物联网技术在粮食及物资储备行业信息化建设中的应用

陆县委 张加胜 王鹏飞

引言

本文提出了基于物联网技术的粮食及物资储备系统的构建目标。首先分析了粮食及物资储备行业现状和当下物联网技术的应用前景，针对信息化建设过程及粮食和物资储备作业中存在的问题，建立了具有可行性的系统框架，为物联网技术在粮食和物资储备行业及其他亟需信息化的工程领域提供解决方案。

粮食及物资储备行业现状

随着物联网技术的迅速发展，之前的粮食及物资储备业务模式已经不能够满足领域信息化的需要。仓储过程中往往存在人力成本、消息时延以及数据信息误差等问题，而物联网技术具有的实时性、有效性等优势能对该问题进行有效处理。因此，可以利用物联网技术对目前的出入库管理、粮食和物资储备管理、应急保障管理等业务需求建设一套先进的、高适用的信息化系统以保证整个粮食及物资储备过程的流程规范化、数据可视化和管理信息化。

与此同时，新冠疫情发生以来，国家粮食和物资储备局积极响应习近平總书记的重要指示精神，全力做好疫情防控期间应急粮食物资和应急救灾物资的保障工作。面对“来势汹汹”的新冠疫情，为提升国家粮食及物资储备应急管理水平，进一步提高应急粮食及物资保障能力，完善国家粮食储备和应急管理体系，需要将业务流程和仓储数据信息进行整合，建设粮食及物资仓储一体化信息平台，以逐步形成“云”“管”“边”“端”的信息化体系，打造智慧仓储行业新生态。这一体系不仅能为仓储行业提供更加透明化和精细化的管理，同时也能为基于物联网技术的其它工程领域信息化建设提供解决思路。

物联网技术应用前景

物联网技术是信息科技迅速发展的产物，并在传统互联网技术的基础之上进行了拓展和延伸使其应用于各行各业。在实际应用中，物联网技术往往是通过先进的数据采集和数据分析技术来实现信息的高效传递、交换和利用。例如通过RFID（Radio Frequency Identification）、红外感应器、卫星定位系统、激光扫描器等信息传感设备，利用有线或无线的互联网技术完成信息通讯和交换，以提供智能化的数据跟踪和管理，实现对“万物”管、控、营的一体化。

在粮食及物资储备行业，采用物联网技术可以保证储存粮食及物资数据的时效性。以其中的一项关键作业为例，传统仓储检查工作往往需要工作人员进入仓库检查，各类数据信息也需要手工填报，这样不仅增加了人力成本而且会带来一定的粮食及物资储备的安全问题。而物联网技术利用其自身特性可以在保障仓储安全可靠的前提下高效地完成对粮食及物资数据信息的测控，管理部门能够随时掌握仓房内的储存情况，应急部门也能实时掌握各个库点的粮食及物资数据，方便管理和调度。

粮食及物资仓储一体化平台建设内容

根据粮食及物资储备过程中的核心业务场景，需要建设系统平台的基础设施，同时构建基于该基础设施配套的粮食及物资储备应用系统，以实现对粮食和物资出仓入仓信息、调度作业信息、业务管控信息的数据采集、分析和管理，使得整个过程中粮食和物资量和质的状态可视化、调度管理流程信息化。该套系统框架包含两个层面设计：

（1）业务逻辑框架：对基于物联网技术的粮食及物资储备系统中各个模块的业务逻辑及不同子系统模块之间业务关系的设计。

（2）系统技术框架：对整个系统及各子系统中使用的关键技术的描述，其中关键技术包括物联网技术和应用软件技术。

业务逻辑框架

基于物联网技术的粮食及物资储备系统的核心业务主要为智能出入库子系统和智能仓储子系统所管理的相关业务，包括粮食和物资的出库入库、库存盘点和换仓调度业务。每个操作环节对应着系统的各个管理模块，最终由平台管理中心控制。整个业务逻辑框架分为四个单元：基础设施单元、物联网单元、管理控制单元和用户角色单元。基于物联网技术的粮食及物资储备系统业务逻辑框架如图1所示。

