信息融合技术在小麦仓储环境监控系统中的应用

申悦　申磊

摘  要：文章根据小麦的特性以及生活环境的基础上，结合目前小麦仓储环境监控方式，建立小麦仓储环境监控系统，分析模糊信息融合技术在小麦仓储环境监控系统中的应用。

关键词：仓储;环境;监控;信息融合

中图分类号：S379          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）34-0158-03

Abstract： According to the characteristics of wheat and living environment， combined with the current monitoring mode of wheat warehousing environment， this paper establishes a wheat warehousing environment monitoring system， and analyzes the application of fuzzy information fusion technology in wheat warehousing environment monitoring system.

Keywords： warehousing; environment; monitoring; information fusion

1 概述

小麦是我国主要的粮食农作物之一，是国家主要储备粮食，其仓储安全直接影响着我国的粮食安全，对国防、民生具有重要意义[1]。小麦在存储过程中，易受环境各因素影响，例如各类害虫、霉菌等生物因子以及温度、湿度等非生物因子。另外，小麦在较长时间的仓储过程中，麦仓的温湿度随外界的季节性变化大，容易引起发热霉变，造成品质的变化和数量的损失[2]。

目前，我国的小麦仓储主要依靠人工进行环境监控，利用温度计、湿度计监测仓内的温湿度，存在采集数据不准确、监控效率低下等问题，不能及时对危险环境做出相应的处理，从而造成粮食较大的损失。近年来，国内外许多专家学者结合先进的科学技术，对小麦仓储的管理进行了深入研究，并取得了丰硕的成果。利用传感器技术和有线通信方式，实现小麦仓储环境的监控，但存在布线复杂、扩展性差、管理和维护成本高等不足。随着信息技术和无线传感器网络的快速发展，借鉴新技术在其他仓储环境监控中的应用，在此基础上建立小麦仓储环境监控系统，实现仓储环境的实时监测和信息充分共享[3]，从而提高仓储质量，保证小麦仓储环境安全，为小麦的高品质提供保障。

2 小麦仓储环境监控系统架构

小麦仓储质量与小麦仓储环境密切相关。小麦存储环节的管理不善可能导致大批量的粮食霉变，造成的损失使生产者和经营者承担着巨大的经济风险。所以，对其仓储环境进行多空间多参数實时监测，严格控制存储条件，加强对小麦仓储过程的监管，提高其存储安全性。对小麦仓储环境监控，要对需要监控的仓储环境参数进行分析，确定影响小麦仓储品质的环境要素，研究参数的适宜范围，以确保小麦的安全储存。

仓储环境中的温度、湿度直接影响小麦的品质，同时，仓储环境中的二氧化碳和氧气含量、微生物含量以及虫害等因素也都会对小麦品质造成较大的影响。本文选取温度、湿度、二氧化碳含量和氧气含量四个参数进行分析研究。整个小麦仓储实时监控系统如图1所示，通过使用由大量分布式的监测节点组成监测网络，可以对小麦仓储环境进行不间断地数据采集与监控;智能控制中心将收到的监测结果上传至服务器，可以通过手机或其他智能终端查看仓储环境情况。监测节点是仓储监控系统的基本单元，智能控制中心是其核心控制端，它的稳定运行是整个系统可靠性的基本保证。

基于WiFi的小麦仓储监控系统可实现对仓储的多空间多参数监控，实时获得仓储的环境信息，主要的两个部分为监测节点和智能控制中心。控制中心控制整个系统的运行，发送控制命令，监测节点收到控制命令并处理分析;然后通过各个传感器采集相关的环境信息，存储在节点的存储器中。同时，采集到的有用数据可通过无线传输，也可以通过RS485总线或以太网发送给监控终端;控制中心收到监测节点发送来的数据并进行数据分析和处理，然后通过液晶显示器进行节点环境安全信息地显示。环境参数信息经数据融合后可由智能控制中心上传至服务器，管理者可通过手机或其他智能终端查看仓储环境安全情况。监测节点可以通过实时时钟记录监测信息的时间，保证采集信息的实时性和有效性，并可以通过拨码开关设置单个节点的配置信息，比如设置工作模式等，具体的设置主要取决于内部程序的设计。如果检测到节点的信息超过设定值时，报警电路会工作，并在液晶显示器上面显示醒目的报警信息。

小麦仓储监测节点包括微处理器、FLASH存储器、传感器模块、LED显示模块、报警输出模块、WiFi模块以及24V供电模块;其中传感器模块包括空气温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器和氧量传感器。微处理器分别连接FLASH存储器、传感器模块、LED显示模块、报警输出模块以及WiFi模块;还连接有RS485接口、以太网接口、USB接口以及24V供电模块。

