信息融合技術在小麥倉儲環境監控系統中的應用

申悅　申磊

摘? 要：文章根據小麥的特性以及生活環境的基礎上，結合目前小麥倉儲環境監控方式，建立小麥倉儲環境監控系統，分析模糊信息融合技術在小麥倉儲環境監控系統中的應用。

關鍵詞：倉儲;環境;監控;信息融合

中圖分類號：S379? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0158-03

Abstract： According to the characteristics of wheat and living environment， combined with the current monitoring mode of wheat warehousing environment， this paper establishes a wheat warehousing environment monitoring system， and analyzes the application of fuzzy information fusion technology in wheat warehousing environment monitoring system.

Keywords： warehousing; environment; monitoring; information fusion

1 概述

小麥是我國主要的糧食農作物之一，是國家主要儲備糧食，其倉儲安全直接影響著我國的糧食安全，對國防、民生具有重要意義[1]。小麥在存儲過程中，易受環境各因素影響，例如各類害蟲、霉菌等生物因子以及溫度、濕度等非生物因子。另外，小麥在較長時間的倉儲過程中，麥倉的溫濕度隨外界的季節性變化大，容易引起發熱霉變，造成品質的變化和數量的損失[2]。

目前，我國的小麥倉儲主要依靠人工進行環境監控，利用溫度計、濕度計監測倉內的溫濕度，存在采集數據不準確、監控效率低下等問題，不能及時對危險環境做出相應的處理，從而造成糧食較大的損失。近年來，國內外許多專家學者結合先進的科學技術，對小麥倉儲的管理進行了深入研究，并取得了豐碩的成果。利用傳感器技術和有線通信方式，實現小麥倉儲環境的監控，但存在布線復雜、擴展性差、管理和維護成本高等不足。隨著信息技術和無線傳感器網絡的快速發展，借鑒新技術在其他倉儲環境監控中的應用，在此基礎上建立小麥倉儲環境監控系統，實現倉儲環境的實時監測和信息充分共享[3]，從而提高倉儲質量，保證小麥倉儲環境安全，為小麥的高品質提供保障。

2 小麥倉儲環境監控系統架構

小麥倉儲質量與小麥倉儲環境密切相關。小麥存儲環節的管理不善可能導致大批量的糧食霉變，造成的損失使生產者和經營者承擔著巨大的經濟風險。所以，對其倉儲環境進行多空間多參數實時監測，嚴格控制存儲條件，加強對小麥倉儲過程的監管，提高其存儲安全性。對小麥倉儲環境監控，要對需要監控的倉儲環境參數進行分析，確定影響小麥倉儲品質的環境要素，研究參數的適宜范圍，以確保小麥的安全儲存。

倉儲環境中的溫度、濕度直接影響小麥的品質，同時，倉儲環境中的二氧化碳和氧氣含量、微生物含量以及蟲害等因素也都會對小麥品質造成較大的影響。本文選取溫度、濕度、二氧化碳含量和氧氣含量四個參數進行分析研究。整個小麥倉儲實時監控系統如圖1所示，通過使用由大量分布式的監測節點組成監測網絡，可以對小麥倉儲環境進行不間斷地數據采集與監控;智能控制中心將收到的監測結果上傳至服務器，可以通過手機或其他智能終端查看倉儲環境情況。監測節點是倉儲監控系統的基本單元，智能控制中心是其核心控制端，它的穩定運行是整個系統可靠性的基本保證。

基于WiFi的小麥倉儲監控系統可實現對倉儲的多空間多參數監控，實時獲得倉儲的環境信息，主要的兩個部分為監測節點和智能控制中心。控制中心控制整個系統的運行，發送控制命令，監測節點收到控制命令并處理分析;然后通過各個傳感器采集相關的環境信息，存儲在節點的存儲器中。同時，采集到的有用數據可通過無線傳輸，也可以通過RS485總線或以太網發送給監控終端;控制中心收到監測節點發送來的數據并進行數據分析和處理，然后通過液晶顯示器進行節點環境安全信息地顯示。環境參數信息經數據融合后可由智能控制中心上傳至服務器，管理者可通過手機或其他智能終端查看倉儲環境安全情況。監測節點可以通過實時時鐘記錄監測信息的時間，保證采集信息的實時性和有效性，并可以通過撥碼開關設置單個節點的配置信息，比如設置工作模式等，具體的設置主要取決于內部程序的設計。如果檢測到節點的信息超過設定值時，報警電路會工作，并在液晶顯示器上面顯示醒目的報警信息。

小麥倉儲監測節點包括微處理器、FLASH存儲器、傳感器模塊、LED顯示模塊、報警輸出模塊、WiFi模塊以及24V供電模塊;其中傳感器模塊包括空氣溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器和氧量傳感器。微處理器分別連接FLASH存儲器、傳感器模塊、LED顯示模塊、報警輸出模塊以及WiFi模塊;還連接有RS485接口、以太網接口、USB接口以及24V供電模塊。

