宿 穎,周亞偉,王 飛,錢思宇
航天信息江蘇有限公司 (南京 210031)
近年來,隨著信息化相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,我國對于包括智慧糧庫在內(nèi)的智慧糧食行業(yè)領(lǐng)域提出了明確的發(fā)展要求。國家糧食和物資儲(chǔ)備局在2020年1月發(fā)布了《關(guān)于統(tǒng)籌推進(jìn)糧食和物資儲(chǔ)備信息化建設(shè)的指導(dǎo)意見》,意見中指出,到2025年,信息化將成為推進(jìn)糧食和物資儲(chǔ)備治理能力現(xiàn)代化和提升治理效能的創(chuàng)新動(dòng)力,全面建成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、安全支撐、運(yùn)行保障體系,顯著提升糧食和物資儲(chǔ)備大數(shù)據(jù)治理、智能決策支持和信息化服務(wù)水平。
傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)廠商也開始布局智慧糧庫領(lǐng)域。很多互聯(lián)網(wǎng)廠商已經(jīng)開始與各地市糧食行業(yè)的龍頭企業(yè)開展戰(zhàn)略合作,依托在數(shù)字倉儲(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域的解決方案,通過物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、地理信息等技術(shù)服務(wù),與企業(yè)共同打造數(shù)字倉儲(chǔ)運(yùn)營系統(tǒng),助力其持續(xù)深化糧食儲(chǔ)備機(jī)制改革。
基于數(shù)字孿生相關(guān)技術(shù),構(gòu)建依托于物聯(lián)網(wǎng)的智慧糧庫服務(wù),對于減輕工作人員負(fù)擔(dān)、提高客戶滿意度、降低運(yùn)營成本、提升糧庫核心競爭力具有重要意義。
2016 年 12 月,國家糧食局印發(fā)《糧食行業(yè)信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》,提出全面推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+糧食”行動(dòng)計(jì)劃,實(shí)施糧食大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略,提出加快建成“技術(shù)先進(jìn)、功能實(shí)用、操作簡便、安全可靠、規(guī)范統(tǒng)一、互聯(lián)互通、運(yùn)行高效”的面向糧食行業(yè)的信息化體系。
數(shù)字孿生技術(shù)的核心是與物理實(shí)體對應(yīng)的數(shù)字孿生體。構(gòu)建數(shù)字孿生體的過程是對物理實(shí)體進(jìn)行精確建模的過程,利用同步映射、虛實(shí)融合等特性,實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體的監(jiān)測、控制、診斷及預(yù)測。數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用將改變傳統(tǒng)糧庫服務(wù)的粗放型的作業(yè)模式?;谌兄臄?shù)據(jù)匯集技術(shù)和超感知的數(shù)據(jù)分析技術(shù),智慧糧庫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的深度挖掘以及對未來趨勢的模擬預(yù)測,全面替代傳統(tǒng)的由人工主導(dǎo)的信息獲取和經(jīng)驗(yàn)分析模式。通過引入數(shù)字孿生技術(shù),可以推動(dòng)智慧糧庫服務(wù)進(jìn)入一個(gè)高質(zhì)量的、可持續(xù)發(fā)展的新階段。
作為智能糧食倉儲(chǔ)的新階段,智慧糧庫采用了更多的高新數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)字裝備,比如態(tài)勢感知、精確定位、實(shí)時(shí)決策等方向的新成果?;跀?shù)字孿生技術(shù)的糧庫倉儲(chǔ)智能化服務(wù)系統(tǒng),本質(zhì)上是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),通過無縫銜接物理空間與數(shù)字空間進(jìn)行實(shí)時(shí)交互,從而實(shí)現(xiàn)對糧食的倉儲(chǔ)物流全生命周期的感知、分析和決策。構(gòu)建數(shù)字孿生平臺(tái),可以有效支撐智慧糧庫的感知、觀測、分析和決策核心功能,為后續(xù)智能化、智慧化提升奠定基礎(chǔ)。
引入智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線到信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集、匯總、融合,在傳統(tǒng)傳感器的基礎(chǔ)上引入更多種類的智能感知設(shè)備,提升數(shù)據(jù)感知的效率和覆蓋范圍。
開發(fā)多維度的數(shù)字孿生體,實(shí)現(xiàn)數(shù)字映射,基于孿生體構(gòu)建多維度的數(shù)據(jù)可視化形式,借助三維場景、GIS等技術(shù)拓展傳統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化手段,提升用戶的數(shù)據(jù)可視化體驗(yàn)。
