物联网技术在粮库信息化建设中的应用

高巍 周志刚 赵璧

【摘要】粮食物联网是物联网技术与粮食领域结合的一项重要创新，江苏在全国率先建成一批以粮食物联网为核心的“数字粮库”样板，并在此基础上构建粮食物联网感知体系，有效地提升了粮食行业信息化水平。文章介绍了粮食物联网的产生背景以及“数字粮库”的基本定义与主要构件，阐述了江苏省“数字粮库”建设的主要思路；在此基础上对“数字粮库”系统的总体架构与主要功能进行了介绍，最后列举了江苏省在推动粮库信息化建设方面取得的主要成果。

【关键词】物联网技术；粮库信息化；粮食物联网；数字粮库

在物联网高速发展的背景下，粮食物联网是物联网技术与粮食领域结合、提升粮食行业信息化水平的一项重要创新，对于促进传统粮食行业转型升级意义重大。从全国范围来看，粮食物联网技术在各地的应用部署仍相对滞后。

作为全国粮食流通信息化与物联网应用示范省份，江苏率先试点探索物联网应用模式，建立健全应用标准体系，促进物联网技术、专用装备与粮库业务有效融合，成功塑造了一批具有示范意义的“数字粮库”样板，通过不断地升级完善，正在向智能化程度更高的“智慧粮库”迈进。

1产生背景

粮食是关系国家稳定的战略性商品，粮食安全始终是关系我国国民经济发展、社会稳定和国家自立的全局性重大战略问题。通过建立粮食物联网技术标准体系，健全粮食宏观调控体系、粮食仓储物流体系、粮食质检监测体系，最终构建粮食储运物联网感知体系，实现粮食仓储、流通与质量信息共享，从而加强国家储备粮统筹管理、探索粮食监管督查新机制，是保障国家粮食安全的重要举措。

“十一五”期间，在国家发改委、国家粮食局等各部门的支持与推动下，以射频识别（RFID）、传感器网络等为代表的物联网技术在粮食流通行业中得到初步应用，取得了良好的示范效果。“十二五”期间，以物联网技术为代表的信息技术在粮食流通行业进一步得以应用，促进粮食流通与仓储领域在规范化、精细化的基础上进一步实现智能化。此后，国家粮食局又陆续发布了《粮油仓储信息化建设指南（试行）》《粮食行业省级平台建设技术指引（试行）》《地方粮库信息化建设技术指引（试行）》等一系列行业信息化建设指导文件，旨在规范信息化建设、推动行业科技进步。

江苏省粮食局始终将粮食信息化作为推进粮食流通产业现代化的重要切入点。“十一五”期间，江苏省在粮食流通领域物联网试点应用方面进行了大量工作，取得了良好的示范效果。在“十二五”期间，省局又明确提出以推进粮食流通产业现代化为目标，以物联网等信息技术促进粮食流通转型升级，并启动了“数字粮库”“粮食智慧云平台”等重点工程。在省委、省政府“两聚一高”发展思路与“智慧江苏”战略部署的正确指引下，《江苏省“十三五”粮食发展规划纲要》中提出“要在全国率先建成各类信息互联共享、主要业务可视可控、系统运转安全稳定的粮食信息化体系，建成具有江苏特色的‘智慧粮食新体系，打造以‘智能化涉粮数据为支撑、‘数字化仓储业务为主干、‘精准化应急调控为手段、‘可视化远程监管为重点的粮食行业新面貌”。

2主要技术

作为粮食行业信息化的基础，粮库信息化系统主要面向粮食购销、出入库、仓储、安防、质检、财务、统计等基本业务，通过信息化手段实现科学高效管理，而“数字粮库”系统则是其中的重要代表。

目前，数字粮库尚未形成确切定义。通常，数字粮库是指在传统储粮设施、设备、技术基础上，进一步集成传感采集、网络传输、数据处理、数据存储和多媒体等相关信息化技术，以可视化仿真、综合化图表、交互式操作等数字化形式综合展示、动态反映并有效记录粮库购销、储藏、管理等主要业务流程，实现粮库作业自动化和管理智能化。“数字粮库”是“粮食流通信息化”的重要组成部分，是粮食流通产业现代化的重要基础之一。