（1）基础设施单元

基础设施单元是整个系统的基础环境，为上层数据和应用提供最基本的服务。一套完整的基础设施建设包括综合布线、机房及相关网络设备、网络安全保证和综合指挥中心建设。同时提供基础设备支持平台，包括计算机硬件设备、计算机网络平台及系统等。

（2）物联网单元

物联网单元主要负责底层数据传递和交互，为整个系统提供数据支撑服务，该单元包含各类物联网设备。例如RFID类设备、摄像头、温湿度传感器、气体传感器和虫情传感器等，通过这些设备实现对数据的采集、分析和处理。

① RFID类设备：通过射频识别技术实现读写器和电子标签之间的非接触式双向数据通信，这类设备主要包括多形式化的电子标签和RFID读写器，其中读写器可以分为手持式、固定式等。整个业务流程可以通过RFID读写器和电子标签实现粮食和物资的出仓入仓、换仓换位、库存盘点等业务环节的自动化数据采集，以保证各个流程间数据信息的实时性和正确性（见图2）。

② 仓温仓湿传感器：主要用于仓房内温度和湿度的检测，以实现仓内温度和湿度数据的自动化采集、上报和分析，通过对这些数据的实时检测分析可以及时对仓内异常数据情况进行有效预警（见图3）。

③ 摄像头：主要安装在部分重要区域，例如库点的周边、库点出入口、仓房内外作业区域、地磅及主要通道区域。相关管理人员不仅可以通过摄像头随时地对库房各个关键区域进行监控及时了解各类情况，而且对于出入口、磅房等区域可配合地感线圈等装置实现车辆信息识别进而完成相关数据信息对比、录入和设备功能控制。

④ 气体传感器和虫情传感器：分别用于仓内气体浓度和害虫情况的数据采集，管理人员可以根据采集结果及时作出相应处理方法。

同时，物联网单元还要对设备采集来的原始数据进行必要的处理和分析，筛选出有效数据并将其标准化为可靠、可用的数据，传递给管理控制单元中各个系统模块使用。

（3）管理控制单元

管理控制單元是平台的控制中心，该单元包含的各个管理系统可以操作和监控整个系统的数据信息和业务流程，将各个业务逻辑进行协调和统一，通过应用系统软件及子系统模块下达指令实现对业务流程和数据处理管控。具体子系统模块包括智能出入库系统、智能仓储系统、远程监管系统、业务管理系统和应急保障系统，这些模块系统主要针对粮食和物资的出库、入库、调度、仓房监管等业务流程一同组建成粮食及物资储备应用系统，从而完成作业过程中数据采集、分析、管理的信息一体化。通过使用物联网领域的RFID频射技术，有效解决整个管理过程中信息时延问题，以信息流传递代替手工录入，极大地提高了工作效率。例如利用RFID电子标签，可以保证粮食和物资在各个储存环节的全过程管控，从入仓出仓到盘点调度，各个过程均能做到规范化作业，同时将粮食和物资相关的质量信息、货位批次等进行标签关联化处理，可以实现制作各类需求报表功能。具体地讲，给粮食和物资装贴上约定好的电子标签，当这些装了标签的粮食和物资在出仓、入仓、盘点等作业过程中，读写感应器扫描电子标签即可完成绑定和识别关联信息。也可以将约定好的电子标签装贴在货架上，当这些货架上的粮食和物资在进行出仓入仓和上架下架时，对电子标签进行扫描完成关联信息的绑定和识别。这使得所有业务数据都能借此完成更加便捷的定位跟踪。

业务管理系统配合其它应用子系统可以实现对出仓入仓业务、调度业务、数据盘点业务和仓房库存管理等进行综合管理，从而实现管控各个流程环节的操作，极大程度地便利了仓储信息管理。业务管理系统同时可以独立进行一些业务操作，例如根据其它应用系统传递过来的业务数据，提供更为准确全面的单据凭证，进而实现高效的报表、成本及财务信息管理。

