数字智慧粮库系统的设计与研究概述

内容提要：粮食储藏是国家为防备战争、荒灾以及其他突发性事件而采取的有效措施。粮食是人类生存的必需品，储存大量的粮食对稳定国民经济的发展起到至关重要的作用。利用RFID、计算机网络、传感器网络、车载网络、自动检侧等现代技术，设计出现代化的智慧粮库系统，从而实现中储粮总公司、分公司和直属库对原粮安全储藏和运输的层层监管与控制的目的。

一，前言

    俗话说:民以食为天.粮食是国家的战略物资和应急物质，安全地储存粮食是保证祖国安全和稳定的重要基础.粮食的宏观调控是维护国家粮食安全的主要手段，而粮库是粮食宏观调控的基础，因此，粮库的智能化控制和精准管理是实现安全高效储粮的关键.一个健全的智慧粮食系统可以为国家节约粮食，同时可全的情况下，减少人力和物力的投人.

智慧粮库系统的设计按照总体设计、分步实施的原则进行.

二．系统架构设计

智慧粮库系统总体上分为3个层面、两个系统，即:在直属库、分公司、总公司3个层面，建设智能粮库系统(原粮)、粮食远程监管平台两个系统.在直属库层面，建设智能粮库系统，包括智能出人库系统、智能储藏保管系统、智能安防系统、粮库业务管理系统;分公司和总公司层面主要建设粮食远程实时监管系统，其中总公司监管分公司及其所属直属库，分公司监管各直属库及其代储库点.智慧粮仓系统架构如图1所示.其内容由4部分组成:

智慧粮仓系统框架 图1

1）是业务管理信息系统，包含经营管理、仓储管理、质量检验、查询统计、质量追溯、远程监管等6个单元;

2）是以各种传感器为基础的数字化“4合1”仓储技术集成，包含数字粮情检测报告系统、数字机械通风自控系统、数字熏蒸浓度预警系统、数控低温储粮系统等4个单元;

3）是以射频识别(RFID)技术和智能视频分析技术为基础的库区自动化作业及调度管理，包含报港/退港、自动扦样、地磅自动称重、出人仓作业、安全生产监管作业区域警示及其他作业控制等6个单元;

4）是远程视频监管，包含储备粮实物监管、库区安防、视频会议等3个单元.

三．系统功能设计

    该系统从功能上包括远程监控系统、出人库管理系统、智能通风系统、智能气调系统、自动虫害检测系统、烘干水分在线控制系统、粮库智能安防系统、粮库业务管理系统和智能决策系统以及管理员管理系统等.

3.1粮食实时远程监管系统

    通过各个硬件厂家作统一接日，采集直属库粮情数据，统一采集接日，统一粮情数据转换格式，统一上传粮情数据，并建设粮情测控远程监管数据中心，以实现分公司对直属库粮情数据的分级管理、远程集中监管的目的.各级管理部门都能查询所属库点的粮情状况，分公司能及时获得各级承储库的粮情信息.同时建立分公司粮情历史数据库，为科学储粮提供数据支持及决策依据.

3.2智能出入库系统

    针对目前粮食出人库作业效率低，缺乏监管的现状，使用RFID技术和计算机网络技术，自动读取作业信息，自动进人粮库业务管理系统，使得粮食出人库作业流程和环节清晰可见，使得粮食实物流和粮库业务管理系统中的信息流保持高度*，三账合一，为精细化管理提供良好的基础.

    智能出人库系统中，综合使用RFID、传感器、智能图像识别等技术，建立快速登记系统、自动扦样系统、快速化验系统、自动称重系统、出人仓确认系统，自动采集粮库作业数据，保证粮库出人库数量信息的准确性.在这些数据的基础上，通过管理信息系统实现粮库实物流、资金流和信息流的统一

3.3智能粮食仓储业务系统

    智能粮食仓储业务系统通过传感器网络等物联网技术，远程实时检测粮食温度、湿度、霉变、氮气、压力等情况，构建不同的智能控制系统，实现低温生态储粮、降低储粮能耗和安全生产事故.比如:感知粮食的温度、湿度及霉变情况等，并通过相应的自动气调系统，实现智能调节，减少虫害污染.通过感知到粮仓内粮食数量的变化，实现空仓实时监测.

3.3.1智能通风系统

    根据仓内外温湿度传感器检测的结果，远程自动控制轴流风机、自动仓窗、离心风机、谷物冷却机、水源热泵通风设备等进行排积热通风、降温通风、降水通风，有效降低通风能耗及成本，提高通风效率和准确度.

    该系统是一种信号检测、传输与执行机构的控制系统.传输系统是采用数字编码技术和双向通讯传输技术，整个系统能双向通讯，即上位机与智能通风控制系统互相通讯.根据粮库特点在电脑机房安装计算机和无线模块，各个仓库设有控制辅柜，控制辅柜进行检测粮仓内外温湿度、风速和雨量，采集后传输给上位机，上位机对传输来的数据进行分析判断，发送指令给控制辅柜，控制辅柜控制相应的执行机构，从而实现智能通风.在该系统中，一台主机可以控制多台控制辅柜.

