物聯網技術在糧庫信息化建設中的應用

高巍 周志剛 趙璧

【摘要】糧食物聯網是物聯網技術與糧食領域結合的一項重要創新，江蘇在全國率先建成一批以糧食物聯網為核心的“數字糧庫”樣板，并在此基礎上構建糧食物聯網感知體系，有效地提升了糧食行業信息化水平。文章介紹了糧食物聯網的產生背景以及“數字糧庫”的基本定義與主要構件，闡述了江蘇省“數字糧庫”建設的主要思路；在此基礎上對“數字糧庫”系統的總體架構與主要功能進行了介紹，最后列舉了江蘇省在推動糧庫信息化建設方面取得的主要成果。

【關鍵詞】物聯網技術；糧庫信息化；糧食物聯網；數字糧庫

在物聯網高速發展的背景下，糧食物聯網是物聯網技術與糧食領域結合、提升糧食行業信息化水平的一項重要創新，對于促進傳統糧食行業轉型升級意義重大。從全國范圍來看，糧食物聯網技術在各地的應用部署仍相對滯后。

作為全國糧食流通信息化與物聯網應用示范省份，江蘇率先試點探索物聯網應用模式，建立健全應用標準體系，促進物聯網技術、專用裝備與糧庫業務有效融合，成功塑造了一批具有示范意義的“數字糧庫”樣板，通過不斷地升級完善，正在向智能化程度更高的“智慧糧庫”邁進。

1產生背景

糧食是關系國家穩定的戰略性商品，糧食安全始終是關系我國國民經濟發展、社會穩定和國家自立的全局性重大戰略問題。通過建立糧食物聯網技術標準體系，健全糧食宏觀調控體系、糧食倉儲物流體系、糧食質檢監測體系，最終構建糧食儲運物聯網感知體系，實現糧食倉儲、流通與質量信息共享，從而加強國家儲備糧統籌管理、探索糧食監管督查新機制，是保障國家糧食安全的重要舉措。

“十一五”期間，在國家發改委、國家糧食局等各部門的支持與推動下，以射頻識別（RFID）、傳感器網絡等為代表的物聯網技術在糧食流通行業中得到初步應用，取得了良好的示范效果。“十二五”期間，以物聯網技術為代表的信息技術在糧食流通行業進一步得以應用，促進糧食流通與倉儲領域在規范化、精細化的基礎上進一步實現智能化。此后，國家糧食局又陸續發布了《糧油倉儲信息化建設指南（試行）》《糧食行業省級平臺建設技術指引（試行）》《地方糧庫信息化建設技術指引（試行）》等一系列行業信息化建設指導文件，旨在規范信息化建設、推動行業科技進步。

江蘇省糧食局始終將糧食信息化作為推進糧食流通產業現代化的重要切入點。“十一五”期間，江蘇省在糧食流通領域物聯網試點應用方面進行了大量工作，取得了良好的示范效果。在“十二五”期間，省局又明確提出以推進糧食流通產業現代化為目標，以物聯網等信息技術促進糧食流通轉型升級，并啟動了“數字糧庫”“糧食智慧云平臺”等重點工程。在省委、省政府“兩聚一高”發展思路與“智慧江蘇”戰略部署的正確指引下，《江蘇省“十三五”糧食發展規劃綱要》中提出“要在全國率先建成各類信息互聯共享、主要業務可視可控、系統運轉安全穩定的糧食信息化體系，建成具有江蘇特色的‘智慧糧食新體系，打造以‘智能化涉糧數據為支撐、‘數字化倉儲業務為主干、‘精準化應急調控為手段、‘可視化遠程監管為重點的糧食行業新面貌”。

2主要技術

作為糧食行業信息化的基礎，糧庫信息化系統主要面向糧食購銷、出入庫、倉儲、安防、質檢、財務、統計等基本業務，通過信息化手段實現科學高效管理，而“數字糧庫”系統則是其中的重要代表。

目前，數字糧庫尚未形成確切定義。通常，數字糧庫是指在傳統儲糧設施、設備、技術基礎上，進一步集成傳感采集、網絡傳輸、數據處理、數據存儲和多媒體等相關信息化技術，以可視化仿真、綜合化圖表、交互式操作等數字化形式綜合展示、動態反映并有效記錄糧庫購銷、儲藏、管理等主要業務流程，實現糧庫作業自動化和管理智能化。“數字糧庫”是“糧食流通信息化”的重要組成部分，是糧食流通產業現代化的重要基礎之一。

