糧食智能出入庫系統配套設備標準化研究

王海濤 鄒丹 孫廣芝 隋媛 侯文博

摘 要：糧食倉儲信息化和數字化已成為當前糧食行業實現創新和發展的必然趨勢。針對糧食出入庫系統存在的設計不規范、建設不系統、標準不統一等問題，中儲糧集團建設了糧食智能出入庫系統，對該系統在登記、扦樣、檢驗、檢斤、卸車和結算等糧食出入庫各業務流程中的配套設備的標準化進行了一系列探索和實踐，通過統一技術要求實現了配套設備的互聯互通，具有較強的應用價值和示范意義。

關鍵詞：糧食倉儲，智能出入庫，出入庫設備，標準化

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.05.013

0 引 言

糧食倉儲是國家糧食安全的重要一環，不僅關系到儲存糧食的數量、質量，還直接關系到百姓的食品健康安全。糧食保管期的“數量真實、質量良好、儲存安全”承載著糧食流通和供應保障的安全，是糧食宏觀調控的重要基礎和保證。近年來，隨著計算機技術、網絡技術與智能傳感技術的迅速發展，糧庫智能化建設已經得到了糧食倉儲企業的普遍關注，倉儲智能化技術的發展給糧食出入庫管理帶來了巨大的變革。眾多糧食倉儲企業開發和設計了基于不同技術條件的糧食出入庫系統，徹底改變了傳統手工作業方式。針對糧食出入庫系統存在的設計不規范、建設不系統、標準不統一等問題，中儲糧集團建設了糧食智能出入庫系統，有效提高了出入庫作業工作效率和管理水平。

糧食智能出入庫涉及登記、扦樣、檢驗、檢斤、裝卸車和結算等糧食出入庫各業務流程，在各個環節需要通過讀卡器、攝像機、扦樣機、檢化驗系統、地磅等配套設備實現信息的采集、傳輸和處理等工作。為了實現配套設備的互聯互通，需要對其接口、協議、數據格式等進行標準化。

1 糧食智能出入庫系統概況

糧食智能出入庫系統是通過信息技術，將人、車船、設備、糧食及倉儲設施融為一體，實現糧食出入庫業務過程的智能化識別、監控和管理的信息系統[1]。糧食出入庫流程需要門衛登記、扦樣、檢驗、檢斤、結算等各個環節的協同配合，涉及承運人（售糧人）、登記員、扦樣員、檢斤員、保管員、結算員等多個角色，其中承運人（售糧人）負責運輸糧食到達目的地；登記員負責登記承運人（售糧人）或客戶的名稱、糧食品種、運輸工具的車船號等信息；扦樣員負責從糧油中選取樣品；檢驗員負責檢測扦取的糧油樣品質量情況；檢斤員負責測量糧油稱重情況；保管員負責監督糧油卸車、裝車過程，管理倉房、貨位情況；結算員負責交割糧食貨款。

常見的糧食智能出入庫系統一般具備以下功能：（1）預約管理：通過售糧預約功能和提貨預約功能實現糧食入庫和出庫業務的預約；（2）出入庫登記：具備登記、發卡及銷卡等管理功能，自動識別身份證信息，自動識別車輛號牌；（3）扦樣管理：通過車輛識別設備自動識別、核對當前扦樣車輛，對糧食進行扦樣，生成樣品標識碼；（4）檢化驗管理：隱藏客戶信息和車輛信息，實現盲樣檢驗，并通過樣品標識碼關聯送檢糧食，記錄、展示檢驗結果，判定糧食品質；（5）計量管理：通過計量設備自動進行計量，對計量過程及結果進行管理，通過車輛識別設備自動識別、核對車牌號，通過車輛限位設備防止車輛作弊，使用視頻監控設備對車輛及場地的關鍵部位進行拍照錄像，通過車輛歷史皮重信息提示計量異常情況；（6）值倉管理：通過移動手持設備，核對糧食和車輛信息，對出入倉作業進行監管；（7）結算管理：根據出入庫作業過程中各環節的數據，形成同批次糧食的結算單據，自動識別售糧人身份證和銀行卡信息并留存影像；（8）統計分析：對所有出入庫作業實時數據和歷史數據進行統計分析，并形成各種管理報表。

