间序号满足复合裁决矩阵，且状态向低风险等级恢复时叠加回差迟滞门限。

11、优选的，在状态转移至物理入侵态或严重事故态时，本地风险状态机控制模块直接驱动集装箱全域风控终端锁定本地数据日志，激活高频声光告警模块，并控制短程/长程无线通信模块切入应急突发通信模式下发带有位置定位信息的报警报文。

12、优选的，自适应采样率控制模块还包含震动噪声对冲模块；震动噪声对冲模块计算三轴加速度均方根值，仅在波动指数大于等于第二采样调节门限且状态响应封条模块的回路阻抗变化率超过15%的预先设定阻抗门限时，判定为有效入侵事件并维持最高采样频率。

13、优选的，集装箱全域风控终端还包含电源降级控制模块；电源降级控制模块监视供电电压，在监测到供电电压低于3.3v的设定电压门限时，依据当前供电电压与3.0v的设定截止电压之差占3.3v与3.0v之差的比值收缩最高采样频率的上限值；在电量降级生效时，集装箱全域风控终端的存储器自动调整存储分区比例，优先留存高风险状态日志。

14、优选的，车载/船载感知边缘节点包含边缘计算模块；边缘计算模块计算三轴加速度合成矢量模值，在合成矢量模值与标准重力加速度的偏差小于0.1g的预先设定偏差门限且环境参数变化率低于0.05%/s的预先设定速率门限时，车载/船载感知边缘节点仅向集装箱全域风控终端发送单字节状态心跳包；集装箱全域风控终端接收状态心跳包后在本地补充平稳期插值数据，并控制射频前端切入休眠状态。

15、优选的，集装箱全域风控终端还包含离线压缩模块；在与云端监视控制平台无线通信断链期间，离线压缩模块采用分段线性近似算法对时间序列数据进行拟合，仅保存拟合直线的斜率、截距以及起始时间戳；在无线通信恢复后，集装箱全域风控终端将拟合参数批量下发至云端监视控制平台，由云端监视控制平台重构环境状态曲线并完成残差检验，云端监视控制平台包含全局风险态势评估模块与动态决策阈值下发模块，用于汇总多个集装箱的监视数据并修正集装箱全域风控终端中的风险策略参数。

16、一种多源感知的集装箱全域安全智能风控方法，其用于运行多源感知的集装箱全域安全智能风控系统，包括以下步骤：

17、步骤s1，通过时空对齐与数据融合模块接收车载/船载感知边缘节点的采样数据，采用滑动窗口插值算法消除硬件时钟漂移，生成状态张量；

18、步骤s2，通过自适应采样率控制模块依据状态张量的欧氏距离变化率计算波动指数，并由波动指数阶梯式调节车载/船载感知边缘节点的采样频率；通过自适应采样率控制模块在供电电压低于设定门限时，依据供电电压与设定截止电压的比值收缩最高采样频率上限值；

19、步骤s3，通过本地风险状态机控制模块基于状态张量匹配状态转移条件，在通信中断且波动指数大于预设门限时，驱动本地防护模块触发控制动作；

20、步骤s4，通过信道对冲模块在通信丢包率超过预设门限时，控制车载/船载感知边缘节点切入缓存模式，并在恢复后采用线性预测编码算法完成插值恢复。

21、相对于现有技术，本发明一种多源感知的集装箱全域安全智能风控系统及方法，具有以下优势：

22、1、在多源感知的集装箱全域安全智能风控中，通过时空对齐与数据融合模块对不同感知模块的采样数据进行时间校正，可以减小硬件时钟漂移和采样频率不同造成的时间偏差，使三轴加速度、环境温湿度和封条回路阻抗状态在同一时间基准下准确对应，由此能够提高多源数据的时序一致性，减少集装箱晃动或状态快速变化时因数据错位产生的误判，为风险状态识别提供更加准确、可靠的数据。

23、2、自适应采样率控制模块能够根据集装箱状态变化调整采样频率，使系统在运输状态平稳时降低采样频率，减少数据采集和无线传输造成的电量消耗；在发生碰撞、撬锁等突发情况时及时提高采样频率，避免遗漏持续时间较短的风险信号，同时，结合状态响应封条模块的回路阻抗变化对异常情况进行判断，可以减少普通机械震动引起的误触发，在保证突发风险捕获及时性的同时兼顾终端续航能力。

24、3、本地风险状态机控制模块能够在无线通信中断时继续根据集装箱的实时状态进行风险判断，并在发生物理入侵或严重事故时直接执行日志锁定、声光告警和应急通信等本地防护操作，因此，集装箱全域风控终端不必完全依赖云端监视控制平台下发控制指令，可以避免因通信断链造成监视和控制失效，使系统在无线信号受限的运输环境中仍能保持连续的风险监视和本地控制能力。