用于蔬果全流程的智能化管理系统
技术领域
本发明涉及一种针对蔬菜和水果从采摘到消费者手中的全过程管理系统，尤其涉及一种智能化的管理系统。
背景技术
蔬菜和水果(以下简称蔬果)的安全问题一直是政府、社会和消费者关注的焦点话题。随着经济社会的飞速发展和各级政府对百姓的菜篮子、米袋子品种及质量的不断重视，需要对相关市场的经营秩序和市场安全环境的日常监管工作进行进一步的提高，尤其对食品安全问题，完善制度、加强监督、加快建设食品追溯体系是目前业内亟待提升管理水平的首要任务。
同时，随着物流和国际贸易经济的快速发展，国内外水果生产、储运和销售市场越来越大。目前，北果南运、南果北运以及外果内运已占物流运输的近半江山。
但在水果采摘、储运和销售过程中常会出现一些问题，比如：
为了确保水果运往销售地仍保持较新鲜的外观，果农在采摘时，通常选择水果成熟度在五、六成的水果，这样，既易于储运，又可从外形上不会让最终消费者感到讨厌。但其带来的不良影响是：因水果不好吃(水果口感差、肉质粗糙等不新鲜的特性)而失去费了很大劲开发的消费者市场。
而采摘八、九成熟的水果又不易保存，导致运往销售地的水果腐烂变质，给果农带来极大的损失。
因此，若能建立一个既可让运营商和消费者对蔬果运送过程起到监督管理作用，又可将高质量的蔬果送往消费者手中的蔬果全流程智能化管理系统，实为业界之福音。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于蔬果全流程的智能化管理系统，该系统可向运营商和消费者清楚展示蔬果从采摘、装箱前的预处理、打包装箱的现场管理以及通过载有专用APP软件的移动终端即可鉴别蔬果品质高低的专用服务。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的用于蔬果全流程的智能化管理系统，包括水果和蔬菜采摘收集环节，其特征在于：由所述收集环节至运营商将蔬果运往消费市场期间，设有蔬果装箱前的预处理保鲜系统、蔬果溯源查询系统和水果成熟度自动识别系统，其中，
蔬果装箱前的预处理保鲜系统，对采摘下来的蔬果进行快速冷藏和杀菌处理，再对表皮含水量高的蔬果进行除湿风干预处理，采用无公害且具有促使蔬果能在暗环境下生长的保鲜剂对该蔬果进行保鲜保护处理；
蔬果溯源查询系统，运营商或消费者通过手持的智能扫描设备对粘贴于蔬果外包装上的二维码进行扫描，即可获悉该蔬果从采摘、预处理和打包装箱过程中涉及的一些短视频信息、图片信息和以文字形式介绍的蔬果基本信息；
水果成熟度自动识别系统，依据大量具有丰富经验的果农对水果成熟度的判断，将水果处于不同成熟度阶段的表皮颜色、形状特征生成图片数据信息和对应的文字记录信息，再将大量的不同水果的所述图片数据信息和文字记录信息导入计算机中，采用深度学习技术建立自动识别水果成熟度的数据模型。
所述蔬果装箱前的预处理保鲜系统中的快速冷藏采用即装即用充气式的冷库，该冷库的气囊由轻型隔热阻燃材料所制，该冷库的长为300cm-400cm，宽为 200cm-250cm，高为180cm-230cm，充气膨胀后，冷库气囊墙的厚度在8cm-15cm。
在所述冷库内设有可对水果进行杀菌的高压静电发生器。
所述蔬果基本信息包括蔬果采摘时间、名称、批次编码、出产地、保质期、规格、经销商、承运单位、食用方法和该蔬果的唯一识别码和蔬果采摘环境的环保数据信息；所述短视频信息、图片信息涉及蔬果采摘加工流程和场景的画面。
所述短视频信息的时长为10-30秒，所述图片信息的图片为5-10幅。
所述保鲜剂由多糖、壳聚糖、改性淀粉、添加剂和杂质构成的粉剂，该保鲜剂可在暗环境下促使水果缓慢生长，其中，各成分重量百分比为：
