數字智慧糧庫系統的設計與研究概述

內容提要：糧食儲藏是國家為防備戰(zhàn)爭、荒災以及其他突發(fā)性事件而采取的有效措施。糧食是人類生存的必需品，儲存大量的糧食對穩(wěn)定國民經濟的發(fā)展起到至關重要的作用。利用RFID、計算機網絡、傳感器網絡、車載網絡、自動檢側等現代技術，設計出現代化的智慧糧庫系統，從而實現中儲糧總公司、分公司和直屬庫對原糧安全儲藏和運輸的層層監(jiān)管與控制的目的。

一，前言

    俗話說:民以食為天.糧食是國家的戰(zhàn)略物資和應急物質，安全地儲存糧食是保證祖國安全和穩(wěn)定的重要基礎.糧食的宏觀調控是維護國家糧食安全的主要手段，而糧庫是糧食宏觀調控的基礎，因此，糧庫的智能化控制和管理是實現安全儲糧的關鍵.一個健全的智慧糧食系統可以為國家節(jié)約糧食，同時可全的情況下，減少人力和物力的投人.

智慧糧庫系統的設計按照總體設計、分步實施的原則進行.

二．系統架構設計

智慧糧庫系統總體上分為3個層面、兩個系統，即:在直屬庫、分公司、總公司3個層面，建設智能糧庫系統(原糧)、糧食遠程監(jiān)管平臺兩個系統.在直屬庫層面，建設智能糧庫系統，包括智能出人庫系統、智能儲藏保管系統、智能安防系統、糧庫業(yè)務管理系統;分公司和總公司層面主要建設糧食遠程實時監(jiān)管系統，其中總公司監(jiān)管分公司及其所屬直屬庫，分公司監(jiān)管各直屬庫及其代儲庫點.智慧糧倉系統架構如圖1所示.其內容由4部分組成:

智慧糧倉系統框架 圖1

1）是業(yè)務管理信息系統，包含經營管理、倉儲管理、質量檢驗、查詢統計、質量追溯、遠程監(jiān)管等6個單元;

2）是以各種傳感器為基礎的數字化“4合1”倉儲技術集成，包含數字糧情檢測報告系統、數字機械通風自控系統、數字熏蒸濃度預警系統、數控低溫儲糧系統等4個單元;

3）是以射頻識別(RFID)技術和智能視頻分析技術為基礎的庫區(qū)自動化作業(yè)及調度管理，包含報港/退港、自動扦樣、地磅自動稱重、出人倉作業(yè)、安全生產監(jiān)管作業(yè)區(qū)域警示及其他作業(yè)控制等6個單元;

4）是遠程視頻監(jiān)管，包含儲備糧實物監(jiān)管、庫區(qū)安防、視頻會議等3個單元.

三．系統功能設計

    該系統從功能上包括遠程監(jiān)控系統、出人庫管理系統、智能通風系統、智能氣調系統、自動蟲害檢測系統、烘干水分在線控制系統、糧庫智能安防系統、糧庫業(yè)務管理系統和智能決策系統以及管理員管理系統等.

3.1糧食實時遠程監(jiān)管系統

    通過各個硬件廠家作統一接日，采集直屬庫糧情數據，統一采集接日，統一糧情數據轉換格式，統一上傳糧情數據，并建設糧情測控遠程監(jiān)管數據中心，以實現分公司對直屬庫糧情數據的分級管理、遠程集中監(jiān)管的目的.各級管理部門都能查詢所屬庫點的糧情狀況，分公司能及時獲得各級承儲庫的糧情信息.同時建立分公司糧情歷史數據庫，為科學儲糧提供數據支持及決策依據.

3.2智能出入庫系統

    針對目前糧食出人庫作業(yè)效率低，缺乏監(jiān)管的現狀，使用RFID技術和計算機網絡技術，自動讀取作業(yè)信息，自動進人糧庫業(yè)務管理系統，使得糧食出人庫作業(yè)流程和環(huán)節(jié)清晰可見，使得糧食實物流和糧庫業(yè)務管理系統中的信息流保持高度一致，三賬合一，為精細化管理提供良好的基礎.

