我國糧情測控預(yù)警系統(tǒng)現(xiàn)狀與展望

◎鄭聯(lián)合，羅　山，張紅建，趙　闊，陳　艷，王　乃

（海南省糧油科學(xué)研究所，海南　瓊?！?71400）

我國糧情測控預(yù)警系統(tǒng)現(xiàn)狀與展望

◎鄭聯(lián)合，羅山，張紅建，趙闊，陳艷，王乃

（海南省糧油科學(xué)研究所，海南瓊海571400）

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)是現(xiàn)代化糧庫必須設(shè)置的系統(tǒng)之一，當(dāng)前依然存在系統(tǒng)兼容性差、抗干擾能力差、檢測項(xiàng)目少及智能化水平低等缺點(diǎn)，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化糧情測控預(yù)警系統(tǒng)。本文重點(diǎn)分析了糧情測控預(yù)警系統(tǒng)工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成，總結(jié)分析了當(dāng)前糧情測控預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用存在的問題，并提出數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、集成化是將來糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)；工作原理；現(xiàn)狀；展望

在糧食儲(chǔ)藏過程中，由于濕度、溫度及其他因素的影響，糧食可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲害等現(xiàn)象［1］。為了避免糧食腐敗變質(zhì)，確保糧食質(zhì)量與品質(zhì)，需要第一時(shí)間準(zhǔn)確了解糧食在儲(chǔ)藏過程中相關(guān)物理量的變化情況，總結(jié)出變化規(guī)律。糧情測控預(yù)警系統(tǒng)是采用現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測儲(chǔ)藏中的糧情變化情況，對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析與預(yù)測，對(duì)不正常糧情提出處理建議和實(shí)施有效控制措施的系統(tǒng)，其為安全、科學(xué)儲(chǔ)藏糧食提供了科學(xué)的依據(jù)與技術(shù)保障［2］。

1　糧情測控預(yù)警系統(tǒng)

1.1糧情測控預(yù)警系統(tǒng)工作原理

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的工作原理是指采用傳感器把各種測量的數(shù)據(jù)（如水分、濕度、溫度、氣體濃度等）轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)或電子數(shù)字信號(hào)，運(yùn)用測控軟件進(jìn)行識(shí)別與處理，形成可視化的水分、溫度、氣體濃度、濕度等方面的具體數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷儲(chǔ)藏糧食的具體情況，再制定針對(duì)性儲(chǔ)藏策略。

1.2糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的組成

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)是采用通信、傳感器、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)施檢測儲(chǔ)藏糧食的具體變化，并能夠傳輸數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、分析預(yù)警報(bào)警、自動(dòng)控制保糧設(shè)備適時(shí)運(yùn)行的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示［3］。

圖1　糧情測控預(yù)警系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)示意圖

1.3糧情測控相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀

1.3.1傳感器技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

傳感器技術(shù)是對(duì)人類感覺功能的一種延伸，它使人感受信息的能力更加廣闊、準(zhǔn)確、快速。目前糧情監(jiān)測系統(tǒng)中常用到的傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器和氣體傳感器［4］?，F(xiàn)階段，我國采用的溫度傳感器主要分為模擬傳感器、數(shù)字式傳感器和PN結(jié)型傳感器。

模擬傳感器以熱敏電阻傳感器為代表，原理是外部環(huán)境溫度變化致使其阻值變化。熱敏電阻傳感器其優(yōu)點(diǎn)為成本低、簡單容易使用、體積小。缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)化性較差，溫度變化與阻值變化之間不成線性關(guān)系。一般情況下其測量范圍為-40℃～50℃之間，檢測精度為i 1℃。目前我國糧情測控系統(tǒng)中仍主要以此類傳感器為主。

數(shù)字式溫度傳感器以DS18XX系列為代表，它是將溫度物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并以總線方式傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其測控溫度在-55℃～123℃，測量精度為i 0.5℃［5］。它與熱敏電阻測溫傳感器不同之處在于該傳感器最多只需3根導(dǎo)線即可連接多個(gè)傳感器，大大減少導(dǎo)線成本的同時(shí)也降低了設(shè)備維護(hù)難度。而且數(shù)字式傳感器還具有抗干擾能力強(qiáng)、微型化、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，但由于其價(jià)格較高，目前數(shù)字式傳感器應(yīng)用較少，僅存在于立筒倉等高大倉中。

糧情是由溫度、濕度、水分、蟲、霉等多個(gè)因素共同決定的，因此必須綜合考慮這些因素才能準(zhǔn)確獲得糧食質(zhì)量情況［6］。馬志［7］等運(yùn)用加權(quán)數(shù)融合算法對(duì)剔除疏忽誤差的同質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一級(jí)融合，再用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行二級(jí)融合，最后對(duì)糧食的質(zhì)量情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。該方法提高了糧食監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和全面性。龐海峰［8］等構(gòu)建了基于最小二乘支持向量機(jī)的數(shù)據(jù)融合模型，并對(duì)廣西一糧庫具體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合結(jié)果與實(shí)際數(shù)誤差很小，該方法能科學(xué)、有效地對(duì)糧情監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析。

