物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在糧庫信息化建設(shè)中的應(yīng)用

高巍 周志剛 趙璧

【摘要】糧食物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與糧食領(lǐng)域結(jié)合的一項重要創(chuàng)新，江蘇在全國率先建成一批以糧食物聯(lián)網(wǎng)為核心的“數(shù)字糧庫”樣板，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建糧食物聯(lián)網(wǎng)感知體系，有效地提升了糧食行業(yè)信息化水平。文章介紹了糧食物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景以及“數(shù)字糧庫”的基本定義與主要構(gòu)件，闡述了江蘇省“數(shù)字糧庫”建設(shè)的主要思路；在此基礎(chǔ)上對“數(shù)字糧庫”系統(tǒng)的總體架構(gòu)與主要功能進行了介紹，最后列舉了江蘇省在推動糧庫信息化建設(shè)方面取得的主要成果。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；糧庫信息化；糧食物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字糧庫

在物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的背景下，糧食物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與糧食領(lǐng)域結(jié)合、提升糧食行業(yè)信息化水平的一項重要創(chuàng)新，對于促進傳統(tǒng)糧食行業(yè)轉(zhuǎn)型升級意義重大。從全國范圍來看，糧食物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各地的應(yīng)用部署仍相對滯后。

作為全國糧食流通信息化與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范省份，江蘇率先試點探索物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式，建立健全應(yīng)用標(biāo)準體系，促進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、專用裝備與糧庫業(yè)務(wù)有效融合，成功塑造了一批具有示范意義的“數(shù)字糧庫”樣板，通過不斷地升級完善，正在向智能化程度更高的“智慧糧庫”邁進。

1產(chǎn)生背景

糧食是關(guān)系國家穩(wěn)定的戰(zhàn)略性商品，糧食安全始終是關(guān)系我國國民經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家自立的全局性重大戰(zhàn)略問題。通過建立糧食物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準體系，健全糧食宏觀調(diào)控體系、糧食倉儲物流體系、糧食質(zhì)檢監(jiān)測體系，最終構(gòu)建糧食儲運物聯(lián)網(wǎng)感知體系，實現(xiàn)糧食倉儲、流通與質(zhì)量信息共享，從而加強國家儲備糧統(tǒng)籌管理、探索糧食監(jiān)管督查新機制，是保障國家糧食安全的重要舉措。

“十一五”期間，在國家發(fā)改委、國家糧食局等各部門的支持與推動下，以射頻識別（RFID）、傳感器網(wǎng)絡(luò)等為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在糧食流通行業(yè)中得到初步應(yīng)用，取得了良好的示范效果。“十二五”期間，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的信息技術(shù)在糧食流通行業(yè)進一步得以應(yīng)用，促進糧食流通與倉儲領(lǐng)域在規(guī)范化、精細化的基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)智能化。此后，國家糧食局又陸續(xù)發(fā)布了《糧油倉儲信息化建設(shè)指南（試行）》《糧食行業(yè)省級平臺建設(shè)技術(shù)指引（試行）》《地方糧庫信息化建設(shè)技術(shù)指引（試行）》等一系列行業(yè)信息化建設(shè)指導(dǎo)文件，旨在規(guī)范信息化建設(shè)、推動行業(yè)科技進步。

江蘇省糧食局始終將糧食信息化作為推進糧食流通產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要切入點。“十一五”期間，江蘇省在糧食流通領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)試點應(yīng)用方面進行了大量工作，取得了良好的示范效果。在“十二五”期間，省局又明確提出以推進糧食流通產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化為目標(biāo)，以物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)促進糧食流通轉(zhuǎn)型升級，并啟動了“數(shù)字糧庫”“糧食智慧云平臺”等重點工程。在省委、省政府“兩聚一高”發(fā)展思路與“智慧江蘇”戰(zhàn)略部署的正確指引下，《江蘇省“十三五”糧食發(fā)展規(guī)劃綱要》中提出“要在全國率先建成各類信息互聯(lián)共享、主要業(yè)務(wù)可視可控、系統(tǒng)運轉(zhuǎn)安全穩(wěn)定的糧食信息化體系，建成具有江蘇特色的‘智慧糧食新體系，打造以‘智能化涉糧數(shù)據(jù)為支撐、‘?dāng)?shù)字化倉儲業(yè)務(wù)為主干、‘精準化應(yīng)急調(diào)控為手段、‘可視化遠程監(jiān)管為重點的糧食行業(yè)新面貌”。

2主要技術(shù)

