物联网技术在粮食仓储中粮情监测方面的应用

彭音音 李江涛 林亲录

[摘要]粮食仓储对于我国粮食安全至关重要。本文主要介绍了物联网技术在粮食仓储中粮情监测方面的应用，主要对粮食智能出入库系统、储粮数量检测系统、粮食温湿水检测及智能通风系统、粮仓虫害气体在线检测及内循环熏蒸与均温系统展开介绍，提出物联网在粮食仓储中粮情监测方面应用的不足，旨在为促进将物联网技术更有效地应用于粮情监测，提高粮食仓储的整体效率提供借鉴和参考。

[关键词]物联网技术;粮食仓储;粮情监测

中图分类号：F326.6 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202005

粮食作为我国重要的战略资源及人民生活的基本物质，其安全储备是保障国家粮食安全的必要措施。近年来，我国粮食生产连创新高，储存量也逐年增加，为转变粮食产业运行方式，“十三五”规划建议提出：“坚持最严格的耕地保护制度，坚守耕地红线，实施藏粮于地、藏粮于技战略，提高粮食产能，确保谷物基本自给、口粮绝对安全。”[1]粮食产业中，粮食仓储为关键性构成部分，粮食仓储技术直接影响储藏过程中粮食的数量以及质量。针对我国粮食储藏数量大、储存时间长的特点，不断发展粮食储藏及监测技术，以此确保国家粮食安全，是一项长期而艰巨的任务[2]。

物联网指利用多种信息传感设备，如RFID、智能控制及全球定位系统等设备，将监测的事物与互联网进行有效连接，实现智能化识别及监控等多功能的网络技术[3]。将物联网应用于现代粮食仓储，在粮情监测方面实现自动判断，能更加灵敏、直观、实时地反映和监测粮堆情况，并根据实际情况及时作出调整，以此保障粮食仓储的安全[4]。

物联网驱动的粮仓粮情监测系统主要利用温度、湿度、气体、虫害等传感系统对粮食入库到仓储过程中粮库仓内、仓外等各种物理参数精确感知并进行采集，将此类数据向监控中心传递，实时掌握粮食粮情数据，根据实际情况监控中心及时调整外部环境，以此提高粮食仓储管理水平。整个监测系统除采用传感器技术监测外，还配备传输、信息处理、智能控制等技术，以此辅助整个物联网系统的高效运行。

1 粮食智能出入库系统

粮食智能出入库系统是在现有仓储管理的基础上引入RFID、智能图像分析及计算机等技术，实现出入库自动化登记、识别及调度等[5]。RFID是智能出入库系统常用的一种非接触式自动识别技术，通过射频信号对目标对象的相关数据进行自动识别而获得相关信息，可在各种恶劣环境中工作[6]。何彬兵[7]将RFID技术应用于智能出入库系统中的电子地磅、自动道闸及图像抓拍等，实现粮食入库流程中各业务环节的智能化信息管理，以此规范出入库管理过程。云顺忠等[8]介绍了湖北省粮食局的智能化出入库系统，将快速登记、自动扦样、自动称重、快速检验、出入仓作业确认等各环节进行有效整合，并提供数据查询、流量控制、断网操作等决策分析功能，为有效提高出入库作业的规范性、可追溯性及工作效率提供了理论支持。

2 粮仓储粮数量在线检测系统

粮仓储粮数量在线检测对于保障粮食仓储安全至关重要。目前储粮数量在线检测方法有很多，主要是利用压力传感器、电磁波检测技术和红外扫描技术等进行检测。

压力传感器为基础的数量在线检测系统主要由压力传感器、数据采集系统及数据处理系统等组成，可实现对粮仓内粮食的空仓、满仓、倒仓等状态进行实时判别。张鑫等[9]通过在粮仓底部布置若干压力传感器的方法获取粮仓底部所受压强值，多次进粮并记录所受压强值，再通过R语言平台构建不同层次的深度神经网络结构，并利用对数据集的学习对粮仓内储粮数量进行预测，预测误差小于3%。张德贤等[10]进一步优化基于糧仓内外圈布置的压力传感器模型和基于多项式展开的粮仓数量在线检测模型，使粮仓储粮数量在线检测模型检测误差低于2.5%。