1.3.2通信技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的核心［9］。糧情測控系統(tǒng)中的通信技術(shù)是將傳感器數(shù)值傳輸?shù)竭h(yuǎn)離糧倉的監(jiān)控室，其分為有線通信技術(shù)和無線通信技術(shù)。有線通信技術(shù)中應(yīng)用較多的是RS485總線技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)。RS485總線技術(shù)采用雙向有補(bǔ)償傳輸線標(biāo)準(zhǔn)，軟硬件容易實(shí)現(xiàn)、價(jià)格便宜，但同時(shí)也存在不支持多主結(jié)構(gòu)、通信距離短、系統(tǒng)容量少等缺點(diǎn)，現(xiàn)大型糧庫中已逐步淘汰?，F(xiàn)場總線技術(shù)是一種將現(xiàn)場自動(dòng)化設(shè)備和控制系統(tǒng)雙向連接的數(shù)字通信協(xié)議，代表著未來發(fā)展的方向。目前，我國糧情測控系統(tǒng)中采用的現(xiàn)場總線技術(shù)包括INTERUS總線技術(shù)、LONWORKS總線技術(shù)、CANGDS總線技術(shù)等。孫康嶺［10］等研究了基于CAN與Ethernet接口的糧情通信分機(jī)的嵌入式方法，以網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)DS80C400為核心進(jìn)行了軟硬件的設(shè)計(jì)與測試，結(jié)果表明通信分機(jī)功能齊全，性能穩(wěn)定。張愛筠［11］等提出在Windows環(huán)境下采用VC++6.0的MSComm控件來實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信的方案，給出其主要的代碼，測試顯示該通信方法簡潔可行。

無線糧情測控系統(tǒng)是利用傳感器將溫度、濕度等情況通過分線器轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)形式，然后通過無線通信方式形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送至控制室。其主要包括無線局域網(wǎng)通信技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Zigbee和移動(dòng)通信技術(shù)。張煉冬［12］等結(jié)合IEEE802.15.4無線局域網(wǎng)技術(shù)和IEEE1451.5智能傳感器技術(shù)，建立了一種新型糧情測控系統(tǒng)，并針對(duì)改系統(tǒng)給出了軟硬件設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的通信協(xié)議。羅源［13］等基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)雙頻段通信技術(shù)，設(shè)計(jì)完成了測控分機(jī)集成人機(jī)操作界面、可移動(dòng)無線測溫單元及采用電池供電的無線終端采集器，實(shí)現(xiàn)了糧食日常管理的準(zhǔn)確化、高效化。

2　糧情測控預(yù)警系統(tǒng)存在的問題

2.1系統(tǒng)兼容性差

當(dāng)前我國糧情測控預(yù)警系統(tǒng)生產(chǎn)廠家較多，沒有強(qiáng)制性、統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)軟硬件的主要性能指標(biāo)并未進(jìn)行量化或具體的規(guī)定，并未確定軟件接口的定義，從而造成各種廠家生產(chǎn)的系統(tǒng)產(chǎn)品規(guī)格、型號(hào)、功能、軟硬件結(jié)構(gòu)差異較大，兼容性較差。同時(shí)分批建設(shè)的糧庫，每次建庫、擴(kuò)庫使用了不同廠家生產(chǎn)的糧情測控預(yù)警系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間互不兼容，從而浪費(fèi)了大量資金，實(shí)際維護(hù)與使用成本較高［14］。

2.2系統(tǒng)抗干擾能力差、精度低

國內(nèi)糧情測控預(yù)警系統(tǒng)一般采用有線通信方式，糧情數(shù)據(jù)以模擬信號(hào)形式進(jìn)行傳輸，工業(yè)、電磁及其他雜波信號(hào)干擾極易借助連接電纜引入，系統(tǒng)抗干擾能力較差，測控精確度較低［15］。糧庫內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)較多，引線長，布局復(fù)雜，糧食倒倉時(shí)極易損壞監(jiān)測設(shè)備。同時(shí)，有的糧情測控預(yù)警系統(tǒng)并未涉及防雷電路和采取有效的防雷干擾對(duì)策，有的電子元器件并未進(jìn)行防靜電、防雷擊等相關(guān)處理，增加了系統(tǒng)被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，常常出現(xiàn)雷擊壞事件，降低了測量數(shù)據(jù)精確度，嚴(yán)重情況下可能會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的崩潰［16］。