作為糧食行業(yè)信息化的基礎(chǔ)，糧庫信息化系統(tǒng)主要面向糧食購銷、出入庫、倉儲、安防、質(zhì)檢、財務(wù)、統(tǒng)計等基本業(yè)務(wù)，通過信息化手段實現(xiàn)科學(xué)高效管理，而“數(shù)字糧庫”系統(tǒng)則是其中的重要代表。

目前，數(shù)字糧庫尚未形成確切定義。通常，數(shù)字糧庫是指在傳統(tǒng)儲糧設(shè)施、設(shè)備、技術(shù)基礎(chǔ)上，進一步集成傳感采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和多媒體等相關(guān)信息化技術(shù)，以可視化仿真、綜合化圖表、交互式操作等數(shù)字化形式綜合展示、動態(tài)反映并有效記錄糧庫購銷、儲藏、管理等主要業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)糧庫作業(yè)自動化和管理智能化。“數(shù)字糧庫”是“糧食流通信息化”的重要組成部分，是糧食流通產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)之一。

數(shù)字糧庫系統(tǒng)主要由以下四個部分組成：

（1）智能出入庫系統(tǒng)：以RFID（射頻識別）技術(shù)和智能圖像分析技術(shù)為基礎(chǔ)，主要實現(xiàn)出入庫自動化登記及調(diào)度管理等，具體包括報港、退港快速登記、自動扦樣、自動稱重、快速檢化驗、出入倉作業(yè)確認等。

（2）智能儲藏保管系統(tǒng)：根據(jù)不同類型的傳感器采集的各類糧情參數(shù)，自動采取相應(yīng)的倉儲保管措施或提供相應(yīng)建議，具體包括智能通風(fēng)系統(tǒng)、智能氣調(diào)系統(tǒng)、低溫儲糧控制系統(tǒng)、自動蟲害檢測系統(tǒng)、智能熏蒸系統(tǒng)、儲糧數(shù)量在線監(jiān)測系統(tǒng)、儲糧質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)等。

（3）智能安防系統(tǒng)：實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)管，例如庫區(qū)安防等。

（4）業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)：包括報港管理、經(jīng)營管理、倉儲管理、質(zhì)檢管理、作業(yè)管理、決策支持等。

其中，糧庫物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為貫穿數(shù)字糧庫系統(tǒng)的核心技術(shù)與重要抓手，為糧庫信息化系統(tǒng)充分體現(xiàn)“數(shù)據(jù)采集終端、創(chuàng)新應(yīng)用終端、監(jiān)督管理終端、社會服務(wù)終端”的基本功能定位提供了必要保障。

3建設(shè)思路

在實際建設(shè)推進過程中，我省通過充分考慮企業(yè)業(yè)務(wù)類型、管理基礎(chǔ)、投入和運維能力、人員素質(zhì)、現(xiàn)實需求等因素，引導(dǎo)企業(yè)在做好總體規(guī)劃的前提下進行分級分步建設(shè)，具體可分為基礎(chǔ)、中級、高級三個配置標(biāo)準。

各層級建設(shè)要求如下：

（1）基礎(chǔ)配置：系統(tǒng)功能簡單，操作方便，建設(shè)運維成本低廉，主要適用于2.5萬噸以下的收納庫。通常，系統(tǒng)包含糧庫業(yè)務(wù)管理、出入庫作業(yè)系統(tǒng)、糧情檢測系統(tǒng)等基本功能，可單機或組網(wǎng)運行，原則上不建設(shè)單獨的機房，只需為滿足糧庫業(yè)務(wù)管理信息化及出入庫流程管理需要而進行必要的基礎(chǔ)硬件改造，例如庫內(nèi)局域網(wǎng)覆蓋辦公樓各業(yè)務(wù)科室、倉儲設(shè)施關(guān)鍵位置（比如通風(fēng)口、控制室）以及庫內(nèi)主要作業(yè)點等。

（2）中級配置：主要適用于2.5～5萬噸的儲備庫，做到儲備糧承儲企業(yè)全覆蓋。在基礎(chǔ)配置功能以外，系統(tǒng)又擴展了視頻監(jiān)控、智能通風(fēng)、三維可視化展示等，進一步豐富糧庫業(yè)務(wù)管理功能（例如增加作業(yè)調(diào)度、物流管理等），促進不同功能模塊對接聯(lián)動。系統(tǒng)應(yīng)組網(wǎng)運行并建設(shè)獨立機房作為網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心，配備UPS不間斷電源。