糧食智能出入庫系統所支撐的業務場景包括智能入庫和智能出庫。

智能入庫主要是對承運人運入的糧油進行扦樣、檢驗、檢斤、入庫、結算等業務管理，其工作場景如圖1所示。

智能出庫主要是對承運人運出的糧油進行檢斤、出倉、結算等業務管理，其工作場景如圖2所示。

2 出入庫關鍵設備及其應用

在糧食智能出庫和智能入庫工作場景中，智能出入庫系統需要在門衛登記、扦樣、檢驗室內、檢驗室外、檢斤室內、檢斤室外、值倉、結算等位置或環節配置若干設備，包括讀卡器、圖像識別設備、扦樣機、檢化驗系統、地磅、顯示屏、廣播等。各類設備的應用如下。

（1）讀卡器：身份證讀卡器用于讀取承運人身份證內個人信息，并據此查詢對應的車輛信息，主要用于門衛登記和結算。智能卡讀卡器用于智能卡的制卡、綁定以及車輛信息的查詢和讀取，主要用于門衛登記、檢斤室內和結算。銀行卡讀卡器用于采集結算人的銀行卡卡號，主要用于結算。

（2）識別設備：人臉攝像頭用于抓拍承運人和售糧人的頭像，主要用于門衛登記和結算。車牌識別攝像機用于識別車輛的車牌號碼并自動錄入，確保智能卡關聯信息與車輛信息的一致性，主要安裝在門衛登記室外、扦樣區和檢斤室外地磅兩端。

（3）自動扦樣機：用于自動采集樣品，并準確地將樣品傳送至自動檢化驗系統，主要用在自動扦樣環節。

（4）自動檢化驗系統：用于對自動化驗扦樣機采集的樣品進行檢驗，并準確地將樣品和車輛相關聯，實現糧食的盲檢，主要用在自動檢驗環節。

（5）地磅：用于采集車輛皮重、毛重，確定裝卸糧食的重量。主要用在檢斤室外。

（6）顯示屏：LED檢驗屏主要用在檢驗室外，用來顯示糧食的質檢信息。LED檢斤屏主要用在檢斤室外，用來顯示車輛的重量信息。

（7）視頻監控設備：高清數字攝像機用于對上磅車輛進行監視，及時了解車輛情況，主要用在檢斤室外地磅兩端。網絡硬盤錄像機用于高清數字攝像機的視頻畫面進行錄像，主要用在機房。

（8）自助終端：自助登記終端用于用戶的自助登記和IC卡獲取，主要用在登記環節。自助計量終端利用射頻識別技術、車牌識別技術、通訊技術、自動控制技術等，實現對園區、庫區所有常見檢斤設備（地磅、讀卡器、道閘、信號燈、攝像機、顯示屏、紅外檢測等）的集中管控，實現對外設進行數據采集、操作控制以及和后臺軟件系統進行實時數據交互，從而實現自助無人檢斤。

（9）IO控制設備：網絡IO控制器主要用在檢斤室外，用于連接道閘、紅綠燈、紅外光柵、補光燈設備，便于程序控制。道閘主要用在檢斤室外地磅兩端，提示車輛是否可以上磅或下磅，規范檢斤車輛秩序。紅綠燈主要用在檢斤室外地磅兩端，提示車輛是否可以上磅或下磅，規范檢斤車輛秩序。紅外光柵主要用在檢斤室外地磅兩端，判斷車輛是否完全上磅，若未完全上磅將有信息提示。補光燈主要用在檢斤室外地磅兩端，為夜間作業提供照明，提高車牌識別的成功率。

（10）智能手持機：在手動扦樣環節，智能手持機用于生成條形碼標識樣品，并準確地將樣品和車輛相關聯，在對樣品標識時不顯示車輛或客戶信息，實現糧食的盲檢。在值倉環節，智能手持機主要用于保管員刷卡獲取糧食和車輛的相關信息，并對卸糧或裝糧結果進行確認。