    智能出人庫系統中，綜合使用RFID、傳感器、智能圖像識別等技術，建立快速登記系統、自動扦樣系統、快速化驗系統、自動稱重系統、出人倉確認系統，自動采集糧庫作業(yè)數據，保證糧庫出人庫數量信息的準確性.在這些數據的基礎上，通過管理信息系統實現糧庫實物流、資金流和信息流的統一

3.3智能糧食倉儲業(yè)務系統

    智能糧食倉儲業(yè)務系統通過傳感器網絡等物聯網技術，遠程實時檢測糧食溫度、濕度、霉變、氮氣、壓力等情況，構建不同的智能控制系統，實現低溫生態(tài)儲糧、降低儲糧能耗和安全生產事故.比如:感知糧食的溫度、濕度及霉變情況等，并通過相應的自動氣調系統，實現智能調節(jié)，減少蟲害污染.通過感知到糧倉內糧食數量的變化，實現空倉實時監(jiān)測.

3.3.1智能通風系統

    根據倉內外溫濕度傳感器檢測的結果，遠程自動控制軸流風機、自動倉窗、離心風機、谷物冷卻機、水源熱泵通風設備等進行排積熱通風、降溫通風、降水通風，有效降低通風能耗及成本，提高通風效率和準確度.

    該系統是一種信號檢測、傳輸與執(zhí)行機構的控制系統.傳輸系統是采用數字編碼技術和雙向通訊傳輸技術，整個系統能雙向通訊，即上位機與智能通風控制系統互相通訊.根據糧庫特點在電腦機房安裝計算機和無線模塊，各個倉庫設有控制輔柜，控制輔柜進行檢測糧倉內外溫濕度、風速和雨量，采集后傳輸給上位機，上位機對傳輸來的數據進行分析判斷，發(fā)送指令給控制輔柜，控制輔柜控制相應的執(zhí)行機構，從而實現智能通風.在該系統中，一臺主機可以控制多臺控制輔柜.

3.3.2智能氣調系統

    自動氣調管理通過對糧情變化情況的智能化分析，結合糧食儲備過程中的質量檢測情況，通過氮氣儲糧等方式控制糧情變化，改善糧食儲備的生態(tài)環(huán)境，減少蟲害的產生和減緩糧食質量的變化，以更穩(wěn)定的方式進行糧食儲藏.通過智能化的決策分析，產生科學合理的智能化氣調方案，使糧食存儲環(huán)境更加優(yōu)良和穩(wěn)定，提升糧食存儲質量，保證糧食品質.智能化氣調管理應用的研究為糧食儲藏提供了更好、更科學的存儲管理辦法，通過與信息技術的融合，以智能化的方式改善糧食存儲的生態(tài)環(huán)境.

    該系統具有對氣調倉進行氮氣濃度自動檢測并保存、倉房氣密性檢測、設備發(fā)生故障時自動提示警報(系統可進行電腦屏幕提示警報、通過、手機短信向值班人員警報)，并顯示發(fā)生故障的設備位置，便于查找檢修，還可以通過、手機短信向值班人員報告充氮工作進程或使用手機對系統進行遠程遙控等功能.

3.3.3自動蟲害檢側系統

    基于蟲害傳感器以及智能圖像視頻分析技術，自動實時監(jiān)控倉儲糧食蟲情數量、種類等情況.具體實現方法是當害蟲進人誘捕器后，控制選通器分別選通不同區(qū)域的誘捕器，利用負壓原理，從誘捕器中將害蟲無損害地取出，通過智能圖像視頻分析害蟲的種類，通過光電式傳感器采集害蟲的數量，從而對整個糧倉的害蟲分布以及害蟲未來的發(fā)展趨勢進行準確的預測并提出準確的防治措施或建議，減少因蟲害造成糧食損失，確保儲糧安全.

3.3.4烘干在線水分控制系統

    系統通過傳感器檢測到熱風溫度、進出糧的水分和溫度、烘干塔排糧速度，根據不同糧食品種的烘干控制模型，對變頻器發(fā)出信號，控制排糧輪的轉速從而控制排糧速度，控制出糧的水分含量，降低烘干能耗.

    由于大量的糧食要流過水分檢測傳感器，水分感應器應該采用不銹鋼材質，與常規(guī)臺式檢測儀相比，使用壽命長，調試更簡便.