（3）高級配置：主要適用于倉儲規(guī)模大（5萬噸以上）、管理基礎(chǔ)好的示范庫（含物流中心）。在中級配置功能的基礎(chǔ)上，通過積極引入自動控制、智能倉儲、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)應(yīng)用，系統(tǒng)又進一步增加了視頻會議、自動烘干、智能熏蒸、質(zhì)量在線監(jiān)測等，進一步提升糧庫作業(yè)的自動化、智能化水平。

4總體架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“數(shù)字糧庫”系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示（主要功能模塊可根據(jù)實際需求靈活組合與集成）。

省層面通過加強網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、完善內(nèi)外局域網(wǎng)建設(shè)，將糧政管理部門及主要涉糧企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)連成統(tǒng)一、互聯(lián)的糧食專用網(wǎng)絡(luò)，形成在全省糧食系統(tǒng)的互聯(lián)互通的物理信息交換網(wǎng)絡(luò)；實施中心機房虛擬化改造，為云應(yīng)用提供基礎(chǔ)；強化信息安全保密，建立信息安全等級保護和分級保護制度，切實加強信息安全防范措施；分步研究制定糧食流通信息化的總體標(biāo)準、信息資源標(biāo)準、應(yīng)用標(biāo)準、應(yīng)用支撐標(biāo)準、信息安全標(biāo)準、信息化管理標(biāo)準，優(yōu)先制定糧食行業(yè)重點領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準等，形成省糧食流通信息化標(biāo)準體系；按照標(biāo)準化的要求，著重建設(shè)了一批信息資源數(shù)據(jù)庫，整合各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息資源，逐步完善形成全省糧食管理數(shù)據(jù)存儲、交換、處理、分析和服務(wù)中心；借助數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和服務(wù)的支撐，實現(xiàn)糧食流通信息資源的地圖導(dǎo)航、分析、顯示、統(tǒng)計和匯總等功能，連通核心政務(wù)平臺和省級儲備糧可視化管理系統(tǒng)，形成糧食流通數(shù)據(jù)管理服務(wù)中心。

5主要功能

5.1智能出入庫系統(tǒng)

針對目前糧食出入庫作業(yè)效率低、缺乏監(jiān)管的實際情況，智能出入庫系統(tǒng)綜合使用RFID、傳感器、智能圖像識別等技術(shù)，建立快速登記系統(tǒng)、自動扦樣系統(tǒng)、快速化驗系統(tǒng)、自動稱重系統(tǒng)、出入倉確認系統(tǒng)，自動采集糧庫作業(yè)數(shù)據(jù)，保證糧庫出入庫數(shù)量信息的準確性，使得糧食出入庫作業(yè)流程和環(huán)節(jié)清晰可見。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)糧庫實物流、資金流和信息流的統(tǒng)一。

（1）快速登記系統(tǒng)：通過RFID、智能圖像分析等技術(shù)和設(shè)備，自動、快速獲取運糧車輛及司機（或客戶）信息，并為車輛發(fā)行RFID標(biāo)簽鎖，為司機（或客戶）發(fā)放業(yè)務(wù)結(jié)算卡，為其建立身份標(biāo)識。

（2）自動扦樣系統(tǒng)：通過RFID設(shè)備自動識別運糧車輛信息，利用自動扦樣設(shè)備抽取糧食樣品，降低扦樣勞動量，避免“人情糧”。

（3）快速化驗系統(tǒng)：利用快速化驗設(shè)備快速化驗糧食品質(zhì)指標(biāo)，加快糧食收購進度。

（4）自動稱重系統(tǒng)：通過RFID讀寫設(shè)備、地感線圈、紅外對射、攝像頭等設(shè)備，實現(xiàn)運糧車輛自動稱重，有效防止地磅稱重過程中車輛未完全上磅、司機未下車、有壓倉物等作弊行為。

（5）出入倉確認系統(tǒng)：通過RFID設(shè)備自動識別運糧車輛，確認車運糧食是否出入倉，并采集糧食滿倉、空倉信息。

5.2智能儲藏保管系統(tǒng)

智能儲藏保管系統(tǒng)借助溫濕度、氣體、壓力等各類傳感器遠程采集糧溫、倉溫、倉濕、特定氣體（例如氮氣、磷化氫、二氧化碳、氧氣等）含量與分布、地面不同點位壓力、糧堆表面起伏程度等，推算倉內(nèi)儲糧質(zhì)量、數(shù)量并預(yù)測變化趨勢等。通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準與開放的公共接口，可兼容現(xiàn)有主流設(shè)備，支持不同功能的智能控制子系統(tǒng)動態(tài)擴展與靈活接人，實現(xiàn)了倉儲管理相關(guān)作業(yè)信息整合、數(shù)據(jù)共享與設(shè)備聯(lián)動，從而有效降低儲糧單位能耗與安全事故風(fēng)險。