数字粮库系统主要由以下四个部分组成：

（1）智能出入库系统：以RFID（射频识别）技术和智能图像分析技术为基础，主要实现出入库自动化登记及调度管理等，具体包括报港、退港快速登记、自动扦样、自动称重、快速检化验、出入仓作业确认等。

（2）智能储藏保管系统：根据不同类型的传感器采集的各类粮情参数，自动采取相应的仓储保管措施或提供相应建议，具体包括智能通风系统、智能气调系统、低溫储粮控制系统、自动虫害检测系统、智能熏蒸系统、储粮数量在线监测系统、储粮质量在线检测系统等。

（3）智能安防系统：实现远程视频监管，例如库区安防等。

（4）业务管理系统：包括报港管理、经营管理、仓储管理、质检管理、作业管理、决策支持等。

其中，粮库物联网技术作为贯穿数字粮库系统的核心技术与重要抓手，为粮库信息化系统充分体现“数据采集终端、创新应用终端、监督管理终端、社会服务终端”的基本功能定位提供了必要保障。

3建设思路

在实际建设推进过程中，我省通过充分考虑企业业务类型、管理基础、投入和运维能力、人员素质、现实需求等因素，引导企业在做好总体规划的前提下进行分级分步建设，具体可分为基础、中级、高级三个配置标准。

各层级建设要求如下：

（1）基础配置：系统功能简单，操作方便，建设运维成本低廉，主要适用于2.5万吨以下的收纳库。通常，系统包含粮库业务管理、出入库作业系统、粮情检测系统等基本功能，可单机或组网运行，原则上不建设单独的机房，只需为满足粮库业务管理信息化及出入库流程管理需要而进行必要的基础硬件改造，例如库内局域网覆盖办公楼各业务科室、仓储设施关键位置（比如通风口、控制室）以及库内主要作业点等。

（2）中级配置：主要适用于2.5～5万吨的储备库，做到储备粮承储企业全覆盖。在基础配置功能以外，系统又扩展了视频监控、智能通风、三维可视化展示等，进一步丰富粮库业务管理功能（例如增加作业调度、物流管理等），促进不同功能模块对接联动。系统应组网运行并建设独立机房作为网络与数据中心，配备UPS不间断电源。

（3）高级配置：主要适用于仓储规模大（5万吨以上）、管理基础好的示范库（含物流中心）。在中级配置功能的基础上，通过积极引入自动控制、智能仓储、物联网、云计算、大数据等新技术应用，系统又进一步增加了视频会议、自动烘干、智能熏蒸、质量在线监测等，进一步提升粮库作业的自动化、智能化水平。

4总体架构

基于物联网技术的“数字粮库”系统整体架構如图1所示（主要功能模块可根据实际需求灵活组合与集成）。

省层面通过加强网络基础设施、完善内外局域网建设，将粮政管理部门及主要涉粮企业内部局域网连成统一、互联的粮食专用网络，形成在全省粮食系统的互联互通的物理信息交换网络；实施中心机房虚拟化改造，为云应用提供基础；强化信息安全保密，建立信息安全等级保护和分级保护制度，切实加强信息安全防范措施；分步研究制定粮食流通信息化的总体标准、信息资源标准、应用标准、应用支撑标准、信息安全标准、信息化管理标准，优先制定粮食行业重点领域技术标准等，形成省粮食流通信息化标准体系；按照标准化的要求，着重建设了一批信息资源数据库，整合各类业务数据信息资源，逐步完善形成全省粮食管理数据存储、交换、处理、分析和服务中心；借助数据中心基础数据和服务的支撑，实现粮食流通信息资源的地图导航、分析、显示、统计和汇总等功能，连通核心政务平台和省级储备粮可视化管理系统，形成粮食流通数据管理服务中心。