開發(fā)基于iOS、Android、微信小程序的移動(dòng)端應(yīng)用,基于云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體在移動(dòng)端的可視化接入,拓展面向用戶的服務(wù)范疇。
數(shù)字孿生技術(shù)的孿生可視化展現(xiàn)基礎(chǔ)來自態(tài)勢感知和重構(gòu),這是智慧糧庫建設(shè)目前尚未大規(guī)模涉及的領(lǐng)域。基于已有糧庫感知層建設(shè)基礎(chǔ),采用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與多源數(shù)據(jù)融合技術(shù),實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)接入和融合,為構(gòu)建數(shù)字孿生提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。并構(gòu)建不同維度的數(shù)字模型,形成糧庫的數(shù)字孿生體,最終采用態(tài)勢感知技術(shù)以及行業(yè)知識(shí)模型算法相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對感知數(shù)據(jù)的辨識(shí)、關(guān)聯(lián)和整合,并且在時(shí)間上往前進(jìn)行推斷以判斷它會(huì)怎樣影響操作環(huán)境的未來,實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字孿生體的反饋閉環(huán),最終將反饋通過可視化形式展現(xiàn)給智慧糧庫系統(tǒng)的用戶,為其決策提供參考?;跀?shù)字孿生技術(shù)的智慧糧庫倉儲(chǔ)智能化服務(wù)平臺(tái)框架示意見圖1。
針對目前糧庫的數(shù)據(jù)監(jiān)測軟硬件接口、通信協(xié)議各異的具體情況,引入物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)概念,在IT層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一,同時(shí),針對糧食倉儲(chǔ)智能設(shè)備涉及的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)、態(tài)勢數(shù)據(jù)、控制指令數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)異類數(shù)據(jù),開展多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究,以分布式信息共享、數(shù)據(jù)組織與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)匯聚等技術(shù)為支撐,通過建立數(shù)據(jù)組織與存儲(chǔ)模式和數(shù)據(jù)分布式匯聚機(jī)制,融合處理監(jiān)測及控制的相關(guān)指標(biāo)參數(shù)、環(huán)境條件參數(shù)、控制響應(yīng)等數(shù)據(jù),構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)池,解決多源異構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不足,傳輸協(xié)議不同,難以用標(biāo)準(zhǔn)及統(tǒng)一方式處理的問題,實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合及關(guān)聯(lián),為構(gòu)建數(shù)字孿生提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
針對糧庫具體業(yè)務(wù)需求,構(gòu)建不同維度的數(shù)字模型(如糧倉溫濕度熱環(huán)境模型、地理信息模型、BIM模型等),形成糧庫的數(shù)字孿生體,基于融合數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)物理糧庫到數(shù)字孿生糧庫的映射,并以豐富的可視化形式進(jìn)行展現(xiàn)。
圖1 基于數(shù)字孿生技術(shù)的糧庫倉儲(chǔ)智能化服務(wù)平臺(tái)框架圖
豐富實(shí)時(shí)的感知數(shù)據(jù)、高效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議,在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用虛實(shí)融合技術(shù),通過將多維模型集合、態(tài)勢感知和重構(gòu)技術(shù)以及行業(yè)知識(shí)模型算法相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)在數(shù)字映射和可視化的基礎(chǔ)上,梳理糧庫管理相關(guān)調(diào)節(jié)控制機(jī)制,基于規(guī)則推理和人工智能相關(guān)技術(shù),構(gòu)建智能控制策略,以取代傳統(tǒng)的人工干預(yù),實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字孿生體的反饋閉環(huán)。不但實(shí)現(xiàn)糧食倉儲(chǔ)自動(dòng)化控制的預(yù)測、決策輔助,而且通過持續(xù)的訓(xùn)練積累,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的反饋控制,從而真正構(gòu)建智慧糧庫,降低糧庫的倉儲(chǔ)保管成本,提高糧食倉儲(chǔ)品質(zhì)及效率。