基于物聯網的糧食在線清倉查庫技術研究與示范

劉申+高巍+潘迪+陳召安+孫鵬+楊小輝+張富林+王義鴻

摘要：確保國家糧食庫存數量真實、質量良好、存儲安全是國家實行宏觀調控的重要依據。根據2009年全國糧食清倉查庫的具體內容，按照航天信息股份有限公司在全國眾多糧庫的成功實踐，完成了基于物聯網的包括糧食庫存和糧食流通的編碼設計、糧食作業檢查、環境風險檢查、數量狀況檢查、質量狀況檢查、統計賬檢查和會計賬檢查等功能的信息化建設方案總體設計。經示范證明，給出的糧食清倉查庫系統方案合理可行，對全國清倉查庫的信息化建設具有一定的參考價值。

關鍵詞：糧食流通；糧食庫存；清倉查庫；物聯網

中圖分類號：TP393；S379 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）06-1141-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.038

Abstract： Insuring precise quantity， good quality and safe storage is the important basis of national macro-control. According to the national inventory of grain depots in 2009， the function design of grain coding， grain operation， environment risk， quantity status， quality status， statistical account and accounting account of grain stock and grain circulation with the successful practice have finished by Aisino of numerous grain depots all over the country based on based on epc system network. By the successful demonstration proved in more than 10 grain depots of Jiangsu province， the system scheme of the inventory of grain depots is reasonable and feasible， and has certain reference value for information construction of the national inventory of grain depots.

Key words： grain circulation；grain storage；the inventory of grain depots；epc system network

糧食是關系經濟發展、社會穩定和國家安全的全局性重大戰略問題。準確掌握糧食儲備數量與質量是國家實行宏觀調控的重要依據，對穩定糧食市場，保障糧食安全，保持社會穩定具有重要意義。為了全面準確地掌握糧食庫存的真實情況，中國自2001年開始按計劃在全國范圍內開展糧食清倉查庫。

目前，中國糧食清倉查庫主要依靠人工手段獲取全國糧食數量、質量等各項信息，采用逐級上報的報表方式，掌握了全國糧食儲備狀況。總體上，中國糧食清倉查庫工作上還存在著人工檢查為主、耗費人力物力大、實時監控難等問題，不能實時、準確、直觀地掌握全國儲備糧存儲保管情況，不能實現在線常態化清倉查庫。

針對糧食清倉查庫各項檢查項目，目前，中國在單項檢查的信息技術研發方面取得了一定進展，如糧庫溫濕度監測[1]、蟲害傳感器及蟲害自動檢測系統[2]、霉菌傳感器監測[3]、糧食質量實時檢測系統[4]、磷化氫濃度在線監測系統[5]、自動熏蒸系統[6]、壓力傳感器及糧食數量實時監測系統[7-9]、在線水分傳感器及烘干水分在線自動控制系統[10-12]等已經得到初步應用[13]。但是這些單項技術沒有開展集成應用，不能綜合獲取倉儲糧食的數量、質量、環境等的動態監測數據，沒有與糧食出入庫過程進行關聯，無法實時提供儲備糧食直觀、準確的數據資料和影像資料。本研究集成航天信息股份有限公司在物聯網技術、云計算技術、應用軟件平臺技術、嵌入式系統技術和信息安全技術等信息領域的新一代技術，基于當前在糧食信息化研發及工程應用的經驗，提出了基于糧食信息化的清倉查庫系統方案，為保障糧食儲備安全提供技術支撐。

1 糧食清倉查庫內容

《國務院辦公廳關于開展全國糧食清倉查庫工作的通知》（國辦發[2008]118號）、《2009年全國糧食清倉查庫工作實施方案》（發改經貿[2008]3676號）規定了2009年全國糧食清倉查庫重點檢查范圍包括所有中央儲備糧、國家臨時存儲糧（含最低收購價糧、臨時儲存進口糧以及國家臨時儲存糧）、地方儲備糧，國有及國有控股糧食企業儲存的商品糧。具體內容包括庫存糧食數量檢查、庫存糧食賬務檢查、庫存糧食質量檢查、中央和地方儲備糧輪換管理情況檢查、成品糧庫存情況檢查、政策性糧食財政補貼資金撥補情況檢查和重點非國有糧食經營及轉化用糧企業執行統計制度情況檢查。