3.3.2智能气调系统

    自动气调管理通过对粮情变化情况的智能化分析，结合粮食储备过程中的质量检测情况，通过氮气储粮等方式控制粮情变化，改善粮食储备的生态环境，减少虫害的产生和减缓粮食质量的变化，以更稳定的方式进行粮食储藏.通过智能化的决策分析，产生科学合理的智能化气调方案，使粮食存储环境更加优良和稳定，提升粮食存储质量，保证粮食品质.智能化气调管理应用的研究为粮食储藏提供了更好、更科学的存储管理办法，通过与信息技术的融合，以智能化的方式改善粮食存储的生态环境.

    该系统具有对气调仓进行氮气浓度自动检测并保存、仓房气密性检测、设备发生故障时自动提示警报(系统可进行电脑屏幕提示警报、通过、手机短信向值班人员警报)，并显示发生故障的设备位置，便于查找检修，还可以通过、手机短信向值班人员报告充氮工作进程或使用手机对系统进行远程遥控等功能.

3.3.3自动虫害检侧系统

    基于虫害传感器以及智能图像视频分析技术，自动实时监控仓储粮食虫情数量、种类等情况.具体实现方法是当害虫进人诱捕器后，控制选通器分别选通不同区域的诱捕器，利用负压原理，从诱捕器中将害虫无损害地取出，通过智能图像视频分析害虫的种类，通过光电式传感器采集害虫的数量，从而对整个粮仓的害虫分布以及害虫未来的发展趋势进行准确的预测并提出准确的防治措施或建议，减少因虫害造成粮食损失，确保储粮安全.

3.3.4烘干在线水分控制系统

    系统通过传感器检测到热风温度、进出粮的水分和温度、烘干塔排粮速度，根据不同粮食品种的烘干控制模型，对变频器发出信号，控制排粮轮的转速从而控制排粮速度，控制出粮的水分含量，降低烘干能耗.

    由于大量的粮食要流过水分检测传感器，水分感应器应该采用不锈钢材质，与常规台式检测仪相比，使用寿命长，调试更简便.

3.4粮库智能安防系统

    粮库安防系统主要包括视频监控、防盗警报、门禁管理、数字巡更、短信警报等子系统，利用RFID ,智能视频分析等技术，在作业人员进人仓内时，通过巡检系统或视频侦测分析系统，自动在屏幕上分析出作业人员的实际位置，并在地图上可以展示仓内人员的当前位置，如果配备上相应的移动设备，通过右键菜单即可查询作业人员信息，当前正在执行任务的工作情况，查看现场人员的反馈信息，并可与现场人员进行消息互动，下达新的工作任务等，对粮库违反操作规程、危险源、火灾、非法人侵等现象将自动提示或警报，将安全事故控制在萌芽状态.

3.5粮库业务管理系统

粮库业务管理系统为粮库的经营管理、质量管理、粮食出人库、仓储保管等提供信息化支持，实现粮食购销计划、合同执行、品质检验、仓储保管、作业调度、药品监管等功能的计算机管理.

粮库三维可视化管理系统:对粮库的办公楼、平房仓、地磅房等进行三维建模，构建与粮库实际场景*相同的三维可视化虚拟粮库.用户可以通过在虚拟场景里漫游、拖动等方式查看各平房仓的实际仓储情况、出人库记录、粮情、通风记录、熏蒸记录等，可以点击办公室查看各科室正在办理的业务数据、统计报表等;用户还可以点击虚拟场景中的摄像头，实时查看摄像头的监控画面.

3.6智能决策系统

    该系统主要有粮情预警、智能通风、粮库应急预案管理、粮库布点规划和应急粮源调度等决策功能.

    粮情预警:该系统分为害虫预警、空仓预警、高温预警等3个模块;在三维模式实时展现粮堆的温度场、湿度场等储粮的生态环境指标，动态展示粮堆生态系统的发展和变化情况的基础上，研究粮堆环境和粮食品质可视化仿真技术，构建粮堆生态仿真系统模型，以预测储粮质量变化趋势;根据仿真运行结果，结合专家诊断系统，对粮堆实施干预预警措施，保证储粮质量安全.

    智能通风:该系统可自动根据历史资料建立粮温预测模型，并自动根据新资料对原有模型进行修正等功能.智能通风系统为用户提供一个通风设备的远程控制操作平台，能够根据粮食品种、气象条件、粮情信息和通风目的进行通风方式的辅助决策.智能通风自动检测通风过程中的粮情状态，提供降温通风、降水通风、调质通风和排热换气通风等多种通风模式的辅助决策，根据用户预设好的通风粮情条件，自动判断是否执行和终止通风.从而实现通风设备和设施的智能控制，提高通风效率和精度，降低通风管理成本.

    粮库应急预案管理:将预先制定的灾害(自然灾害、火情等)应急预案录人系统，当灾害发生时，根据灾害类别、级别等信息，调出相应的应急预案，以图文并茂的形式进行展现，便于应急处置.

    粮库布点规划:通过分析某地区的产量，现有库容，粮库位置、交通等参数，给出粮库布点规划方案建议.

    应急粮源调度:在发生自然灾害或其他灾害时，给出灾害位置，显示出灾害地周边粮源情况，主要包括库存、品种、交通等情况，给出粮源调度建议方案.

粮库温湿度控制图

四．结束语

    数字智慧粮库的构建将会使粮库的信息管理互享、粮情的检测等变得方便快捷，为安全储粮提供强有力的科技支撑，同时也为国家粮食管理部门提供一个粮食政策的决策支持平台.但是，现在智慧粮库系统的构建还面临着许多的难题，如各种实际模型的建立、数据处理的可靠性等，因此智慧粮食系统安全稳定的运行还需要一个长期过程.

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