一款結合VR技術的智能倉儲信息平臺

鄧 文 佶

(上海良友(集團)有限公司 上海 200122)

0 引 言

隨著時代的發展,糧食食品安全研究從以往注重數量安全逐步轉向更加注重質量和食品安全擴展。根據國家發行的糧食行業的文件要求，例如《糧食行業信息化發展“十三五”規劃》、《國家糧食局關于規范糧食行業信息化建設意見》等國家級文件，目前絕大多數公司和機構都需要主動適應目前形勢發展，大力推進綠色科技儲糧[1]。以需求為導向，對糧食存儲進行研究，應用大數據、物聯網、云計算等技術，將原來的“綠色儲糧”、“科技儲糧”，利用技術手段進行軟硬件系統優化再造，實現了“作業流程標準化”、“信息采集自動化”、“倉儲保管智能化”、“業務管理集成化”的“綠色科技儲糧”系統。本文以上海良友集團有限公司為例，其采用的新型技術在推動糧食儲備管理升級方面取得了明顯成效，切實保障和實現了糧食安全存儲。

1 研究與應用范圍及方向

目前在研究綠色科技儲糧系統時，需要充分地利用現在的物聯網、大數據和云計算等技術，對公司的儲糧庫區進行智能化優化升級，主要研究應用方向為糧庫管理的硬件、軟件系統平臺的升級再造。硬件模塊主要包括糧情測控集成模塊、數量檢測模塊、排積熱通風模塊、能耗監測模塊、遠程照明模塊和蟲害氣體檢測模塊等智能化糧倉模塊的硬件系統整合，達到“綠色”降低能耗。對每一個硬件模塊都需要進行升級改造，使每一個模塊都可以和網絡進行對接，實現網絡遠程控制和數據采集發送的基本功能。對于軟件系統方面，要求所有軟件系統和模塊都實現統一登錄、統一驗證、統一操作和統一管理的基本管理系統，達到“科技”支撐管理。同時整個系統具有良好擴展性，方便軟硬件功能擴充和升級。

2 主要研究與應用領域

2.1 云計算

本文采用了云服務對數據進行存儲，整個系統的軟硬件平臺廣泛地采用了云計算技術，實現不同的終端都可以在基于云平臺的基礎之上，進行一系列的管理和維護操作[2]。云計算的優勢就在于可以把許多計算資源、存儲資源、數據資源和應用資源進行統一地匯聚和使用。這樣隨著系統規模的不斷擴大，系統可以利用的資源也不斷增加，系統平臺數據的處理也變得非常快捷化和智能化。本文中云計算的基本架構如圖1所示。

圖1 云計算系統架構圖

2.2 虛擬現實(VR)

如圖2所示，智能化糧庫項目系統是可以選擇采用虛擬現實來進行展示。虛擬現實三維展示需要采用國內先進的Unity 3D渲染技術，畫面如實顯現實景場景。圖形和元素之間層次感清晰，給用戶帶來強大的視覺沖擊。用戶可以通過VR設備對智能化糧庫場景進行統一地觀察操作，可以實時地觀察不同場景的效果圖。

圖2 虛擬現實的場景圖

2.3 安全策略設計

糧庫作為糧食儲備、流通的重要環節，在糧食信息、人員信息、設備信息等的存儲及傳輸方面的安全就變得非常重要。智能化糧庫項目的安全性由一個安全體系來組成，具體實現策略包括：軟件本身安全、硬件設備安全、網絡安全防護、安全管理體系，支持賬戶、授權、加密、日志等技術方式。系統需要對數據進行加密，包括加密存儲和加密傳輸。另外，對系統權限需要進行分離操作，保證系統之間進行隔離，用戶安全可靠地進行系統操作[3]。對系統還需要進行加固和安全防范操作，防止被惡意地破解，對系統造成安全影響。對系統的安全權限也要進行防護操作。系統中的安全策略設計層級如圖3所示。

圖3 系統安全策略設計層級圖

2.4 先進的架構思想與工具

本文中智能化糧庫系統以信息安全方面、可維護性、易拓展性和高效率安全設計為設計基礎出發點，設計一套完整的系統方案。智能化糧庫系統平臺基于SOA設計思想，采用B/S+C/S多層結構設計，以Java技術架構構建基本應用平臺[4]，完成應用系統的統一化管理和維護，支持互聯網、局域網、VPN、無線及移動等網絡，實現快捷方便的數據交互。采用此種架構設計，在糧庫服務器上部署一套應用程序，就可實現各崗位人員通過操作終端聯網訪問，方便快捷。

3 硬件系統設計

在傳統糧庫系統設計中，系統的各種檢測系統和控制系統采購自不同廠家，系統中模塊的管理和維護都是獨立的，不同模塊之間的數據也沒有統一打通和管理。例如糧情測控集成模塊、數量檢測模塊、排積熱通風模塊、能耗監測模塊、遠程照明模塊和蟲害氣體檢測等等。另外，傳統糧庫系統使用的糧情模塊、通風模塊、熏蒸模塊和空調模塊等各個系統功能單一，需要人為地分別手動控制，非常費力、費時，而且對系統來說也非常危險，同時，系統能耗高、效率低，遠遠達不到“綠色科技”儲糧的目的和需求[5]。

本文設計的智能化糧庫系統研究并且設計了一套應用智能化控制柜的方式來解決傳統的糧庫系統存在的上述問題。本系統將糧情測控集成模塊、數量檢測、排積熱通風、能耗監測、遠程照明、蟲害氣體檢測等硬件系統有效地整合設計于一體柜中，達到了“四統一”、“四標準”及“四便捷”，在應用中取得了很好的效果。其中：“四統一”是指實現了供電電源、控制核心、網絡傳輸、軟件應用的統一；“四標準” 是指實現了安轉位置、綜合布線、功能模塊、應用接口的標準；“四便捷” 是指實現了觸控操作、遠程升級、狀態監測、快速維修的便捷[6]。具體的實物圖如圖4所示。