监测节点中传感器模块主要用于感知和采集监测区域内的环境信息;实时钟用于提供采集信息的时间;处理器对整个节点的其他模块起控制作用，并对采集的数据以及接收到的数据进行存储操作和处理;通过RS485接口、以太网接口及USB接口接收和发送数据信息，WiFi模块可实现节点之间的无线通信;供电模块为节点各个模块的协调工作提供能量。

3 信息融合技术在监控系统中的应用

本文利用多个不同传感器来监测小麦仓储环境相关信息，通过节点内多传感器的信息融合，判断节点监测区域的仓储环境安全状态。综合所有节点的监测状态结果，可获取整个小麦仓储环境安全状态，根据状态结果采取相应的调节措施。

在小麦仓储环境监控节点中，传感器模块由所有不同类型的传感器一起完成感知环境和实时信息采集的任务。在数据采集过程中，实时信息单独传输的方法在监控系统中十分不合适，会造成通信带宽和资源的大量浪费，降低效率并影响了信息实时性。

信息融合是小麦仓储监控系统中信息处理过程的重要环节，可将冗余和无效的数据剔除，有利于系统做出有效的控制和可靠的决策。不同类型的信息进行融合处理的方式不同，不同层次的信息融合也需要具体分析。本文建立了适合于小麦仓储环境监控的多传感器信息融合模型，如图2所示。

由图2所示，该融合模型主要有以下四部分构成：第一部分是信息获取部分，该部分由多个不同类型传感器构成，负责采集小麦仓储环境的实时信息;第二部分是局部决策，即对获取的环境实时信息做预处理，将传感器采集值与预设阈值比较;第三部分是对经过局部决策后的传感器信息处理结果进行信息融合;第四部分是将局部决策和信息融合结果反馈到智能控制中心，通过分析结果判断监测节点所监测区域内小麦环境的安全状态[4]。

多传感器信息预处理，是对传感器采集到的原始数据进行处理，属于局部决策。预处理即是根据预先设定的各个参数的安全范围，对测量数据进行判断。如果参数信息超出阈值，则向小麦仓储环境控制中心发送相关预警信息。如果采集的参数信息出现突然跃变，则此数值属于坏值，将被剔除同时发出报警。

预处理后的信息依然是单一类型传感器的信息，在信息融合阶段需要把不同类型的传感器信息进行融合，根据计算后的融合值对总体评估。在小麦仓储环境安全监测中，经常会存在一些模糊问题，比如安全、较安全与危险之间的信息出现重叠或相互之间的界限不明显等，这些都会影响决策结果的准确性[5]。在小麦仓储环境监控系統中，可应用模糊理论。在模糊综合评判技术的结构下，建立一种模糊信息融模型对多种不同类型的传感器数据进行融合处理，得到更全面的环境信息。小麦仓储环境监测节点的信息融合模型如图3所示。

基于模糊理论的数据融合合成运算结果是小麦仓储环境监测节点中的传感器所测环境参数对各个环境状态等级的隶属度，它是一个模糊向量，而不是单一数值。计算得出的融合值通过确定的评判规则进行评判，能准确判断出目前小麦仓储环境的安全状态级别。

4 结束语

本文选取影响小麦仓储的环境参数，构建适用于小麦仓储的环境监控系统，在所监测区域内部署监测节点，每个监测节点内实现环境信息的存储和处理，利用多传感器信息融合技术来处理传感器采集到的大量与小麦仓储环境安全相关的参数信息，能有效地解决小麦仓储环境监控的弊端，充分利用了多传感器信息融合的优势，提高小麦仓储安全监控的置信度，最终得到对仓储环境安全状态的描述，具有一定的现实意义。

参考文献：

[1]王维强.存储期变温状态对小麦安全水分及微生物活动的影响[J].现代农业科技，2016（24）：264.

[2]范延彬，王超.小麦仓储环境监控研究[J].中国市场，2015（28）：52.

[3]阎芳，赵琰，刘军，等.农资仓储品质保障监控系统研究[J].物流技术，2015，34（17）：250-252+299.

[4]周芳，韩立岩.多传感器信息融合技术综述[J].遥测遥控，2006，27（3）：1-7.

[5]刘娟，任燕，高岩.模糊数据融合在温室环境安全监测系统中的应用[J].河南理工大学学报，2010，27（3）：268-271.