所述图片数据信息为熟度图像数据和特征图像数据，所述熟度图像数据包括不同类别蔬果处于不同成熟阶段对应的大小、果实外形、水果表面不同颜色比例值和水果表面色泽度；所述特征图像数据包括蔬果表面的花纹、粗糙度和生长在水果表面上特有结构的状态。
所述除湿风干预处理由蔬果装箱前的预处理装置完成，该装置包括蔬果上料台、蔬果送料带、预风干段、保鲜剂喷雾段和二次风干段，其中，
预风干段，对采摘下来的表皮含水率在85％以上的蔬果进行风干处理；
保鲜剂喷雾段，对表皮含水率降至50％-60％的所述蔬果，采用环保型的保鲜剂进行喷雾保鲜处理；
二次风干段，对喷有保鲜剂的所述蔬果进行二次风干，使其外壳的含水率再次降至60-85％之间。
所述预风干段和二次风干段采用室温下自然循环风进行风干，送风口为设置在蔬果传送路径中分别位于蔬果的上方和下方的上方出风口和下方出风口，上方出风口距离水果的垂直距离在5-8cm，下方出风口距离水果的垂直距离在 3-5cm，上方出风口和下方出风口的出风方向分别指向移动中的蔬果并且与所述运送带之间的夹角为10-18度。
所述上方出风口与下方出风口相对设置。
本发明的蔬果全流程的智能化管理系统中的蔬果装箱前的预处理保鲜系统，对刚采摘的蔬果进行冷藏并杀菌，之后对成熟度在八成以上的蔬果进行专门的保鲜保护，其可使蔬果在运输途中既保持新鲜，又能处于缓慢生长过程，由此确保了蔬果的品质。该管理系统中的蔬果溯源查询系统建立一个完整的产业链的蔬果安全控制体系，为运营商和消费者提供一个完全透明的蔬果溯源监督平台，让消费者买的放心、食的放心。该管理系统中的水果成熟度自动识别系统，可使用户通过手持载有专用APP软件的智能终端对水果进行拍照即可获知水果的成熟度，以使消费者购买到高品质的水果。
附图说明
图1为本发明的用于蔬果全流程的智能化管理系统的方框图。
图2为预处理保鲜系统采用的充气式冷库的外形示意图。
图3为图2中充气式冷库的纵向剖视图。
附图标记如下：
冷库1、左侧墙11、右侧墙12、正面墙13、背面墙14、顶面墙15、库门 16、充气口17、进风口18、出风口19、宽幅密封胶布2、基架3、定位槽31、冷风机4、进风管41、回风管42。
具体实施方式
如图1所示，本发明的用于蔬果全流程的智能化管理系统由蔬果装箱前的预处理保鲜系统、蔬果溯源查询系统和水果成熟度自动识别系统组成。
其覆盖于蔬果采摘收集环节至运营商将蔬果运往消费市场整个全流通过程中，该智能化管理系统也可适用包括针对粮油进行深加工的管理过程。
一、蔬果装箱前的预处理保鲜系统
(一)用于果园内的快速组装式冷库
如图2、3所示，该冷库1是一种应用于蔬果园或田，或者蔬果场内的便于快速组装的降温保鲜装备。其可有效、快速将刚从果树上采摘的水果或者菜田内采摘的蔬菜迅速降温并杀菌，确保这些蔬果在较长的运输途中保持新鲜不会腐烂。
冷库1由五面气囊墙和一扇气囊门以快速拆装方式拼接组成，该五面墙分别为左侧墙11、右侧墙12、正面墙13、背面墙14和顶面墙15，底面为敞口，在每面墙上设有充气口17，使用时，采用气泵可快速将每面墙充气膨胀。本发明采用的气泵为脚踩式气泵。
相邻两面墙之间以邻接边触接的方式，通过宽幅密封胶布2将该两面墙连接在一起，在未充气的状态下，五面墙连接为一体且为体积较小的层叠结构状态。
在左侧墙11或右侧墙12上开有门孔，同样，采用宽幅密封胶布2将气囊门安装在该门孔上作为作业者进出该冷库1的库门16。
宽幅密封胶布2的宽度在40cm-60cm，其可为粘结方式，也可为采用热压方式将两面气囊墙连接在一起(同样，库门16也是采用同样的方法与对应的侧面墙连接在一起)。
