基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)研究與應(yīng)用

引言

糧食是關(guān)系國家穩(wěn)定的戰(zhàn)略性商品，是國民經(jīng)濟的命脈。確保國家儲備糧食數(shù)量真實、質(zhì)量完好，確保在需要時調(diào)得動、用得上，是國家儲備糧管理的基本要求叫為此，糧食倉儲過程中已經(jīng)應(yīng)用了一些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，比如：溫濕度傳感器以及在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的糧情檢測系統(tǒng)已經(jīng)得到較大范圍地應(yīng)用；蟲害傳感器及蟲害自動檢測系統(tǒng)、霉菌(二氧化碳)傳感器及糧食質(zhì)量實時檢測系統(tǒng)、氮氣傳感器及自動氣調(diào)系統(tǒng)、磷化氫濃度在線傳感器及自動熏蒸系統(tǒng)、壓力傳感器及糧食數(shù)量實時監(jiān)測系統(tǒng)、在線水分傳感器及烘干水分在線自動控制系統(tǒng)等已經(jīng)得到初步應(yīng)用；糧食體積傳感器、密度傳感器等，以及相應(yīng)的清倉查庫設(shè)備和系統(tǒng)研發(fā)也已經(jīng)取得重要進展。

目前糧庫普遍使用的溫濕度采集系統(tǒng)，通常采用有線的方式接入各類型傳感器，這種方式存在著布線及測算困難、傳感器重復利用性差、故障排查困難、采集系統(tǒng)擴展能力差、傳感器缺少統(tǒng)一管理等問題；同樣，其他正在示范應(yīng)用的系統(tǒng)都是單獨部署通信線路，系統(tǒng)部署成本較高、維護困難;另外，目前糧食倉儲企業(yè)的整體信息化水平較低，一些有信息化基礎(chǔ)的企業(yè)也僅僅局限于糧情測控系統(tǒng)、出入庫管理系統(tǒng)、辦公自動化、財務(wù)等系統(tǒng)，單個應(yīng)用系統(tǒng)沒有集成，是一個個信息孤島，沒有給糧庫管理帶來信息集成共享效益。

      在這種情況下，采用統(tǒng)一的集成終端對各類傳感器進行統(tǒng)一數(shù)據(jù)預處理、通信和控制，降低系統(tǒng)成本，提高易用性,是糧食倉儲環(huán)節(jié)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢和提高傳感器應(yīng)用效率的必然選擇?；诮y(tǒng)一的集成終端設(shè)計的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)已經(jīng)在江蘇省十幾家糧庫進行了建設(shè)實踐，并取得了良好的應(yīng)用效果。

1總體架構(gòu)

本文提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng),以實現(xiàn)對糧庫中的通風控制、熏蒸作業(yè)和庫容計算等作業(yè)進行自動管理控制。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示.

圖1糧食倉儲智能傳感器應(yīng)用的總體架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)包括以下單元:

硬件設(shè)備單元，包括：溫度傳感器、濕度傳感器、通風設(shè)備、熏蒸設(shè)備、氣體采集設(shè)備、蟲害檢測設(shè)備。用于采集糧庫的各種具體服務(wù)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，將該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送給智能傳感器集成終端，所述業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、蟲害數(shù)據(jù)、氣體濃度數(shù)據(jù)；

智能傳感器集成終端，用于通過異構(gòu)整合技術(shù)將所

述硬件設(shè)備單元上報的各種不同消息格式的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行消息解析后，轉(zhuǎn)換為具有統(tǒng)一的消息協(xié)議格式的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并對所述業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行加工處理，形成具有業(yè)務(wù)特性的數(shù)據(jù)并發(fā)送給糧庫集成管理平臺；接收糧庫集成管理平臺下發(fā)的智能傳感器集成終端和硬件設(shè)備單元的控制命令，向硬件設(shè)備單元下發(fā)來自糧庫集成管理平臺的控制命令；

糧庫集成管理平臺，用于接收和存儲智能傳感器集成終端發(fā)送的具有業(yè)務(wù)特性的數(shù)據(jù)，根據(jù)所述具有業(yè)務(wù)特性的數(shù)據(jù)和設(shè)定的控制算法在所述糧庫中進行庫容監(jiān)測、熏蒸控制、通風控制、溫濕度監(jiān)測和/或氣體濃度監(jiān)測。

2功能簡介

2.1糧庫集成管理平臺的系統(tǒng)功能

庫容監(jiān)測，查看各個倉庫存糧概況。倉庫狀態(tài)通過顏色標識淡綠色表示空倉，淺綠色表示有存糧，并通過色塊大小標識存量多少，鼠標放在倉庫時顯示倉庫存糧信息。

熏蒸管理，包括熏蒸計劃和熏蒸記錄功能。其中熏蒸計劃就是根據(jù)倉庫的蟲情信息制定熏蒸計劃，熏蒸計劃能做的操作以及當前所處的狀態(tài)緊密相關(guān)；而熏蒸記錄則是根據(jù)通風計劃對倉庫進行熏蒸操作，并登記熏蒸信息。

通風管理，包括通風計劃和通風記錄功能。其中通風計劃是根據(jù)倉庫的糧情信息制定的通風計劃，通風計劃能做的操作以及當前所處的狀態(tài)緊密相關(guān)；而通風記錄是根據(jù)通風計劃對倉房進行通風，并將通風方式、通風具體操作等信息登記下來。

