一款结合VR技术的智能仓储信息平台

邓 文 佶

(上海良友(集团)有限公司 上海 200122)

0 引 言

随着时代的发展,粮食食品安全研究从以往注重数量安全逐步转向更加注重质量和食品安全扩展。根据国家发行的粮食行业的文件要求，例如《粮食行业信息化发展“十三五”规划》、《国家粮食局关于规范粮食行业信息化建设意见》等国家级文件，目前绝大多数公司和机构都需要主动适应目前形势发展，大力推进绿色科技储粮[1]。以需求为导向，对粮食存储进行研究，应用大数据、物联网、云计算等技术，将原来的“绿色储粮”、“科技储粮”，利用技术手段进行软硬件系统优化再造，实现了“作业流程标准化”、“信息采集自动化”、“仓储保管智能化”、“业务管理集成化”的“绿色科技储粮”系统。本文以上海良友集团有限公司为例，其采用的新型技术在推动粮食储备管理升级方面取得了明显成效，切实保障和实现了粮食安全存储。

1 研究与应用范围及方向

目前在研究绿色科技储粮系统时，需要充分地利用现在的物联网、大数据和云计算等技术，对公司的储粮库区进行智能化优化升级，主要研究应用方向为粮库管理的硬件、软件系统平台的升级再造。硬件模块主要包括粮情测控集成模块、数量检测模块、排积热通风模块、能耗监测模块、远程照明模块和虫害气体检测模块等智能化粮仓模块的硬件系统整合，达到“绿色”降低能耗。对每一个硬件模块都需要进行升级改造，使每一个模块都可以和网络进行对接，实现网络远程控制和数据采集发送的基本功能。对于软件系统方面，要求所有软件系统和模块都实现统一登录、统一验证、统一操作和统一管理的基本管理系统，达到“科技”支撑管理。同时整个系统具有良好扩展性，方便软硬件功能扩充和升级。

2 主要研究与应用领域

2.1 云计算

本文采用了云服务对数据进行存储，整个系统的软硬件平台广泛地采用了云计算技术，实现不同的终端都可以在基于云平台的基础之上，进行一系列的管理和维护操作[2]。云计算的优势就在于可以把许多计算资源、存储资源、数据资源和应用资源进行统一地汇聚和使用。这样随着系统规模的不断扩大，系统可以利用的资源也不断增加，系统平台数据的处理也变得非常快捷化和智能化。本文中云计算的基本架构如图1所示。

图1 云计算系统架构图

2.2 虚拟现实(VR)

如图2所示，智能化粮库项目系统是可以选择采用虚拟现实来进行展示。虚拟现实三维展示需要采用国内先进的Unity 3D渲染技术，画面如实显现实景场景。图形和元素之间层次感清晰，给用户带来强大的视觉冲击。用户可以通过VR设备对智能化粮库场景进行统一地观察操作，可以实时地观察不同场景的效果图。

图2 虚拟现实的场景图

2.3 安全策略设计

粮库作为粮食储备、流通的重要环节，在粮食信息、人员信息、设备信息等的存储及传输方面的安全就变得非常重要。智能化粮库项目的安全性由一个安全体系来组成，具体实现策略包括：软件本身安全、硬件设备安全、网络安全防护、安全管理体系，支持账户、授权、加密、日志等技术方式。系统需要对数据进行加密，包括加密存储和加密传输。另外，对系统权限需要进行分离操作，保证系统之间进行隔离，用户安全可靠地进行系统操作[3]。对系统还需要进行加固和安全防范操作，防止被恶意地破解，对系统造成安全影响。对系统的安全权限也要进行防护操作。系统中的安全策略设计层级如图3所示。

图3 系统安全策略设计层级图

2.4 先进的架构思想与工具

本文中智能化粮库系统以信息安全方面、可维护性、易拓展性和高效率安全设计为设计基础出发点，设计一套完整的系统方案。智能化粮库系统平台基于SOA设计思想，采用B/S+C/S多层结构设计，以Java技术架构构建基本应用平台[4]，完成应用系统的统一化管理和维护，支持互联网、局域网、VPN、无线及移动等网络，实现快捷方便的数据交互。采用此种架构设计，在粮库服务器上部署一套应用程序，就可实现各岗位人员通过操作终端联网访问，方便快捷。

3 硬件系统设计

在传统粮库系统设计中，系统的各种检测系统和控制系统采购自不同厂家，系统中模块的管理和维护都是独立的，不同模块之间的数据也没有统一打通和管理。例如粮情测控集成模块、数量检测模块、排积热通风模块、能耗监测模块、远程照明模块和虫害气体检测等等。另外，传统粮库系统使用的粮情模块、通风模块、熏蒸模块和空调模块等各个系统功能单一，需要人为地分别手动控制，非常费力、费时，而且对系统来说也非常危险，同时，系统能耗高、效率低，远远达不到“绿色科技”储粮的目的和需求[5]。

本文设计的智能化粮库系统研究并且设计了一套应用智能化控制柜的方式来解决传统的粮库系统存在的上述问题。本系统将粮情测控集成模块、数量检测、排积热通风、能耗监测、远程照明、虫害气体检测等硬件系统有效地整合设计于一体柜中，达到了“四统一”、“四标准”及“四便捷”，在应用中取得了很好的效果。其中：“四统一”是指实现了供电电源、控制核心、网络传输、软件应用的统一；“四标准” 是指实现了安转位置、综合布线、功能模块、应用接口的标准；“四便捷” 是指实现了触控操作、远程升级、状态监测、快速维修的便捷[6]。具体的实物图如图4所示。