冷库1的长为300cm-400cm，宽为200cm-250cm，高为180cm-230cm，优选长宽高分别为340cm、220cm和200cm。
气囊墙和气囊门充气膨胀后的厚度在8cm-15cm，气囊墙膨胀到位后，其内的气压在0.02Mpa-0.04Mpa，气囊门的气压不大于0.02Mpa。
冷库1在未充气状态时的总重量为130kg,冷库1内的温度可调至-5℃至 50℃,使用时最好为5℃以下，相对湿度在60％-80％。
使用时，对各气囊墙和气囊门充气，待膨胀到位后，将其安装在一个由角钢或刚性材料制作的基架3上，该基架3为框架式结构，在其四边设有凹陷的定位槽31，将膨胀后的冷库1的底部嵌置在所述定位槽31中，即可将其稳定安装地面上。
在背面气囊墙上设有循环冷气的进风口18和出风口19，所述进风口18和出风口19分别通过进风管41和回风管42与设置在该冷库1之外的冷风机4连接。
为了便于移动，可以在基架3的底部边角设置带刹车的万向轮。
在冷库1内部的四角设有可对水果进行杀菌的高压静电发生器和臭氧气体发生器。
在所述冷库1内还设有可对库内温度、湿度进行自动监测的温度传感器和湿度传感器以及定时将所测温度和湿度显示在库外控制平台上的信息传送装置。
为了使冷库1一次容纳的蔬果尽量多，同时，又能确保其内的温度和湿度达标，冷库1内的容积最好在12m3。
由于采用隔热材料的气囊墙，在无循环风的情况下，冷库1内的恒温状态可持续5-8个小时。
充气时，先对顶面气囊墙充气，然后分别对侧面气囊墙和正背面气囊墙充气。
气囊墙和气囊门为添加有阻燃性聚氨酯的轻型隔热阻燃材料制成的橡胶布。
所述橡胶布的厚度在3mm-5mm。
(二)蔬果装箱前的预处理
装箱前的预处理采用的装置适于安装在采摘蔬果(蔬果是指蔬菜和水果) 的现场，如蔬果园、蔬果林或田、大型蔬果存放库，以下以水果为例对本节进行详细说明。
对装箱运往销售地之前且从果树上刚采摘的、含水率在90％以上的新鲜水果进行保鲜处理，其处理效率高、保鲜处理效果好，经其处理的水果抗霉变、抗腐烂能力强，经得起较长运输时间的考验。
其对疏水性水果(疏水性水果是指水分含量较高，沾水容易腐烂的一类水果，如龙眼、荔枝、龙贡果、水密桃、草莓、猕猴桃等)的保鲜保护有非常好的效果。
该预处理装置由将水果送入其上的上料台、介于上料台与水果个头筛选段之间的水果送料带、对水果进行首次风干处理的预风干段、对水果表皮进行喷洒环保型保鲜剂的保鲜剂喷雾段、对水果进行再次风干的二次风干段、贯通筛选段至二次风干段的水果运送带和驱动水果送料带、水果运送带的驱动装置。
1、上料台
用于将水果放置在该预处理装置的一个平台，上料可采用人工操作，也可采用自动化的皮带传送装置。
2、水果送料带
用于将堆放在上料台上的水果运往水果个头筛选段，其可为常规技术中使用的皮带传送带。
3、水果运送带
水果运送带为贯通水果个头筛选段、预风干段、保鲜剂喷雾段和二次风干段循环运转的输送带，在该水果运送带上设有若干个漏果孔，当水果进入该水果运送带上时，大于漏果孔孔径的水果随该水果运送带继续移动，小于该漏果孔孔径的水果则从该水果运送带上掉落下来，由专门设置的接果装置运往其它地方再处理。
4、水果个头筛选段
可以这样理解，水果运送带在运送水果的整个过程中充当了筛选水果大小的角色，因此，该水果个头筛选段可以是水果运送带的首段(如刚进入该运送带的水果即被很快分拣)，也可以是水果运送带的整个移动过程中(如水果在移动的过程中陆续被分拣，比如开始叠摞在一起的水果，在刚进入水果运送带时，是不太容易马上被分拣出来)。
5、预风干段
其对刚从果树上采摘下来且外壳含水率在85％以上的水果进行风干处理，经过该预风干段的风干，使水果外壳的含水率降到50％-60％。