（11）掃描打印設備：藍牙標簽打印機：主要用在手動扦樣環節，使用的目的是通過藍牙與扦樣環節智能手持機連接，打印樣品標識碼。條碼打印機：主要用在自動扦樣環節。使用的目的是打印樣品標識碼，并準確地將樣品和車輛相關聯，在對樣品標識時不顯示車輛或客戶信息，實現糧食的盲檢。條碼掃描槍：主要用在門衛登記處和檢驗室內。門衛登記處使用的目的是從預約二維碼中自動獲取客戶姓名、手機號、車牌號、排隊號、預約日期等信息，完成客戶信息登記，避免信息重復錄入；檢驗室內使用的目的是掃描樣品對應的條形碼，調出對應車輛的入庫單據，以便快速錄入檢驗結果。

上述各類設備由不同廠家生產，設備的功能、性能、參數等各有不同，如果對設備沒有統一標準，在進行設備采購時無法明確需求，會導致購置的設備不一定能與出入庫系統連接，或者即使能夠連接，卻因為通信協議不兼容等問題無法順利采集和交換數據等。目前針對糧食出入庫，僅有一項行業標準LS/T 1804-2016《糧食出入庫業務信息系統技術規范》，該標準規定了糧食出入庫業務信息系統的術語和定義、典型業務流程、系統功能、硬件要求、系統分類、數據規范等內容。但在硬件要求部分，僅給出了主要硬件的功能要求。為了解決這一問題，有必要對設備的接口、通信協議、數據格式等方面進行規范，確保配套設備與出入庫系統的互聯互通以及相關數據的互操作，從而有效支撐智能出入庫業務。

3 設備通信接口標準化

通過對目前出入庫業務中實際使用的各類設備所支持的通信接口進行廣泛調研和比較，確定了各類設備的通信接口要求。配套設備與出入庫系統的連接關系及通信接口如圖3所示。

圖3中，主要的通信接口包括：（1）USB接口：用于讀卡器、識別設備、打印掃描設備等，為了確保兼容性，要求相應的配套設備支持通過USB接口與系統連接，支持在USB2 .0及以上版本接口上使用。（2）R J45接口：用于自動扦樣機、自動檢化驗機、地磅、顯示屏、識別設備、自動監控設備、自助終端、IO控制器等，要求相應的配套設備支持通過RJ45接口與系統連接，其中網絡IO控制器應具有8路DI輸入接口和8路繼電器DO輸出接口。（3）IO接口：用于道閘、紅綠燈、紅外光柵、補光燈等IO設備，要求相應的配套設備支持與網絡IO控制器DO接口連接，其中道閘應提供公共、抬桿、落桿、停止4個總線接口，支持通過紅外光柵或地感線圈控制道閘落桿；紅綠燈提供公共、紅燈、綠燈3個電線接口；紅外光柵提供基準線、對比線2個電線接口；補光燈提供零線、火線2個電線接口。（4）NFC或藍牙：用于智能手持機和標簽打印機，要求相應的配套設備支持NFC、藍牙無線通信。

通過對各配套設備的通信接口進行規范化，規定其統一要求，解決了物理層通信的問題，確保配套設備能夠與出入庫系統順利連接，為設備之間的數據通信和傳輸提供了可靠的環境。

4 設備通信協議及數據格式標準化

糧食智能出入庫配套設備涉及的通信協議主要包括：ISO 14443（Contactless card standards，非接觸式IC卡標準）協議、UVC（USB Video Class，U S B 視頻類）協議、M Q T T（M e s s a g e Q u e u i n gTelemetr y Transpor，消息隊列遙測傳輸）協議、Modbus協議、Onvi f協議、TCP/ I P協議、H T T P協議、藍牙協議、NFC協議等。通過對目前出入庫業務中實際使用的各類設備所支持的通信協議進行廣泛調研和比較，確定了各類設備的通信協議要求和數據格式要求。以下為部分核心設備的通信協議和數據格式的標準化要求。

（1）車牌識別攝像機的通信協議和數據格式主要參考國家標準GB/ T 28181《公共安全視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》[2]，要求車牌識別攝像機應支持GB/T 28181所要求的能力，并在其原有的命令基礎上擴展了拍照、車牌號識別、補光燈等命令，要求車牌識別攝像機通信流程與GB/ T 28181保持一致，設備控制采用IETF RFC 3428中的MESSAGE方法實現。車牌識別攝像機的數據包格式參考GB/ T 28181，并增加photographType 拍照類型、carnumberType 車牌號類型、lightType補光燈類型等3個命令的數據包定義。針對自定義命令，對命令名稱、命令定義和控制命令進行了具體規定。