（4）用户角色单元

用户角色单元包含了系统最终面向的用户类型，例如供应商用户、企业用户和政务人员等。在数据信息处理完成之后，根据业务需求对管理系统分配角色权限或者制定不同的管理系统提供给特定的用户。

系统技术框架

仓储一体化信息平台的技术框架主要分为三部分：硬件层、数据处理层、系统应用层。硬件层主要作用是利用各类基础设施和传感器等硬件设备来获取粮食、物资、仓房等各种基本信息，通过物联网技术，将这些经过数据处理层的数据信息存入数据库以供平台中各应用系统模块的进一步处理和利用，同时会结合平台中信息管理类软件系统完成相关硬件操作功能。之后各个系统模块会根据业务需求对数据信息进行过滤和提取，不断地进行优化以达到业务流程智能化。

系统应用层面向应用软件技术，按照数据传输协议和指令下达规则实现对各个功能模块的操作控制，同时在该层中数据信息经过系统的高效分析可以为管理人员提供更加合理的决策信息。系统技术框架如图4所示。

在该套技术框架下，硬件技术层面的物联网技术起到关键作用。基于物联网技术的粮食及物资储备系统中传感器设备主要是基于RFID射频技术和无线传感技术。

（1）RFID频射技术：该技术是自动识别技术的一种，它是通过无线电波对记录媒体进行读写，将无线通信结合数据访问方式，连接数据库以实现双向通信达到识别和数据交换的目的。其技术原理并不复杂：电子标签接收到读写器发出的频射信号，通过感应电流得到的能量发送存储在电子标签的数据信息（或者由电子标签主动发送相关频率信号），读写器接收、解码信号信息并将其传递给相关应用系统做进一步分析处理。

（2）无线传感技术：通过传感设备对环境中不同事物的工作环境、自身性质、模式规范等信息进行长时间、大规模的采集、分析和处理。作为高效便捷获取信息的重要技术方式，它和通信技术、计算机网络技术构成了信息领域三大关键技术。无线传感技术的核心是传感器，通过各类传感器组成的信息结点，利用通信芯片和微型处理器，能够智能地对外界进行感知处理并进行消息传递。

应用软件技术层面，各个应用系统模块均为IMS（Information Management System），开发框架采用Spring Boot、数据库使用MySQL，开发模式为B/S模式。具体分为三个方面：

（1）交互方面：基于B/S模式的交互形式主要以浏览器界面表现在用户面前，主要涉及的技术包括JavaScript、AJAX、jQuery等。

（2）数据应用方面：利用提取来的数据实现系统的基本服务和功能，包括数据分析处理、表单处理和权限控制等，主要使用Java EE技术，包括Spring、Servlet等。

（3）数据存储方面：使用JDBC技术和MySQL数据库对数据和文件进行存储。

粮食及物资储备行业信息化意义

首先，粮食及物资仓储一体化信息平台的建设有助于改善粮食及物资储备管理的不足。基于物联网技术的粮食及物质储备系统能够在仓储领域、应急保障领域构建高效的信息采集及响应体系，利用物联网技术、互联网技术将粮食及物资数据信息实时有效地进行测控、调度和监管，提高了整个过程的管控力度。其次，能够有效提高管理部门的正确决策能力。基于物联网技术的粮食及物质储备系统通过将物联网采集的各类信息数据与事件进展情况相整合，运用可靠安全的技术方法对事件发生趋势作出判断和响应以辅助管理决策，保证了事件的整体处理水平。最后，粮食及物资储备行业的信息化为推动全国粮食及物资调动由被动应用型供应向主动保障型供应转变有重要意义。

基于物联网技术的粮食及物质储备系统的建设打破了各个管理部门间的合作壁垒，透明的数据和及时有效的信息能够帮助管理人员清晰高效地掌握粮食及物资储备的状态，据此实时地对数据进行汇集、对问题进行反馈和处理，使得粮食保障和物资供应得以高效的进行，有力地推进了粮食及物资储备行业的信息化和智能化。

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