（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，在儲糧專家系統(tǒng)的指導(dǎo)下，通過智能通風(fēng)控制軟件遠程控制離心風(fēng)機、軸流風(fēng)機、低溫儲糧通風(fēng)設(shè)備、自動倉窗，可實現(xiàn)排積熱通風(fēng)、降溫通風(fēng)、降水通風(fēng)等不同模式，有效降低通風(fēng)能耗及成本，提高通風(fēng)效率和準確度。

（2）低溫儲糧控制系統(tǒng)：根據(jù)倉內(nèi)外溫濕度傳感器的檢測結(jié)果，遠程自動控制低溫儲糧設(shè)備，以實現(xiàn)全年整倉平均糧溫低于15℃，上層糧溫不超過20%，真正實現(xiàn)低溫綠色生態(tài)儲糧，提高糧食品質(zhì)和口感。

（3）自動蟲害檢測系統(tǒng)：基于蟲情采集裝置以及智能圖像分析技術(shù)，定時監(jiān)控倉內(nèi)糧食害蟲數(shù)量、種類、分布情況等。

（4）智能熏蒸系統(tǒng)：根據(jù)蟲害檢測情況，在儲糧專家系統(tǒng)的指導(dǎo)下，結(jié)合糧庫周邊生態(tài)環(huán)境，智能決策熏蒸控制方式，形成科學(xué)合理的熏蒸方案。基于氣體檢測情況，對倉內(nèi)熏蒸數(shù)據(jù)進行分析、判斷，自動控制殺蟲氣體濃度和流量進而控制熏蒸作業(yè)進程，從而避免安全事故的發(fā)生。

（5）儲糧數(shù)量在線監(jiān)測系統(tǒng)：合理部署壓力傳感器并采集特征點位壓力數(shù)值，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合模型計算，遠程實時監(jiān)測每個倉廒儲備糧數(shù)量。

（6）儲糧質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)：利用氣體檢測、質(zhì)譜檢測等技術(shù)，遠程在線監(jiān)測儲糧霉變情況，自動判斷給出糧食質(zhì)量安全等級，包括安全、臨界（真菌生長處于臨界水平）、危害及嚴重危害等四個級別。

5.3智能安防系統(tǒng)

智能安防系統(tǒng)主要功能包括：（1）支持基于視頻的事件分析技術(shù)，監(jiān)控范圍覆蓋庫區(qū)主要進出口、作業(yè)點及藥品庫、器械庫等重要場所，可根據(jù)預(yù)設(shè)安全事件自動檢測與預(yù)警。（2）支持基于事件的視頻索引技術(shù)，將儲糧作業(yè)環(huán)節(jié)中傳感設(shè)備采集的信息與相應(yīng)視頻信息關(guān)聯(lián)，可根據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)快速檢索視頻信息，并快速合成作業(yè)全過程視頻信息；通過在視頻上疊加業(yè)務(wù)信息，展示當(dāng)前視頻對應(yīng)的業(yè)務(wù)內(nèi)容。

5.4業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

糧庫業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)包括報港管理、經(jīng)營管理、倉儲管理、質(zhì)檢管理、作業(yè)管理、綜合決策等功能，支持基于Android、iOS等主流移動終端操作系統(tǒng)開發(fā)適合智能手機、平板電腦或?qū)Ｓ靡苿釉O(shè)備訪問的軟件系統(tǒng)，為糧庫領(lǐng)導(dǎo)及業(yè)務(wù)人員提供方便地移動辦公服務(wù)。

（1）報港管理：根據(jù)報港登記的業(yè)務(wù)類型，對報港者按照業(yè)務(wù)流程進行處理。

（2）經(jīng)營管理：包括客戶管理、計劃管理、合同及單據(jù)管理等。

（3）倉儲管理：維護和查看當(dāng)前在儲物資的倉儲信息和保管信息，具體包括出入庫、定性、損溢、保管、移交、糧情、通風(fēng)、熏蒸信息等。

（4）質(zhì)檢管理：包括樣品管理、指標(biāo)管理、化驗記錄管理、化驗器材管理等。

（5）作業(yè)管理：包括編制作業(yè)計劃、作業(yè)調(diào)度、跟蹤資源分配與使用情況等。

（6）決策支持：對糧庫經(jīng)營管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、市場行情等進行整理、加工，根據(jù)行業(yè)和企業(yè)管理經(jīng)驗建立科學(xué)模型，為領(lǐng)導(dǎo)進行決策提供參考。

