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

引言

糧食是關(guān)系國(guó)家穩(wěn)定的戰(zhàn)略性商品，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈。確保國(guó)家儲(chǔ)備糧食數(shù)量真實(shí)、質(zhì)量完好，確保在需要時(shí)調(diào)得動(dòng)、用得上，是國(guó)家儲(chǔ)備糧管理的基本要求叫為此，糧食倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)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(cè)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(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、霉菌(二氧化碳)傳感器及糧食質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)、氮?dú)鈧鞲衅骷白詣?dòng)氣調(diào)系統(tǒng)、磷化氫濃度在線傳感器及自動(dòng)熏蒸系統(tǒng)、壓力傳感器及糧食數(shù)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、在線水分傳感器及烘干水分在線自動(dòng)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(cāng)查庫(kù)設(shè)備和系統(tǒng)研發(fā)也已經(jīng)取得重要進(jìn)展。

目前糧庫(kù)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(cè)算困難、傳感器重復(fù)利用性差、故障排查困難、采集系統(tǒng)擴(kuò)展能力差、傳感器缺少統(tǒng)一管理等問(wèn)題；同樣，其他正在示范應(yīng)用的系統(tǒng)都是單獨(dú)部署通信線路，系統(tǒng)部署成本較高、維護(hù)困難;另外，目前糧食倉(cāng)儲(chǔ)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(cè)控系統(tǒng)、出入庫(kù)管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、財(cái)務(wù)等系統(tǒng)，單個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)沒(méi)有集成，是一個(gè)個(gè)信息孤島，沒(méi)有給糧庫(kù)管理帶來(lái)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(duì)各類傳感器進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)預(yù)處理、通信和控制，降低系統(tǒng)成本，提高易用性,是糧食倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)和提高傳感器應(yīng)用效率的必然選擇。基于統(tǒng)一的集成終端設(shè)計(jì)的智能化數(shù)字糧庫(kù)監(jiān)管系統(tǒng)已經(jīng)在江蘇省十幾家糧庫(kù)進(jìn)行了建設(shè)實(shí)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(kù)監(jiān)管系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)對(duì)糧庫(kù)中的通風(fēng)控制、熏蒸作業(yè)和庫(kù)容計(jì)算等作業(yè)進(jìn)行自動(dòng)管理控制。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示.

圖1糧食倉(cāng)儲(chǔ)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(kù)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(fēng)設(shè)備、熏蒸設(shè)備、氣體采集設(shè)備、蟲害檢測(cè)設(shè)備。用于采集糧庫(kù)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(guò)異構(gòu)整合技術(shù)將所

述硬件設(shè)備單元上報(bào)的各種不同消息格式的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)所述業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)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(kù)集成管理平臺(tái)；接收糧庫(kù)集成管理平臺(tái)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(lái)自糧庫(kù)集成管理平臺(tái)的控制命令；

糧庫(kù)集成管理平臺(tái)，用于接收和存儲(chǔ)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(kù)中進(jìn)行庫(kù)容監(jiān)測(cè)、熏蒸控制、通風(fēng)控制、溫濕度監(jiān)測(cè)和/或氣體濃度監(jiān)測(cè)。

2功能簡(jiǎn)介

2.1糧庫(kù)集成管理平臺(tái)的系統(tǒng)功能

庫(kù)容監(jiān)測(cè)，查看各個(gè)倉(cāng)庫(kù)存糧概況。倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)通過(guò)顏色標(biāo)識(shí)淡綠色表示空倉(cāng)，淺綠色表示有存糧，并通過(guò)色塊大小標(biāo)識(shí)存量多少，鼠標(biāo)放在倉(cāng)庫(kù)時(shí)顯示倉(cāng)庫(kù)存糧信息。

熏蒸管理，包括熏蒸計(jì)劃和熏蒸記錄功能。其中熏蒸計(jì)劃就是根據(jù)倉(cāng)庫(kù)的蟲情信息制定熏蒸計(jì)劃，熏蒸計(jì)劃能做的操作以及當(dāng)前所處的狀態(tài)緊密相關(guān)；而熏蒸記錄則是根據(jù)通風(fēng)計(jì)劃對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行熏蒸操作，并登記熏蒸信息。