監測節點中傳感器模塊主要用于感知和采集監測區域內的環境信息;實時鐘用于提供采集信息的時間;處理器對整個節點的其他模塊起控制作用，并對采集的數據以及接收到的數據進行存儲操作和處理;通過RS485接口、以太網接口及USB接口接收和發送數據信息，WiFi模塊可實現節點之間的無線通信;供電模塊為節點各個模塊的協調工作提供能量。

3 信息融合技術在監控系統中的應用

本文利用多個不同傳感器來監測小麥倉儲環境相關信息，通過節點內多傳感器的信息融合，判斷節點監測區域的倉儲環境安全狀態。綜合所有節點的監測狀態結果，可獲取整個小麥倉儲環境安全狀態，根據狀態結果采取相應的調節措施。

在小麥倉儲環境監控節點中，傳感器模塊由所有不同類型的傳感器一起完成感知環境和實時信息采集的任務。在數據采集過程中，實時信息單獨傳輸的方法在監控系統中十分不合適，會造成通信帶寬和資源的大量浪費，降低效率并影響了信息實時性。

信息融合是小麥倉儲監控系統中信息處理過程的重要環節，可將冗余和無效的數據剔除，有利于系統做出有效的控制和可靠的決策。不同類型的信息進行融合處理的方式不同，不同層次的信息融合也需要具體分析。本文建立了適合于小麥倉儲環境監控的多傳感器信息融合模型，如圖2所示。

由圖2所示，該融合模型主要有以下四部分構成：第一部分是信息獲取部分，該部分由多個不同類型傳感器構成，負責采集小麥倉儲環境的實時信息;第二部分是局部決策，即對獲取的環境實時信息做預處理，將傳感器采集值與預設閾值比較;第三部分是對經過局部決策后的傳感器信息處理結果進行信息融合;第四部分是將局部決策和信息融合結果反饋到智能控制中心，通過分析結果判斷監測節點所監測區域內小麥環境的安全狀態[4]。

多傳感器信息預處理，是對傳感器采集到的原始數據進行處理，屬于局部決策。預處理即是根據預先設定的各個參數的安全范圍，對測量數據進行判斷。如果參數信息超出閾值，則向小麥倉儲環境控制中心發送相關預警信息。如果采集的參數信息出現突然躍變，則此數值屬于壞值，將被剔除同時發出報警。

預處理后的信息依然是單一類型傳感器的信息，在信息融合階段需要把不同類型的傳感器信息進行融合，根據計算后的融合值對總體評估。在小麥倉儲環境安全監測中，經常會存在一些模糊問題，比如安全、較安全與危險之間的信息出現重疊或相互之間的界限不明顯等，這些都會影響決策結果的準確性[5]。在小麥倉儲環境監控系統中，可應用模糊理論。在模糊綜合評判技術的結構下，建立一種模糊信息融模型對多種不同類型的傳感器數據進行融合處理，得到更全面的環境信息。小麥倉儲環境監測節點的信息融合模型如圖3所示。

基于模糊理論的數據融合合成運算結果是小麥倉儲環境監測節點中的傳感器所測環境參數對各個環境狀態等級的隸屬度，它是一個模糊向量，而不是單一數值。計算得出的融合值通過確定的評判規則進行評判，能準確判斷出目前小麥倉儲環境的安全狀態級別。

4 結束語

本文選取影響小麥倉儲的環境參數，構建適用于小麥倉儲的環境監控系統，在所監測區域內部署監測節點，每個監測節點內實現環境信息的存儲和處理，利用多傳感器信息融合技術來處理傳感器采集到的大量與小麥倉儲環境安全相關的參數信息，能有效地解決小麥倉儲環境監控的弊端，充分利用了多傳感器信息融合的優勢，提高小麥倉儲安全監控的置信度，最終得到對倉儲環境安全狀態的描述，具有一定的現實意義。

參考文獻：

[1]王維強.存儲期變溫狀態對小麥安全水分及微生物活動的影響[J].現代農業科技，2016（24）：264.

[2]范延彬，王超.小麥倉儲環境監控研究[J].中國市場，2015（28）：52.

[3]閻芳，趙琰，劉軍，等.農資倉儲品質保障監控系統研究[J].物流技術，2015，34（17）：250-252+299.

[4]周芳，韓立巖.多傳感器信息融合技術綜述[J].遙測遙控，2006，27（3）：1-7.

[5]劉娟，任燕，高巖.模糊數據融合在溫室環境安全監測系統中的應用[J].河南理工大學學報，2010，27（3）：268-271.