一款結(jié)合VR技術(shù)的智能倉儲信息平臺

鄧 文 佶

(上海良友(集團(tuán))有限公司 上海 200122)

0 引 言

隨著時代的發(fā)展,糧食食品安全研究從以往注重?cái)?shù)量安全逐步轉(zhuǎn)向更加注重質(zhì)量和食品安全擴(kuò)展。根據(jù)國家發(fā)行的糧食行業(yè)的文件要求，例如《糧食行業(yè)信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《國家糧食局關(guān)于規(guī)范糧食行業(yè)信息化建設(shè)意見》等國家級文件，目前絕大多數(shù)公司和機(jī)構(gòu)都需要主動適應(yīng)目前形勢發(fā)展，大力推進(jìn)綠色科技儲糧[1]。以需求為導(dǎo)向，對糧食存儲進(jìn)行研究，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，將原來的“綠色儲糧”、“科技儲糧”，利用技術(shù)手段進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)優(yōu)化再造，實(shí)現(xiàn)了“作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化”、“信息采集自動化”、“倉儲保管智能化”、“業(yè)務(wù)管理集成化”的“綠色科技儲糧”系統(tǒng)。本文以上海良友集團(tuán)有限公司為例，其采用的新型技術(shù)在推動糧食儲備管理升級方面取得了明顯成效，切實(shí)保障和實(shí)現(xiàn)了糧食安全存儲。

1 研究與應(yīng)用范圍及方向

目前在研究綠色科技儲糧系統(tǒng)時，需要充分地利用現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)，對公司的儲糧庫區(qū)進(jìn)行智能化優(yōu)化升級，主要研究應(yīng)用方向?yàn)榧Z庫管理的硬件、軟件系統(tǒng)平臺的升級再造。硬件模塊主要包括糧情測控集成模塊、數(shù)量檢測模塊、排積熱通風(fēng)模塊、能耗監(jiān)測模塊、遠(yuǎn)程照明模塊和蟲害氣體檢測模塊等智能化糧倉模塊的硬件系統(tǒng)整合，達(dá)到“綠色”降低能耗。對每一個硬件模塊都需要進(jìn)行升級改造，使每一個模塊都可以和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集發(fā)送的基本功能。對于軟件系統(tǒng)方面，要求所有軟件系統(tǒng)和模塊都實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一登錄、統(tǒng)一驗(yàn)證、統(tǒng)一操作和統(tǒng)一管理的基本管理系統(tǒng)，達(dá)到“科技”支撐管理。同時整個系統(tǒng)具有良好擴(kuò)展性，方便軟硬件功能擴(kuò)充和升級。

2 主要研究與應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 云計(jì)算

本文采用了云服務(wù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，整個系統(tǒng)的軟硬件平臺廣泛地采用了云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同的終端都可以在基于云平臺的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行一系列的管理和維護(hù)操作[2]。云計(jì)算的優(yōu)勢就在于可以把許多計(jì)算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源和應(yīng)用資源進(jìn)行統(tǒng)一地匯聚和使用。這樣隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)可以利用的資源也不斷增加，系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)的處理也變得非常快捷化和智能化。本文中云計(jì)算的基本架構(gòu)如圖1所示。

圖1 云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)

如圖2所示，智能化糧庫項(xiàng)目系統(tǒng)是可以選擇采用虛擬現(xiàn)實(shí)來進(jìn)行展示。虛擬現(xiàn)實(shí)三維展示需要采用國內(nèi)先進(jìn)的Unity 3D渲染技術(shù)，畫面如實(shí)顯現(xiàn)實(shí)景場景。圖形和元素之間層次感清晰，給用戶帶來強(qiáng)大的視覺沖擊。用戶可以通過VR設(shè)備對智能化糧庫場景進(jìn)行統(tǒng)一地觀察操作，可以實(shí)時地觀察不同場景的效果圖。

