物聯網技術在糧食倉儲中糧情監測方面的應用

彭音音 李江濤 林親錄

[摘要]糧食倉儲對于我國糧食安全至關重要。本文主要介紹了物聯網技術在糧食倉儲中糧情監測方面的應用，主要對糧食智能出入庫系統、儲糧數量檢測系統、糧食溫濕水檢測及智能通風系統、糧倉蟲害氣體在線檢測及內循環熏蒸與均溫系統展開介紹，提出物聯網在糧食倉儲中糧情監測方面應用的不足，旨在為促進將物聯網技術更有效地應用于糧情監測，提高糧食倉儲的整體效率提供借鑒和參考。

[關鍵詞]物聯網技術;糧食倉儲;糧情監測

中圖分類號：F326.6 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202005

糧食作為我國重要的戰略資源及人民生活的基本物質，其安全儲備是保障國家糧食安全的必要措施。近年來，我國糧食生產連創新高，儲存量也逐年增加，為轉變糧食產業運行方式，“十三五”規劃建議提出：“堅持最嚴格的耕地保護制度，堅守耕地紅線，實施藏糧于地、藏糧于技戰略，提高糧食產能，確保谷物基本自給、口糧絕對安全?！盵1]糧食產業中，糧食倉儲為關鍵性構成部分，糧食倉儲技術直接影響儲藏過程中糧食的數量以及質量。針對我國糧食儲藏數量大、儲存時間長的特點，不斷發展糧食儲藏及監測技術，以此確保國家糧食安全，是一項長期而艱巨的任務[2]。

物聯網指利用多種信息傳感設備，如RFID、智能控制及全球定位系統等設備，將監測的事物與互聯網進行有效連接，實現智能化識別及監控等多功能的網絡技術[3]。將物聯網應用于現代糧食倉儲，在糧情監測方面實現自動判斷，能更加靈敏、直觀、實時地反映和監測糧堆情況，并根據實際情況及時作出調整，以此保障糧食倉儲的安全[4]。

物聯網驅動的糧倉糧情監測系統主要利用溫度、濕度、氣體、蟲害等傳感系統對糧食入庫到倉儲過程中糧庫倉內、倉外等各種物理參數精確感知并進行采集，將此類數據向監控中心傳遞，實時掌握糧食糧情數據，根據實際情況監控中心及時調整外部環境，以此提高糧食倉儲管理水平。整個監測系統除采用傳感器技術監測外，還配備傳輸、信息處理、智能控制等技術，以此輔助整個物聯網系統的高效運行。

1 糧食智能出入庫系統

糧食智能出入庫系統是在現有倉儲管理的基礎上引入RFID、智能圖像分析及計算機等技術，實現出入庫自動化登記、識別及調度等[5]。RFID是智能出入庫系統常用的一種非接觸式自動識別技術，通過射頻信號對目標對象的相關數據進行自動識別而獲得相關信息，可在各種惡劣環境中工作[6]。何彬兵[7]將RFID技術應用于智能出入庫系統中的電子地磅、自動道閘及圖像抓拍等，實現糧食入庫流程中各業務環節的智能化信息管理，以此規范出入庫管理過程。云順忠等[8]介紹了湖北省糧食局的智能化出入庫系統，將快速登記、自動扦樣、自動稱重、快速檢驗、出入倉作業確認等各環節進行有效整合，并提供數據查詢、流量控制、斷網操作等決策分析功能，為有效提高出入庫作業的規范性、可追溯性及工作效率提供了理論支持。

2 糧倉儲糧數量在線檢測系統

糧倉儲糧數量在線檢測對于保障糧食倉儲安全至關重要。目前儲糧數量在線檢測方法有很多，主要是利用壓力傳感器、電磁波檢測技術和紅外掃描技術等進行檢測。

壓力傳感器為基礎的數量在線檢測系統主要由壓力傳感器、數據采集系統及數據處理系統等組成，可實現對糧倉內糧食的空倉、滿倉、倒倉等狀態進行實時判別。張鑫等[9]通過在糧倉底部布置若干壓力傳感器的方法獲取糧倉底部所受壓強值，多次進糧并記錄所受壓強值，再通過R語言平臺構建不同層次的深度神經網絡結構，并利用對數據集的學習對糧倉內儲糧數量進行預測，預測誤差小于3%。張德賢等[10]進一步優化基于糧倉內外圈布置的壓力傳感器模型和基于多項式展開的糧倉數量在線檢測模型，使糧倉儲糧數量在線檢測模型檢測誤差低于2.5%。

