數(shù)字智慧糧庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究概述

內(nèi)容提要：糧食儲(chǔ)藏是國家為防備戰(zhàn)爭、荒災(zāi)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(chǔ)存大量的糧食對(duì)穩(wěn)定國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。利用RFID、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、車載網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)檢側(cè)等現(xiàn)代技術(shù)，設(shè)計(jì)出現(xiàn)代化的智慧糧庫系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)中儲(chǔ)糧總公司、分公司和直屬庫對(duì)原糧安全儲(chǔ)藏和運(yùn)輸?shù)膶訉颖O(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(yīng)急物質(zhì)，安全地儲(chǔ)存糧食是保證祖國安全和穩(wěn)定的重要基礎(chǔ).糧食的宏觀調(diào)控是維護(hù)國家糧食安全的主要手段，而糧庫是糧食宏觀調(diào)控的基礎(chǔ)，因此，糧庫的智能化控制和管理是實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)糧的關(guān)鍵.一個(gè)健全的智慧糧食系統(tǒng)可以為國家節(jié)約糧食，同時(shí)可全的情況下，減少人力和物力的投人.

智慧糧庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按照總體設(shè)計(jì)、分步實(shí)施的原則進(jìn)行.

二．系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧糧庫系統(tǒng)總體上分為3個(gè)層面、兩個(gè)系統(tǒng)，即:在直屬庫、分公司、總公司3個(gè)層面，建設(shè)智能糧庫系統(tǒng)(原糧)、糧食遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)兩個(gè)系統(tǒng).在直屬庫層面，建設(shè)智能糧庫系統(tǒng)，包括智能出人庫系統(tǒng)、智能儲(chǔ)藏保管系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)、糧庫業(yè)務(wù)管理系統(tǒng);分公司和總公司層面主要建設(shè)糧食遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)，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(chǔ)庫點(diǎn).智慧糧倉系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示.其內(nèi)容由4部分組成:

智慧糧倉系統(tǒng)框架 圖1

1）是業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)，包含經(jīng)營管理、倉儲(chǔ)管理、質(zhì)量檢驗(yàn)、查詢統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量追溯、遠(yuǎn)程監(jiān)管等6個(gè)單元;

2）是以各種傳感器為基礎(chǔ)的數(shù)字化“4合1”倉儲(chǔ)技術(shù)集成，包含數(shù)字糧情檢測報(bào)告系統(tǒng)、數(shù)字機(jī)械通風(fēng)自控系統(tǒng)、數(shù)字熏蒸濃度預(yù)警系統(tǒng)、數(shù)控低溫儲(chǔ)糧系統(tǒng)等4個(gè)單元;

3）是以射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)和智能視頻分析技術(shù)為基礎(chǔ)的庫區(qū)自動(dòng)化作業(yè)及調(diào)度管理，包含報(bào)港/退港、自動(dòng)扦樣、地磅自動(dòng)稱重、出人倉作業(yè)、安全生產(chǎn)監(jiān)管作業(yè)區(qū)域警示及其他作業(yè)控制等6個(gè)單元;

4）是遠(yuǎn)程視頻監(jiān)管，包含儲(chǔ)備糧實(shí)物監(jiān)管、庫區(qū)安防、視頻會(huì)議等3個(gè)單元.

三．系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

    該系統(tǒng)從功能上包括遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、出人庫管理系統(tǒng)、智能通風(fēng)系統(tǒng)、智能氣調(diào)系統(tǒng)、自動(dòng)蟲害檢測系統(tǒng)、烘干水分在線控制系統(tǒng)、糧庫智能安防系統(tǒng)、糧庫業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和智能決策系統(tǒng)以及管理員管理系統(tǒng)等.