（2）自動扦樣機應采用MQTT通信協議，作為client客戶端，通信質量等級采用QoS1，支持自定義配置Topic地址、認證用戶名、密碼，參數格式為JSON。自動扦樣機應支持與自動檢化驗系統集成通信。自動扦樣機應支持啟動扦樣接口，該接口由扦樣設備提供，由出入庫系統下發指令控制扦樣設備的啟動。下發參數主要規定“車輛編號”這一字段的名稱、數據類型、取值等要求，響應參數主要規定“響應狀態”“響應信息”“車輛編號”等字段的名稱、數據類型、取值等要求。

（3）自動檢化驗系統應采用MQTT通信協議，作為client客戶端，通信質量等級采用QoS1，支持自定義配置Topic地址、認證用戶名、密碼，參數格式為JSON。自動檢化驗系統應支持與自動扦樣機相互集成通信。自動檢化驗系統應支持狀態查詢接口和檢化驗結果上報接口。狀態查詢接口由檢化驗系統提供，由出入庫系統下發指令查詢檢化驗系統當前狀態。下發參數主要規定“車輛編號”這一字段的名稱、數據類型、取值等要求，響應參數主要規定“響應狀態”“車輛編號”等字段的名稱、數據類型、取值等要求。檢化驗結果上報接口由出入庫系統提供，由自動檢化驗系統主動上報檢化驗結果。規定“監測平臺編號”“車輛編號”“檢驗時間”、檢測結果數組（“糧食大品種編號”“檢驗結果對象”“檢驗項目”“檢驗值”）等字段的名稱、數據類型、取值等要求。

（4）地磅：支持連續通訊和指令通訊兩種方式。連續通訊方式為地磅直接發送數據至上位機，無需上位機指令。指令通訊采用MODBUS總線方式。地磅數據包的數據格式可設置為：8位數據位，1位停止位，無（奇偶）校驗位。連續通訊方式下，所傳送數據為地磅儀表顯示的當前重量（毛重）數據（超載時重量值為999999）。每幀數據由12組數據組成，通過標準規定數據的格式并給出示例。MODBUS指令方式下，規定了主機讀儀表的數據格式和儀表反饋數據格式，然后分別規定讀毛重、讀皮重和讀凈重等的指令和返回值的要求。

（5）LED顯示屏：LED檢驗屏和LED檢斤屏采用MODBUS協議通信。所傳輸的數據包由頭域、信息域及尾域組成。通過參數設置命令C10 0H設置顯示屏參數，包括顯示屏的橫向點數、縱向點數、顏色模式等，通過數據下載命令DA00H下載數據，包括節目數、播放時間、播放模式等節目數據和字體、字號、顏色、顯示特效等區域數據。

通過對各配套設備的通信協議和數據格式進行規范化，規定其統一要求，實現了協議層和數據層的互聯互通，可有效支撐糧食智能出入庫業務開展。

5 結 語

配套設備作為糧食智能出入庫系統落地應用的必要組成，其互聯互通對于系統的運行具有重要意義。對讀卡器、識別設備、扦樣機、檢化驗機、地磅、顯示屏等配套設備規定統一的通信接口、通訊協議和數據格式等技術要求，可以有效保障登記、扦樣、檢驗、檢斤、裝卸車和結算等出入庫環節數據的采集、傳輸和處理，從而提高智能化糧庫出入庫管理工作效率和管理水平。隨著信息技術的快速發展，糧食智能出入庫系統未來會接入更多的智能化設備，建議糧食倉儲企業充分利用標準化手段，保障各類設備互聯互通，有效支撐糧食智能出入庫系統順利運行。

參考文獻

LS/T 1804-2016，糧食出入庫業務信息系統技術規范[S].

GB/T 28181-2022， 公共安全視頻監控聯網系統信息傳

輸、交換、控制技術要求[S].