圖2 虛擬現(xiàn)實(shí)的場景圖

2.3 安全策略設(shè)計(jì)

糧庫作為糧食儲備、流通的重要環(huán)節(jié)，在糧食信息、人員信息、設(shè)備信息等的存儲及傳輸方面的安全就變得非常重要。智能化糧庫項(xiàng)目的安全性由一個安全體系來組成，具體實(shí)現(xiàn)策略包括：軟件本身安全、硬件設(shè)備安全、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)、安全管理體系，支持賬戶、授權(quán)、加密、日志等技術(shù)方式。系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，包括加密存儲和加密傳輸。另外，對系統(tǒng)權(quán)限需要進(jìn)行分離操作，保證系統(tǒng)之間進(jìn)行隔離，用戶安全可靠地進(jìn)行系統(tǒng)操作[3]。對系統(tǒng)還需要進(jìn)行加固和安全防范操作，防止被惡意地破解，對系統(tǒng)造成安全影響。對系統(tǒng)的安全權(quán)限也要進(jìn)行防護(hù)操作。系統(tǒng)中的安全策略設(shè)計(jì)層級如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)安全策略設(shè)計(jì)層級圖

2.4 先進(jìn)的架構(gòu)思想與工具

本文中智能化糧庫系統(tǒng)以信息安全方面、可維護(hù)性、易拓展性和高效率安全設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套完整的系統(tǒng)方案。智能化糧庫系統(tǒng)平臺基于SOA設(shè)計(jì)思想，采用B/S+C/S多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以Java技術(shù)架構(gòu)構(gòu)建基本應(yīng)用平臺[4]，完成應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)一化管理和維護(hù)，支持互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、VPN、無線及移動等網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)快捷方便的數(shù)據(jù)交互。采用此種架構(gòu)設(shè)計(jì)，在糧庫服務(wù)器上部署一套應(yīng)用程序，就可實(shí)現(xiàn)各崗位人員通過操作終端聯(lián)網(wǎng)訪問，方便快捷。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)糧庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的各種檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)采購自不同廠家，系統(tǒng)中模塊的管理和維護(hù)都是獨(dú)立的，不同模塊之間的數(shù)據(jù)也沒有統(tǒng)一打通和管理。例如糧情測控集成模塊、數(shù)量檢測模塊、排積熱通風(fēng)模塊、能耗監(jiān)測模塊、遠(yuǎn)程照明模塊和蟲害氣體檢測等等。另外，傳統(tǒng)糧庫系統(tǒng)使用的糧情模塊、通風(fēng)模塊、熏蒸模塊和空調(diào)模塊等各個系統(tǒng)功能單一，需要人為地分別手動控制，非常費(fèi)力、費(fèi)時，而且對系統(tǒng)來說也非常危險(xiǎn)，同時，系統(tǒng)能耗高、效率低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到“綠色科技”儲糧的目的和需求[5]。

本文設(shè)計(jì)的智能化糧庫系統(tǒng)研究并且設(shè)計(jì)了一套應(yīng)用智能化控制柜的方式來解決傳統(tǒng)的糧庫系統(tǒng)存在的上述問題。本系統(tǒng)將糧情測控集成模塊、數(shù)量檢測、排積熱通風(fēng)、能耗監(jiān)測、遠(yuǎn)程照明、蟲害氣體檢測等硬件系統(tǒng)有效地整合設(shè)計(jì)于一體柜中，達(dá)到了“四統(tǒng)一”、“四標(biāo)準(zhǔn)”及“四便捷”，在應(yīng)用中取得了很好的效果。其中：“四統(tǒng)一”是指實(shí)現(xiàn)了供電電源、控制核心、網(wǎng)絡(luò)傳輸、軟件應(yīng)用的統(tǒng)一；“四標(biāo)準(zhǔn)” 是指實(shí)現(xiàn)了安轉(zhuǎn)位置、綜合布線、功能模塊、應(yīng)用接口的標(biāo)準(zhǔn)；“四便捷” 是指實(shí)現(xiàn)了觸控操作、遠(yuǎn)程升級、狀態(tài)監(jiān)測、快速維修的便捷[6]。具體的實(shí)物圖如圖4所示。

