一种食用菌基质发酵过程人工智能监控方法与流程

本发明涉及食用菌发酵智能监控领域，尤其涉及一种食用菌基质发酵过程人工智能监控方法。

背景技术：

1、食用菌基质发酵过程通常需要持续调节温度、湿度和通气条件，并结合二氧化碳释放及菌丝生长状态判断发酵进程。现有监控方式多以单一采集通道或固定时间点作为判断依据，不同区位的气流传播、热湿交换和代谢响应存在时间差，导致同一时刻取得的数据不一定处于相同的响应阶段。

2、人工巡检难以连续覆盖各基质区位，且风机启停、风阀调整和加湿动作引起的风量、二氧化碳、湿度及温度变化具有传播延迟和幅值衰减。若不识别该传播关系，环境变化、代谢变化和菌丝表型变化容易被错误对齐，进而造成通气不足、含水偏差、局部过热或菌丝扩展停滞的区位及原因难以区分。

3、现有异常判断还可能把局部通气路径中断、传感器单通道失效与真实发酵异常混为一体，纠偏动作缺少菌种和发酵阶段相关安全边界约束，动作后的传播响应及菌丝表型变化也未被用于持续更新监控关系。

4、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的食用菌基质发酵过程人工智能监控方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种食用菌基质发酵过程人工智能监控方法，针对现有技术中多源变量响应不同步、人工巡检不能及时识别异常区位及异常原因的问题，提出以执行器控制时间戳为公共驱动事件，从区位配准的风量、二氧化碳、湿度和温度数据中检测响应事件，计算传播延迟、幅值衰减和方向以建立动态响应图；根据发酵阶段在延迟补偿后的共同阶段时钟上生成环境、代谢和表型表征及相位一致性残差，并通过阶段条件图时序模型输出异常诊断结果和状态趋势；再依据阶段相关纠偏约束生成分区建议或报警，并以动作后响应和菌丝表型变化更新动态响应图。本发明具备纠正多源数据时间错位、区分真实发酵异常与通气或采集故障以及形成安全闭环验证的技术效果。

2、本发明提供了一种食用菌基质发酵过程人工智能监控方法，包括：

3、s1、获取食用菌基质发酵空间内与基质区位配准的环境采集数据、基质内部温度数据和菌丝图像序列，将执行器的控制时间戳确定为公共驱动事件，并从所述环境采集数据和所述基质内部温度数据中检测与所述公共驱动事件对应的响应事件，形成区位多源响应序列；

4、s2、根据所述区位多源响应序列确定所述公共驱动事件至各响应事件的响应延迟、响应幅值衰减和响应方向，以基质区位为节点并以所述响应延迟、响应幅值衰减和响应方向为边属性构建动态响应图；

5、s3、根据所述区位多源响应序列和所述菌丝图像序列确定发酵阶段，按照所述动态响应图的响应延迟对各节点数据进行时间补偿，在共同阶段时钟上生成环境驱动表征、代谢表征和表型表征，并计算同一节点及相邻响应路径上的环境、代谢和表型之间的相位一致性残差，形成阶段同步节点特征；

6、s4、将所述阶段同步节点特征和所述边属性输入阶段条件图时序模型，得到包含异常区位、异常类型和异常置信度的异常诊断结果及状态趋势；

7、s5、根据所述异常诊断结果和状态趋势，并结合阶段相关纠偏约束生成分区纠偏建议或者报警信息，在所述建议被执行时获取动作后的响应事件及菌丝表型变化，据此更新所述动态响应图。

8、可选的，s1包括：按照基质层、基质堆体或培养单元的空间位置设置区位标识，将温度采集点、湿度采集点、风量采集点或风阀开度采集点、二氧化碳浓度采集点、基质内部温度采集点以及菌丝图像采集区域关联至所述区位标识，并将风机或风阀及其气流出口对应的空间位置关联至驱动源区位标识；

