基于大數據的煙草倉庫溫濕度智能調控系統設計

中圖分類號：TS452；TP399 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2025）05-0141-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2025.05.022 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Design of an intelligent temperature and humidity control system for tobacco warehousesbasedonbigdata

ZHAO Zi-jia1， ZHENG Xiao-yun ¹ ，LIJing-kai2， ZHANG Na¹ ， LIU Xiao- Ii^α ，LIUYuan-shangl （1.Hebei Baisha Tobacco Co.，Ltd.，Shijiazhuang O5oo51，China; 2.School of Trafic and Transportation，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang O5oo43，China）

Abstract：Takingtobacco warehousesofShijazhuangCigareteFactoryastheresearchobject，bigdataanalysis technologywasintro duced，temperatureandhumidityacquisitionmodules，functionalmodules，anddevelopmentmoduleswere programmed，inteligenttemperatureandhumiditycontrolsystemfortobacowarehouseswasdesigned，hichachievedautomaticcalculation，intelignt judgment，andobilealertingfortempeaturendumidityithinarehousesndgulationexperimentsforobaccaeouseperatureand humiditywereconductedTheresultsshowedthattheaverageresponse timefortobacco warehousetemperatureand humidityregulationintheinteligentcontrolsstedecreasedfro93sto6sndteaveragefectivedjusmentrateicresedfro 68% to 100% .The system automaticalycalculated temperature and humidityinside warehouses，sentreal-time alerts to mobile terminalswhen temperature and humidity reached warning thresholds，achieved 100% alarm accuracy，and realized intelligent management of temperature and humidity in tobacco warehouses，thereby improving equipment utilization rates.

Key words：big data analysis;tobacco warehouses;tmperature and humidity;inteligent control system;design

優質的煙葉是卷煙企業發展的基礎，保證煙葉質量對提升卷煙工業企業發展水平具有重要意義，合格穩定的倉庫環境有利于提高煙草養護和醇化質量的可控性，能夠起到提質保質的作用[12]。目前國內煙草行業主要通過人工手段改善庫內溫濕度[3，4]。煙草倉庫通風是利用庫內外空氣溫度不同形成氣壓差，使庫內外空氣形成對流，達到調節倉庫內溫濕度的目的[5-7]。按照通風目的不同，可分為通風加濕和通風散潮。隨著信息化技術的發展，溫濕度自動監控系統已廣泛應用于農作物生長和存儲過程的環境監測[8-10]。在倉儲環節，部分倉庫配備了專業的加濕機、除濕機和通風設備，其余則采用自然通風方式。倉庫管理員在讀取溫濕度監控系統數據后，通過人工計算來判斷倉庫內溫濕度是否需要調整，若需要則人工啟動通風設備，設備啟動一段時間后，需要管理員重新計算，才能夠確定設備關閉時間[1，12]

石家莊卷煙廠煙草倉庫已安裝環境溫濕度自動采集器以及加濕、除濕、通風設備，數據可在電腦終端查看。根據工藝要求，在高溫高濕季節，管理員需要在每天9：00、14：00通過電腦終端查看溫濕度，其余季節每天9：00查看，由于數據只能通過電腦端查詢，而管理員未配備工作機，無法及時掌握倉庫溫濕度變化情況，不能及時啟動溫濕度調控設備。其次，倉庫通風前，管理員需查詢庫內外溫度、相對濕度、飽和濕度等數據，人工計算庫內外絕對濕度，再結合工藝要求進行比對。當環境條件滿足要求時，可手動啟動設備。通風過程中，管理員需定時采集溫濕度數據，實時比對庫內外環境參數，及時關閉設備。

傳統倉庫溫濕度管理存在數據量大、時效性低等問題，人工計算流程復雜且準確性難以保證。管理員往往依賴單一指標或經驗判斷，導致溫濕度調控設備啟停時機不準確，易出現調控過度或不足的情況，最終造成調控效率低下、響應滯后等問題。為解決以上問題，提高倉庫環境調控的響應速度和準確性，利用大數據、信息化分析技術編寫溫濕度采集模塊、功能模塊、開發模塊，實現溫濕度的自動計算、智能判定和手機預警，開發一套智能化、自動化的煙草倉庫溫濕度智能調控系統，旨在實現煙草倉庫智能通風加濕管理，保障倉庫內適宜的溫濕度環境，為提高煙草倉儲精細化發展提供有力的技術支撐。

1 系統架構

煙草倉庫溫濕度智能調控系統包括溫濕度采集模塊、功能模塊、開發模塊，這3個模塊協同工作實現數據采集、數據處理、邏輯運算、通風判斷、結果展示等一系列功能，各程序模塊之間采用WebAPI進行通信，數據查詢采用get方式，數據上傳采用post方式，煙草倉庫溫濕度智能調控系統基本架構如圖1所示。