3.4糧庫智能安防系統

    糧庫安防系統主要包括視頻監(jiān)控、防盜警報、門禁管理、數字巡更、短信警報等子系統，利用RFID ,智能視頻分析等技術，在作業(yè)人員進人倉內時，通過巡檢系統或視頻偵測分析系統，自動在屏幕上分析出作業(yè)人員的實際位置，并在地圖上可以展示倉內人員的當前位置，如果配備上相應的移動設備，通過右鍵菜單即可查詢作業(yè)人員信息，當前正在執(zhí)行任務的工作情況，查看現場人員的反饋信息，并可與現場人員進行消息互動，下達新的工作任務等，對糧庫違反操作規(guī)程、危險源、火災、非法人侵等現象將自動提示或警報，將安全事故控制在萌芽狀態(tài).

3.5糧庫業(yè)務管理系統

糧庫業(yè)務管理系統為糧庫的經營管理、質量管理、糧食出人庫、倉儲保管等提供信息化支持，實現糧食購銷計劃、合同執(zhí)行、品質檢驗、倉儲保管、作業(yè)調度、藥品監(jiān)管等功能的計算機管理.

糧庫三維可視化管理系統:對糧庫的辦公樓、平房倉、地磅房等進行三維建模，構建與糧庫實際場景*相同的三維可視化虛擬糧庫.用戶可以通過在虛擬場景里漫游、拖動等方式查看各平房倉的實際倉儲情況、出人庫記錄、糧情、通風記錄、熏蒸記錄等，可以點擊辦公室查看各科室正在辦理的業(yè)務數據、統計報表等;用戶還可以點擊虛擬場景中的攝像頭，實時查看攝像頭的監(jiān)控畫面.

3.6智能決策系統

    該系統主要有糧情預警、智能通風、糧庫應急預案管理、糧庫布點規(guī)劃和應急糧源調度等決策功能.

    糧情預警:該系統分為害蟲預警、空倉預警、高溫預警等3個模塊;在三維模式實時展現糧堆的溫度場、濕度場等儲糧的生態(tài)環(huán)境指標，動態(tài)展示糧堆生態(tài)系統的發(fā)展和變化情況的基礎上，研究糧堆環(huán)境和糧食品質可視化仿真技術，構建糧堆生態(tài)仿真系統模型，以預測儲糧質量變化趨勢;根據仿真運行結果，結合專家診斷系統，對糧堆實施干預預警措施，保證儲糧質量安全.

    智能通風:該系統可自動根據歷史資料建立糧溫預測模型，并自動根據新資料對原有模型進行修正等功能.智能通風系統為用戶提供一個通風設備的遠程控制操作平臺，能夠根據糧食品種、氣象條件、糧情信息和通風目的進行通風方式的輔助決策.智能通風自動檢測通風過程中的糧情狀態(tài)，提供降溫通風、降水通風、調質通風和排熱換氣通風等多種通風模式的輔助決策，根據用戶預設好的通風糧情條件，自動判斷是否執(zhí)行和終止通風.從而實現通風設備和設施的智能控制，提高通風效率和精度，降低通風管理成本.

    糧庫應急預案管理:將預先制定的災害(自然災害、火情等)應急預案錄人系統，當災害發(fā)生時，根據災害類別、級別等信息，調出相應的應急預案，以圖文并茂的形式進行展現，便于應急處置.

    糧庫布點規(guī)劃:通過分析某地區(qū)的產量，現有庫容，糧庫位置、交通等參數，給出糧庫布點規(guī)劃方案建議.

    應急糧源調度:在發(fā)生自然災害或其他災害時，給出災害位置，顯示出災害地周邊糧源情況，主要包括庫存、品種、交通等情況，給出糧源調度建議方案.

糧庫溫濕度控制圖

四．結束語

    數字智慧糧庫的構建將會使糧庫的信息管理互享、糧情的檢測等變得方便快捷，為安全儲糧提供強有力的科技支撐，同時也為國家糧食管理部門提供一個糧食政策的決策支持平臺.但是，現在智慧糧庫系統的構建還面臨著許多的難題，如各種實際模型的建立、數據處理的可靠性等，因此智慧糧食系統安全穩(wěn)定的運行還需要一個長期過程.

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