基于物聯網的智能化數字糧庫監管系統研究與應用

摘 要：提出了一種基于物聯網的智能化數字糧庫監管系統的設計方案與實現方式，有效解決了糧庫中各類傳感器數據的采集、處理、展現以及基于已有數據結果對各類糧庫設備實施控制等全流程問題。試驗證明，該系統能夠廣泛集成已有糧食倉儲物聯網傳感器，使糧食倉儲物聯網應用系統部署復雜度和建設成本降低，并使展現效果更加豐富，從而提高了糧食倉儲物聯網的規模應用水平，同時為相關行業的物聯網應用提供參考。

關鍵字：物聯網應用；糧食倉儲；糧庫監管系統；傳感器

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）01-0071-02

0 引 言

糧食是關系國家穩定的戰略性商品，是國民經濟的命脈。確保國家儲備糧食數量真實、質量完好，確保在需要時調得動、用得上，是國家儲備糧管理的基本要求[1]。為此，糧食倉儲過程中已經應用了一些物聯網技術，比如：溫濕度傳感器以及在此基礎上構建的糧情檢測系統已經得到較大范圍地應用；蟲害傳感器及蟲害自動檢測系統、霉菌（二氧化碳）傳感器及糧食質量實時檢測系統、氮氣傳感器及自動氣調系統、磷化氫濃度在線傳感器及自動熏蒸系統、壓力傳感器及糧食數量實時監測系統、在線水分傳感器及烘干水分在線自動控制系統等已經得到初步應用；糧食體積傳感器、密度傳感器等，以及相應的清倉查庫設備和系統研發也已經取得重要進展[2]。

目前糧庫普遍使用的溫濕度采集系統，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、采集系統擴展能力差、傳感器缺少統一管理等問題；同樣，其他正在示范應用的系統都是單獨部署通信線路，系統部署成本較高、維護困難；另外，目前糧食倉儲企業的整體信息化水平較低，一些有信息化基礎的企業也僅僅局限于糧情測控系統、出入庫管理系統、辦公自動化、財務等系統，單個應用系統沒有集成，是一個個信息孤島[3]，沒有給糧庫管理帶來信息集成共享效益。

在這種情況下，采用統一的集成終端對各類傳感器進行統一數據預處理、通信和控制，降低系統成本，提高易用性，是糧食倉儲環節物聯網技術發展的必然趨勢和提高傳感器應用效率的必然選擇。基于統一的集成終端設計的智能化數字糧庫監管系統已經在江蘇省十幾家糧庫進行了建設實踐，并取得了良好的應用效果。

1 總體架構

本文提供了一種基于物聯網的智能化數字糧庫監管系統，以實現對糧庫中的通風控制、熏蒸作業和庫容計算等作業進行自動管理控制。系統的總體架構如圖1所示.

基于物聯網的智能化數字糧庫監管系統包括以下單元：

（1）硬件設備單元，包括：溫度傳感器、濕度傳感器、通風設備、熏蒸設備、氣體采集設備、蟲害檢測設備。用于采集糧庫的各種具體服務的業務數據，將該業務數據發送給智能傳感器集成終端，所述業務數據包括溫度數據、濕度數據、蟲害數據、氣體濃度數據；

（2）智能傳感器集成終端，用于通過異構整合技術將所述硬件設備單元上報的各種不同消息格式的業務數據進行消息解析后，轉換為具有統一的消息協議格式的業務數據，并對所述業務數據進行加工處理，形成具有業務特性的數據并發送給糧庫集成管理平臺；接收糧庫集成管理平臺下發的智能傳感器集成終端和硬件設備單元的控制命令，向硬件設備單元下發來自糧庫集成管理平臺的控制命令；

（3）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送的具有業務特性的數據，根據所述具有業務特性的數據和設定的控制算法在所述糧庫中進行庫容監測、熏蒸控制、通風控制、溫濕度監測和/或氣體濃度監測。

2 功能簡介

2.1 糧庫集成管理平臺的系統功能

（1）庫容監測，查看各個倉庫存糧概況。倉庫狀態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。

（2）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緊密相關；而熏蒸記錄則是根據通風計劃對倉庫進行熏蒸操作，并登記熏蒸信息。