5主要功能

5.1智能出入库系统

针对目前粮食出入库作业效率低、缺乏监管的实际情况，智能出入库系统综合使用RFID、传感器、智能图像识别等技术，建立快速登记系统、自动扦样系统、快速化验系统、自动称重系统、出入仓确认系统，自动采集粮库作业数据，保证粮库出入库数量信息的准确性，使得粮食出入库作业流程和环节清晰可见。在这些数据的基础上，通过管理信息系统实现粮库实物流、资金流和信息流的统一。

（1）快速登记系统：通过RFID、智能图像分析等技术和设备，自动、快速获取运粮车辆及司机（或客户）信息，并为车辆发行RFID标签锁，为司机（或客户）发放业务结算卡，为其建立身份标识。

（2）自动扦样系统：通过RFID设备自动识别运粮车辆信息，利用自动扦样设备抽取粮食样品，降低扦样劳动量，避免“人情粮”。

（3）快速化验系统：利用快速化验设备快速化验粮食品质指标，加快粮食收购进度。

（4）自动称重系统：通过RFID读写设备、地感线圈、红外对射、摄像头等设备，实现运粮车辆自动称重，有效防止地磅称重过程中车辆未完全上磅、司机未下车、有压仓物等作弊行为。

（5）出入仓确认系统：通过RFID设备自动识别运粮车辆，确认车运粮食是否出入仓，并采集粮食满仓、空仓信息。

5.2智能储藏保管系统

智能储藏保管系统借助温湿度、气体、压力等各类传感器远程采集粮温、仓温、仓湿、特定气体（例如氮气、磷化氢、二氧化碳、氧气等）含量与分布、地面不同点位压力、粮堆表面起伏程度等，推算仓内储粮质量、数量并预测变化趋势等。通过统一的数据标准与开放的公共接口，可兼容现有主流设备，支持不同功能的智能控制子系统动态扩展与灵活接人，实现了仓储管理相关作业信息整合、数据共享与设备联动，从而有效降低储粮单位能耗与安全事故风险。

（1）智能通风系统：根据仓内外温湿度传感器检测的结果，在储粮专家系统的指导下，通过智能通风控制软件远程控制离心风机、轴流风机、低温储粮通风设备、自动仓窗，可实现排积热通风、降温通风、降水通风等不同模式，有效降低通风能耗及成本，提高通风效率和准确度。

（2）低温储粮控制系统：根据仓内外温湿度传感器的检测结果，远程自动控制低温储粮设备，以实现全年整仓平均粮温低于15℃，上层粮温不超过20%，真正实现低温绿色生态储粮，提高粮食品质和口感。

（3）自动虫害检测系统：基于虫情采集装置以及智能图像分析技术，定时监控仓内粮食害虫数量、种类、分布情况等。

（4）智能熏蒸系统：根据虫害检测情况，在储粮专家系统的指导下，结合粮库周边生态环境，智能决策熏蒸控制方式，形成科学合理的熏蒸方案。基于气体检测情况，对仓内熏蒸数据进行分析、判断，自动控制杀虫气体浓度和流量进而控制熏蒸作业进程，从而避免安全事故的发生。

（5）储粮数量在线监测系统：合理部署压力传感器并采集特征点位压力数值，经过数据融合模型计算，远程实时监测每个仓廒储备粮数量。

（6）储粮质量在线检测系统：利用气体检测、质谱检测等技术，远程在线监测储粮霉变情况，自动判断给出粮食质量安全等级，包括安全、临界（真菌生长处于临界水平）、危害及严重危害等四个级别。

5.3智能安防系统

智能安防系统主要功能包括：（1）支持基于视频的事件分析技术，监控范围覆盖库区主要进出口、作业点及药品库、器械库等重要场所，可根据预设安全事件自动检测与预警。（2）支持基于事件的视频索引技术，将储粮作业环节中传感设备采集的信息与相应视频信息关联，可根据作业数据快速检索视频信息，并快速合成作业全过程视频信息；通过在视频上叠加业务信息，展示当前视频对应的业务内容。