溫濕度監(jiān)測，通過列表和圖表等不同的展現(xiàn)方式查看倉庫糧食溫度。其中列表方式可顯示采集時間、倉內(nèi)溫、倉內(nèi)濕、倉外溫、倉外濕、最高溫、最低溫、平均溫、最高濕、最低濕、平均濕等內(nèi)容；折線圖可顯示糧食的溫度趨勢變化；另外，三維展示圖可顯示糧食的3D糧溫圖。

氣體濃度監(jiān)測，是對于安裝氣體傳感器的糧倉，可以設(shè)定氣體濃度報警功能，對氣體濃度大于或小于某個閾值時，進行氣體濃度報警提示，報警的閾值可以根據(jù)糧倉的實際情況進行設(shè)定，如對于氧氣濃度報警，《缺氧危險作業(yè)安全規(guī)程GB8958—2006》中規(guī)定“當氧氣濃度為19.5%時，即為缺氧危險作業(yè)”[4]，考慮到氧氣傳感器的精確度，可考慮當氧氣濃度小于20%時，彈出報警頁面。

蟲情監(jiān)測就是登記和查看害蟲情況。點擊要查看的倉庫，進入該倉庫蟲情記錄頁面，記錄的屬性包括主要害蟲、蟲害密度(頭/公斤)、霉變情況等叫

2.2智能傳感器終端功能成終端設(shè)備的一個核心功能。傳感器可以通過設(shè)備上的串口、I/O等接口以有線的方式接入，也可以通過ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)、無線路由節(jié)點以無線的方式接入。設(shè)備支持多樣的接入形式和龐大的接入數(shù)量，可以滿足糧食監(jiān)管中所需的溫濕度、氣體、水分等各類傳感器的接入需求間。

(2)數(shù)據(jù)整合加工

不同的傳感器采集到的數(shù)據(jù)格式各不相同，如果不作處理將大大增加監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)分析和管理難度。通過智能傳感器集成終端設(shè)備的數(shù)據(jù)整合能力，能夠?qū)⒉煌袷降牟杉瘮?shù)據(jù)進行翻譯，轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的協(xié)議形式，方便統(tǒng)一分析處理。此外，也可以過濾掉由各種原因造成的噪音數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的有效性、準確性。

(3)數(shù)據(jù)警情上報

智能傳感器集成終端設(shè)備作為安置在糧庫前端的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，最終要將有效的數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)管中心，對于重要的數(shù)據(jù)，要尤其保證數(shù)據(jù)發(fā)送的完整性、實時性，防止丟失。此外，前端傳感器等各種設(shè)備出現(xiàn)損壞、丟失等意外情況時，終端設(shè)備也能將相應(yīng)的報警信息及時反饋給監(jiān)管中心，以便迅速作出應(yīng)對措施。

設(shè)備遠程控制

除了能夠接入傳感器外，智能傳感器集成終端還能通過串口、I/O等方式接入各類控制設(shè)備，如通風設(shè)備、熏蒸設(shè)備、充氮設(shè)備等。通過消息協(xié)議轉(zhuǎn)換，可以在監(jiān)管中心方便地控制各糧庫的這些前端設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備遠程控制。

(5)數(shù)據(jù)存儲

對于重要的傳感器數(shù)據(jù)或監(jiān)控錄像，智能傳感器集成終端提供了本地存儲的能力，使得當出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常等情況，集成終端無法與監(jiān)管中心通信時，重要數(shù)據(jù)不至于丟失，也可在出現(xiàn)特殊情況時調(diào)用本地錄像，重現(xiàn)事件經(jīng)過。

2.3傳感器及控制設(shè)備功能

智能傳感器集成終端設(shè)備將以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準、開放的公共接口，成功接入或兼容現(xiàn)有主流測溫設(shè)備、測蟲設(shè)備、智能通風設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備等，可以實現(xiàn)倉儲管理相關(guān)設(shè)備、數(shù)據(jù)以及作業(yè)情況的信息整合。

3應(yīng)用驗證

本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)已經(jīng)在江蘇省十幾個大中型糧庫進行了應(yīng)用示范，取得了良好的效果，具體如下：

糧庫物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的部署復雜度和建設(shè)成本比以往多傳感器分別部署的情況有了很大改觀；

庫容檢測可以使用戶對倉庫糧食的存量信息一目了然，為清倉查庫提供了動態(tài)的、精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

實時的蟲情檢測為熏蒸計劃的制定提供了可靠的依據(jù),并為有效評估熏蒸效果提供了有力的信息支持。氣體濃度監(jiān)測為熏蒸人員的作業(yè)安全保駕護航；

生動展示的溫濕度信息為通風計劃的制定和變化提供了直觀的依據(jù)，并為通風效果的評估提供了支撐條件。

4結(jié)語

試驗證明，該系統(tǒng)能夠廣泛集成已有糧食流通物聯(lián)網(wǎng)傳感器，使得糧食流通物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)部署復雜度降低、建設(shè)成本降低、傳感器的聯(lián)動使用的效果更加豐富，能夠有力地提高糧食流通物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用水平。

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