數字糧庫系統主要由以下四個部分組成：

（1）智能出入庫系統：以RFID（射頻識別）技術和智能圖像分析技術為基礎，主要實現出入庫自動化登記及調度管理等，具體包括報港、退港快速登記、自動扦樣、自動稱重、快速檢化驗、出入倉作業確認等。

（2）智能儲藏保管系統：根據不同類型的傳感器采集的各類糧情參數，自動采取相應的倉儲保管措施或提供相應建議，具體包括智能通風系統、智能氣調系統、低溫儲糧控制系統、自動蟲害檢測系統、智能熏蒸系統、儲糧數量在線監測系統、儲糧質量在線檢測系統等。

（3）智能安防系統：實現遠程視頻監管，例如庫區安防等。

（4）業務管理系統：包括報港管理、經營管理、倉儲管理、質檢管理、作業管理、決策支持等。

其中，糧庫物聯網技術作為貫穿數字糧庫系統的核心技術與重要抓手，為糧庫信息化系統充分體現“數據采集終端、創新應用終端、監督管理終端、社會服務終端”的基本功能定位提供了必要保障。

3建設思路

在實際建設推進過程中，我省通過充分考慮企業業務類型、管理基礎、投入和運維能力、人員素質、現實需求等因素，引導企業在做好總體規劃的前提下進行分級分步建設，具體可分為基礎、中級、高級三個配置標準。

各層級建設要求如下：

（1）基礎配置：系統功能簡單，操作方便，建設運維成本低廉，主要適用于2.5萬噸以下的收納庫。通常，系統包含糧庫業務管理、出入庫作業系統、糧情檢測系統等基本功能，可單機或組網運行，原則上不建設單獨的機房，只需為滿足糧庫業務管理信息化及出入庫流程管理需要而進行必要的基礎硬件改造，例如庫內局域網覆蓋辦公樓各業務科室、倉儲設施關鍵位置（比如通風口、控制室）以及庫內主要作業點等。

（2）中級配置：主要適用于2.5～5萬噸的儲備庫，做到儲備糧承儲企業全覆蓋。在基礎配置功能以外，系統又擴展了視頻監控、智能通風、三維可視化展示等，進一步豐富糧庫業務管理功能（例如增加作業調度、物流管理等），促進不同功能模塊對接聯動。系統應組網運行并建設獨立機房作為網絡與數據中心，配備UPS不間斷電源。

（3）高級配置：主要適用于倉儲規模大（5萬噸以上）、管理基礎好的示范庫（含物流中心）。在中級配置功能的基礎上，通過積極引入自動控制、智能倉儲、物聯網、云計算、大數據等新技術應用，系統又進一步增加了視頻會議、自動烘干、智能熏蒸、質量在線監測等，進一步提升糧庫作業的自動化、智能化水平。

4總體架構

基于物聯網技術的“數字糧庫”系統整體架構如圖1所示（主要功能模塊可根據實際需求靈活組合與集成）。

省層面通過加強網絡基礎設施、完善內外局域網建設，將糧政管理部門及主要涉糧企業內部局域網連成統一、互聯的糧食專用網絡，形成在全省糧食系統的互聯互通的物理信息交換網絡；實施中心機房虛擬化改造，為云應用提供基礎；強化信息安全保密，建立信息安全等級保護和分級保護制度，切實加強信息安全防范措施；分步研究制定糧食流通信息化的總體標準、信息資源標準、應用標準、應用支撐標準、信息安全標準、信息化管理標準，優先制定糧食行業重點領域技術標準等，形成省糧食流通信息化標準體系；按照標準化的要求，著重建設了一批信息資源數據庫，整合各類業務數據信息資源，逐步完善形成全省糧食管理數據存儲、交換、處理、分析和服務中心；借助數據中心基礎數據和服務的支撐，實現糧食流通信息資源的地圖導航、分析、顯示、統計和匯總等功能，連通核心政務平臺和省級儲備糧可視化管理系統，形成糧食流通數據管理服務中心。

