我國糧情測控預警系統現狀與展望

◎鄭聯合，羅　山，張紅建，趙　闊，陳　艷，王　乃

（海南省糧油科學研究所，海南　瓊?！?71400）

我國糧情測控預警系統現狀與展望

◎鄭聯合，羅山，張紅建，趙闊，陳艷，王乃

（海南省糧油科學研究所，海南瓊海571400）

糧情測控預警系統是現代化糧庫必須設置的系統之一，當前依然存在系統兼容性差、抗干擾能力差、檢測項目少及智能化水平低等缺點，因此需要進一步優化糧情測控預警系統。本文重點分析了糧情測控預警系統工作原理及系統構成，總結分析了當前糧情測控預警系統應用存在的問題，并提出數字化、自動化、智能化、集成化是將來糧情測控預警系統的發展趨勢。

糧情測控預警系統；工作原理；現狀；展望

在糧食儲藏過程中，由于濕度、溫度及其他因素的影響，糧食可能會出現發熱、霉變、蟲害等現象［1］。為了避免糧食腐敗變質，確保糧食質量與品質，需要第一時間準確了解糧食在儲藏過程中相關物理量的變化情況，總結出變化規律。糧情測控預警系統是采用現代電子技術實時監測儲藏中的糧情變化情況，對檢測數據進行準確分析與預測，對不正常糧情提出處理建議和實施有效控制措施的系統，其為安全、科學儲藏糧食提供了科學的依據與技術保障［2］。

1　糧情測控預警系統

1.1糧情測控預警系統工作原理

糧情測控預警系統的工作原理是指采用傳感器把各種測量的數據（如水分、濕度、溫度、氣體濃度等）轉換為模擬信號或電子數字信號，運用測控軟件進行識別與處理，形成可視化的水分、溫度、氣體濃度、濕度等方面的具體數據，根據數據判斷儲藏糧食的具體情況，再制定針對性儲藏策略。

1.2糧情測控預警系統的組成

糧情測控預警系統是采用通信、傳感器、計算機等現代電子技術實施檢測儲藏糧食的具體變化，并能夠傳輸數據、存儲、分析預警報警、自動控制保糧設備適時運行的系統，其結構如圖1所示［3］。

圖1　糧情測控預警系統主要功能結構示意圖

1.3糧情測控相關技術現狀

1.3.1傳感器技術應用現狀

傳感器技術是對人類感覺功能的一種延伸，它使人感受信息的能力更加廣闊、準確、快速。目前糧情監測系統中常用到的傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器和氣體傳感器［4］?，F階段，我國采用的溫度傳感器主要分為模擬傳感器、數字式傳感器和PN結型傳感器。

模擬傳感器以熱敏電阻傳感器為代表，原理是外部環境溫度變化致使其阻值變化。熱敏電阻傳感器其優點為成本低、簡單容易使用、體積小。缺點為轉化性較差，溫度變化與阻值變化之間不成線性關系。一般情況下其測量范圍為-40℃～50℃之間，檢測精度為i 1℃。目前我國糧情測控系統中仍主要以此類傳感器為主。

數字式溫度傳感器以DS18XX系列為代表，它是將溫度物理量轉化為數字信號并以總線方式傳送到計算機進行數據處理。其測控溫度在-55℃～123℃，測量精度為i 0.5℃［5］。它與熱敏電阻測溫傳感器不同之處在于該傳感器最多只需3根導線即可連接多個傳感器，大大減少導線成本的同時也降低了設備維護難度。而且數字式傳感器還具有抗干擾能力強、微型化、低功耗等優點，但由于其價格較高，目前數字式傳感器應用較少，僅存在于立筒倉等高大倉中。

糧情是由溫度、濕度、水分、蟲、霉等多個因素共同決定的，因此必須綜合考慮這些因素才能準確獲得糧食質量情況［6］。馬志［7］等運用加權數融合算法對剔除疏忽誤差的同質數據進行一級融合，再用BP神經網絡進行二級融合，最后對糧食的質量情況進行綜合評價。該方法提高了糧食監測系統的準確性和全面性。龐海峰［8］等構建了基于最小二乘支持向量機的數據融合模型，并對廣西一糧庫具體數據進行分析，結果發現數據融合結果與實際數誤差很小，該方法能科學、有效地對糧情監測結果進行分析。