圖4 智能化控制柜硬件實(shí)物圖

設(shè)計(jì)一體化智能控制柜的目的就是為了解決目前系統(tǒng)能耗過高的問題。將多個硬件模塊設(shè)計(jì)在一個整體的系統(tǒng)模塊中，這樣在維護(hù)和管理時就會方便工作人員進(jìn)行統(tǒng)一的維護(hù)。另外，系統(tǒng)也達(dá)到了節(jié)能降耗、便捷控制等功能，大大地提升了工作效率，真正實(shí)現(xiàn)了“綠色科技”儲糧。系統(tǒng)中的硬件電路實(shí)際現(xiàn)場圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)硬件電路實(shí)物圖

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 整體架構(gòu)

整個系統(tǒng)采用平臺化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體采用組件化、模塊化、動態(tài)化的軟件技術(shù)，利用一致的可共享數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)快速的應(yīng)用開發(fā)、快捷的系統(tǒng)升級以及靈活的功能拓展。

智能化糧庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)層主要就是提供系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行的軟硬件環(huán)境支持平臺。硬件環(huán)境包括網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、存儲和安全設(shè)備等。系統(tǒng)的主機(jī)操作系統(tǒng)采用Linux系統(tǒng)，后臺數(shù)據(jù)庫采用MySQL，緩存服務(wù)為redis，應(yīng)用服務(wù)器后臺開發(fā)技術(shù)框架環(huán)境為SpringMVC、Mybatis[7]。

智能化糧庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問層主要是系統(tǒng)通過Mybatis和Web Services 兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。Mybatis為一個基于Java的持久層框架，另外在配合SpringMVC框架研發(fā)中，它還對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定制化[8]，避免人為手動地維護(hù)數(shù)據(jù)庫，大大節(jié)約了效率。Mybatis數(shù)據(jù)庫是一種面向跨平臺JVM環(huán)境的，針對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的對象持久化類庫，能夠快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序?qū)Ω鞣N大型數(shù)據(jù)庫的訪問。Web services 使用基于 XML 的消息作為數(shù)據(jù)通信的基本方式，以幫助減少組件模型、操作系統(tǒng)和編程語言不一致導(dǎo)致的系統(tǒng)之間的差別。系統(tǒng)總體的平臺架構(gòu)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)平臺架構(gòu)圖

智能化糧庫系統(tǒng)的業(yè)務(wù)層主要是系統(tǒng)前后臺業(yè)務(wù)具體展現(xiàn)，包括：糧庫基本信息、糧情檢測、數(shù)量檢測、智能通風(fēng)、蟲氣檢測、能耗監(jiān)測、遠(yuǎn)程照明、集中展示等，并可以根據(jù)各庫的需求開發(fā)個性化模塊，升級、拓展靈活快捷。智能化糧庫系統(tǒng)的表現(xiàn)層主要就是用戶能夠使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的表現(xiàn)方式，包括：PC客戶端、瀏覽器、客戶端插件、平板電腦、智能手機(jī)等。

4.2 核心功能描述

智能化糧庫系統(tǒng)主要功能包括：我的倉房、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表打印、消息中心、系統(tǒng)設(shè)置、趨勢圖標(biāo)分析等功能模塊。各模塊功能圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)應(yīng)用基本模塊圖