9、对风机启停、风阀开度变化和加湿动作分别登记动作起始时刻、动作终止时刻及动作幅值，并将所述动作与对应驱动源区位标识关联；

10、在各动作起始时刻之后的响应检测窗内，基于动作前基线与噪声统计量确定响应阈值，并在风量、二氧化碳变化率、湿度变化率或温度变化率越过对应响应阈值且持续达到预设采样次数时确定所述响应事件。

11、可选的，s2包括：以所述公共驱动事件的动作起始时刻与所述响应事件的首次越过响应阈值时刻之差作为所述响应延迟；

12、按照气流可达关系和响应事件的先后次序，从与所述公共驱动事件关联的驱动源区位开始，将每一响应区位之前已发生响应且对该响应区位气流可达的区位确定为上游参考节点，根据响应检测窗内该响应区位的响应峰值或积分响应相对于所述上游参考节点在同一公共驱动事件下同类响应量的比值确定所述响应幅值衰减，并由所述上游参考节点指向该响应区位的方向确定所述响应方向；

13、按照时间滑动窗更新所述响应延迟和响应幅值衰减，根据所述时间滑动窗内对应节点对形成有效响应事件的次数与公共驱动事件总次数之比确定边置信权重，并将更新时刻和所述边置信权重写入对应边属性。

14、可选的，s3包括：在接种时间之后，根据二氧化碳释放率由上升转为平稳或下降的转折时刻以及菌丝覆盖率增长速度的变化时刻划分发酵阶段；

15、将各节点数据按对应响应延迟平移至所述共同阶段时钟；

16、由风量或风阀开度、湿度、环境温度和二氧化碳浓度生成所述环境驱动表征，由二氧化碳释放率和基质温升率生成所述代谢表征，由菌丝覆盖率、菌丝扩展速度和纹理连续性生成所述表型表征；

17、按照同一阶段内各表征变化方向、转折时刻差和标准化变化幅值的差异计算所述相位一致性残差，并将节点自身残差与沿有向响应路径聚合的相邻节点残差共同写入所述阶段同步节点特征。

18、可选的，s4包括：将发酵历史批次按菌种和发酵阶段划分训练样本，将节点的环境驱动表征、代谢表征、表型表征和相位一致性残差作为节点输入，将响应延迟、响应幅值衰减、响应方向和边置信权重作为边输入，对图消息传递结果进行时间序列编码并输出异常分类概率和状态预测序列；

19、根据所述异常分类概率确定所述异常类型和异常置信度，所述异常类型至少包括通气不足、含水偏差、局部过热、菌丝扩展停滞和采集异常，所述状态预测序列至少包括预定时间窗内各节点的温度预测值、湿度预测值和二氧化碳浓度预测值，并根据所述状态预测序列确定所述状态趋势。

20、可选的，s5包括：从与当前菌种和发酵阶段关联的工艺配置记录中读取温度允许区间、湿度允许区间、二氧化碳浓度允许区间和自动纠偏阈值，所述自动纠偏阈值在已标注正常批次和异常批次的异常分类概率分布存在一个交点时取该交点，在存在多个交点时取按验证集误判次数与漏判次数之和升序排列后的首个交点，在不存在交点时取按验证集误判次数与漏判次数之和升序排列后的首个异常分类概率值；

21、根据异常类型匹配候选执行器和候选动作方向，根据状态趋势确定候选动作幅值，并以不超出对应环境允许区间、执行器额定幅值和最小动作间隔为所述纠偏约束筛除候选动作；

22、当不存在满足所述纠偏约束的候选动作或异常置信度未达到所述自动纠偏阈值时输出报警信息和人工复核请求，否则输出所述分区通气、加湿或降温建议；

23、进一步的，在执行所述分区通气、加湿或降温建议后，将执行时刻登记为新的公共驱动事件，按步骤s1检测动作后的响应事件并按步骤s2更新对应边属性；

24、在预设表型验证窗结束时，根据菌丝覆盖率、菌丝扩展速度和纹理连续性的变化确定动作效果验证结果；

25、当所述动作效果验证结果指示表型变化方向与建议目标一致时保留更新后的边属性，当二者不一致时将对应响应边的边置信权重乘以工艺配置记录中预设的权重衰减系数并生成模型复核标记；