图4 智能化控制柜硬件实物图

设计一体化智能控制柜的目的就是为了解决目前系统能耗过高的问题。将多个硬件模块设计在一个整体的系统模块中，这样在维护和管理时就会方便工作人员进行统一的维护。另外，系统也达到了节能降耗、便捷控制等功能，大大地提升了工作效率，真正实现了“绿色科技”储粮。系统中的硬件电路实际现场图如图5所示。

图5 系统硬件电路实物图

4 软件系统设计

4.1 整体架构

整个系统采用平台化结构设计，整体采用组件化、模块化、动态化的软件技术，利用一致的可共享数据模型，实现快速的应用开发、快捷的系统升级以及灵活的功能拓展。

智能化粮库系统的基础层主要就是提供系统开发和运行的软硬件环境支持平台。硬件环境包括网络、主机、存储和安全设备等。系统的主机操作系统采用Linux系统，后台数据库采用MySQL，缓存服务为redis，应用服务器后台开发技术框架环境为SpringMVC、Mybatis[7]。

智能化粮库系统的数据访问层主要是系统通过Mybatis和Web Services 两种方式进行数据访问。Mybatis为一个基于Java的持久层框架，另外在配合SpringMVC框架研发中，它还对数据库进行定制化[8]，避免人为手动地维护数据库，大大节约了效率。Mybatis数据库是一种面向跨平台JVM环境的，针对关系型数据库的对象持久化类库，能够快速实现应用程序对各种大型数据库的访问。Web services 使用基于 XML 的消息作为数据通信的基本方式，以帮助减少组件模型、操作系统和编程语言不一致导致的系统之间的差别。系统总体的平台架构如图6所示。

图6 系统平台架构图

智能化粮库系统的业务层主要是系统前后台业务具体展现，包括：粮库基本信息、粮情检测、数量检测、智能通风、虫气检测、能耗监测、远程照明、集中展示等，并可以根据各库的需求开发个性化模块，升级、拓展灵活快捷。智能化粮库系统的表现层主要就是用户能够使用业务系统的表现方式，包括：PC客户端、浏览器、客户端插件、平板电脑、智能手机等。

4.2 核心功能描述

智能化粮库系统主要功能包括：我的仓房、数据查询、数据展示、数据分析、报表打印、消息中心、系统设置、趋势图标分析等功能模块。各模块功能图如图7所示。

图7 系统应用基本模块图

我的仓房模块实现气象信息检测系统、粮情检测系统、排积热通风系统、能耗监测系统、库存数量检测系统及仓内防熏蒸视频的软硬件综合高效集成，使各系统能够联动。每个仓房采用统一的控制系统，搭建统一的控制管理软件平台，达到监测、控制、大数据分析、预防预警等功能的一体化、智能化综合控制。对库内所有智能仓房进行统一控制，可对指定仓房一键进行测温、一键开关窗、一键开关照明等操作，省时省力，提高工作效率[9]。

数据展示模块是以3D的方式展示粮情、虫害等信息，使用户能更加直观地看到仓房各个位置的粮情、虫害等信息。例如粮情信息3D展示，通过选择仓房的粮情检测记录，把粮情数据自动加载到粮情三维模型中，能够直观地还原显示粮情布置的行列层及检测的温度信息[10]。三维中温度点的颜色自动根据当前检测温度高低进行颜色的变化，当温度高于设置的高温阈值时以红色颜色进行标识，温度处于正常范围内时以绿色颜色标识。可在三维模组中通过鼠标拖动或滚轮查看虚拟仓房任何角度和方位的粮情信息[11]。

数据分析模块对粮情、储量、虫气、通风等数据加以分析，并以多种图表的方式进行展示,使用户能够更加直观地了解粮仓的准确情况[12]。例如储量分析，分析指定时间段内的数量检测数据，将检测重量、实际重量以及误差值以图表的形式展示出来，用户可自定义曲线展示或者柱状展示，能准确地了解到仓内粮食数量的变化情况。

数据查询模块的主要功能是查询仓房信息、能耗信息、虫害信息、粮情信息、通风信息、保管员信息、设备信息、照明记录等操作信息。报表打印模块提供多种报表打印格式，并可根据用户要求进行报表格式的修改，提供报表的导出和打印功能，主要有带有对比功能的粮情报表、粮情分析报表、虫害气体报表等。消息中心模块主要负责各种信息的共享与提示功能。系统设置模块主要负责对仓房、货位、岗位、设备、保管员、通风策略、系统参数等进行维护。趋势图表分析模块是以图表的形式展示粮情、能耗等多元化信息[13]。

5 结 语

本文软硬件一体化系统的研究与应用，为探索研究“互联网+绿色科技储粮”的实现提供了理论及实践基础，为粮库建立起了以“数字化”涉粮数据为支撑，“智能化”仓储业务为主干、“可视化”远程监管为重点、“精准化”应急调控为手段[14]，结构完整、功能齐全、安全稳定、信息共享、多级联动的现代化信息网络体系。并作为基础框架为以“数字化政务、精确化业务、

信息化商务、网络化服务”为主要内容的“互联网+智慧粮食”提供有力支撑。