物聯網技術在糧食及物資儲備行業信息化建設中的應用

陸縣委 張加勝 王鵬飛

引言

本文提出了基于物聯網技術的糧食及物資儲備系統的構建目標。首先分析了糧食及物資儲備行業現狀和當下物聯網技術的應用前景，針對信息化建設過程及糧食和物資儲備作業中存在的問題，建立了具有可行性的系統框架，為物聯網技術在糧食和物資儲備行業及其他亟需信息化的工程領域提供解決方案。

糧食及物資儲備行業現狀

隨著物聯網技術的迅速發展，之前的糧食及物資儲備業務模式已經不能夠滿足領域信息化的需要。倉儲過程中往往存在人力成本、消息時延以及數據信息誤差等問題，而物聯網技術具有的實時性、有效性等優勢能對該問題進行有效處理。因此，可以利用物聯網技術對目前的出入庫管理、糧食和物資儲備管理、應急保障管理等業務需求建設一套先進的、高適用的信息化系統以保證整個糧食及物資儲備過程的流程規范化、數據可視化和管理信息化。

與此同時，新冠疫情發生以來，國家糧食和物資儲備局積極響應習近平總書記的重要指示精神，全力做好疫情防控期間應急糧食物資和應急救災物資的保障工作。面對“來勢洶洶”的新冠疫情，為提升國家糧食及物資儲備應急管理水平，進一步提高應急糧食及物資保障能力，完善國家糧食儲備和應急管理體系，需要將業務流程和倉儲數據信息進行整合，建設糧食及物資倉儲一體化信息平臺，以逐步形成“云”“管”“邊”“端”的信息化體系，打造智慧倉儲行業新生態。這一體系不僅能為倉儲行業提供更加透明化和精細化的管理，同時也能為基于物聯網技術的其它工程領域信息化建設提供解決思路。

物聯網技術應用前景

物聯網技術是信息科技迅速發展的產物，并在傳統互聯網技術的基礎之上進行了拓展和延伸使其應用于各行各業。在實際應用中，物聯網技術往往是通過先進的數據采集和數據分析技術來實現信息的高效傳遞、交換和利用。例如通過RFID（Radio Frequency Identification）、紅外感應器、衛星定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，利用有線或無線的互聯網技術完成信息通訊和交換，以提供智能化的數據跟蹤和管理，實現對“萬物”管、控、營的一體化。

在糧食及物資儲備行業，采用物聯網技術可以保證儲存糧食及物資數據的時效性。以其中的一項關鍵作業為例，傳統倉儲檢查工作往往需要工作人員進入倉庫檢查，各類數據信息也需要手工填報，這樣不僅增加了人力成本而且會帶來一定的糧食及物資儲備的安全問題。而物聯網技術利用其自身特性可以在保障倉儲安全可靠的前提下高效地完成對糧食及物資數據信息的測控，管理部門能夠隨時掌握倉房內的儲存情況，應急部門也能實時掌握各個庫點的糧食及物資數據，方便管理和調度。

糧食及物資倉儲一體化平臺建設內容

根據糧食及物資儲備過程中的核心業務場景，需要建設系統平臺的基礎設施，同時構建基于該基礎設施配套的糧食及物資儲備應用系統，以實現對糧食和物資出倉入倉信息、調度作業信息、業務管控信息的數據采集、分析和管理，使得整個過程中糧食和物資量和質的狀態可視化、調度管理流程信息化。該套系統框架包含兩個層面設計：

（1）業務邏輯框架：對基于物聯網技術的糧食及物資儲備系統中各個模塊的業務邏輯及不同子系統模塊之間業務關系的設計。

（2）系統技術框架：對整個系統及各子系統中使用的關鍵技術的描述，其中關鍵技術包括物聯網技術和應用軟件技術。

業務邏輯框架

基于物聯網技術的糧食及物資儲備系統的核心業務主要為智能出入庫子系統和智能倉儲子系統所管理的相關業務，包括糧食和物資的出庫入庫、庫存盤點和換倉調度業務。每個操作環節對應著系統的各個管理模塊，最終由平臺管理中心控制。整個業務邏輯框架分為四個單元：基礎設施單元、物聯網單元、管理控制單元和用戶角色單元。基于物聯網技術的糧食及物資儲備系統業務邏輯框架如圖1所示。