该预风干段的长度，依据具体批次和种类的水果及该水果的含水率而定。
预风干段的送风可采用集中送风结构，即将该预风干段置于四周闭合的空间内(两端为敞口，为水果运送带的移动通道)，也可采用投资成本较低的送风装置，如采用多台电风扇构成，本发明采用多台电风扇组成送风装置。
送风的作业空间的环境温度处于15℃-25℃以下、相对湿度在85％以下进行。
本发明的预风干段的送风采用在水果的上下方进行，即在所述运送带的上方和下方分别设置送风装置，将上方送风装置吹向水果顶面的风称为上方出风口，将下方送风装置吹向水果底面的风称为下方出风口；上方出风口距离水果的垂直距离在5-8cm，优选为5cm，下方出风口距离水果的垂直距离在3-5cm，优选为3cm；上方出风口和下方出风口的出风方向与所述水果运送带成倾斜状态，其间夹角为10-18度，优选为15度。
为了使上、下送风形成回旋气流，以利于覆盖水果的整个表面，本发明采用上方出风口与下方出风口相对设置。即上方出风口由水果运送带的一侧向对侧吹，而下方出风口则由水果运送带的对侧向该一侧吹。
6、保鲜剂喷雾段
在该段两侧设有喷洒保鲜剂的喷淋装置，保鲜剂采用环保型的水剂。
其作用是对外壳的含水率降至50％-60％的水果，采用环保型的保鲜剂进行喷雾保鲜处理，由于水果的外壳含水率降低，较干燥的水果外壳对淋洒在其表面的保鲜剂能够很快吸收并浸润附着至水果的整个表面，使水果表面的抗氧化能力和抵御外部细菌侵扰的能力大大提高。
7、二次风干段
对喷有保鲜剂的所述水果进行二次风干，使其外壳的含水率再次降至 60-85％之间，以利于存放和运输。
由于保鲜剂中含有较多的水分，因此，当浸润有保鲜剂的水果外壳中的含水率骤增，水分高了，对保存和运输均不利，因此，采用二次风干操作，将含有保鲜剂的水果外壳中的水分排除一部分，使保鲜剂中的有效保鲜成分留存在水果外壳中。
(三)环保型水果蔬菜保鲜剂
本发明的环保型水果保鲜剂由无毒、无害和无污染的原料配制而成，其由多糖、壳聚糖、改性淀粉、添加剂和杂质经搅拌制成水剂状的保鲜剂。
该保鲜剂可在暗环境下促使水果缓慢生长，所述暗环境是水果所处环境中无自然光照射的封闭空间，也就是说，将喷有本发明的保鲜剂的水果，在存放库或装入果箱后的运输过程中，在没有自然光光线的照射下，该水果仍能进行自生长进程。其优点是，当将该水果运往销售地并出售给消费者享用时，水果的甜度和味道是自然生长而成，相当达到全成熟的程度，而不是因放置时间长而转化获得的甜度。采用本发明的保鲜剂储运的水果口感好，营养也丰富。
1、材料组分
所述保鲜剂中的各材料组分，按重量百分比分别如下：
优选配方如下：
杂质是指少量不溶于水的贝壳粉提取物，贝壳粉的作用是弱碱杀菌。
2、各材料在其中所起的作用
所述多糖为淀粉、糊精、果胶和纤维素中的一种或多种组合。多糖为水果提供自然生长的营养成分。
所述纤维素可采用高纤维果实、蔬菜和部分树种经粉碎过滤与淀粉混合构成。
所述壳聚糖又称脱乙酰甲壳素(又称为乙醚甲壳素，甲大安)。用壳聚糖进行涂膜保鲜，其膜层具有通透性、阻水性，可以对各种气体分子增加穿透阻力，形成了一种微气调环境，使水果组织内的二氧化碳含量增加，氧气含量降低，抑制了水果的呼吸代谢和水分散失，减缓水果组织和结构衰老，从而有效地延长采摘后水果的寿命。其还可使水果根部和表皮的伤口快速愈合，壳聚糖具有灭菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物、不易脱水收缩等作用。
所述改性淀粉，可降解，不会对环境造成污染，其作用也是为水果提供自生长的营养成分。