5主要功能

5.1智能出入庫系統

針對目前糧食出入庫作業效率低、缺乏監管的實際情況，智能出入庫系統綜合使用RFID、傳感器、智能圖像識別等技術，建立快速登記系統、自動扦樣系統、快速化驗系統、自動稱重系統、出入倉確認系統，自動采集糧庫作業數據，保證糧庫出入庫數量信息的準確性，使得糧食出入庫作業流程和環節清晰可見。在這些數據的基礎上，通過管理信息系統實現糧庫實物流、資金流和信息流的統一。

（1）快速登記系統：通過RFID、智能圖像分析等技術和設備，自動、快速獲取運糧車輛及司機（或客戶）信息，并為車輛發行RFID標簽鎖，為司機（或客戶）發放業務結算卡，為其建立身份標識。

（2）自動扦樣系統：通過RFID設備自動識別運糧車輛信息，利用自動扦樣設備抽取糧食樣品，降低扦樣勞動量，避免“人情糧”。

（3）快速化驗系統：利用快速化驗設備快速化驗糧食品質指標，加快糧食收購進度。

（4）自動稱重系統：通過RFID讀寫設備、地感線圈、紅外對射、攝像頭等設備，實現運糧車輛自動稱重，有效防止地磅稱重過程中車輛未完全上磅、司機未下車、有壓倉物等作弊行為。

（5）出入倉確認系統：通過RFID設備自動識別運糧車輛，確認車運糧食是否出入倉，并采集糧食滿倉、空倉信息。

5.2智能儲藏保管系統

智能儲藏保管系統借助溫濕度、氣體、壓力等各類傳感器遠程采集糧溫、倉溫、倉濕、特定氣體（例如氮氣、磷化氫、二氧化碳、氧氣等）含量與分布、地面不同點位壓力、糧堆表面起伏程度等，推算倉內儲糧質量、數量并預測變化趨勢等。通過統一的數據標準與開放的公共接口，可兼容現有主流設備，支持不同功能的智能控制子系統動態擴展與靈活接人，實現了倉儲管理相關作業信息整合、數據共享與設備聯動，從而有效降低儲糧單位能耗與安全事故風險。

（1）智能通風系統：根據倉內外溫濕度傳感器檢測的結果，在儲糧專家系統的指導下，通過智能通風控制軟件遠程控制離心風機、軸流風機、低溫儲糧通風設備、自動倉窗，可實現排積熱通風、降溫通風、降水通風等不同模式，有效降低通風能耗及成本，提高通風效率和準確度。

（2）低溫儲糧控制系統：根據倉內外溫濕度傳感器的檢測結果，遠程自動控制低溫儲糧設備，以實現全年整倉平均糧溫低于15℃，上層糧溫不超過20%，真正實現低溫綠色生態儲糧，提高糧食品質和口感。

（3）自動蟲害檢測系統：基于蟲情采集裝置以及智能圖像分析技術，定時監控倉內糧食害蟲數量、種類、分布情況等。

（4）智能熏蒸系統：根據蟲害檢測情況，在儲糧專家系統的指導下，結合糧庫周邊生態環境，智能決策熏蒸控制方式，形成科學合理的熏蒸方案。基于氣體檢測情況，對倉內熏蒸數據進行分析、判斷，自動控制殺蟲氣體濃度和流量進而控制熏蒸作業進程，從而避免安全事故的發生。

（5）儲糧數量在線監測系統：合理部署壓力傳感器并采集特征點位壓力數值，經過數據融合模型計算，遠程實時監測每個倉廒儲備糧數量。

（6）儲糧質量在線檢測系統：利用氣體檢測、質譜檢測等技術，遠程在線監測儲糧霉變情況，自動判斷給出糧食質量安全等級，包括安全、臨界（真菌生長處于臨界水平）、危害及嚴重危害等四個級別。

5.3智能安防系統

智能安防系統主要功能包括：（1）支持基于視頻的事件分析技術，監控范圍覆蓋庫區主要進出口、作業點及藥品庫、器械庫等重要場所，可根據預設安全事件自動檢測與預警。（2）支持基于事件的視頻索引技術，將儲糧作業環節中傳感設備采集的信息與相應視頻信息關聯，可根據作業數據快速檢索視頻信息，并快速合成作業全過程視頻信息；通過在視頻上疊加業務信息，展示當前視頻對應的業務內容。

