糧倉通風(fēng)決策信息融合模型的研究與分析

陳博+薛小慶+任神河

摘 要：糧食是人類不可或缺的資源，是社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展必要基礎(chǔ)，在糧食倉儲過程中，合理的對糧倉通風(fēng)是防止倉儲糧霉變的重要方法之一。但糧倉的溫度、濕度、CO2濃度等眾多信息無法憑借單一信息即可判斷是否合理通風(fēng)，過度通風(fēng)甚至有害通風(fēng)均會影響糧食安全，文章通過分析多信息融合模型，為糧倉通風(fēng)提供更智能化的輔助決策。

關(guān)鍵詞：糧食；智能通風(fēng)；信息融合

中圖分類號S379.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0013-02

前言

糧食問題是關(guān)于民生的頭等大事，糧食儲備情況關(guān)系到社會的和諧與穩(wěn)定，關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展，關(guān)系到全面建設(shè)小康社會宏偉目標(biāo)的實現(xiàn)[1]。近幾年來，“智慧糧庫”的概念也得到越來越多人的肯定和支持，如何建立智能糧庫存儲體系也是研究的熱點問題之一。所謂“智慧”糧庫主要是利用智能化電子設(shè)備取代傳統(tǒng)的人工作業(yè)，既有效節(jié)約了人力資源，同時也提高了管理效率，例如本文所研究的糧庫通風(fēng)問題。眾所周知影響糧食品質(zhì)及安全的因素眾多，例如糧庫室內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度、O2濃度以及PH3濃度等，如何合理的對糧倉進(jìn)行通風(fēng)并非一件簡單的事，過度通風(fēng)甚至有害通風(fēng)均會直接影響糧食的品質(zhì)，而不通風(fēng)又會加速糧食的結(jié)露、霉變、蟲害等現(xiàn)象發(fā)生，同樣危害糧食安全[2]。在過去，我國糧庫大多是采用人工通風(fēng)的方式，完全憑借糧庫工作人員的經(jīng)驗來判斷是否需要通風(fēng)，既缺乏準(zhǔn)確性又缺乏穩(wěn)定性[3]。本文利用傳感器采集多種影響糧食安全的例如溫度、濕度、氣體濃度等信息，將采集到的信息發(fā)送至上位機(jī)，通過構(gòu)建合理的信息融合模型對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終給出合理的輔助決策。

1 智能通風(fēng)控制系統(tǒng)

智能通風(fēng)控制系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，以單片機(jī)為核心的下位機(jī)負(fù)責(zé)糧庫信息的實時監(jiān)測以及對通風(fēng)設(shè)備的直接控制，而以通風(fēng)分析軟件為核心的上位機(jī)負(fù)責(zé)對采集到的糧庫信息進(jìn)行實時判別以及對下位機(jī)發(fā)送控制指令。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2 信息融合技術(shù)

信息融合技術(shù)起源于上世紀(jì)70年代，最早是美國學(xué)者提出的，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。而我國的信息融合技術(shù)起步稍晚，大約發(fā)展于上世紀(jì)80年代，其極高的應(yīng)用價值很快得到了國內(nèi)學(xué)者的熱切關(guān)注，對它的研究也一直火熱的進(jìn)行著。信息融合技術(shù)是一種信息處理技術(shù)，主要針對多種信息源提供的數(shù)據(jù)或信息，通過相關(guān)、融合等方式加以處理并綜合利用，比以往利用單獨的數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行決策更合理、更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確。

在本文中，信息源主要來源于采集各類糧倉信息的眾多傳感器，例如溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器、O2濃度傳感器、PH3濃度傳感器、風(fēng)雨傳感器等，綜合考慮采集到的所有會影響糧食品質(zhì)及安全的因素加以分析并做出準(zhǔn)確預(yù)估，給出更合體的通風(fēng)決策方案。

3 糧倉通風(fēng)決策信息融合模型

智能通風(fēng)采集的實際糧情是多種多樣的，每一種糧情都不能單獨作為條件決定采用哪種模式進(jìn)行通風(fēng)，而通風(fēng)條件計算結(jié)果還有可能支持不同的通風(fēng)模式[4]。因此，為了使通風(fēng)決策更加正確合理，就需要綜合利用所有的糧情信息。從理論上講，采集到的影響糧食品質(zhì)和安全的因素越多，模型就相當(dāng)越復(fù)雜，而給出的決策信息往往更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定，但考慮到成本以及現(xiàn)階段傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要引入了糧倉外氣體溫度、糧倉外氣體濕度、糧倉室內(nèi)氣體溫度、糧倉室內(nèi)氣體濕度、上層糧溫、中層糧溫、下層糧溫、CO2氣體濃度、O2氣體濃度、PH3氣體濃度等信息作為信息源，建立相應(yīng)的融合模型，信息融合框架模型如圖2所示。

該融合模型可以對從實時糧情中獲取的多重儲糧狀態(tài)信息進(jìn)行融合，并對是否通風(fēng)以及通風(fēng)模式做出合理的決策，但由于傳感器數(shù)量較多，個別傳感器損壞造成的數(shù)據(jù)失真會影響到整個決策的準(zhǔn)確性，因此本模型可在實時糧情數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按照一定的采集策略，采集不同時間點和空間點的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加式融合，來得到更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定的融合結(jié)果。D-S證據(jù)理論作為一種多用于決策層融合的融合算法，自其提出以來，它的應(yīng)用范圍一直在不斷擴(kuò)大。D-S證據(jù)理論強調(diào)證據(jù)的推理，可以認(rèn)為其本身就是一種決策模型，可用于解決決策領(lǐng)域的問題，在現(xiàn)有智能通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對通風(fēng)模式的決策方法進(jìn)行改進(jìn)，將D-S證據(jù)理論引入到通風(fēng)模式的決策中，利用改進(jìn)的D-S融合模型在決策級上對通風(fēng)模式進(jìn)行融合判斷，以此提高整個模型的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

糧食安全問題永遠(yuǎn)是人類最關(guān)心的熱點問題之一，關(guān)于“智慧糧庫”的研究也會持續(xù)的研究下去，本文在目前國內(nèi)糧庫現(xiàn)有的實時監(jiān)測的硬件基礎(chǔ)上研究了如何對采集到的糧情信息進(jìn)行信息融合，并對信息融合模型的合理性進(jìn)行了分析，筆者在今后的研究中會對該模型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化以期得到更準(zhǔn)確的輔助決策系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]余漢華，王錄民，王振清，等.我國地下糧倉應(yīng)用的現(xiàn)狀及前瞻[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，29（6）：79-81.

[2]李劉艷.糧食危機(jī)下的中國糧食安全問題研究[J].世界農(nóng)業(yè)，2013（7）：11-15.

[3]龍方.新世紀(jì)中國糧食安全問題研究[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2007，8（3）：7-14.

[4]孫彪瑞.基于信息融合的糧倉通風(fēng)智能決策研究[D].2015.

[5]宋立明.糧食數(shù)量信息探測和智能識別方法的研究[D].2015.endprint