3.1糧食實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)

    通過各個(gè)硬件廠家作統(tǒng)一接日，采集直屬庫糧情數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采集接日，統(tǒng)一糧情數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式，統(tǒng)一上傳糧情數(shù)據(jù)，并建設(shè)糧情測控遠(yuǎn)程監(jiān)管數(shù)據(jù)中心，以實(shí)現(xiàn)分公司對(duì)直屬庫糧情數(shù)據(jù)的分級(jí)管理、遠(yuǎn)程集中監(jiān)管的目的.各級(jí)管理部門都能查詢所屬庫點(diǎn)的糧情狀況，分公司能及時(shí)獲得各級(jí)承儲(chǔ)庫的糧情信息.同時(shí)建立分公司糧情歷史數(shù)據(jù)庫，為科學(xué)儲(chǔ)糧提供數(shù)據(jù)支持及決策依據(jù).

3.2智能出入庫系統(tǒng)

    針對(duì)目前糧食出人庫作業(yè)效率低，缺乏監(jiān)管的現(xiàn)狀，使用RFID技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，自動(dòng)讀取作業(yè)信息，自動(dòng)進(jìn)人糧庫業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，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(shí)物流和糧庫業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中的信息流保持高度一致，三賬合一，為精細(xì)化管理提供良好的基礎(chǔ).

    智能出人庫系統(tǒng)中，綜合使用RFID、傳感器、智能圖像識(shí)別等技術(shù)，建立快速登記系統(tǒng)、自動(dòng)扦樣系統(tǒng)、快速化驗(yàn)系統(tǒng)、自動(dòng)稱重系統(tǒng)、出人倉確認(rèn)系統(tǒng)，自動(dòng)采集糧庫作業(yè)數(shù)據(jù)，保證糧庫出人庫數(shù)量信息的準(zhǔn)確性.在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)糧庫實(shí)物流、資金流和信息流的統(tǒng)一

3.3智能糧食倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)

    智能糧食倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過傳感器網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測糧食溫度、濕度、霉變、氮?dú)?、壓力等情況，構(gòu)建不同的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低溫生態(tài)儲(chǔ)糧、降低儲(chǔ)糧能耗和安全生產(chǎn)事故.比如:感知糧食的溫度、濕度及霉變情況等，并通過相應(yīng)的自動(dòng)氣調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，減少蟲害污染.通過感知到糧倉內(nèi)糧食數(shù)量的變化，實(shí)現(xiàn)空倉實(shí)時(shí)監(jiān)測.

3.3.1智能通風(fēng)系統(tǒng)

    根據(jù)倉內(nèi)外溫濕度傳感器檢測的結(jié)果，遠(yuǎn)程自動(dòng)控制軸流風(fēng)機(jī)、自動(dòng)倉窗、離心風(fēng)機(jī)、谷物冷卻機(jī)、水源熱泵通風(fēng)設(shè)備等進(jìn)行排積熱通風(fēng)、降溫通風(fēng)、降水通風(fēng)，有效降低通風(fēng)能耗及成本，提高通風(fēng)效率和準(zhǔn)確度.

    該系統(tǒng)是一種信號(hào)檢測、傳輸與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng).傳輸系統(tǒng)是采用數(shù)字編碼技術(shù)和雙向通訊傳輸技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)能雙向通訊，即上位機(jī)與智能通風(fēng)控制系統(tǒng)互相通訊.根據(jù)糧庫特點(diǎn)在電腦機(jī)房安裝計(jì)算機(jī)和無線模塊，各個(gè)倉庫設(shè)有控制輔柜，控制輔柜進(jìn)行檢測糧倉內(nèi)外溫濕度、風(fēng)速和雨量，采集后傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，發(fā)送指令給控制輔柜，控制輔柜控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)智能通風(fēng).在該系統(tǒng)中，一臺(tái)主機(jī)可以控制多臺(tái)控制輔柜.