《2009年全國糧食清倉查庫檢查方法》（發改辦[2009]117號）中糧食庫存實物檢查方法推薦采用測量計算法和稱重法，糧食質量檢查方法主要以現場扦樣結合實驗室檢測的方法，糧食數量流主要采用統計賬的方法，糧食資金流主要采用會計記賬的方法。

2 糧食清倉查庫系統分析

在信息化技術支撐下，糧食清倉查庫可進一步提高檢查效率、凝煉檢查目標、擴大檢查指標。常態化清倉查庫是以全面普查儲備糧食的數量和質量為目標，以糧食儲存業務檢查為主要手段，糧食出入庫業務檢查為驗證方法，對糧食庫存狀況和糧食流通狀況進行檢查，即對糧食“狀態”與“過程”的檢查。因此，可以對糧食庫存狀況和流通狀況檢查進一步擴充檢查內容，以達到全面掌握糧食庫存的真實情況，更好地落實宏觀調控任務的目標（圖1）。

糧食狀態檢查對象是倉儲單個貨位糧食。面向單個貨位糧食的檢查主要有糧庫作業、倉儲環境、糧食數量和糧食質量。糧庫作業主要涉及糧食通風作業、糧食干燥作業、糧食低溫作業和糧食氣調作業，主要涉及影響貨位糧食數量與質量發生變化的倉儲作業。倉儲環境要素主要包括溫度、濕度、氣體和有害生物。糧食數量主要指貨位內糧食總重量。糧食質量主要針對倉儲貨位中稻谷、小麥、玉米和大豆4種不同糧食作物的各項質量、品質指標。

糧食過程檢查對象是出入庫單筆業務糧食。面向單筆業務糧食的檢查主要有出入庫作業、出入庫數量、出入庫質量、統計賬和會計賬。出入庫作業主要涉及糧食收購登記、扦樣化驗、稱毛重、值倉、稱皮重和結算等過程。出入庫數量主要指出入庫單筆業務的糧食總重量。出入庫質量主要針對單筆業務中稻谷、小麥、玉米和大豆4種不同糧食作物的各項質量、品質指標。糧食統計賬主要指以單筆業務為基礎的統計報表、賬簿、記賬憑證和合同等統計資料，即通過糧食數量流手段掌握糧庫內糧食流通狀況，保證糧食庫存數量。糧食會計賬主要指單筆業務的會計憑證、會計賬簿、會計報表等會計資料，即通過資金流手段掌握庫存價值以及資金流動方向與規模。

3 糧食清倉查庫系統建設方案

3.1 糧食編碼設計

3.1.1 庫存糧食識別碼 庫存糧食識別碼是以二維碼的形式標記，以貨位糧食為單位在入倉和封倉這一段時間內的惟一標識符。庫存糧食二維碼主要涵蓋根代碼和當前碼。根代碼主要記錄糧食第一次儲藏信息，記錄初次存儲糧庫組織機構代碼、貨位信息、封倉時間和糧食來源，具有追溯糧食質量和數量的作用。當前碼主要記錄糧食當前儲藏信息，記錄當前貨位糧食信息（包括糧庫組織機構代碼、貨位信息、封倉時間）和糧食屬性信息（糧食性質、合同號、數量品種代碼、產地代碼、生產年份和等級代碼），具有存儲當前在庫糧食質量和數量信息的作用（圖2）。

庫存糧食識別碼的生命周期是第一筆業務糧食入倉到最后封倉，是貫穿整個糧食庫存狀況檢查的核心。依據庫存糧食識別碼，能夠完成以各個貨位糧食為對象的各項糧庫作業、糧情監測信息、數量監測信息和質量監測信息等。庫存糧食業務在庫存過程中可能由于干燥等倉儲操作而改變貨位、封倉時間等，從而導致的庫存識別碼變化。上面的編碼方式中，庫存識別碼的根代碼能夠支撐對庫存糧食在糧庫內部周轉過程的掌握。

3.1.2 出入庫糧食識別碼 出入庫糧食識別碼是以二維碼的形式標記以貨車車廂、火車車皮或輪船貨倉單個出入庫業務糧食為單位的惟一標識符。出入庫糧食二維碼碼主要涵蓋報港業務單號，包括出入庫標識符、業務登記設備號、報港日期、流水號、貨位、糧食數量和糧食質量。一個庫存糧食識別碼中的合同號由多個報港業務號組成。出入庫糧食識別碼的生命周期是由出入庫業務報港登記到糧食值倉。出入庫糧食識別碼即聯通各個糧食流通業務狀況檢查，也作為與庫存糧食識別碼連接的紐帶。依據庫存糧食識別碼，能夠完成以各個貨位糧食為對象的各項糧庫作業、糧情監測信息、數量監測信息和質量監測信息等任務。