（3）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緊密相關；而通風記錄是根據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。

（4）溫濕度監測，通過列表和圖表等不同的展現方式查看倉庫糧食溫度。其中列表方式可顯示采集時間、倉內溫、倉內濕、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。

（5）氣體濃度監測，是對于安裝氣體傳感器的糧倉，可以設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糧倉的實際情況進行設定，如對于氧氣濃度報警，《缺氧危險作業安全規程GB8958-2006》中規定“當氧氣濃度為19.5%時，即為缺氧危險作業”[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。

（6）蟲情監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[5]。

2.2 智能傳感器終端功能

（1）數據采集

對于各種異構傳感器的接入和數據采集是智能傳感器集成終端設備的一個核心功能。傳感器可以通過設備上的串口、I/O等接口以有線的方式接入，也可以通過ZigBee無線傳感網絡、無線路由節點以無線的方式接入。設備支持多樣的接入形式和龐大的接入數量，可以滿足糧食監管中所需的溫濕度、氣體、水分等各類傳感器的接入需求[6]。

（2）數據整合加工

不同的傳感器采集到的數據格式各不相同，如果不作處理將大大增加監管中心的數據分析和管理難度。通過智能傳感器集成終端設備的數據整合能力，能夠將不同格式的采集數據進行翻譯，轉換為統一的協議形式，方便統一分析處理。此外，也可以過濾掉由各種原因造成的噪音數據，提高數據的有效性、準確性。

（3）數據警情上報

智能傳感器集成終端設備作為安置在糧庫前端的數據采集設備，最終要將有效的數據通過有線網或無線網絡傳送到監管中心，對于重要的數據，要尤其保證數據發送的完整性、實時性，防止丟失。此外，前端傳感器等各種設備出現損壞、丟失等意外情況時，終端設備也能將相應的報警信息及時反饋給監管中心，以便迅速作出應對措施。

（4）設備遠程控制

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備，如通風設備、熏蒸設備、充氮設備等。通過消息協議轉換，可以在監管中心方便地控制各糧庫的這些前端設備，實現設備遠程控制。

（5）數據存儲

對于重要的傳感器數據或監控錄像，智能傳感器集成終端提供了本地存儲的能力，使得當出現網絡異常等情況，集成終端無法與監管中心通信時，重要數據不至于丟失，也可在出現特殊情況時調用本地錄像，重現事件經過。

2.3 傳感器及控制設備功能

智能傳感器集成終端設備將以統一的數據標準、開放的公共接口，成功接入或兼容現有主流測溫設備、測蟲設備、智能通風設備、視頻監控設備等，可以實現倉儲管理相關設備、數據以及作業情況的信息整合。

3 應用驗證

本文提出的基于物聯網的智能化數字糧庫監管系統已經在江蘇省十幾個大中型糧庫進行了應用示范，取得了良好的效果，具體如下：

糧庫物聯網應用系統的部署復雜度和建設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的、精確的數據基礎；

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

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，并為通風效果的評估提供了支撐條件。

4 結 語

試驗證明，該系統能夠廣泛集成已有糧食流通物聯網傳感器，使得糧食流通物聯網應用系統部署復雜度降低、建設成本降低、傳感器的聯動使用的效果更加豐富，能夠有力地提高糧食流通物聯網規模應用水平。

參 考 文 獻

[1]于濱.以多元化信息安全全力服務“新四化”[N].中國航天報，2013-01-06.

[2]臧傳真，李其均.糧食流通動態跟蹤關鍵技術研究[J].物流技術，2009，28（2）：109- 112.

[3]臧傳真.現代糧食流通體系與技術支撐系統研究[J].物流技術，2010，29（1）：1-3.

[4]國家糧食局人事司.糧油保管員[S].2008.

[5]糧食大辭典編輯委員會.糧食大辭典[S]. 2009.

[6]黃海昆，鄧佳佳.物聯網網關技術與應用[J].電信科學，2010（4）：12-15.