倉智慧儲糧中物聯網技術的應用范文
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摘要：綜述和展望了物聯網技術基本情況及其在糧油倉儲，特別是淺圓倉等新型倉房的實倉應用，以期能夠尋求和應用更加智能化、精細化、集約化、直觀化的糧油倉儲新型技術手段，完善糧油倉儲管理體系，實現糧油安全儲藏。
目前，淺圓倉因具有占地面積小、氣密性好、進出倉方便、易于實現糧食“四散化”管理等特點，在我國糧油儲藏及流通運輸中發揮重要作用，但在實際應用過程中存在如糧情監測滯后性及通風時機人為判斷偏差等固有缺點限制了其全面推廣。為了確保糧油儲藏安全，各種新興技術和方法在糧油儲存中的應用越來越多，同時也顯露出各自獨特的應用潛力。GARDNER等[1]利用電子鼻對糧倉蟲霉危害情況進行實時監測，使監測結果更易量化；YAN等[2]提出了利用聲學監測糧溫的方法，顯著提高了監測靈敏度；蔡靜平等[3]利用CO2濃度變化作為指標對儲糧蟲霉危害情況進行監測，實現了蟲霉危害的提前預測；張耀磊等[4]利用過氧化氫酶含量作為信息載體對黃曲霉毒素（AFB1）生成情況進行判斷，實現AFB1污染的早期預警；除此之外，充氮氣調技術、橫向通風技術及智能化糧情測控等實倉應用新手段也在倉儲行業逐步得到推廣。雖然各種倉儲新技術在糧食安全儲存上均具獨特的優勢，但對糧堆內部蟲霉等危害情況監測的直觀性、準確性及智能性等方面尚有欠缺，在糧情預測及判斷過程中不可避免地會出現偏差。為了在儲糧操作管理中實現自動判斷，更加靈敏、直觀、實時反映糧堆內部溫、濕度及蟲霉危害情況，借助網絡技術的發展，把物聯網技術運用于淺圓倉等實倉操作難度較高的倉房中應用是非常必要的。
1物聯網智慧儲糧技術
物聯網（InternetofThings）指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等裝置與互聯網結合起來形成的一個巨大網絡，進而使所有物品連接起來，實現對物體的自動實時識別、定位、追蹤監控并觸發相應事件[5]。物聯網的出現，實現了物品和信息之間的實時對接，形成了全面的網絡覆蓋系統，更易于實現對物品及信息的系統管理和研究。隨著網絡技術的不斷發展，在倉儲行業中物聯網技術得到了越來越多的關注并有一些成功的應用。1.1物聯網智慧儲糧技術在糧情監測管理系統中的應用黃美芝等[6]提出將電子標簽附著于各級糧倉糧食樣品中，通過射頻識別裝置、閱讀器、服務器之間的通信及無線傳感網組網技術，實現糧倉環境自動感知、智能調節等功能，提高儲糧安全的監管能力。田宇龍[7]通過無線網卡傳輸信息，將企業內部各種信息進行采集及整合，實現了糧情測控系統的無線連接，顯著降低了人工費用及破損率，增加了線路穩定性。徐鵬等[8]通過無線監測局域網實現溫濕度、含氧量及昆蟲危害的實時監測及監控。鄧仲芬等[9]設計與開發的智能散糧運輸車遠程管理網絡（Web）應用系統，可實時獲取散糧車車廂內的糧情及行車狀態等數據，包括多個糧堆溫度、糧食水分和車廂內外空氣溫濕度等數據。蔣睿等[10]設計了一種基于物聯網的儲糧糧情全方位監測系統，可實現溫濕度、氣體等的全方位監測
1.2物聯網智慧儲糧技術在實現自動化、智能化方面的應用
第四屆糧食儲藏技術與管理學術交流會上，談到儲備糧設施自動化及物聯網平臺的搭建問題上有專家提出，圍繞物聯網，對糧溫糧濕自動檢測系統、儲運管理調控系統、庫區安全視頻監控系統、儲糧倉房自動通風系統、機械通風控制系統、糧濕蟲害自動報警系統及磷化氫環流熏蒸自動濃度檢測系統等進行應用分析，間接實現節能減排，效益提升。戚長勝等[11]利用無線控制技術研發一種新型自動化儲糧害蟲誘捕器，解決了原有誘捕器功能單一，適用范圍小，結構不合理的問題。黃曉健等[12]設計出了基本單片機控制的自動通風系統，該系統可實現自動控制和遠程集中控制。
1.3物聯網智慧儲糧技術在儲量檢測方面的應用
馮笑[13]提出了一種糧倉儲量實時檢測的新方法，該方法實現了單倉儲量的實時性和安全性檢測，并以單倉儲量檢測子系統為基本單元，設計了多倉儲量的物聯網統計系統。
2物聯網智慧儲糧技術在淺圓倉中的應用