2.3系統(tǒng)檢測項(xiàng)目少

國內(nèi)大多數(shù)糧情測控預(yù)警系統(tǒng)只能夠檢測糧食的溫濕度，而對(duì)于糧食害蟲密度、氣體濃度、含水量、霉變等方面的檢測，由于費(fèi)用較高或技術(shù)缺乏，目前為止還未進(jìn)行配套。

2.4系統(tǒng)智能化水平低

當(dāng)前，國內(nèi)糧情測控預(yù)警軟件普遍采取VC、VB等語言設(shè)計(jì)，功能比較簡單，只具有數(shù)據(jù)檢測、顯示、儲(chǔ)存、打印等基本功能，智能化水平低。當(dāng)前系統(tǒng)無法基于預(yù)置數(shù)學(xué)模型對(duì)糧食溫濕度、氣體濃度、含水率、病蟲害密度等數(shù)據(jù)進(jìn)行變化率分析、差值計(jì)算、臨界點(diǎn)判斷等操作；不能綜合處理糧情數(shù)據(jù)，預(yù)測分析出糧情變化發(fā)展趨勢，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)霉變、超濕、超溫和病蟲害報(bào)警，準(zhǔn)確定位出糧庫內(nèi)出現(xiàn)不正常情況的具體位置；對(duì)于不正常的糧情，不能采用針對(duì)性的自動(dòng)處理方式。

3　國內(nèi)糧情測控預(yù)警系統(tǒng)展望

3.1傳感器的集成化、數(shù)字化和智能化

如集成P—N結(jié)溫度傳感器便是把信號(hào)處理電路、敏感元件及補(bǔ)償、偏置等電路集中設(shè)置在一個(gè)芯片上，便于使用與操作。再比如把微處理器和傳感器集中設(shè)置在一個(gè)芯片上便成了智能化和數(shù)字化的傳感器。隨著傳感器制造技術(shù)的日益成熟，智能化、數(shù)字化和集成化的傳感器成本將大幅降低，有利于推廣應(yīng)用，從根本上改變了這種糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

3.2數(shù)據(jù)檢測全面化

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)檢測的內(nèi)容不僅包含當(dāng)前的溫濕度，而且還包含了糧庫有關(guān)氣體的濃度、糧食水分、害蟲密度等，使得糧情測控預(yù)警系統(tǒng)更能全方位地反映出糧食儲(chǔ)藏安全和質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)，為延緩陳化和安全儲(chǔ)量奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

3.3數(shù)據(jù)分析的智能化

能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)檢測數(shù)據(jù)的圖形和圖表進(jìn)行分析、顯示與查詢，同時(shí)能夠按照根據(jù)分析糧情數(shù)據(jù)，提供相對(duì)應(yīng)的建議與警告等［17］。糧情測控預(yù)警系統(tǒng)能夠基于《機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)則》的要求同時(shí)對(duì)各種不同的通風(fēng)倉庫進(jìn)行實(shí)時(shí)通風(fēng)的控制，按照儲(chǔ)糧條件的變化有效控制通風(fēng)進(jìn)程與參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)通風(fēng)過程全方位的清晰記錄，界面清晰，操作便捷，逐漸實(shí)現(xiàn)全智能化。

3.4糧情控制自動(dòng)化

糧食儲(chǔ)藏中的糧情測控技術(shù)同計(jì)算機(jī)控制計(jì)算相同，也將會(huì)朝著多媒體控制系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)方面發(fā)現(xiàn)。集散糧情測控系統(tǒng)與多媒體可以將糧情多媒體信息（如儲(chǔ)藏糧食病蟲害密度等）進(jìn)行采集、監(jiān)視、傳輸、分析處理與處理，增強(qiáng)糧食儲(chǔ)藏技術(shù)的自動(dòng)化管理水平；同時(shí)能夠把糧食儲(chǔ)藏過程中環(huán)流熏蒸、機(jī)械通風(fēng)、生產(chǎn)過程控制和谷物冷卻儲(chǔ)糧控制于一體的集成化糧情測控系統(tǒng)，增強(qiáng)糧食儲(chǔ)藏的自動(dòng)化和現(xiàn)代化水平［18］。

3.5系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)化

將來的糧情測控預(yù)警系統(tǒng)將會(huì)在智能化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)糧情管理網(wǎng)絡(luò)化。整個(gè)系統(tǒng)以分散各處的小型糧庫糧情測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用Internet構(gòu)建廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程糧食情況實(shí)時(shí)查詢、數(shù)據(jù)傳輸、分級(jí)管理、設(shè)備監(jiān)控，各級(jí)糧食管理機(jī)構(gòu)能夠隨時(shí)查詢所管轄的庫點(diǎn)糧食數(shù)據(jù)及情況。同時(shí)，國家糧食局能夠通過下屬管理部門的局域網(wǎng)及時(shí)獲取糧庫糧情具體情況，便于進(jìn)行有效的監(jiān)管。

隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，計(jì)算機(jī)性能越來越高，將有助于促進(jìn)糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的廣泛推廣應(yīng)用。我們相信，只要立足于具體國情，堅(jiān)持實(shí)事求是的原則，從目前我國技術(shù)水平出發(fā)，深入研發(fā)各種類型的糧情測控預(yù)警成套系列產(chǎn)品，真正滿足糧食管理部門糧食儲(chǔ)藏管理的需求，糧情測控預(yù)警技術(shù)運(yùn)用新體系的形成將會(huì)指日可待。

［1］劉志祥.我國糧情測控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及展望［J］.糧油倉儲(chǔ)科技通訊，2013，01（03）：87-89.

［2］程小麗，武傳欣，李建雅.糧情測控系統(tǒng)的研究進(jìn)展［J］.糧食加工，2013，38（2）：69-72.

［3］馮雨寧.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)糧庫糧情監(jiān)測節(jié)點(diǎn)裝置設(shè)計(jì)［D］.南京理工大學(xué)，2012.

［4］王立根，王貴甫.糧情測控技術(shù)及其發(fā)展［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用于軟件，2007，27（5）：152-154.

［5］花錦榮，朱 明，王 健.數(shù)字式智能型溫度傳感器及其在糧情測控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.糧食與飼料工業(yè)，2004（2）：13-14.

［6］孔李軍，王 峰.基于Bayes理論的糧情測控系統(tǒng)多傳感器特征級(jí)信息融合研究［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（4）：77-81.

［7］馬志，甄彤，張秋聞.多傳感器信息融合技術(shù)在糧情測控中的應(yīng)用［J］.糧食加工，2008，33（6）：69-71.

［8］龐海峰，蒙艷玫，唐治宏等.糧情智能測控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究［J］.測控技術(shù)，2014，33（6）：36-39.

［9］Peter R.Shewry，Claudia Underwood，Yong fang wan et al.Storage product synthesis and accumulation in developing grains of wheat［J］.Journal of Ceral Science，2009，50：106-111.

［10］孫康嶺，徐遵義.基于CAN與Ethernt接口的糧情通信分機(jī)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2011（4）：87-89.

［11］張愛筠，施偉祥.竄口通信技術(shù)在糧情測控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.應(yīng)用科技，2004，31（9）：13-15.

［12］張煉冬，汪秉文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在糧情測控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2010，32 （4）：114—118.

［13］羅 源，莊 波，羅紹華等.雙頻段無線傳感網(wǎng)絡(luò)的糧情測控系統(tǒng)研究［J］.糧油倉儲(chǔ)科技通訊，2013（4）：41-44.

［14］張?jiān)陆?，譚 軍.國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2009，35（4）：4-7.

［15］李建華.數(shù)字化糧情測控系統(tǒng)在糧食儲(chǔ)藏中的應(yīng)用［J］.糧食流通技術(shù)，2002（4）：21-22.

［16］許明輝，林鎮(zhèn)清.高大平房倉糧情測控系統(tǒng)防雷措施及設(shè)計(jì)方案淺析［J］.糧油倉儲(chǔ)科技通訊，2012，01（03）：520-523.

［17］王晶磊，肖雅斌，李增凱，等.儲(chǔ)糧糧情測控系統(tǒng)的應(yīng)用效果研究［J］.糧食與食品工業(yè)，2013，03 （05）：154-156.

［18］Dave Crane，Eric Pascarell O，Darren James. Ajaxin Action［M］.［S.1.］：Manning Publications Co.，2006.

PresentsituationandProspectofChina'sgrainmonitoringearlywarningsystem

Zheng Lianhe，Luo Shan，Zhang Hongjian，Zhao Kuo，Chen Yan，Wang Nai
（Hainan Institute of cereal and oil science，Qionghai 571400，China）

grainmonitoringearlywarningsystemisoneofthemodernizedgrain warehouse must set the system.At present，there are still poor system compatibility，anti-interference ability is poor，fewer test items and intelligent level of shortcomings. Therefore，it is necessary to further optimize the grain condition monitoring and early warning system.This paper analysis the grain condition monitoring and early warning system working principle and system，summarizes and analyzes the problems existing in thecurrentgrainmonitoringearlywarningsystem，andputsforwardthedigitization，automation，intelligent，integrated and it is the future development trend of grain condition monitoring and early warning system.

grain monitoring and early warning system；working principle；status；Prospect

TS379.3

2015-11-02

鄭聯(lián)合（1965-）男，博士，研究員；專業(yè)方向?yàn)槭称饭こ獭?/p>