通信數據采用JSON字符串格式，API調用通過jwttoken方式進行授權驗證，防止數據泄露和非法訪問，煙草倉庫溫濕度智能調控系統技術參數如表1所示。

煙草倉庫溫濕度智能調控系統各模塊均采用Java體系架構技術進行開發，其中，溫濕度數據采集模塊通過溫濕度采集器對測量點的溫濕度進行實時監控并上傳到數據庫；該系統的核心功能模塊實現了多維度數據可視化，可實時展示倉庫溫濕度的實時數據、歷史數據及預警信息，支持三維可視化、移動APP等多種展示形式，并兼容瀏覽器、大屏幕和移動終端等不同設備平臺。開發模塊通過Java語言進行程序編寫，采用MySQL建立本地數據庫進行數據交換，在開發模塊中，設計指令傳輸程序，向下對接物聯網，采集各點位的實時溫濕度監測數據，向上對接平臺數據中心，將溫濕度數據發送到平臺，并進行數據過濾，將跳變數據、垃圾數據、異常數據全部剔除，實現系統參數配置、數據初始化、場景初始化、用戶控制等多種管理功能。煙草倉庫溫濕度智能調控系統運行環境如表2所示。

2 工藝流程

維持適宜的溫濕度對于煙草的儲存與醇化過程至關重要[13]，其中絕對濕度 Σ=Σ 飽和濕度 × 相對濕度[14-16]。基于煙草倉儲的溫濕度工藝標準構建煙草倉庫溫濕度智能調控決策模型，通過自動化程序實時采集并分析庫內外環境數據，自動執行溫濕度條件評估。當達到預設閾值時，系統向管理人員移動終端發送預警提示，支持遠程控制系統設備的啟停操作。煙草倉庫溫濕度智能調控系統判定流程如圖2所示。

3 智能通風加濕系統設計

3.1 溫濕度采集

溫濕度采集模塊包括無線網關、數據采集服務器以及若干溫濕度傳感器。溫濕度傳感器具有以下技術參數：溫度測量范圍為 -40～85°C ，精度達 ；相對濕度測量范圍為 0～100% ，精度 ±2% 。倉庫采用標準化監測布點方案，以 500m² 為基本監測單元，每個單元配置1個溫濕度傳感器。傳感器統一安裝在主通道煙草堆垛2/3高度處，安裝位置距地面約 1.6m ，確保監測數據的代表性。采集的溫濕度數據通過無線傳輸方式上報局域網網關，網關在接收監測數據后執行數據清洗和驗證流程，篩選出符合質量標準的有效數據，隨后將數據分別存儲至數據庫并同步傳輸至通風決策系統進行實時分析比對。

考慮到由于在單一時刻采集的溫濕度數據代表性較差，為保證溫濕度數據能夠代表整個倉庫的環境情況，對溫濕度數據集進行建模。建模過程中，每30s采集1次溫度和濕度，每 5min 上傳1次溫濕度數據。系統采用高頻采樣數據預處理機制，通過對每個溫濕度傳感器的連續采樣數據進行均值計算，生成單位面積的代表性溫濕度。這種數據處理方式有效消除瞬時采樣偏差，確保監測數據的準確性和可靠性。計算式如下。

式中， T 為單位面積的溫度； t_n 為每30s采集的溫度數據； n 為采集次數。

式中， ? 為單位面積的濕度； φ_n 為每30s采集的濕度數據； n 為采集次數。

基于空間加權平均算法對每個 500m² 監測單元的溫濕度數據進行聚合計算，生成具有空間代表性的環境參數值，作為通風決策模型的輸入基準。

式中， 為倉庫內的溫度； T_n 為單位面積溫度；N 為試驗點數量。

式中， ?_⊥ 為倉庫內的濕度； 為單位面積濕度； N 為試驗點數量。

3.2 通風判定

以石家莊卷煙廠的煙草醇化倉庫為研究對象，倉庫的溫度控制在 20～30^eC ，相對濕度控制在 55% 265%^[17，18] ，判定流程見圖3。

1）無動作的判定條件。若相對濕度為 55% 265% ，則判定為當前環境濕度符合要求，無需任何操作。

2）通風除濕的判定條件。倉庫內相對濕度gt;65% 時，開啟除濕設備，并監測倉庫內相對溫度。若倉庫內相對溫度 gt;30°C ，且同時滿足以下3個條件時，開啟通風設備。 ① 倉庫內絕對濕度 gt; 倉庫外絕對濕度。 ② 倉庫內相對濕度 gt; 倉庫外相對濕度。③ 倉庫內相對溫度 gt; 倉庫外相對溫度。