我的倉房模塊實(shí)現(xiàn)氣象信息檢測系統(tǒng)、糧情檢測系統(tǒng)、排積熱通風(fēng)系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、庫存數(shù)量檢測系統(tǒng)及倉內(nèi)防熏蒸視頻的軟硬件綜合高效集成，使各系統(tǒng)能夠聯(lián)動。每個倉房采用統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，搭建統(tǒng)一的控制管理軟件平臺，達(dá)到監(jiān)測、控制、大數(shù)據(jù)分析、預(yù)防預(yù)警等功能的一體化、智能化綜合控制。對庫內(nèi)所有智能倉房進(jìn)行統(tǒng)一控制，可對指定倉房一鍵進(jìn)行測溫、一鍵開關(guān)窗、一鍵開關(guān)照明等操作，省時省力，提高工作效率[9]。

數(shù)據(jù)展示模塊是以3D的方式展示糧情、蟲害等信息，使用戶能更加直觀地看到倉房各個位置的糧情、蟲害等信息。例如糧情信息3D展示，通過選擇倉房的糧情檢測記錄，把糧情數(shù)據(jù)自動加載到糧情三維模型中，能夠直觀地還原顯示糧情布置的行列層及檢測的溫度信息[10]。三維中溫度點(diǎn)的顏色自動根據(jù)當(dāng)前檢測溫度高低進(jìn)行顏色的變化，當(dāng)溫度高于設(shè)置的高溫閾值時以紅色顏色進(jìn)行標(biāo)識，溫度處于正常范圍內(nèi)時以綠色顏色標(biāo)識?？稍谌S模組中通過鼠標(biāo)拖動或滾輪查看虛擬倉房任何角度和方位的糧情信息[11]。

數(shù)據(jù)分析模塊對糧情、儲量、蟲氣、通風(fēng)等數(shù)據(jù)加以分析，并以多種圖表的方式進(jìn)行展示,使用戶能夠更加直觀地了解糧倉的準(zhǔn)確情況[12]。例如儲量分析，分析指定時間段內(nèi)的數(shù)量檢測數(shù)據(jù)，將檢測重量、實(shí)際重量以及誤差值以圖表的形式展示出來，用戶可自定義曲線展示或者柱狀展示，能準(zhǔn)確地了解到倉內(nèi)糧食數(shù)量的變化情況。

數(shù)據(jù)查詢模塊的主要功能是查詢倉房信息、能耗信息、蟲害信息、糧情信息、通風(fēng)信息、保管員信息、設(shè)備信息、照明記錄等操作信息。報(bào)表打印模塊提供多種報(bào)表打印格式，并可根據(jù)用戶要求進(jìn)行報(bào)表格式的修改，提供報(bào)表的導(dǎo)出和打印功能，主要有帶有對比功能的糧情報(bào)表、糧情分析報(bào)表、蟲害氣體報(bào)表等。消息中心模塊主要負(fù)責(zé)各種信息的共享與提示功能。系統(tǒng)設(shè)置模塊主要負(fù)責(zé)對倉房、貨位、崗位、設(shè)備、保管員、通風(fēng)策略、系統(tǒng)參數(shù)等進(jìn)行維護(hù)。趨勢圖表分析模塊是以圖表的形式展示糧情、能耗等多元化信息[13]。

5 結(jié) 語

本文軟硬件一體化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，為探索研究“互聯(lián)網(wǎng)+綠色科技儲糧”的實(shí)現(xiàn)提供了理論及實(shí)踐基礎(chǔ)，為糧庫建立起了以“數(shù)字化”涉糧數(shù)據(jù)為支撐，“智能化”倉儲業(yè)務(wù)為主干、“可視化”遠(yuǎn)程監(jiān)管為重點(diǎn)、“精準(zhǔn)化”應(yīng)急調(diào)控為手段[14]，結(jié)構(gòu)完整、功能齊全、安全穩(wěn)定、信息共享、多級聯(lián)動的現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡(luò)體系。并作為基礎(chǔ)框架為以“數(shù)字化政務(wù)、精確化業(yè)務(wù)、

信息化商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)”為主要內(nèi)容的“互聯(lián)網(wǎng)+智慧糧食”提供有力支撐。