3.3.2智能氣調(diào)系統(tǒng)

    自動(dòng)氣調(diào)管理通過對(duì)糧情變化情況的智能化分析，結(jié)合糧食儲(chǔ)備過程中的質(zhì)量檢測情況，通過氮?dú)鈨?chǔ)糧等方式控制糧情變化，改善糧食儲(chǔ)備的生態(tài)環(huán)境，減少蟲害的產(chǎn)生和減緩糧食質(zhì)量的變化，以更穩(wěn)定的方式進(jìn)行糧食儲(chǔ)藏.通過智能化的決策分析，產(chǎn)生科學(xué)合理的智能化氣調(diào)方案，使糧食存儲(chǔ)環(huán)境更加優(yōu)良和穩(wěn)定，提升糧食存儲(chǔ)質(zhì)量，保證糧食品質(zhì).智能化氣調(diào)管理應(yīng)用的研究為糧食儲(chǔ)藏提供了更好、更科學(xué)的存儲(chǔ)管理辦法，通過與信息技術(shù)的融合，以智能化的方式改善糧食存儲(chǔ)的生態(tài)環(huán)境.

    該系統(tǒng)具有對(duì)氣調(diào)倉進(jìn)行氮?dú)鉂舛茸詣?dòng)檢測并保存、倉房氣密性檢測、設(shè)備發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)提示警報(bào)(系統(tǒng)可進(jìn)行電腦屏幕提示警報(bào)、通過、手機(jī)短信向值班人員警報(bào))，并顯示發(fā)生故障的設(shè)備位置，便于查找檢修，還可以通過、手機(jī)短信向值班人員報(bào)告充氮工作進(jìn)程或使用手機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控等功能.

3.3.3自動(dòng)蟲害檢側(cè)系統(tǒng)

    基于蟲害傳感器以及智能圖像視頻分析技術(shù)，自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控倉儲(chǔ)糧食蟲情數(shù)量、種類等情況.具體實(shí)現(xiàn)方法是當(dāng)害蟲進(jìn)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(fù)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(shù)量，從而對(duì)整個(gè)糧倉的害蟲分布以及害蟲未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測并提出準(zhǔn)確的防治措施或建議，減少因蟲害造成糧食損失，確保儲(chǔ)糧安全.

3.3.4烘干在線水分控制系統(tǒng)

    系統(tǒng)通過傳感器檢測到熱風(fēng)溫度、進(jìn)出糧的水分和溫度、烘干塔排糧速度，根據(jù)不同糧食品種的烘干控制模型，對(duì)變頻器發(fā)出信號(hào)，控制排糧輪的轉(zhuǎn)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(yīng)器應(yīng)該采用不銹鋼材質(zhì)，與常規(guī)臺(tái)式檢測儀相比，使用壽命長，調(diào)試更簡便.

3.4糧庫智能安防系統(tǒng)

    糧庫安防系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控、防盜警報(bào)、門禁管理、數(shù)字巡更、短信警報(bào)等子系統(tǒng)，利用RFID ,智能視頻分析等技術(shù)，在作業(yè)人員進(jìn)人倉內(nèi)時(shí)，通過巡檢系統(tǒng)或視頻偵測分析系統(tǒng)，自動(dòng)在屏幕上分析出作業(yè)人員的實(shí)際位置，并在地圖上可以展示倉內(nèi)人員的當(dāng)前位置，如果配備上相應(yīng)的移動(dòng)設(shè)備，通過右鍵菜單即可查詢作業(yè)人員信息，當(dāng)前正在執(zhí)行任務(wù)的工作情況，查看現(xiàn)場人員的反饋信息，并可與現(xiàn)場人員進(jìn)行消息互動(dòng)，下達(dá)新的工作任務(wù)等，對(duì)糧庫違反操作規(guī)程、危險(xiǎn)源、火災(zāi)、非法人侵等現(xiàn)象將自動(dòng)提示或警報(bào)，將安全事故控制在萌芽狀態(tài).

3.5糧庫業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

糧庫業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)為糧庫的經(jīng)營管理、質(zhì)量管理、糧食出人庫、倉儲(chǔ)保管等提供信息化支持，實(shí)現(xiàn)糧食購銷計(jì)劃、合同執(zhí)行、品質(zhì)檢驗(yàn)、倉儲(chǔ)保管、作業(yè)調(diào)度、藥品監(jiān)管等功能的計(jì)算機(jī)管理.