所述添加剂为包含有氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、锌、铜、钼、硼、和氯中多种元素组合构成。其可给暗环境下的水果的自生长提供矿物质多维营养素。
环保型水果保鲜剂配制和使用方法，步骤如下：
1)按重量百分比，将20％－30％的多糖、20％－30％的壳聚糖、40％－50％的改性淀粉、2％－4％的添加剂混合后，以每小时旋转200转的速度搅拌30-60分钟，经过滤制得该环保型水果保鲜剂；
2)将熟度在8.5-9成的水果采摘下来，在15-20分钟内，采用浸有所述环保型水果保鲜剂的海棉，以密闭方式捆绑在该水果的根部(以榴莲、火龙果、龙眼和荔枝为主)，保鲜剂的用量视不同水果和其外壳的含水率而定；
3)之后，再将该水果整体浸入其它保鲜剂中浸泡30-50秒后取出。
以下为本发明的保鲜剂的实施例一览表。
二、蔬菜水果溯源查询系统
本发明的蔬果溯源查询系统，包括蔬果信息采集模块、环保参数监测模块、溯源二维码的生成模块、视频或图片信息生成模块、管理平台和专用APP应用模块。
所述蔬果是指包括采摘的新鲜蔬菜水果、蔬菜水果深加工制品和粮油深加工食物制品。
本发明的蔬果溯源查询系统可以为消费者提供准确而详细的有关产品的信息，保障消费者的知情权和维护自身利益。消费者可以根据蔬果包装上的追溯标签，查询蔬果源头信息包括产地信息、加工过程、终端用户的各个环节的一种全新的蔬果监管模式,是到目前为止最可靠、最有效的蔬果安全监管体系。
1、蔬果信息采集模块
采集的信息涉及该蔬果的包含加工或采摘时间、产品名称、产品批次编码、出产地、保质期、规格、经销商、承运单位、食用方法和该蔬果在系统内的唯一识别码在内的档案信息，所述唯一识别码为20位不重复的随机数。
所涉信息如：采摘水果蔬菜时的场景、打包装箱场景、粮油深加工流水线场景、打包装箱场景以及涉及这些蔬果的文字基本说明(即上述的档案信息)。
2、环保参数监测模块
对蔬果采摘或加工场景的温度、湿度、大气PM2.5进行检测并生成对应蔬果的环保数据信息，这些信息包括当地气象部门发布的相关气象信息和生产或加工基地定时测量获得的数据信息，如现场环境的温度、湿度等。
3、溯源二维码的生成模块
由后台管理人员手式将所述档案信息和环保数据信息录入设置在计算机内的管理平台系统，再按照常规技术生成包含所述档案信息和环保数据信息的二维码。
即由后台管理人员将上述档案信息和环保数据信息添加到管理平台系统的相关蔬果的信息页面内，然后再填写要生成的溯源码数量，点击生成，系统会根据录入的产品信息溯源页面要展示的产品信息，生成对应的二维码，这个二维码里面的信息只包含对应商品的溯源信息页面的URL地址(包含此产品的编码、唯一识别号)，这里的二维码采用的是QR码，将生成的二维码导出后打印并粘贴在对应蔬果的包装上。
4、视频或图片信息生成模块
由产线(包括水果蔬菜采摘整理现场、粮油深加工生产现场)上安装的摄像或拍照装置针对已贴有所述二维码的过线蔬果进行短视频录制或多角度拍照，再将已录制的短视频信息或所拍的图片信息连同该蔬果的二维码一并上传到管理平台系统并记载在相关蔬果的信息页面内。
所述短视频信息是在所述摄像装置或拍照装置扫描到过线蔬果上的二维码后启动的。所述短视频信息或图片信息包括所录或所拍蔬果的加工或打包过程的工作场景和相关作业人员的工号、着装及其工作画面。
所述短视频信息的时间长短在10-30秒，所述图片信息在5-10幅。
5、管理平台，通过计算机终端设置在互联网平台的云端。
以下将上述档案信息、环保数据信息、短视频信息和图片信息称为蔬果溯源基本信息。