電磁波檢測技術利用在糧堆表面移動的雷達天線實現對整個糧堆表層的水平面掃描，通過接收目標反射回的電磁波信號來判別糧倉內儲糧數量[11]。張新新等[12]提出根據電磁波在糧堆內反射幅度的差異，采用相位差法獲取不同深度糧堆的介電常數分布，并結合反射幅度和菲涅耳公式推算出糧堆深度與介電常數分布的關系和相應的介電常數-密度模型，以此建立一維糧堆密度分布圖，再與糧倉表面雷達天線縱橫垂直掃描圖合并，得到糧堆三維立體剖面分布圖，通過計算獲得糧堆的體積數量來檢測糧倉儲糧的數量。

紅外掃描數量在線檢測系統是結合紅外掃描、無線通信及視頻等技術，通過紅外掃描設備進行多點測距，結合視頻監控設備修正數據，獲得糧倉內糧堆整體模型，然后通過計算實時監測糧倉儲糧數量。紅外掃描數量在線檢測系統通過對糧倉內糧面進行網格化區域劃分，采用空間極坐標方式對糧倉內糧堆進行三維測量，通過容重修正模型修正后得到糧堆體積，進而計算出糧倉儲糧數量[13]。

3 糧食溫濕水檢測及智能通風系統

糧食的溫度、濕度和水分對糧食儲存影響極大，準確監測糧倉中糧食的溫度、濕度和水分對保障糧食安全具有重要作用。王濤等[14]設計了一種糧倉監測的準分布式光纖溫濕度傳感器，對糧堆內部縱向剖面溫濕度的準分布式進行測量，與目前糧倉監測采用的電子傳感器監測數據保持一致，且能有效反映糧堆內部不同深度帶的溫濕度變化規律。胡俊輝等[15]設計的糧倉溫濕度無線監控網絡系統是通過STM32對各節點溫濕度進行監測和控制，通過Modbus-RTU協議采集數據來提高系統的抗干擾能力，借助低功耗的Zigbee模塊來提高系統節點壽命，使糧倉溫濕度管理的工作效率整體提高。

智能通風系統結合自動采集的數據進行自動分析判斷，根據監測情況自動控制設備運行，實現系統運行的自動化。馮黎明[16]通過計算流體動力學技術模擬不同儲糧條件及通風條件下糧倉內外溫度變化情況，建立通風模型，并結合智能通風控制系統的上位機和下位機實現智能通風控制。孫彪瑞[17]提出結合多重D-S融合模型和基于遺傳算法-BP神經網絡的通風決策方法，以此實現糧倉從使用初期到長期的全過程覆蓋

4 糧倉蟲害氣體在線檢測及內循環熏蒸與均溫系統

儲糧害蟲監測是綜合防治害蟲和避免害蟲危害的重要基礎，在糧倉內按一定的規則在害蟲誘捕器上配置電子感應和信息傳輸器件，系統在設定時間內自動逐個采集捕蟲陷阱內捕捉到的害蟲數量，并采集捕蟲陷阱附近的氧氣、二氧化碳、磷化氫等氣體的濃度[18]。其中一種害蟲誘捕器中的新型害蟲傳感器由探管誘捕器配套害蟲檢測與信息傳輸裝置構成[19]，可確保數據采集的準確性和實效性。另一種設于糧堆內部的常見電子探管誘捕器，在害蟲落入誘捕器的過程中采用紅外感應器檢測獲取信息，并通過檢測計數裝置和相應的軟件系統統計，以實現遠程害蟲檢測計量與控制[20]。

監測到蟲害時，糧倉內循環熏蒸系統啟動，實現糧倉環流熏蒸中磷化氫氣體的均勻分布，同時根據需求啟動環流風機，以降低表層糧食的溫度。薛軍等[21]設計的智能糧倉環流熏蒸系統采用PLC控制，通過植入傳感檢測設備和智能控制設備，遠程控制施藥裝置、環流熏蒸機及施藥管道閥門，實現對糧倉內關鍵位置的磷化氫氣體濃度和溫濕度的遠程監控、自動調節，并獲得了比較好的效果。