圖4 智能化控制柜硬件實物圖

設計一體化智能控制柜的目的就是為了解決目前系統能耗過高的問題。將多個硬件模塊設計在一個整體的系統模塊中，這樣在維護和管理時就會方便工作人員進行統一的維護。另外，系統也達到了節能降耗、便捷控制等功能，大大地提升了工作效率，真正實現了“綠色科技”儲糧。系統中的硬件電路實際現場圖如圖5所示。

圖5 系統硬件電路實物圖

4 軟件系統設計

4.1 整體架構

整個系統采用平臺化結構設計，整體采用組件化、模塊化、動態化的軟件技術，利用一致的可共享數據模型，實現快速的應用開發、快捷的系統升級以及靈活的功能拓展。

智能化糧庫系統的基礎層主要就是提供系統開發和運行的軟硬件環境支持平臺。硬件環境包括網絡、主機、存儲和安全設備等。系統的主機操作系統采用Linux系統，后臺數據庫采用MySQL，緩存服務為redis，應用服務器后臺開發技術框架環境為SpringMVC、Mybatis[7]。

智能化糧庫系統的數據訪問層主要是系統通過Mybatis和Web Services 兩種方式進行數據訪問。Mybatis為一個基于Java的持久層框架，另外在配合SpringMVC框架研發中，它還對數據庫進行定制化[8]，避免人為手動地維護數據庫，大大節約了效率。Mybatis數據庫是一種面向跨平臺JVM環境的，針對關系型數據庫的對象持久化類庫，能夠快速實現應用程序對各種大型數據庫的訪問。Web services 使用基于 XML 的消息作為數據通信的基本方式，以幫助減少組件模型、操作系統和編程語言不一致導致的系統之間的差別。系統總體的平臺架構如圖6所示。

圖6 系統平臺架構圖

智能化糧庫系統的業務層主要是系統前后臺業務具體展現，包括：糧庫基本信息、糧情檢測、數量檢測、智能通風、蟲氣檢測、能耗監測、遠程照明、集中展示等，并可以根據各庫的需求開發個性化模塊，升級、拓展靈活快捷。智能化糧庫系統的表現層主要就是用戶能夠使用業務系統的表現方式，包括：PC客戶端、瀏覽器、客戶端插件、平板電腦、智能手機等。

4.2 核心功能描述

智能化糧庫系統主要功能包括：我的倉房、數據查詢、數據展示、數據分析、報表打印、消息中心、系統設置、趨勢圖標分析等功能模塊。各模塊功能圖如圖7所示。

圖7 系統應用基本模塊圖

我的倉房模塊實現氣象信息檢測系統、糧情檢測系統、排積熱通風系統、能耗監測系統、庫存數量檢測系統及倉內防熏蒸視頻的軟硬件綜合高效集成，使各系統能夠聯動。每個倉房采用統一的控制系統，搭建統一的控制管理軟件平臺，達到監測、控制、大數據分析、預防預警等功能的一體化、智能化綜合控制。對庫內所有智能倉房進行統一控制，可對指定倉房一鍵進行測溫、一鍵開關窗、一鍵開關照明等操作，省時省力，提高工作效率[9]。

數據展示模塊是以3D的方式展示糧情、蟲害等信息，使用戶能更加直觀地看到倉房各個位置的糧情、蟲害等信息。例如糧情信息3D展示，通過選擇倉房的糧情檢測記錄，把糧情數據自動加載到糧情三維模型中，能夠直觀地還原顯示糧情布置的行列層及檢測的溫度信息[10]。三維中溫度點的顏色自動根據當前檢測溫度高低進行顏色的變化，當溫度高于設置的高溫閾值時以紅色顏色進行標識，溫度處于正常范圍內時以綠色顏色標識。可在三維模組中通過鼠標拖動或滾輪查看虛擬倉房任何角度和方位的糧情信息[11]。

數據分析模塊對糧情、儲量、蟲氣、通風等數據加以分析，并以多種圖表的方式進行展示,使用戶能夠更加直觀地了解糧倉的準確情況[12]。例如儲量分析，分析指定時間段內的數量檢測數據，將檢測重量、實際重量以及誤差值以圖表的形式展示出來，用戶可自定義曲線展示或者柱狀展示，能準確地了解到倉內糧食數量的變化情況。

數據查詢模塊的主要功能是查詢倉房信息、能耗信息、蟲害信息、糧情信息、通風信息、保管員信息、設備信息、照明記錄等操作信息。報表打印模塊提供多種報表打印格式，并可根據用戶要求進行報表格式的修改，提供報表的導出和打印功能，主要有帶有對比功能的糧情報表、糧情分析報表、蟲害氣體報表等。消息中心模塊主要負責各種信息的共享與提示功能。系統設置模塊主要負責對倉房、貨位、崗位、設備、保管員、通風策略、系統參數等進行維護。趨勢圖表分析模塊是以圖表的形式展示糧情、能耗等多元化信息[13]。

5 結 語

本文軟硬件一體化系統的研究與應用，為探索研究“互聯網+綠色科技儲糧”的實現提供了理論及實踐基礎，為糧庫建立起了以“數字化”涉糧數據為支撐，“智能化”倉儲業務為主干、“可視化”遠程監管為重點、“精準化”應急調控為手段[14]，結構完整、功能齊全、安全穩定、信息共享、多級聯動的現代化信息網絡體系。并作為基礎框架為以“數字化政務、精確化業務、

信息化商務、網絡化服務”為主要內容的“互聯網+智慧糧食”提供有力支撐。