1.3.2通信技術應用現狀

通信技術與計算機技術的結合構成了現代信息技術的核心［9］。糧情測控系統中的通信技術是將傳感器數值傳輸到遠離糧倉的監控室，其分為有線通信技術和無線通信技術。有線通信技術中應用較多的是RS485總線技術和現場總線技術。RS485總線技術采用雙向有補償傳輸線標準，軟硬件容易實現、價格便宜，但同時也存在不支持多主結構、通信距離短、系統容量少等缺點，現大型糧庫中已逐步淘汰?，F場總線技術是一種將現場自動化設備和控制系統雙向連接的數字通信協議，代表著未來發展的方向。目前，我國糧情測控系統中采用的現場總線技術包括INTERUS總線技術、LONWORKS總線技術、CANGDS總線技術等。孫康嶺［10］等研究了基于CAN與Ethernet接口的糧情通信分機的嵌入式方法，以網絡單片機DS80C400為核心進行了軟硬件的設計與測試，結果表明通信分機功能齊全，性能穩定。張愛筠［11］等提出在Windows環境下采用VC++6.0的MSComm控件來實現多機通信的方案，給出其主要的代碼，測試顯示該通信方法簡潔可行。

無線糧情測控系統是利用傳感器將溫度、濕度等情況通過分線器轉換成數據形式，然后通過無線通信方式形成的網絡系統將數據送至控制室。其主要包括無線局域網通信技術、藍牙技術、Zigbee和移動通信技術。張煉冬［12］等結合IEEE802.15.4無線局域網技術和IEEE1451.5智能傳感器技術，建立了一種新型糧情測控系統，并針對改系統給出了軟硬件設計方法及相應的通信協議。羅源［13］等基于無線傳感網絡雙頻段通信技術，設計完成了測控分機集成人機操作界面、可移動無線測溫單元及采用電池供電的無線終端采集器，實現了糧食日常管理的準確化、高效化。

2　糧情測控預警系統存在的問題

2.1系統兼容性差

當前我國糧情測控預警系統生產廠家較多，沒有強制性、統一的國家標準或行業標準，對軟硬件的主要性能指標并未進行量化或具體的規定，并未確定軟件接口的定義，從而造成各種廠家生產的系統產品規格、型號、功能、軟硬件結構差異較大，兼容性較差。同時分批建設的糧庫，每次建庫、擴庫使用了不同廠家生產的糧情測控預警系統，這些系統之間互不兼容，從而浪費了大量資金，實際維護與使用成本較高［14］。

2.2系統抗干擾能力差、精度低

國內糧情測控預警系統一般采用有線通信方式，糧情數據以模擬信號形式進行傳輸，工業、電磁及其他雜波信號干擾極易借助連接電纜引入，系統抗干擾能力較差，測控精確度較低［15］。糧庫內傳感器節點較多，引線長，布局復雜，糧食倒倉時極易損壞監測設備。同時，有的糧情測控預警系統并未涉及防雷電路和采取有效的防雷干擾對策，有的電子元器件并未進行防靜電、防雷擊等相關處理，增加了系統被雷擊的風險，常常出現雷擊壞事件，降低了測量數據精確度，嚴重情況下可能會造成整個系統的崩潰［16］。

2.3系統檢測項目少

國內大多數糧情測控預警系統只能夠檢測糧食的溫濕度，而對于糧食害蟲密度、氣體濃度、含水量、霉變等方面的檢測，由于費用較高或技術缺乏，目前為止還未進行配套。

2.4系統智能化水平低

當前，國內糧情測控預警軟件普遍采取VC、VB等語言設計，功能比較簡單，只具有數據檢測、顯示、儲存、打印等基本功能，智能化水平低。當前系統無法基于預置數學模型對糧食溫濕度、氣體濃度、含水率、病蟲害密度等數據進行變化率分析、差值計算、臨界點判斷等操作；不能綜合處理糧情數據，預測分析出糧情變化發展趨勢，自動實現霉變、超濕、超溫和病蟲害報警，準確定位出糧庫內出現不正常情況的具體位置；對于不正常的糧情，不能采用針對性的自動處理方式。