糧庫三維可視化管理系統(tǒng):對(duì)糧庫的辦公樓、平房倉、地磅房等進(jìn)行三維建模，構(gòu)建與糧庫實(shí)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(dòng)等方式查看各平房倉的實(shí)際倉儲(chǔ)情況、出人庫記錄、糧情、通風(fēng)記錄、熏蒸記錄等，可以點(diǎn)擊辦公室查看各科室正在辦理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等;用戶還可以點(diǎn)擊虛擬場景中的攝像頭，實(shí)時(shí)查看攝像頭的監(jiān)控畫面.

3.6智能決策系統(tǒng)

    該系統(tǒng)主要有糧情預(yù)警、智能通風(fēng)、糧庫應(yīng)急預(yù)案管理、糧庫布點(diǎn)規(guī)劃和應(yīng)急糧源調(diào)度等決策功能.

    糧情預(yù)警:該系統(tǒng)分為害蟲預(yù)警、空倉預(yù)警、高溫預(yù)警等3個(gè)模塊;在三維模式實(shí)時(shí)展現(xiàn)糧堆的溫度場、濕度場等儲(chǔ)糧的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，動(dòng)態(tài)展示糧堆生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展和變化情況的基礎(chǔ)上，研究糧堆環(huán)境和糧食品質(zhì)可視化仿真技術(shù)，構(gòu)建糧堆生態(tài)仿真系統(tǒng)模型，以預(yù)測儲(chǔ)糧質(zhì)量變化趨勢;根據(jù)仿真運(yùn)行結(jié)果，結(jié)合專家診斷系統(tǒng)，對(duì)糧堆實(shí)施干預(yù)預(yù)警措施，保證儲(chǔ)糧質(zhì)量安全.

    智能通風(fēng):該系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)歷史資料建立糧溫預(yù)測模型，并自動(dòng)根據(jù)新資料對(duì)原有模型進(jìn)行修正等功能.智能通風(fēng)系統(tǒng)為用戶提供一個(gè)通風(fēng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制操作平臺(tái)，能夠根據(jù)糧食品種、氣象條件、糧情信息和通風(fēng)目的進(jìn)行通風(fēng)方式的輔助決策.智能通風(fēng)自動(dòng)檢測通風(fēng)過程中的糧情狀態(tài)，提供降溫通風(fēng)、降水通風(fēng)、調(diào)質(zhì)通風(fēng)和排熱換氣通風(fēng)等多種通風(fēng)模式的輔助決策，根據(jù)用戶預(yù)設(shè)好的通風(fēng)糧情條件，自動(dòng)判斷是否執(zhí)行和終止通風(fēng).從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備和設(shè)施的智能控制，提高通風(fēng)效率和精度，降低通風(fēng)管理成本.

    糧庫應(yīng)急預(yù)案管理:將預(yù)先制定的災(zāi)害(自然災(zāi)害、火情等)應(yīng)急預(yù)案錄人系統(tǒng)，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，根據(jù)災(zāi)害類別、級(jí)別等信息，調(diào)出相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，以圖文并茂的形式進(jìn)行展現(xiàn)，便于應(yīng)急處置.

    糧庫布點(diǎn)規(guī)劃:通過分析某地區(qū)的產(chǎn)量，現(xiàn)有庫容，糧庫位置、交通等參數(shù)，給出糧庫布點(diǎn)規(guī)劃方案建議.

    應(yīng)急糧源調(diào)度:在發(fā)生自然災(zāi)害或其他災(zāi)害時(shí)，給出災(zāi)害位置，顯示出災(zāi)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(diào)度建議方案.

糧庫溫濕度控制圖

四．結(jié)束語

    數(shù)字智慧糧庫的構(gòu)建將會(huì)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(chǔ)糧提供強(qiáng)有力的科技支撐，同時(shí)也為國家糧食管理部門提供一個(gè)糧食政策的決策支持平臺(tái).但是，現(xiàn)在智慧糧庫系統(tǒng)的構(gòu)建還面臨著許多的難題，如各種實(shí)際模型的建立、數(shù)據(jù)處理的可靠性等，因此智慧糧食系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行還需要一個(gè)長期過程.

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