淺圓倉作為一種新型倉房，首次將倉房建筑設計和糧食儲藏工藝緊密結合起來，在一定程度上克服了建倉和儲糧管理脫節的弊端，與舊倉型相比顯示出了諸多優勢，但因其自身結構的限制，淺圓倉在實倉儲藏應用中也暴露出一些問題。首先，糧食自動分級嚴重。緊靠倉壁的糧堆中含有大量輕浮雜質和破損粒，正對進糧口的則雜質較少，導致淺圓倉糧堆水分及溫度分布不均勻，更易出現局部高溫高濕情況，影響糧食儲藏安全。其次，由于機械設備運行中的碰撞及淺圓倉糧食入倉時的高空墜落，加劇了糧食的破碎，特別是玉米等體積較大的糧粒，嚴重的糧食破碎增加蟲、霉危害的風險。第三，糧情監測結果讀取分析及糧情處理辦法實施的滯后性以及通風、熏蒸、氣調過程中的倉內實時情況獲取的滯后及偏差，都會對淺圓倉糧食的安全儲藏產生影響。淺圓倉儲糧倉容大，糧堆深，一旦出現糧情異常，必然耗費大量人力物力。因此，為了避免儲糧異常，一系列基于物聯網技術的糧食倉儲新興技術在淺圓倉中逐步得到應用。
2.1儲糧糧情全面監測
隨著物聯網技術的迅速發展，糧食儲藏過程中的溫濕度、儲糧害蟲、蟲鼠危害、倉內不同成分氣體濃度變化及儲量監測等方面的物聯網應用，均取得了顯著進展。目前，數字式糧倉溫濕度自動檢測技術由于其電路簡單、數據采集方便及傳輸距離較長等特點，在包括淺圓倉在內的不同糧倉糧情檢測系統中均得到廣泛應用。基于網絡技術，劉燕[14]對儲糧昆蟲圖像模式識別進行研究，實現了儲糧昆蟲種類的自動在線判斷。物聯網紅外感應等技術手段在儲糧中的深入應用，還可以實時監測人員的進出、密閉條件下倉內蟲鼠等生物的危害情況以及熏蒸和氣調過程中倉內倉儲害蟲的殺滅情況等，實現儲糧安全管理。氣調、熏蒸過程中，通過無線網絡技術與氮氣（N2）、磷化氫（PH3）等氣體傳感器的結合，可以對倉內氣體濃度的變化進行實時在線監控，便于隨時進行調控。淺圓倉進出倉過程中非連續累計式電子秤等與物聯網技術手段的綜合應用，實現了出入庫糧食數量的準確監測和有效調控[15]。除此之外，智能化糧庫在線監測技術在淺圓倉中也得到了實際應用。通過在庫區全面安裝攝像頭，倉內布設大量的糧溫傳感器，并與互聯網相連，可實現所有庫點數據信息的系統整合匯集，構成庫區全貌的物聯網監測系統，實現有效遠程監控，便于對轄區內任一庫點的庫容、庫貌以及任一倉內糧情信息進行實時查看。
2.2儲糧智能通風控制
近年來，雖然用淺圓倉儲糧逐步得到了廣泛的認可和應用，但在淺圓倉機械通風的過程中，仍然采用傳統的人工結合糧情測溫系統的方式進行操作。一方面造成了與整體自動化程度的不匹配。另一方面，關鍵控制的人為操作，直接影響了通風的科學性和準確性，甚至會產生低效通風、無效通風、過度通風和有害通風等現象。為了有效減少人為誤判，同時逐步降低倉管人員的工作強度[16]，智能通風逐步得到了應用。該技術即利用計算機糧情檢測系統定時檢測糧堆內外溫度、濕度的變化，快速計算、準確判斷通風時機，并利用控制系統通過啟閉風機等對外界條件變化作出即時反映，實現不間斷測控。智能通風可以在很大程度上保證通風的有效性和科學性，降低保管員的勞動強度，提高通風效率，實現儲糧通風的智能化和科學化。目前淺圓倉智能通風控制系統主要由通風道、通風道自動開關閘門和倉頂自動開關閘門、軸流風機、離心風機、自動通風控制器、有線或者無線通訊系統、計算機糧情檢測系統、通風控制系統等部件組成，主要包括智能機械通風降溫、智能通風自然降溫、智能通風排除倉頂集熱、智能通風降水、智能通風調質等功能[17]。其中，智能機械通風降溫不僅考慮倉內外溫度差，同時需要參考倉內外濕度的差別，避免長時通風造成的糧堆結露或過度失水，以及平均糧溫的誤判導致的糧堆內部結露；當氣溫高于糧溫或倉溫，即可進行自然降溫操作；排除倉頂集熱時需倉溫與氣溫之間具有5℃左右溫差；智能通風降水則需考慮倉內外濕度條件，利用倉外干燥空氣置換糧堆內的濕空氣，達到降低糧堆水分的目的；智能通風調質則與降水剛好相反，將倉外濕空氣引入倉內以增加糧食水分，另外，在降水及調質過程中，均應避免內部結露。
3展望
隨著物聯網技術的不斷發展，隱蔽性高、復雜多變的傳統儲糧糧情檢測逐步變得直觀化、透明化，糧情信息的采集更加準確，同時也具備了更強的實時性，儲糧管理則通過減少人工干預，逐步實現了智能化、精準化的操作。物聯網技術在傳統糧食行業的創造性應用，已經顯示出了巨大的應用潛力。基于這一現狀，對物聯網技術在糧食行業的應用進行深入的拓展和實踐，進一步實現儲糧糧情的全面精準監控和智能化處理，降低人為干預誤判，逐步擺脫高危作業如有限空間磷化鋁熏蒸作業、充氮氣調作業等的人員參與，降低人為事故發生率，將有望顯著提高糧油倉儲管理水平，推動糧食行業的創新和發展。
作者：王威 韓楓 孫世軍 單位：舟山中海糧油工業有限公司