5.4业务管理系统

粮库业务管理系统包括报港管理、经营管理、仓储管理、质检管理、作业管理、综合决策等功能，支持基于Android、iOS等主流移动终端操作系统开发适合智能手机、平板电脑或专用移动设备访问的软件系统，为粮库领导及业务人员提供方便地移动办公服务。

（1）报港管理：根据报港登记的业务类型，对报港者按照业务流程进行处理。

（2）经营管理：包括客户管理、计划管理、合同及单据管理等。

（3）仓储管理：维护和查看当前在储物资的仓储信息和保管信息，具体包括出入库、定性、损溢、保管、移交、粮情、通风、熏蒸信息等。

（4）质检管理：包括样品管理、指标管理、化验记录管理、化验器材管理等。

（5）作业管理：包括编制作业计划、作业调度、跟踪资源分配与使用情况等。

（6）决策支持：对粮库经营管理的基础数据、市场行情等进行整理、加工，根据行业和企业管理经验建立科学模型，为领导进行决策提供参考。

6主要成果

目前，各试点示范单位在开展粮库信息化技术研发、软硬件设备配置和系统试点应用方面已取得明显成效，改变了以往粮库经营管理粗放、运行效率低下、业务协同能力不足、信息化程度低、监管存在漏洞的传统局面，为推动粮食行业粮库信息化建设发挥了较好的试点示范作用，相关成果已推广到全国20多个省、市、自治区，主要成果如下。

2011年11月，在深圳第十三届高交会上，江苏省粮食局与国家粮食局、航天信息股份有限公司（以下简称航天信息）签署“物联网技术在粮食流通行业示范应用与推广的框架合作协议”，正式启动“粮食流通领域国家工程实验室”与“数字粮食工程”。江苏省被确定为全国粮食流通信息化建设试点、示范省，常州城北国家粮食储备库、无锡粮食科技物流中心成为国家粮食局首批“粮食信息化示范单位”。

2012年5月，全省“数字粮食”工程推进会在无锡召开，省内首批16家示范单位中南京粮食集团、江苏省洪泽湖粮食储备直属库有限公司与总集成商（航天信息）率先签约，标志着全省“数字粮库”工程建设正式啟动。

2013年，启动省级粮食物流现代化工程，11月，被国家发改委、财政部授牌“国家物联网重大应用示范工程”，并适时出台了《全省智慧粮食工程三年规划方案》《江苏省粮食流通信息化建设指导意见》，明确了以数字粮库为主体的粮食信息化建设的指导思想、目标原则、主要任务、重点工作及保障措施。

2014年2月，常州城北库、无锡国储库作为省内试点的国家发展改革委首批国家信息化试点项目“基于RFID的区域粮食流通管理试点应用”通过专家组验收。同时，我省全面启动粮库维修改造和信息化建设，全省700余家粮库全部纳入建设范围。12月，通过江苏省“数字粮食”建设工程基本方案并启动建设。同年，组织制订《粮食流通信息基础数据元规范》《粮库信息化建设技术规范》和《储备粮可视化管理系统功能规范》三项标准并经省质监局审核批准后作为地方行业标准发布。

2015年，根据国家局统一安排，启动并推进全省粮库智能化升级项目，制定并发布市级粮库远程监管平台与智能化粮库升级建设标准等。

2016年，省局信息中心与南京财经大学联合申报成功全国粮食行业首个省级大数据实验室“江苏省粮食大数据挖掘与应用重点实验室”。

2017年，江苏省“数字粮食”建设工程通过初验并进入系统试运行阶段。同年，启动基于识别代码物联网技术的品牌粮食质量追溯系统、粮库仓储机器人系统等项目招投标工作，并选定示范库点进行安装、部署和应用。

7结语

粮食行业信息化是一个系统工程，涉及收购、储存、调运、加工、供应等各个环节，包括基础设施建设、硬件设备配置、应用软件开发、信息标准制定、信息安全管理、数据分析应用等相关内容，需要政府、企业及科研部门共同参与、协同推进，逐步形成“技术先进、功能实用、运维简便、安全可靠、规范统一、运行高效”的粮食行业信息化体系，从而全面提升粮食行业信息化水平。