5.4業務管理系統

糧庫業務管理系統包括報港管理、經營管理、倉儲管理、質檢管理、作業管理、綜合決策等功能，支持基于Android、iOS等主流移動終端操作系統開發適合智能手機、平板電腦或專用移動設備訪問的軟件系統，為糧庫領導及業務人員提供方便地移動辦公服務。

（1）報港管理：根據報港登記的業務類型，對報港者按照業務流程進行處理。

（2）經營管理：包括客戶管理、計劃管理、合同及單據管理等。

（3）倉儲管理：維護和查看當前在儲物資的倉儲信息和保管信息，具體包括出入庫、定性、損溢、保管、移交、糧情、通風、熏蒸信息等。

（4）質檢管理：包括樣品管理、指標管理、化驗記錄管理、化驗器材管理等。

（5）作業管理：包括編制作業計劃、作業調度、跟蹤資源分配與使用情況等。

（6）決策支持：對糧庫經營管理的基礎數據、市場行情等進行整理、加工，根據行業和企業管理經驗建立科學模型，為領導進行決策提供參考。

6主要成果

目前，各試點示范單位在開展糧庫信息化技術研發、軟硬件設備配置和系統試點應用方面已取得明顯成效，改變了以往糧庫經營管理粗放、運行效率低下、業務協同能力不足、信息化程度低、監管存在漏洞的傳統局面，為推動糧食行業糧庫信息化建設發揮了較好的試點示范作用，相關成果已推廣到全國20多個省、市、自治區，主要成果如下。

2011年11月，在深圳第十三屆高交會上，江蘇省糧食局與國家糧食局、航天信息股份有限公司（以下簡稱航天信息）簽署“物聯網技術在糧食流通行業示范應用與推廣的框架合作協議”，正式啟動“糧食流通領域國家工程實驗室”與“數字糧食工程”。江蘇省被確定為全國糧食流通信息化建設試點、示范省，常州城北國家糧食儲備庫、無錫糧食科技物流中心成為國家糧食局首批“糧食信息化示范單位”。

2012年5月，全省“數字糧食”工程推進會在無錫召開，省內首批16家示范單位中南京糧食集團、江蘇省洪澤湖糧食儲備直屬庫有限公司與總集成商（航天信息）率先簽約，標志著全省“數字糧庫”工程建設正式啟動。

2013年，啟動省級糧食物流現代化工程，11月，被國家發改委、財政部授牌“國家物聯網重大應用示范工程”，并適時出臺了《全省智慧糧食工程三年規劃方案》《江蘇省糧食流通信息化建設指導意見》，明確了以數字糧庫為主體的糧食信息化建設的指導思想、目標原則、主要任務、重點工作及保障措施。

2014年2月，常州城北庫、無錫國儲庫作為省內試點的國家發展改革委首批國家信息化試點項目“基于RFID的區域糧食流通管理試點應用”通過專家組驗收。同時，我省全面啟動糧庫維修改造和信息化建設，全省700余家糧庫全部納入建設范圍。12月，通過江蘇省“數字糧食”建設工程基本方案并啟動建設。同年，組織制訂《糧食流通信息基礎數據元規范》《糧庫信息化建設技術規范》和《儲備糧可視化管理系統功能規范》三項標準并經省質監局審核批準后作為地方行業標準發布。

2015年，根據國家局統一安排，啟動并推進全省糧庫智能化升級項目，制定并發布市級糧庫遠程監管平臺與智能化糧庫升級建設標準等。

2016年，省局信息中心與南京財經大學聯合申報成功全國糧食行業首個省級大數據實驗室“江蘇省糧食大數據挖掘與應用重點實驗室”。

2017年，江蘇省“數字糧食”建設工程通過初驗并進入系統試運行階段。同年，啟動基于識別代碼物聯網技術的品牌糧食質量追溯系統、糧庫倉儲機器人系統等項目招投標工作，并選定示范庫點進行安裝、部署和應用。

7結語

糧食行業信息化是一個系統工程，涉及收購、儲存、調運、加工、供應等各個環節，包括基礎設施建設、硬件設備配置、應用軟件開發、信息標準制定、信息安全管理、數據分析應用等相關內容，需要政府、企業及科研部門共同參與、協同推進，逐步形成“技術先進、功能實用、運維簡便、安全可靠、規范統一、運行高效”的糧食行業信息化體系，從而全面提升糧食行業信息化水平。