從糧食數量上看，一筆庫存糧食業務是由若干筆出入庫糧食業務組成，即庫存糧食業務識別碼與出入庫糧食識別碼在編碼上具有從屬性、可追溯性，從而為庫存糧食數量和質量向農產品產地追溯以及向糧食市場拓展，提供了技術支撐和數據基礎。

出入庫糧食識別碼和庫存糧食識別碼構成了一批由若干筆業務組成的貨位糧食從入庫過程、存儲過程以及出庫過程的全流程編碼體系。

3.2 糧食作業檢查設計

糧食作業檢查是以庫存和流通的各項作業為對象，采集作業操作記錄信息和過程影像，掌握各項糧食作業流程，印證糧食庫存業務過程和出入庫業務過程。糧食作業檢查包括糧食倉儲作業信息追溯系統和糧食出入庫作業信息追溯系統，主要涉及糧食各類作業的記錄數據采集與分析、糧食作業視頻監控與追溯。

糧食作業記錄數據采集與分析中的庫存作業主要指涉及糧食倉儲過程中的通風作業、干燥作業、低溫作業、氣調作業和熏蒸作業等（圖3）。糧食作業檢查能夠實現與糧食環境檢查的集成，依據節能環保、因地制宜的原則，及時判斷采取的作業是否與檢測結果相一致，對糧食庫存作業的合理性進行綜合判斷提供數據支撐。糧食流通作業主要涉及糧食出入庫過程中的報港、扦樣化驗、稱重、值倉、結算等環節。在整個過程中，糧食出入庫識別碼在各個環節中流轉，并保障各項數據的可追溯性，最終形成一套完整的出入庫作業數據。

糧食作業視頻監控與追溯在整個糧食倉儲和出入庫過程中，在視頻監控設備的支持下，可以通過對視頻影像的識別、提取、疊加、拼接等過程，獲取糧食倉儲和糧食出入庫全流程的視頻監控影像，從而為糧食作業實現可視化追溯，解決“轉圈糧”無跡可查的難題（圖4）。

3.3 環境風險檢查設計

糧食倉儲環境將會對糧食的數量和質量產生直接影響。糧食倉儲環境風險檢查是保證糧食動態變化的重要手段，也是輔助糧食清倉查庫工作中的一項重要內容（圖5）。糧庫環境風險要素主要包括糧倉和糧食的溫度、濕度、有害生物和熏蒸氣體。

對應于各類糧食倉儲環境要素，環境狀況檢查模塊主要包括各類物聯網傳感器和環境信息監測預警系統。各類物聯網傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、糧食蟲情傳感器和糧食氣體傳感器，分別用于獲取各類糧庫環境要素。環境監測預警分別針對糧庫的溫度、濕度、蟲情和熏蒸氣體采集信息，結合指標閾值，即溫度30 ℃，濕度70%～80%，害蟲密度5頭/kg，主要害蟲密度2頭/kg，磷化氫0.3 mg/m3，氯化苦1 mg/m3，進行綜合判斷，發布環境警報，保障糧食倉儲安全[14，15]。

3.4 數量狀況檢查設計

糧食數量檢查重點對糧食倉儲過程數量的變化和糧食出入庫環節數量進行實施掌握，為糧食統計賬的檢查提供數據支撐。糧食倉儲數量在線監測系統主要基于壓力傳感器網絡，針對稻谷、小麥、玉米和大豆4種不同糧食作物，經過數據融合模型處理壓力傳感器數據，遠程實時監測每個貨位糧食數量，獲取貨位糧食長期儲量數據（圖6）。糧食出入庫數量在線監測系統主要基于車輛稱重過程自動控制，保證數量獲取的規范化；基于地磅數據自動采集系統，確保地磅數據獲取的標準化；基于磅單數據信息管理系統，實現批量出入庫業務糧食數據的數字化，最終實現對出入庫數據的匯總、統計與分析。