（1）基礎設施單元

基礎設施單元是整個系統的基礎環境，為上層數據和應用提供最基本的服務。一套完整的基礎設施建設包括綜合布線、機房及相關網絡設備、網絡安全保證和綜合指揮中心建設。同時提供基礎設備支持平臺，包括計算機硬件設備、計算機網絡平臺及系統等。

（2）物聯網單元

物聯網單元主要負責底層數據傳遞和交互，為整個系統提供數據支撐服務，該單元包含各類物聯網設備。例如RFID類設備、攝像頭、溫濕度傳感器、氣體傳感器和蟲情傳感器等，通過這些設備實現對數據的采集、分析和處理。

① RFID類設備：通過射頻識別技術實現讀寫器和電子標簽之間的非接觸式雙向數據通信，這類設備主要包括多形式化的電子標簽和RFID讀寫器，其中讀寫器可以分為手持式、固定式等。整個業務流程可以通過RFID讀寫器和電子標簽實現糧食和物資的出倉入倉、換倉換位、庫存盤點等業務環節的自動化數據采集，以保證各個流程間數據信息的實時性和正確性（見圖2）。

② 倉溫倉濕傳感器：主要用于倉房內溫度和濕度的檢測，以實現倉內溫度和濕度數據的自動化采集、上報和分析，通過對這些數據的實時檢測分析可以及時對倉內異常數據情況進行有效預警（見圖3）。

③ 攝像頭：主要安裝在部分重要區域，例如庫點的周邊、庫點出入口、倉房內外作業區域、地磅及主要通道區域。相關管理人員不僅可以通過攝像頭隨時地對庫房各個關鍵區域進行監控及時了解各類情況，而且對于出入口、磅房等區域可配合地感線圈等裝置實現車輛信息識別進而完成相關數據信息對比、錄入和設備功能控制。

④ 氣體傳感器和蟲情傳感器：分別用于倉內氣體濃度和害蟲情況的數據采集，管理人員可以根據采集結果及時作出相應處理方法。

同時，物聯網單元還要對設備采集來的原始數據進行必要的處理和分析，篩選出有效數據并將其標準化為可靠、可用的數據，傳遞給管理控制單元中各個系統模塊使用。

（3）管理控制單元

管理控制單元是平臺的控制中心，該單元包含的各個管理系統可以操作和監控整個系統的數據信息和業務流程，將各個業務邏輯進行協調和統一，通過應用系統軟件及子系統模塊下達指令實現對業務流程和數據處理管控。具體子系統模塊包括智能出入庫系統、智能倉儲系統、遠程監管系統、業務管理系統和應急保障系統，這些模塊系統主要針對糧食和物資的出庫、入庫、調度、倉房監管等業務流程一同組建成糧食及物資儲備應用系統，從而完成作業過程中數據采集、分析、管理的信息一體化。通過使用物聯網領域的RFID頻射技術，有效解決整個管理過程中信息時延問題，以信息流傳遞代替手工錄入，極大地提高了工作效率。例如利用RFID電子標簽，可以保證糧食和物資在各個儲存環節的全過程管控，從入倉出倉到盤點調度，各個過程均能做到規范化作業，同時將糧食和物資相關的質量信息、貨位批次等進行標簽關聯化處理，可以實現制作各類需求報表功能。具體地講，給糧食和物資裝貼上約定好的電子標簽，當這些裝了標簽的糧食和物資在出倉、入倉、盤點等作業過程中，讀寫感應器掃描電子標簽即可完成綁定和識別關聯信息。也可以將約定好的電子標簽裝貼在貨架上，當這些貨架上的糧食和物資在進行出倉入倉和上架下架時，對電子標簽進行掃描完成關聯信息的綁定和識別。這使得所有業務數據都能借此完成更加便捷的定位跟蹤。

業務管理系統配合其它應用子系統可以實現對出倉入倉業務、調度業務、數據盤點業務和倉房庫存管理等進行綜合管理，從而實現管控各個流程環節的操作，極大程度地便利了倉儲信息管理。業務管理系統同時可以獨立進行一些業務操作，例如根據其它應用系統傳遞過來的業務數據，提供更為準確全面的單據憑證，進而實現高效的報表、成本及財務信息管理。