电磁波检测技术利用在粮堆表面移动的雷达天线实现对整个粮堆表层的水平面扫描，通过接收目标反射回的电磁波信号来判别粮仓内储粮数量[11]。张新新等[12]提出根据电磁波在粮堆内反射幅度的差异，采用相位差法获取不同深度粮堆的介电常数分布，并结合反射幅度和菲涅耳公式推算出粮堆深度与介电常数分布的关系和相应的介电常数-密度模型，以此建立一维粮堆密度分布图，再与粮仓表面雷达天线纵横垂直扫描图合并，得到粮堆三维立体剖面分布图，通过计算获得粮堆的体积数量来检测粮仓储粮的数量。

红外扫描数量在线检测系统是结合红外扫描、无线通信及视频等技术，通过红外扫描设备进行多点测距，结合视频监控设备修正数据，获得粮仓内粮堆整体模型，然后通过计算实时监测粮仓储粮数量。红外扫描数量在线检测系统通过对粮仓内粮面进行网格化区域划分，采用空间极坐标方式对粮仓内粮堆进行三维测量，通过容重修正模型修正后得到粮堆体积，进而计算出粮仓储粮数量[13]。

3 粮食温湿水检测及智能通风系统

粮食的温度、湿度和水分对粮食储存影响极大，准确监测粮仓中粮食的温度、湿度和水分对保障粮食安全具有重要作用。王涛等[14]设计了一种粮仓监测的准分布式光纤温湿度传感器，对粮堆内部纵向剖面温湿度的准分布式进行测量，与目前粮仓监测采用的电子传感器监测数据保持一致，且能有效反映粮堆内部不同深度带的温湿度变化规律。胡俊辉等[15]设计的粮仓温湿度无线监控网络系统是通过STM32对各节点温湿度进行监测和控制，通过Modbus-RTU协议采集数据来提高系统的抗干扰能力，借助低功耗的Zigbee模块来提高系统节点寿命，使粮仓温湿度管理的工作效率整体提高。

智能通风系统结合自动采集的数据进行自动分析判断，根据监测情况自动控制设备运行，实现系统运行的自动化。冯黎明[16]通过计算流体动力学技术模拟不同储粮条件及通风条件下粮仓内外温度变化情况，建立通风模型，并结合智能通风控制系统的上位机和下位机实现智能通风控制。孙彪瑞[17]提出结合多重D-S融合模型和基于遗传算法-BP神经网络的通风决策方法，以此实现粮仓从使用初期到长期的全过程覆盖

4 粮仓虫害气体在线检测及内循环熏蒸与均温系统

储粮害虫监测是综合防治害虫和避免害虫危害的重要基础，在粮仓内按一定的规则在害虫诱捕器上配置电子感应和信息传输器件，系统在设定时间内自动逐个采集捕虫陷阱内捕捉到的害虫数量，并采集捕虫陷阱附近的氧气、二氧化碳、磷化氢等气体的浓度[18]。其中一种害虫诱捕器中的新型害虫传感器由探管诱捕器配套害虫检测与信息传输装置构成[19]，可确保数据采集的准确性和实效性。另一种设于粮堆内部的常见电子探管诱捕器，在害虫落入诱捕器的过程中采用红外感应器检测获取信息，并通过检测计数装置和相应的软件系统统计，以实现远程害虫检测计量与控制[20]。

监测到虫害时，粮仓内循环熏蒸系统启动，实现粮仓环流熏蒸中磷化氢气体的均匀分布，同时根据需求启动环流风机，以降低表层粮食的温度。薛军等[21]设计的智能粮仓环流熏蒸系统采用PLC控制，通过植入传感检测设备和智能控制设备，远程控制施药装置、环流熏蒸机及施药管道阀门，实现对粮仓内关键位置的磷化氢气体浓度和温湿度的远程监控、自动调节，并获得了比较好的效果。

5 结论与展望

综上所述，物联网技术应用于储粮粮情监测有利于更直观透明地了解粮情信息，实现对粮仓的实时有效监控，以此开展智能化、精准化的储粮操作，从而有效保证粮食的整体质量。目前针对隐蔽性高、复杂多变的粮食仓储环境，如何更准确地收集粮情，还需进一步深入研究。虽然物联网技术已应用于粮食仓储多年，但还有相当多物联网方面的研究成果没有真正地应用于粮食仓储的粮情监测。本文结合粮食仓储和物联网相关技术的特点，对两者进行进一步的融合，旨在为进一步增强粮仓粮情监测水平，提高粮食仓储管理水平，推动粮食行业的全面创新与发展助力

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