26、进一步的，当所述相位一致性残差超过与当前菌种和发酵阶段关联的异常阈值且所述异常置信度未达到所述自动纠偏阈值时，保留所述报警信息，并在进入人工复核前从所述工艺配置记录中读取当前温度、湿度及二氧化碳浓度相对于各自环境允许区间边界的安全余量；

27、根据所述安全余量和执行器额定幅值确定诊断动作幅值及诊断动作时长，将所述状态预测序列中的温度预测值、湿度预测值和二氧化碳浓度预测值确定为诊断动作期间的预测环境量；

28、在所述预测环境量不越过对应环境允许区间边界且距上一次动作达到所述最小动作间隔时，向与疑似异常区位具有气流可达关系的风机或风阀施加限幅诊断性通气脉冲，并根据脉冲响应决定纠偏或人工复核，在任一前述条件不满足时直接执行所述人工复核请求；

29、进一步的，以所述限幅诊断性通气脉冲的起始时刻为公共时间零点，提取各基质区位的风量、二氧化碳变化率、湿度变化率和温度变化率的到达时刻、峰值、积分响应和恢复时长；

30、根据无阻塞历史脉冲样本中上游节点与下游节点的响应先后关系及响应幅值比值的统计区间确定有效衰减区间，将满足上游节点先响应、下游节点后响应且响应幅值衰减处于所述有效衰减区间的节点对建立或更新为有向边；

31、对连续响应缺失次数达到降权次数阈值的有向边，将其边置信权重乘以设备标定记录中的脉冲降权系数，对连续响应缺失次数达到删边次数阈值的有向边予以删除，所述降权次数阈值和删边次数阈值由设备标定记录给出且删边次数阈值大于降权次数阈值；

32、进一步的，利用更新后的动态响应图执行异常复核：当疑似异常区位的环境响应达到对应响应阈值、响应先后关系符合对应有向边的响应方向且响应幅值衰减处于所述有效衰减区间，而代谢表征或表型表征的至少一个分量连续达到预设采样次数地超出当前发酵阶段历史正常样本的预设分位区间时，确定为真实发酵异常并选择分区纠偏；

33、当疑似异常区位的风量通道以及二氧化碳浓度、湿度或温度中的至少一个通道连续未达到对应响应阈值的次数达到所述降权次数阈值，且位于其下游的节点未形成对应响应事件时，确定为局部通气阻塞并输出通气路径检修信息；

34、当疑似异常区位的相邻节点满足所述有向边建立条件、该疑似异常区位的单个采集通道连续未达到对应响应阈值的次数达到所述降权次数阈值且其余采集通道形成对应响应事件时，确定为传感器异常并输出传感器维护信息；

35、依次按传感器异常、局部通气阻塞和真实发酵异常的顺序处理同时成立的判定条件，对不满足前述判定条件的疑似异常输出人工复核请求；

36、获取分区纠偏、通气路径检修或传感器维护后的菌丝覆盖率、菌丝扩展速度和纹理连续性变化，确定复核效果验证结果并验证处理后的状态变化。

37、本发明的有益效果是：

38、1、通过把执行器动作登记为公共驱动事件，并以各区位响应事件的延迟、幅值衰减和方向构建动态响应图，可利用实际发酵空间中的传播关系对多源采集数据进行时间补偿，减少固定时刻直接对比造成的响应阶段错位。

39、2、通过在共同阶段时钟上联合环境驱动表征、代谢表征、菌丝表型表征和相位一致性残差，并结合动态响应图进行图时序推断，可同时给出异常区位、异常类型、异常置信度和状态趋势，支持对通气不足、含水偏差、局部过热、菌丝扩展停滞及采集异常的区分。

40、3、通过阶段相关纠偏约束以及限幅诊断性通气脉冲，可在环境允许区间和执行器条件内复核传播路径，并依据动作后的响应事件和菌丝表型变化更新边属性，从而为分区纠偏、通气路径检修、传感器维护或人工复核提供可追溯的闭环依据。