基于數(shù)字孿生技術(shù)的糧庫倉儲(chǔ)智能化服務(wù)的分析和建議

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。

1 智慧糧庫服務(wù)相關(guān)應(yīng)用前景廣闊

1.1 政策支持

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。

1.2 數(shù)字孿生技術(shù)是智慧糧庫的重要推動(dòng)力

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。

1.3 構(gòu)建基于數(shù)字孿生技術(shù)的糧庫倉儲(chǔ)智能化服務(wù)，為糧庫智能化提升奠定基礎(chǔ)

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)。

2 數(shù)字孿生技術(shù)推廣智慧糧庫應(yīng)用

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)技術(shù)提升數(shù)據(jù)感知效率

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。

2.2 基于數(shù)字孿生體提升數(shù)據(jù)可視化體驗(yàn)

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)。

2.3 多移動(dòng)端平臺(tái)接入能力拓展服務(wù)范疇

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。

3 加快智慧糧庫技術(shù)應(yīng)用的建議

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。

3.1 完善糧庫信息感知層，多技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)接入和融合

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)。

3.2 構(gòu)建糧庫多維度的數(shù)字孿生體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字映射和可視化

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

3.3 引入智能控制策略，基于數(shù)字孿生體實(shí)現(xiàn)反饋閉環(huán)

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。