通風(fēng)管理，包括通風(fēng)計(jì)劃和通風(fēng)記錄功能。其中通風(fēng)計(jì)劃是根據(jù)倉(cāng)庫(kù)的糧情信息制定的通風(fēng)計(jì)劃，通風(fēng)計(jì)劃能做的操作以及當(dāng)前所處的狀態(tài)緊密相關(guān)；而通風(fēng)記錄是根據(jù)通風(fēng)計(jì)劃對(duì)倉(cāng)房進(jìn)行通風(fēng)，并將通風(fēng)方式、通風(fēng)具體操作等信息登記下來(lái)。

溫濕度監(jiān)測(cè)，通過(guò)列表和圖表等不同的展現(xiàn)方式查看倉(cāng)庫(kù)糧食溫度。其中列表方式可顯示采集時(shí)間、倉(cāng)內(nèi)溫、倉(cāng)內(nèi)濕、倉(cāng)外溫、倉(cāng)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(shì)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(cè)，是對(duì)于安裝氣體傳感器的糧倉(cāng)，可以設(shè)定氣體濃度報(bào)警功能，對(duì)氣體濃度大于或小于某個(gè)閾值時(shí)，進(jìn)行氣體濃度報(bào)警提示，報(bào)警的閾值可以根據(jù)糧倉(cāng)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，如對(duì)于氧氣濃度報(bào)警，《缺氧危險(xiǎn)作業(yè)安全規(guī)程GB8958—2006》中規(guī)定“當(dāng)氧氣濃度為19.5%時(shí)，即為缺氧危險(xiǎn)作業(yè)”[4]，考慮到氧氣傳感器的精確度，可考慮當(dāng)氧氣濃度小于20%時(shí)，彈出報(bào)警頁(yè)面。

蟲情監(jiān)測(cè)就是登記和查看害蟲情況。點(diǎn)擊要查看的倉(cāng)庫(kù)，進(jìn)入該倉(cāng)庫(kù)蟲情記錄頁(yè)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(gè)核心功能。傳感器可以通過(guò)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(guò)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)以無(wú)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(guò)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(jìn)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(guò)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(zhǔn)確性。

(3)數(shù)據(jù)警情上報(bào)

智能傳感器集成終端設(shè)備作為安置在糧庫(kù)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(guò)有線網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)管中心，對(duì)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(shí)時(shí)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(shí)，終端設(shè)備也能將相應(yīng)的報(bào)警信息及時(shí)反饋給監(jiān)管中心，以便迅速作出應(yīng)對(duì)措施。

設(shè)備遠(yuǎn)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(guò)串口、I/O等方式接入各類控制設(shè)備，如通風(fēng)設(shè)備、熏蒸設(shè)備、充氮設(shè)備等。通過(guò)消息協(xié)議轉(zhuǎn)換，可以在監(jiān)管中心方便地控制各糧庫(kù)的這些前端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制。

(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

對(duì)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(chǔ)的能力，使得當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常等情況，集成終端無(wú)法與監(jiān)管中心通信時(shí)，重要數(shù)據(jù)不至于丟失，也可在出現(xiàn)特殊情況時(shí)調(diào)用本地錄像，重現(xiàn)事件經(jīng)過(guò)。

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(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的公共接口，成功接入或兼容現(xiàn)有主流測(cè)溫設(shè)備、測(cè)蟲設(shè)備、智能通風(fēng)設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備等，可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)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(yàn)證

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

糧庫(kù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的部署復(fù)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(kù)容檢測(cè)可以使用戶對(duì)倉(cāng)庫(kù)糧食的存量信息一目了然，為清倉(cāng)查庫(kù)提供了動(dòng)態(tài)的、精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

實(shí)時(shí)的蟲情檢測(cè)為熏蒸計(jì)劃的制定提供了可靠的依據(jù),并為有效評(píng)估熏蒸效果提供了有力的信息支持。氣體濃度監(jiān)測(cè)為熏蒸人員的作業(yè)安全保駕護(hù)航；

生動(dòng)展示的溫濕度信息為通風(fēng)計(jì)劃的制定和變化提供了直觀的依據(jù)，并為通風(fēng)效果的評(píng)估提供了支撐條件。

4結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)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(fù)雜度降低、建設(shè)成本降低、傳感器的聯(lián)動(dòng)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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