3.5 質量狀況檢查設計

糧食質量狀況檢查指以糧食庫存質量與出入庫質量為主要內容，以庫存識別碼和出入庫識別碼為紐帶，耦合糧食環境狀況和糧食作業狀況，打造糧食質量全過程與風險全要素的可追溯體系。糧食質量狀況檢查包括糧食倉儲質量監測預警系統和糧食出入庫質量監測預警系統，分別具有糧食質量檢測數據采集、糧食質量信息預警和原因追溯功能（圖7）。其中各類糧食質量預警的指標及閾值參考以下內容：

1）稻谷質量具有出糙率（秈稻≥75.0%和粳稻≥77.0%）、色澤氣味（是否正常）、水分（秈稻≤13.5%和粳稻≤14.5%）、雜質（≤1.0%）和黃粒米（≤2.0%）等5項指標，品質具有色澤氣味（是否正常）、脂肪酸值（秈稻≤30.0 mg/100 g和粳稻≤25.0 mg/100 g）和品嘗評分值（≥70分）等3項指標。

2）小麥質量具有容重（≥790 g/L）、不完善粒（≤8.0%）、色澤氣味（是否正常）、水分（≤12.5%） 和雜質（≤1.0%）等5項指標，品質具有色澤氣味（是否正常）、面筋吸水量（≥180%）和品嘗評分值（≥70）等3項指標。

3）玉米質量具有容重（≥685 g/L）、不完善粒（≤8.0%）、生霉粒（≤2.0%）、色澤氣味（是否正常）、水分（≤14.0%）和雜質（≤1.0%）等6項指標，品質具有色澤氣味（是否正常）、脂肪酸值（≤50.0 mg/100 g）和品嘗評分值（≥70）等3項指標。

4）大豆質量具有純糧率（≥91.0%）、破損粒 （≤20.00%）、色澤氣味（是否正常）、水分（東北、華北≤13.0%和其他地區≤14.0%）和雜質（≤1.0%）等5項指標，品質具有色澤氣味（是否正常）、粗脂肪酸價（≤3.5 mg/100 g）和蛋白質溶解比率（≥75%）等3項指標。

3.6 統計賬檢查設計

糧食統計賬的檢查是建立在糧食庫存與糧食流通兩個方面上的糧食數量檢查，即以糧食庫存數量在線監測系統為核心，以糧食出入庫業務數量在線監測系統為手段，查閱糧食統計賬、會計賬、合并賬和保管賬等，實時掌握糧食數量統計信息，保障數據的正確性、統計的規范性和業務的真實性。

糧食統計賬檢查主要包括糧食統計核查系統（圖8）。糧食庫存的最小存儲單元是貨位，每個貨位糧食的入庫或出庫會由一筆或若干筆糧食收購合同或銷售合同組成，每筆糧食收購合同或銷售合同又是由一個或若干個貨車車廂、火車車皮或輪船貨倉組成。糧食統計核查系統是以貨位為最小統計單位計算糧食庫存總量，以貨車車廂、火車車皮或輪船貨倉為最小統計單位計算糧食合同數量、核查糧食合同質量，統計糧食流通總量。

3.7 會計賬檢查設計

糧食會計賬的檢查是建立在糧食流通之上的糧食資金檢查，即以糧食出入庫業務的購銷合同為核心，輔助糧食出入庫數量在線監測系統和質量檢測數據采集系統，掌握糧庫儲備糧、商品糧等糧食資金交易狀況。

糧食會計賬檢查主要包括糧食會計核查系統。糧食會計核查系統是以合同為最小統計單位，配合電子會計憑證、會計賬簿、會計報表等會計資料，核算儲備糧購銷（購進、輪換和銷售）、其他政策性糧食購銷、自營商品糧食購銷、糧食政策性補貼和糧食收購資金等資金流，配合糧食出入庫數量在線監測系統和出入庫糧食質量信息預警系統，核查合同糧食數量和糧食質量。

4 小結

加強糧食庫存監管，認真開展庫存檢查工作，確保國家糧食庫存數量真實、質量良好、存儲安全是國家實行宏觀調控的重要依據。本研究根據2009年全國糧食清倉查庫的具體內容，按照航天信息股份有限公司在江蘇、四川等全國8個省的150多個糧庫的實際情況，完成了信息化建設方案總體設計，闡述了每一項功能的具體實現內容，提出基于信息化的糧食清倉查庫系統方案已經在江蘇十幾個大中型糧庫進行了硬件改造、系統升級，實踐證明本研究給出的糧食清倉查庫系統方案是合理可行的，對全國清倉查庫的信息化建設具有一定的參考價值。

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