（4）用戶角色單元

用戶角色單元包含了系統最終面向的用戶類型，例如供應商用戶、企業用戶和政務人員等。在數據信息處理完成之后，根據業務需求對管理系統分配角色權限或者制定不同的管理系統提供給特定的用戶。

系統技術框架

倉儲一體化信息平臺的技術框架主要分為三部分：硬件層、數據處理層、系統應用層。硬件層主要作用是利用各類基礎設施和傳感器等硬件設備來獲取糧食、物資、倉房等各種基本信息，通過物聯網技術，將這些經過數據處理層的數據信息存入數據庫以供平臺中各應用系統模塊的進一步處理和利用，同時會結合平臺中信息管理類軟件系統完成相關硬件操作功能。之后各個系統模塊會根據業務需求對數據信息進行過濾和提取，不斷地進行優化以達到業務流程智能化。

系統應用層面向應用軟件技術，按照數據傳輸協議和指令下達規則實現對各個功能模塊的操作控制，同時在該層中數據信息經過系統的高效分析可以為管理人員提供更加合理的決策信息。系統技術框架如圖4所示。

在該套技術框架下，硬件技術層面的物聯網技術起到關鍵作用。基于物聯網技術的糧食及物資儲備系統中傳感器設備主要是基于RFID射頻技術和無線傳感技術。

（1）RFID頻射技術：該技術是自動識別技術的一種，它是通過無線電波對記錄媒體進行讀寫，將無線通信結合數據訪問方式，連接數據庫以實現雙向通信達到識別和數據交換的目的。其技術原理并不復雜：電子標簽接收到讀寫器發出的頻射信號，通過感應電流得到的能量發送存儲在電子標簽的數據信息（或者由電子標簽主動發送相關頻率信號），讀寫器接收、解碼信號信息并將其傳遞給相關應用系統做進一步分析處理。

（2）無線傳感技術：通過傳感設備對環境中不同事物的工作環境、自身性質、模式規范等信息進行長時間、大規模的采集、分析和處理。作為高效便捷獲取信息的重要技術方式，它和通信技術、計算機網絡技術構成了信息領域三大關鍵技術。無線傳感技術的核心是傳感器，通過各類傳感器組成的信息結點，利用通信芯片和微型處理器，能夠智能地對外界進行感知處理并進行消息傳遞。

應用軟件技術層面，各個應用系統模塊均為IMS（Information Management System），開發框架采用Spring Boot、數據庫使用MySQL，開發模式為B/S模式。具體分為三個方面：

（1）交互方面：基于B/S模式的交互形式主要以瀏覽器界面表現在用戶面前，主要涉及的技術包括JavaScript、AJAX、jQuery等。

（2）數據應用方面：利用提取來的數據實現系統的基本服務和功能，包括數據分析處理、表單處理和權限控制等，主要使用Java EE技術，包括Spring、Servlet等。

（3）數據存儲方面：使用JDBC技術和MySQL數據庫對數據和文件進行存儲。

糧食及物資儲備行業信息化意義

首先，糧食及物資倉儲一體化信息平臺的建設有助于改善糧食及物資儲備管理的不足。基于物聯網技術的糧食及物質儲備系統能夠在倉儲領域、應急保障領域構建高效的信息采集及響應體系，利用物聯網技術、互聯網技術將糧食及物資數據信息實時有效地進行測控、調度和監管，提高了整個過程的管控力度。其次，能夠有效提高管理部門的正確決策能力。基于物聯網技術的糧食及物質儲備系統通過將物聯網采集的各類信息數據與事件進展情況相整合，運用可靠安全的技術方法對事件發生趨勢作出判斷和響應以輔助管理決策，保證了事件的整體處理水平。最后，糧食及物資儲備行業的信息化為推動全國糧食及物資調動由被動應用型供應向主動保障型供應轉變有重要意義。

基于物聯網技術的糧食及物質儲備系統的建設打破了各個管理部門間的合作壁壘，透明的數據和及時有效的信息能夠幫助管理人員清晰高效地掌握糧食及物資儲備的狀態，據此實時地對數據進行匯集、對問題進行反饋和處理，使得糧食保障和物資供應得以高效的進行，有力地推進了糧食及物資儲備行業的信息化和智能化。

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