运营商和消费者可以通过扫描蔬果外包装上的二维码或者登录本管理平台的相关蔬果信息页面查看所述蔬果溯源基本信息。其可让运营商和消费者真正的掌握自己所购买的蔬果的原产地、加工、物流等环节的全程详细信息，如果出现什么蔬果安全问题，就可以直接追踪及界定责任人，使得消费者购买的产品有质量保障。
6、专用APP应用模块
为设置于蔬果运营商和消费者移动终端中的应用软件。
三、水果成熟度AI识别系统
本发明的水果成熟度AI识别系统由包含智能手持设备、智能手机、二维、三维摄像设备在内的图像传感器、后台云服务器中的数据处理设备和存于所述图像采集设备中的Android App程序组成，其中，数据处理设备包括含有处理器的主控电路和电源模块。
1、建立以图像为主的识别水果成熟度的数据模型
所述图像传感器，对认定的许多目标类水果处于不同成熟度时的一些特点进行图像采集，这些特点包含两类。
一类是表示其成熟度的熟度图像数据，即将该水果处于不同成熟阶段时表现出的涉及水果的大小、果实外形、水果表面不同颜色比例值和水果表面色泽度进行图像采集，例如：芒果成熟时，果皮的颜色会转暗或由青绿色转变为淡绿色，果实饱满，果肩浑圆；苹果大多数品种在从幼果到成熟的发育过程中，果皮的颜色都发生着规律性的变化，底色由深绿变浅绿或变黄色，果皮底色由绿变黄是果实成熟的表现。
另一类是表示该类水果在七、八成熟时生长出的一些外形特征进行图像采集，如水果在此阶段表现出的生长在其表面的特殊花纹、粗糙度和特有的结构形状及状态，例如榴莲外皮上的尖锐凸块，在进入八成熟时，该尖锐凸块会产生细小的裂缝。
所述的主控电路，用于支持该AI识别系统正常运行所需的包括整流、滤波、 AC/DC转换、DC/DC转换和相关放大电路在内的常规电路模块。
电源模块，为图像传感器和主控电路提供工作电压。
处理器，将大量的由图像传感器传送的涉及不同类别水果(不同类别的水果是指不同的水果，如苹果、梨、菠萝、榴莲、荔枝、龙眼等)的所述熟度图像数据、特征图像数据和对应的文字判断数据存储其中，该文字判断数据是由经验丰富的果农对所述熟度图像数据和特征图像数据给出的成熟度等级的文字结论。
该处理器用大量的不同类别水果的所述熟度图像数据、特征图像数据和文字判断数据作为训练数据采用深度学习技术建立识别不同类别水果成熟度的数据模型。
当数据模型建立后，将新采集的所述熟度图像数据和特征图像数据输入该数据模型后，经比对，该数据模型则会针对这些新输入的数据对应的水果成熟度给出可信度很高的成熟度识别结论。同时，数据模型采用自学习方式又将这些新输入的数据纳入其训练数据库中用以不断完善该数据模型。
本发明的水果成熟度AI识别系统还包括4G无线通信网络，大量的所述训练数据可通过4G无线通信网络传送给设置于远端的后台云服务器中的所述处理器。
由此，可使采摘者、批发商和消费者使用安装有本申请人开发的所述 AndroidApp程序的智能手机或智能手持设备，对目标水果进行拍照即可通过 4G无线通信网络与所述数据模型互联，并很快从该智能手机或智能手持设备的显示屏上获知该数据模型反馈的该目标水果的成熟度信息。
2、建立以评分制为主的识别水果成熟度的数据模型
对采集到的大量的所述不同类别水果的所述熟度图像数据和特征图像数据进行不同分值设置并存储于所述处理器中。
将新采集的某种水果的所述熟度图像数据和特征图像数据输入该数据模型后，经比对给出相应的分值并加权平均后，得到该水果的总分值，按照预先设定的成熟度分值显示输出该水果的成熟度信息。
比如：
识别榴莲图片颜色，黄色评50分。
识别图片中榴莲尖锐凸块，如果有细裂缝的最好，这是榴莲熟了的标志，评50分。
如果评分超过50分，则榴莲成熟，后把数据返回给APP展示，并且进行数据存储，从而为工作人员提供水果的成熟度展示。