5 結論與展望

綜上所述，物聯網技術應用于儲糧糧情監測有利于更直觀透明地了解糧情信息，實現對糧倉的實時有效監控，以此開展智能化、精準化的儲糧操作，從而有效保證糧食的整體質量。目前針對隱蔽性高、復雜多變的糧食倉儲環境，如何更準確地收集糧情，還需進一步深入研究。雖然物聯網技術已應用于糧食倉儲多年，但還有相當多物聯網方面的研究成果沒有真正地應用于糧食倉儲的糧情監測。本文結合糧食倉儲和物聯網相關技術的特點，對兩者進行進一步的融合，旨在為進一步增強糧倉糧情監測水平，提高糧食倉儲管理水平，推動糧食行業的全面創新與發展助力

參考文獻：

[1]趙新剛，董生忠，馬宏偉，等.以“藏糧于技”為核心新常態下糧食儲藏安全對策分析（英文）[J].Agricultural Science & Technology，2017（10）：197-200.

[2]羅廣彬.淺談糧食企業倉儲管理現狀及科學保糧發展[J].現代食品，2019（16）：5-7.

[3]王威.物聯網技術在淺圓倉智慧儲糧中的應用及進展[J].糧食與油脂，2019，276（4）：10-12.

[4]譚興邦.物聯網在糧食倉儲管理中的應用[J].農技服務，2017，34（1）：140.

[5]高巍，周志剛，趙璧.物聯網技術在糧庫信息化建設中的應用[J].糧食科技與經濟，2018，43（5）：89-93.

[6]陳賽賽，王力，尹道娟，等.糧食智能出入庫系統實現與應用[J].糧食儲藏，2015，44（5）：50-54.

[7]何彬兵.基于RFID的糧食智能出入庫管理系統設計[J].信息通信，2016（10）：194-195.

[8]云順忠，劉卓，任貴新.糧食“一卡通”智能出入庫系統的設計與應用[J].糧油倉儲科技通訊，2016，32（6）：46-48.

[9]張鑫，張德賢，徐路路，等.基于深度神經網絡的糧倉儲糧數量檢測模型[J].南京農業大學學報，2019，42（3）：559-565.

[10]張德賢，張苗，張慶輝，等.基于底面壓強的糧倉儲量估測方法[J].農業工程學報，2017，33（10）：287-294.

[11]祝玉華，陳軍濤，甄彤，等.儲糧數量檢測技術研究進展[J].河南工業大學學報（自然科學版），2016，37（6）：116-122.

[12]張新新，張元，廉飛宇.儲糧數量的電磁波探測技術研究[J].電腦知識與技術，2014，10（10）：2452-2456

[13]梁明陽，李祥利，李劍.基于物聯網的多傳感器動態糧情檢測技術研究[J].信息技術與信息化，2020（2）：27-30.

[14]王濤，王紀強，趙林.糧倉光纖溫濕度監測技術研究[J].糧油倉儲科技通訊，2019，35（6）：49-52.

[15]胡俊輝，黎洪生.基于STM32的糧倉溫濕度無線監控網絡系統設計[J].數碼設計，2017，6（8）：1-3.

[16]馮黎明.糧倉通風智能控制技術研究與實現[D].鄭州：河南工業大學，2014.

[17]孫彪瑞.基于信息融合的糧倉通風智能決策研究[D].鄭州：河南工業大學，2015.

[18]王殿軒，萬家鵬，張浩，等.儲糧害蟲在線監測及其結果的評價利用[J].中國糧油學報，2017，32（11）：112-116.

[19]朱永士，任國正.淺談害蟲倉外采集檢測技術的應用與推廣[J].糧食流通技術，2004（4）：24-25.

[20]Flinn P W，Opit G P，Throne J E.Predicting stored grain insect population densities using an electronic probe trap[J].Journal of Economic Entomology，2009，102（4）：1696-1704.

[21]薛軍，周林立.基于PLC的糧倉環流熏蒸系統設計[J].工業儀表與自動化裝置，2017（3）：95-100.