3）通風加濕的判定條件。倉庫內相對濕度lt;55% 時，開啟加濕設備，并監測倉庫內相對溫度。當倉庫內相對溫度 lt;20°C ，且倉庫內絕對濕度lt;倉庫外絕對濕度時，則開啟通風設備。

3.3 通風預警

煙草倉庫溫濕度智能調控系統設計了移動端預警模塊，預警信息與企業微信聯網，通過企業微信發送預警信息，預警信息推送流程如圖4所示。

經系統判定需要調節溫濕度時，系統自動向移動端發送開啟溫濕度預警信息；需要關閉通風時，向移動端發送關閉通風預警信息，其中，移動端通風預警界面如圖5所示。

3.4移動端數據查詢及其他功能

考慮到倉庫管理員大部分時間都在煙草倉庫進行巡查，無法每天在電腦前工作，煙草倉庫溫濕度智能調控系統開發了移動端功能模塊。通過該模塊管理員可以隨時查詢當前倉庫內外的實時溫度和濕度數據，并能夠查看任意倉庫、任意樓層的溫濕度信息。移動端界面如圖6所示。

系統集成了絕對濕度自動計算模型，即便在部分尚未配備自動溫濕度采集器的老舊倉庫中，管理人員也可通過指針式溫濕度表讀取數據，并將其直接錄入系統。系統隨即自動計算出當前的絕對濕度，省去了手動計算和查閱飽和濕度表的繁瑣步驟，使管理人員能夠迅速依據系統提供的數值做出準確判斷。絕對濕度計算界面如圖7所示。

4試驗驗證

4.1 試驗方案

本試驗在的5號、6號、7號煙草倉庫進行，這3個倉庫均用于儲存荷花煙煙葉。每個倉庫為5層結構，每層面積為 2000m²"每 500m²"安裝1個WI-SHT10溫濕度傳感器，傳感器每30s采集1次數據，每 5min 將數據上傳至數據庫。此外，每層配備加濕設備、除濕設備和通風系統，其離心風機的風量不低于 4000m³/h 。

分別在5號、6號、7號3個倉庫中各選取3層，共進行9次試驗。試驗過程中，通過對照溫濕度顯示終端的溫濕度變化情況，人工計算溫濕度以及判斷通風時機，驗證手機端是否能及時預警并發出提示。同時，測試從溫濕度超標到設備啟動的響應時間，以及通風系統關閉后倉庫溫濕度的改善情況。試驗記錄了報警準確率、響應時間及有效通風率等關鍵指標。其中，報警準確率為溫濕度超標時準確預警次數與總預警次數之比；響應時間為從溫濕度超標到系統設備開啟的時間；有效調整率為溫濕度有效調整次數與溫濕度總調整次數之比。

4.2 試驗結果分析

煙草倉庫溫濕度智能調控系統可在移動端查詢煙草倉庫當前溫濕度情況，當煙草倉庫溫濕度達到預警條件時，可及時向手機端發送溫濕度預警信息，報警準確率達 100% （表3）。

管理員根據移動端的預警信息及時開啟和關閉設備，倉庫內的相對濕度和絕對濕度均能按需求得到調整，起到降濕或增濕的作用。使用煙草倉庫溫濕度智能調控系統后煙草倉庫的平均有效調整率從68% 提升至 100% ，溫濕度調控響應速度明顯提升，平均響應時間從93s減少至6s，實現了及時、精準啟閉設備，能夠滿足煙草倉庫的實際使用需求。

5 小結

傳統煙草倉庫通過人工計算來判定是否需要調整溫濕度，存在智能化程度低、有效調整率低、響應時間長的問題。為解決以上問題，根據煙草倉儲工藝要求設計了一套基于大數據的煙草倉庫溫濕度智能調控系統，該系統以煙草倉庫溫濕度調控自動判定為問題導向，采用傳感器檢測倉庫內溫濕度，通過編寫采集模塊、功能模塊、開發模塊，實現了絕對濕度自動計算、自動預警，完全替代人工計算，使煙草倉庫的報警準確率達 100% ，有效調整率達 100% ，響應時間僅為6s，實現了煙草倉庫環境溫濕度智能管控，保證室內溫濕度始終處于理想狀態，提高了設備利用率，同時，可應用于其他種類農作物存儲時的環境管控中，為提高農產品倉儲智能化、信息化水平提供了技術支撐。

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（責任編輯雷霄飛）