3　國內糧情測控預警系統展望

3.1傳感器的集成化、數字化和智能化

如集成P—N結溫度傳感器便是把信號處理電路、敏感元件及補償、偏置等電路集中設置在一個芯片上，便于使用與操作。再比如把微處理器和傳感器集中設置在一個芯片上便成了智能化和數字化的傳感器。隨著傳感器制造技術的日益成熟，智能化、數字化和集成化的傳感器成本將大幅降低，有利于推廣應用，從根本上改變了這種糧情測控預警系統的結構。

3.2數據檢測全面化

糧情測控預警系統檢測的內容不僅包含當前的溫濕度，而且還包含了糧庫有關氣體的濃度、糧食水分、害蟲密度等，使得糧情測控預警系統更能全方位地反映出糧食儲藏安全和質量相關數據，為延緩陳化和安全儲量奠定堅實的技術保障。

3.3數據分析的智能化

能夠實現對檢測數據的圖形和圖表進行分析、顯示與查詢，同時能夠按照根據分析糧情數據，提供相對應的建議與警告等［17］。糧情測控預警系統能夠基于《機械通風技術規則》的要求同時對各種不同的通風倉庫進行實時通風的控制，按照儲糧條件的變化有效控制通風進程與參數，實現對整個通風過程全方位的清晰記錄，界面清晰，操作便捷，逐漸實現全智能化。

3.4糧情控制自動化

糧食儲藏中的糧情測控技術同計算機控制計算相同，也將會朝著多媒體控制系統和集散控制系統方面發現。集散糧情測控系統與多媒體可以將糧情多媒體信息（如儲藏糧食病蟲害密度等）進行采集、監視、傳輸、分析處理與處理，增強糧食儲藏技術的自動化管理水平；同時能夠把糧食儲藏過程中環流熏蒸、機械通風、生產過程控制和谷物冷卻儲糧控制于一體的集成化糧情測控系統，增強糧食儲藏的自動化和現代化水平［18］。

3.5系統管理網絡化

將來的糧情測控預警系統將會在智能化、集成化、標準化、數字化的基礎上實現糧情管理網絡化。整個系統以分散各處的小型糧庫糧情測控系統網絡為基礎，利用Internet構建廣域網和局域網，實現遠程糧食情況實時查詢、數據傳輸、分級管理、設備監控，各級糧食管理機構能夠隨時查詢所管轄的庫點糧食數據及情況。同時，國家糧食局能夠通過下屬管理部門的局域網及時獲取糧庫糧情具體情況，便于進行有效的監管。

隨著大規模及超大規模集成電路技術的成熟，計算機性能越來越高，將有助于促進糧情測控預警系統的廣泛推廣應用。我們相信，只要立足于具體國情，堅持實事求是的原則，從目前我國技術水平出發，深入研發各種類型的糧情測控預警成套系列產品，真正滿足糧食管理部門糧食儲藏管理的需求，糧情測控預警技術運用新體系的形成將會指日可待。

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PresentsituationandProspectofChina'sgrainmonitoringearlywarningsystem

Zheng Lianhe，Luo Shan，Zhang Hongjian，Zhao Kuo，Chen Yan，Wang Nai
（Hainan Institute of cereal and oil science，Qionghai 571400，China）

grainmonitoringearlywarningsystemisoneofthemodernizedgrain warehouse must set the system.At present，there are still poor system compatibility，anti-interference ability is poor，fewer test items and intelligent level of shortcomings. Therefore，it is necessary to further optimize the grain condition monitoring and early warning system.This paper analysis the grain condition monitoring and early warning system working principle and system，summarizes and analyzes the problems existing in thecurrentgrainmonitoringearlywarningsystem，andputsforwardthedigitization，automation，intelligent，integrated and it is the future development trend of grain condition monitoring and early warning system.

grain monitoring and early warning system；working principle；status；Prospect

TS379.3

2015-11-02

鄭聯合（1965-）男，博士，研究員；專業方向為食品工程。