6主要成果

目前，各試點示范單位在開展糧庫信息化技術(shù)研發(fā)、軟硬件設(shè)備配置和系統(tǒng)試點應(yīng)用方面已取得明顯成效，改變了以往糧庫經(jīng)營管理粗放、運行效率低下、業(yè)務(wù)協(xié)同能力不足、信息化程度低、監(jiān)管存在漏洞的傳統(tǒng)局面，為推動糧食行業(yè)糧庫信息化建設(shè)發(fā)揮了較好的試點示范作用，相關(guān)成果已推廣到全國20多個省、市、自治區(qū)，主要成果如下。

2011年11月，在深圳第十三屆高交會上，江蘇省糧食局與國家糧食局、航天信息股份有限公司（以下簡稱航天信息）簽署“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在糧食流通行業(yè)示范應(yīng)用與推廣的框架合作協(xié)議”，正式啟動“糧食流通領(lǐng)域國家工程實驗室”與“數(shù)字糧食工程”。江蘇省被確定為全國糧食流通信息化建設(shè)試點、示范省，常州城北國家糧食儲備庫、無錫糧食科技物流中心成為國家糧食局首批“糧食信息化示范單位”。

2012年5月，全省“數(shù)字糧食”工程推進會在無錫召開，省內(nèi)首批16家示范單位中南京糧食集團、江蘇省洪澤湖糧食儲備直屬庫有限公司與總集成商（航天信息）率先簽約，標(biāo)志著全省“數(shù)字糧庫”工程建設(shè)正式啟動。

2013年，啟動省級糧食物流現(xiàn)代化工程，11月，被國家發(fā)改委、財政部授牌“國家物聯(lián)網(wǎng)重大應(yīng)用示范工程”，并適時出臺了《全省智慧糧食工程三年規(guī)劃方案》《江蘇省糧食流通信息化建設(shè)指導(dǎo)意見》，明確了以數(shù)字糧庫為主體的糧食信息化建設(shè)的指導(dǎo)思想、目標(biāo)原則、主要任務(wù)、重點工作及保障措施。

2014年2月，常州城北庫、無錫國儲庫作為省內(nèi)試點的國家發(fā)展改革委首批國家信息化試點項目“基于RFID的區(qū)域糧食流通管理試點應(yīng)用”通過專家組驗收。同時，我省全面啟動糧庫維修改造和信息化建設(shè)，全省700余家糧庫全部納入建設(shè)范圍。12月，通過江蘇省“數(shù)字糧食”建設(shè)工程基本方案并啟動建設(shè)。同年，組織制訂《糧食流通信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元規(guī)范》《糧庫信息化建設(shè)技術(shù)規(guī)范》和《儲備糧可視化管理系統(tǒng)功能規(guī)范》三項標(biāo)準并經(jīng)省質(zhì)監(jiān)局審核批準后作為地方行業(yè)標(biāo)準發(fā)布。

2015年，根據(jù)國家局統(tǒng)一安排，啟動并推進全省糧庫智能化升級項目，制定并發(fā)布市級糧庫遠程監(jiān)管平臺與智能化糧庫升級建設(shè)標(biāo)準等。

2016年，省局信息中心與南京財經(jīng)大學(xué)聯(lián)合申報成功全國糧食行業(yè)首個省級大數(shù)據(jù)實驗室“江蘇省糧食大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用重點實驗室”。

2017年，江蘇省“數(shù)字糧食”建設(shè)工程通過初驗并進入系統(tǒng)試運行階段。同年，啟動基于識別代碼物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的品牌糧食質(zhì)量追溯系統(tǒng)、糧庫倉儲機器人系統(tǒng)等項目招投標(biāo)工作，并選定示范庫點進行安裝、部署和應(yīng)用。

7結(jié)語

糧食行業(yè)信息化是一個系統(tǒng)工程，涉及收購、儲存、調(diào)運、加工、供應(yīng)等各個環(huán)節(jié)，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、硬件設(shè)備配置、應(yīng)用軟件開發(fā)、信息標(biāo)準制定、信息安全管理、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等相關(guān)內(nèi)容，需要政府、企業(yè)及科研部門共同參與、協(xié)同推進，逐步形成“技術(shù)先進、功能實用、運維簡便、安全可靠、規(guī)范統(tǒng)一、運行高效”的糧食行業(yè)信息化體系，從而全面提升糧食行業(yè)信息化水平。